tiểu luận môn học công nghệ mạ đề tài photphat hóa và sơn tĩnh điện

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3 MB, 47 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIBỘ MƠN CƠNG NGHỆ ĐIỆN HĨA - BVKL</b>

TIỂU LUẬN MƠN HỌC

<b>CƠNG NGHỆ MẠ</b>

<b>ĐỀ TÀI: PHOTPHAT HĨA VÀ SƠN TĨNH ĐIỆN</b>

GVHD: TS. Đặng Trung DũngSVTH:

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>MỤC LỤC</b>

<b>PHẦN I: PHOTPHAT HÓA</b>

1. TỔNG QUAN VỀ PHOTPHAT HĨA...1

1.1. Lịch sử hình thành q trình photphat hóa...1

2.1. Cân bằng trong dung dịch photphat hóa...7

2.2. Động học của quá trình tạo lớp phủ...7

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

4. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA PHOTPHAT HĨA...23

4.1. Giảm chi phí năng lượng...23

4.2. Giảm ô nhiễm môi trường...24

4.3. Nâng cao chất lượng sản phẩm...24

4.3.1. Thay đổi kích thước tinh thể bằng cách thay đổi chế độ xử lý...25

4.3.2. Hướng kết hợp photphat hóa với các chất ức chế ăn mịn...26

PHẦN II: CƠNG NGHỆ SƠN TĨNH ĐIỆN1. Giới thiệu chung...27

2. Cơ chế sơn tĩnh điện...28

2.1. Tích điện corona...28

2.2 Tích điện do ma sát...29

2.3. So sánh hai cơ chế tĩnh điện...29

3. Bột sơn tĩnh điện...30

3.1. Quy trình sản xuất bột sơn...31

3.1.1. Giai đoạn khuấy trộn...31

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

5.1. Ưu điểm...35

5.2. Nhược điểm...36

5.3. So sánh với sơn thường...36

6. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng sản phẩm sơn tĩnh điện...36

7. Ứng dụng...38

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...39

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>PHẦN I: PHOTPHAT HÓA.</b>

<b>1. TỔNG QUAN VỀ PHOTPHAT HĨA</b>

<b>1.1. Lịch sử hình thành q trình photphat hóa</b>

<b>Bảng 1. Lịch sử hình thành và phát triền của q trình photphat hóa</b>

STT <b>NămTiến bộ được thực hiện / quá trình phát triển</b>

1 1906 Photphat sắt thép sử dụng axit photphoric và mạt sắt

2 1908 <sup>Xử lý lớp phủ photphat với tác nhân oxy hóa để giảm thời </sup>gian quy trình

7 1933 Sử dụng các tác nhân oxy hóa để tăng tốc cho quá trình phủ

8 1934 Sử dụng lớp phủ photphat cho việc giảm nhiệt kim loại

10 1941 Photphat bề mặt nhôm sử dụng kẽm photphat và florua.

12 1960s <sup>Sử dụng các phụ gia đặc biệt để kiểm soát trọng lượng lớp </sup>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

13 1960s Quá trình phun phủ ở nhiệt độ 25-30 C

14 1970s <sup>Cải thiện chất lượng lớp phủ, sử dụng các chất tẩy rửa phun </sup>dựa trên công nghệ bề mặt.

Photphat hóa là một phương pháp gia cơng bề mặt kim loại được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp để xử lý bề mặt kim loại, được coi là một trong những phương pháp chuẩn bị bề mặt kim loại tốt nhất trước khi sơn phủ hoặc nhúng dầu mỡ nhằm bảo vệ các chi tiết kim loại đen.

Màng photphat hoá chuyển hoá bề mặt kim loại thành một lớp bề mặt mới khơng cịn tính dẫn điện và tính kim loại, có khả năng chống ăn mịn. Nhờ các tính chất đó người ta tạo ra cơng nghệ photphat hoá để sử dụng trong các nhà máy xử lý bề mặt kim loại.

<b>1.3. Tính chất của lớp màng photphat hóa</b>

1.3.1. Cấu trúc và thành phần

Các lớp phủ photphat được tạo ra trên nền thép, kẽm, thép - kẽm, nhôm và các kim loại tương tự khác cho thấy cấu trúc tinh thể với các tinh thể có kích thước từ vài đến khoảng 100µm. Thành phần của lớp phủ photphat bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố như phương pháp phủ (phun hoặc nhúng), mức độ khuấy trộn của bể photphat, loại và số lượng chất tăng tốc và sự có mặt của các ion kim loại khác (bảng 2). Lớp màng này chứa oxit và photphat của kim loại được xử lý. Sự phát triển của lớp phủ photphat được bắt đầu bằng sự hình thành lớp tinh thể, trên đó lớp tinh thể phốt phát tích tụ nhanh chóng. Số lượng tinh thể sinh ra về cơ bản là không đổi theo thời gian bởi vì quá trình tạo mầm và phát triển mầm chỉ diễn ra ở một số khu vực nhất định.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Hầu hết mọi người cho rằng sự hình thành lớp phủ photphat tuân theo cơ chế vị trí hoạt động, tức là chỉ một tỷ lệ nhỏ trên bề mặt, tham gia vào quá trình tạo mầm. Các nghiên cứu trên thép photphat kẽm, đã chỉ ra rằng quá trình hình thành và phát triển lớp photphat xảy ra trong ba giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Tùy thuộc vào quá trình photphat kẽm, các tinh thể tiểu cầu 10 - 10 <small>4 6</small>

tinh thể/cm được hình thành trên bề mặt. Chúng được định hướng ngẫu nhiên trên nền <small>2</small>

thép; một số song song, một số dọc và một số khác nghiêng theo một góc nào đó. Những tiểu cầu, khơng được gắn song song với bề mặt có hình dạng giống như những cây kim. Giai đoạn đầu tiên, những tinh thể phát triển chủ yếu ở bên trên bề mặt chất nền.

- Giai đoạn 2: Nó bao gồm q trình tạo mầm và phát triển mầm của một số tinh thểở bề mặt trên của các tinh thể ban đầu được gắn song song với bề mặt. Quá trình phát triển này thường theo hướng thẳng đứng và tạo ra sự xuất hiện của các tinh thể giống nhưcây kim.

- Giai đoạn 3: Cuối cùng, một lớp kẽm photphat mỏng lan ra từ gốc của các tinh thểban đầu. Đối với lớp phủ kẽm photphat cơ sở, sự phát triển là phần chính. Đối với các lớpphủ được sử dụng để giữ dầu và làm cơ sở cho chất bôi trơn tạo hình ở nhiệt độ thấp, sự phát triển theo chiều dọc cũng xảy ra đáng kể. Xu hướng phát triển và kích thước tinh thểphụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần bể photphat, nhiệt độ, các phương pháp chuẩnbị bề mặt... Các tinh thể có thể ở dạng tấm, hình kim và hạt có kích thước từ vài đến vài chục micromet.

<b>Bảng 2: Thành phần lớp phủ photphat trên nền sắt, kẽm, nhôm.</b>

Metal in the bath

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

2,5 g/cm .<small>3</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

1.3.3. Độ bền của lớp phủ

Trong sản xuất người ta dùng tỉ số P/(P+H) (được xác định bằng phương pháp cách tử nhiễu xạ tia X) như là một tiêu chuẩn để kiểm tra chất lượng. Tỉ lệ này càng lớn thì lớpphủ càng bền. Trong đó:

Do có thành phần chủ yếu là các photphat kim loại ngậm nước nên lớp phủ photphatbị phân hủy ở nhiệt độ cao. Độ bền nhiệt của lớp phủ tăng dần theo thứ tự sau: lớp phủ giàu hopeite, lớp phủ giàu phosphophyllite.

Độ bền nhiệt của các tinh thể hydrat photphat ngậm nước phụ thuộc vào áp suất riêng phần trên bề mặt lớp phủ do đó độ bền nhiệt của lớp photphat sẽ tăng lên khi trên bềmặt lớp phủ có một lớp dầu hoặc sơn bảo vệ.

Lớp phủ photphat dễ tan dưới tác dụng của dung dịch kiềm, axit, chất tạo phức.

Ứng dụng phổ biến nhất của nó trong thực tiễn là tăng tính chống ăn mịn, kéo dài tuổi thọ màng sơn phủ. Nếu nền kim loại khá trơ với các vật liệu sơn phủ thì lớp photphathố tạo ra lớp màng có nhiều lỗ xốp bám rất chắc với nền kim loại. Lớp này lại "thấm" sơn và như thế tạo thành lớp phủ đặc chắc gắn rất tốt với nền. Trong trường hợp này chứcnăng của màng photphat hố là:

• Liên kết với nền kim loại• Lớp nền của màng sơn

• Làm tăng độ bền bám của màng sơn• Chống ăn mịn dưới lớp sơn

Ở các nước cơng nghiệp phát triển, việc xử lí bề mặt kim loại trước khi sơn phủ là việc làm theo tiêu chuẩn bắt buộc để tăng cường độ bám của màng sơn cũng như tăng

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

cường khả năng bảo vệ của màng trong điều kiện khí quyển. Màng photphat của các kim loại nặng như kẽm, sắt, mangan được sử dụng phổ biến. Cụ thể:

• Trong ngành sơn tĩnh điện: sử dụng để xử lí bề mặt sắt thép trước khi đưa vào sơn tĩnh điện.

• Trong lĩnh vực xây dựng cơng trình: sử dụng biến tính gỉ, tạo lớp bám lên cốt thép cho bê tơng, xử lí bề mặt sắt thép với các kết cấu như dầm, xà, xiên hoa, cửa sắt …

• Trong lĩnh vực chế tạo máy móc thiết bị: lớp photphat hỗn hợp sắt-kẽm tương đối mỏng trên nền sắt được xem như là tiêu chuẩn bắt buộc cần phải có trước khi sơn thùng xe ô tô, khung xe máy, máy giặt, tủ lạnh,...

• Trong các lĩnh vực khác: do khả năng tạo lỗ xốp trên bề mặt nên photphat hóa cũng có thể được sử dụng cho các bề mặt sắt thép cần lớp phủ bảo vệ khác (dầu, mỡ, chấtbơi trơn, sơn, cromat hóa…). Ngồi ra, lớp photphat cịn có ứng dụng đặc biệt khác như trong cơng nghệ kéo dây, dùng lớp photphat để tăng độ trơn, chống tắc nghẽn (khi đó lớp photphat phải dày và được tẩm dầu hay mỡ bảo vệ).

<b>2. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH LỚP PHỦ</b>

Dung dịch photphat hóa thường được sử dụng trong cơng nghiệp là cá dung dịch lỗng của: kẽm photphat, mangan photphat, kẽm - sắt photphat… Kim loại nền thường được sử dụng là sắt, thép hay thép tráng kẽm.

Trong q trình photphat hóa bề mặt kim loại được tiếp xúc trực tiếp với dung dịch photphat hóa. Tại lớp dung dịch ngay sát lớp bề mặt kim loại sẽ xảy ra phản ứng giữa kimloại nền và dung dịch photphat hóa. Q trình hình thành và tích chất của lớp phủ phụ thuộc vào phản ứng này cũng như qua trình trao đổi giữa lớp bề mặt kim loại với tồn khối dung dịch photphat hóa.

<b>2.1. Cân bằng trong dung dịch photphat hóa</b>

Trong dung dịch photphat hóa tồn tại các cân bằng sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

3M(H PO )<small>24 2</small> ⇌ 3MHPO + 3H<small>43</small>PO<small>4</small> (1)

3M(H PO )<small>24 2</small> ⇌ M<small>3</small>(PO<small>4</small>)<small>2</small> + 4H<small>3</small>PO<small>4</small> (3)Các cân bằng này bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ cũng như pH của dung dịch. Ở nhiệt độ càng cao thì cân bằng (3) càng chuyển dịch mạnh về bên phải.

Khi kim loại tiếp xúc với dung dịch photphat hóa phản ứng giữ kim loại và dung dịch xảy ra:

M + H<small>3</small>PO<small>4 </small>→<small> </small>M(PO<small>4</small>)<small>2 </small>+ H<small>2 </small> (4)

Phản ứng này làm giảm nồng độ axit trong dung dịch từ đó làm cân bằng của (2) và (3) dịch chuyển về phía tạo kết tủa photphat trên bề mặt kim loại.

<b>2.2. Động học của quá trình tạo lớp phủ</b>

Sự hình thành lớp phủ photphat hóa trên bề mặt kim loại khơng chỉ phụ thuộc vào yếu tố động lực học mà còn chịu sự chi phối của các yếu tố động học như tốc độ hòa tan kim loại nền, tốc độ tạo mầm tinh thể, tốc độ phát triển tinh thể, tốc độ khuếch tán các iontrong dung dịch.

Khi phản ứng trung hòa trên bề mặt kim loại xảy ra, nồng độ axit tại lớp dung dịch sát bề mặt kim loại giảm tạo nên lớp dung dịch quá bão hòa các photphat kim loại ít tan. Tuy nhiên q trình tạo photphat trên bề mặt kim loại chỉ xảy ra khi có đủ số lượng mầm tinh thể kết tinh ở lớp tiếp xúc giữa kim loại và dung dịch. Trong quá trình kết tủa, lớp tinh thể photphat phát triển theo trật tự xác định bởi bề mặt kim loại.

Quá trình hình thành lớp phủ chia làm 4 giai đoạn:

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

• Giai đoạn ủ mầm.• Giai đoạn phát triển mầm.

• Giai đoạn tăng nhanh khối lượng màng.• Giai đoạn kết thúc quá trình tạo màng.

Trong giai đoạn đầu, q trình hịa tan kim loại diễn ra, pH dung dịch tăng dần đến điểm trung hòa, nồng độ của các phần tử tạo lớp phủ ở lớp dung dịch sát bề mặt bề mặt kim loại dần dần trở nên quá bão hòa. Ngay khi trạng thái quá bão hịa giả bền bị phá vỡ, q trình hình thành mầm tinh thể được phát triển, giai đoạn kết tinh thứ hai xảy ra. Lúc này q trình hịa tan kim loại và phát triển tinh thể xả ra song song với nhau. Khối lượnglớp phủ được tăng nhanh. Tùy theo từng điều kiện cụ thể quá trình này có thể nhanh chóng dừng lại hay được tiếp tục trong một khoảng thời gian nữa. Sau đó, q trình tạo lớp phủ sẽ chậm dần và chấm dứt khi bề mặt của kim loại được che phủ bởi lớp tinh thể làm cho phản ứng hịa tan khơng thể xảy ra.

Thuyết điện hóa về q trình hình thành lớp phủ:

Q trình photphat hóa có thể được coi là một q trình điện hóa. Khi tiến hành photphat hóa bề mặt kim loại, giai đoạn đầu là giai đoạn hòa tan anot theo phương trình phản ứng:

nhanh nồng độ H tại vùng này. Tốc độ của quá trình khuếch tán H từ lớp dung dịch <small>++ </small>

ngoài vào cũng như quá trình khuếch tán của ion kim loại từ lớp dung dịch bên trong ra

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

khơng theo kịp tốc độ hịa tan kim loại và khử H dẫn đến việc kết tủa photphat kim loại trên bề mặt của các vùng catot. (Lý thuyết này được kiểm định thơng qua q trình kiểm định hóa bề mặt kim loại trong q trình photphat hóa bằng dịng điện bên ngồi: sự phâncực catot làm tăng tốc độ hình thành lớp phủ trong khi sự phân cực anot làm tăng lượng kim loại hịa tan nhưng khơng làm tăng tốc độ hình thành lớp phủ).

Quá trình hình thành lớp phủ photphat được thể hiện qua sơ đồ sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>Hình 2: Biến đổi thế điện cực của nền thép trong q trình photphat hóa</b>

Theo sơ đồ này thì bề mặt thép sẽ bị thụ động hóa dần dần cùng với sự phát triển của lớp phủ photphat hóa. Theo Ghali và Potvin thì q trình phát triển màng photphat trải qua 4 giai đoạn:

• Sự tấn cơng điện hóa trên bề mặt thép• Tạo kết tủa vơ định hình

• Kết tinh và phát triển tinh thể• Sắp xếp lại tinh thể.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Nhóm yếu tố động học: ảnh hưởng đến tốc độ hình thành lớp phủ bao gồm: sự khuếch tán trong dung dịch, các quá trình xử lý bề mặt kim loại, các chất xúc tiến và các chất ức chế.

2.3.1. Bản chất kim loại nền

Kim loại bền chỉ có thể được photphat hóa khi thỏa mãn các điều kiện:Có tốc độ hịa tan đủ lớn trong dung dịch photphat hóa, đảm bảo cho việc hình thành mầm tinh thể.

Ion kim loại hịa tan vào dung dịch khơng gây ảnh hưởng xấu đến quá trình hình thành và phát triển của tinh thể photphat.

Các kim loại như sắt, kẽm, cadimi, nhôm và magie thỏa mãn các yêu cầu trên. Trong số đó sắt tráng kẽm và các hợp kim của sắt là đối tượng quan trong nhất của cơng nghiệp photphat hóa.

Đối với thép, tất cả các loại thép không chứa hợp kim hoặc có thành phần hợp kim (loại trừ C) nhỏ hơn 5% đều có thể được photphat hóa.

Tất cả các vật liệu chứa kẽm như thép mạ kẽm, hợp kim kẽm với một lượng nhỏ đồng hoặc titan đều có thể được photphat hóa.

Việc photphat hóa nhơm gặp nhiều khó khăn do tốc độ hịa tan nhơm vào dung dịch khá chậm. Tốc độ hòa tan chỉ được cải thiện khi trong dung dịch photphat hóa có thêm ion F và Al cao trong dung dịch gây ảnh hưởng xấu đến sự hình thành tinh thể <small>-3+</small>

2.3.2. Nhiệt độ

Hình thành màng phơtphat là q trình phán ứng thu nhiệt, nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phản ứng tạo màng photphat, khi phơtphat hóa ở nhiệt độ trung bình và thấp cần phải có trợ giúp chất xúc tiến.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

2.3.3. Thành phần của dung dịch photphat hóa2.3.3.1. Độ axit của dung dịch photphat hóa:

Phản ứng hịa tan kim loại trong q trình photphat hóa khơng chỉ là bước khởi đầu cho sự tạo thành lớp phủ mà cịn quyết định đến tính chất của lớp phủ. Q trình tấn cơngcủa axit tạo ra trên bề mặt kim loại sạch khỏi các tạp chất như bụi đất, dầu mỡ và gỉ sét, đồng thời làm nhám bề mặt kim loại giúp cho lớp phủ chắc hơn.

Khả năng và tốc độ hòa tan kim loại của dung dịch photphat hóa phụ thuộc nhiều vào độ axit tự do của dung dịch photphat hóa, độ axit tự do càng cao thì kim loại nền càng tan nhiều, thời gian cần thiết để trung hòa lớp dung dịch sát bề mặt kim loại càng dài.

Bên cạnh axit tự do, nồng độ axit tổng cộng trong dung dịch có vai trờ quyết định đến khả năng tạo tinh thể photphat. Nồng độ axit tổng cộng càng cao, trạng thái dung dịch quá bão hòa càng dễ đạt tới, tinh thể photphat càng dễ tạo thành.

Trong thực tế giá trị độ axit tự do và độ axit tổng cộng biến thiên trong một phạm virất rộng tùy theo điều kiện photphat hóa cụ thể. Axit tự do trong khoảng 1,0 đến 10,0; axit tổng cộng trong khoảng 10,0 đến 40,0.

2.3.3.2. Chất xúc tiến:

Trong thực tế, q trình tấn cơng của dung dịch photphat hóa lên bề mặt kim loại thường bị chậm do quá trình phân cực gây ra bởi sự hình thành các bọt khí hidro tại các vùng catot. Để khắc phục hiện tượng này, ngoài việc sử dụng các biện pháp như tăng khả năng khuếch tán, tiền xử lý kim loại với các dung dịch như muối titan photphat, dung dịch photphat hóa thường được thêm vào các thành phần có tác dụng khử phân cực: gọi là các chất xúc tiến.

Đa số các chất xúc tiến hoạt động theo cơ chế oxy hóa, có nghĩa là chúng đóng vai trị tác nhân tấn cơng bề mặt kim loại thay cho H , từ đó loại bỏ được quá trình hình <small>+</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

thành H . Các chất xúc tiến thông dụng là các muối nitrat, nitrit, clorat, các hợp chất nitro<small>2</small>

hữu cơ, hidro peroxit (H<small>2</small>O<small>2</small>), các peroxit hữu cơ.

Trong trường hợp photphat hóa trên bề mặt thép, các phản ứng ăn mòn bề mặt kim loại dưới tác động của các chất xúc tiến có dạng như sau:

Các phản ứng trên cho thấy khi có mặt của chất xúc tiến, H được sử dụng vào mục <small>+</small>

đích trung hịa do đó khơng có sự hình thành H . Bên cạnh đó khi sử dụng các chất xúc <small>2</small>

tiến là nitrat hay nitrit thì lượng H bị trung hòa cho mỗi mol sắt bị hòa tan nhiều hơn <small>+ </small>

trong trường hợp không sử dụng chất xúc tiến hay khi sử dụng xúc tiến là H<small>2</small>O<small>2</small> và Clorat,điều này cho thấy sự ưu việt của nitrit và nitrat trong vai trò xúc tiến cho quá trình photphat hóa.

Các ion kim loại nặng như Cu , Ni cũng được sử dụng như những chất xúc tiến. <small>2+2+</small>

Trong q trình photphat hóa, các ion kim loại nặng bị khử tạo thành các hạt kim loại rất nhỏ trên bề mặt kim loại nền tạo nên các cặp vi pin làm tăng tốc độ q trình hịa tan kim loại nền qua đó thúc đẩy q trình photphat hóa.

Ngồi các chất xúc tiến trên cơ sở oxi hóa, một số xúc tiến hoạt động theo cơ chế thụ động q trình anot (q trình hịa tan kim loại) để tăng tỷ lệ diện tích catot/anot cũng

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

được sử dụng. Trong số này hydroxylamine sulfat được ứng dụng nhiều nhất. Chất xúc tiến này cho phép tạo được lớp phủ photphat ở nhiệt độ thấp hơn bình thường. Các chất xúc tiến như dextrose, galactose, urea, poly acrylate…cũng được sử dụng hiệu quả.

2.3.4. Quá trình tiền xử lý:

Để thúc đẩy quá trình hình thành lớp phủ trên bề mặt kim loại, trước khi photphat hóa, bề mặt kim loại thường xử lý bằng các dung dịch có khả năng tạo thành cáctâm kết tinh (mầm tinh thể). Quá trình này được gọi là quá trình tiền xử lý, các dung dịch thường được sử dụng bao gồm: dung dịch muối đồng, photphat titan, photphat natri, …

Xử lý bề mặt kim loại trước khi photphat hóa bằng các dung dịch muối nitrit cũng cho lớp phủ đều và mịn do nồng độ chất oxi hóa cao tại lớp dung dịch sát bề mặt kim loại sẽ thúc đẩy q trình ăn mịn bề mặt kim loại do tác dụng khử phân cực, dẫn đếnviệc mau đạt được độ bão hòa của lớp dung dịch sát bề mặt kim loại thúc đẩy quá trình tạo mầm tinh thể. Tiền xử lý bằng dung dịch axit oxalic cũng cho kết quả tương tự do axitoxalic có tác dụng ăn mịn nhẹ làm hoạt hóa bề mặt kim loại.

Phương pháp tiền xử lý được sử dụng rộng rãi nhất đó là dùng dung dịch chứa titan photphat – được Jernstedt phát minh vào năm 1940. Quá trình tiền xử lý này dẫn đếnviệc tạo thành lớp phủ mịn đồng thời làm giảm đáng kể thời gian photphat hóa. Dung dịch titan photphat thường có dạng huyền phù trong đó có hạt titan photphat rất mịn, chính những hạt này khi bám bề mặt kim loại sẽ đóng vai trị các tâm kết tinh làm thúc đẩy q trình hình thành lớp phủ. Ngồi titan photphat, các dung dịch chứa các hạt mịn của manganphotphat, kẽm photphat cũng được sử dụng tuy nhiên ở mức độ hạn chế hơn.

2.3.5. Quá trình hậu xử lý:

Quá trình hâu xử lý thường được thực hiện ngay sau khi photphat hóa nhằm mục đích nâng cao tính chất của lớp phủ. Dung dịch hậu xử lý được sử dụng rộng rãi nhất là dung dịch axit cromic, sau giai đoạn photphat hóa (nhúng hoặc phun) lớp phủ photphat được nhúng trong dung dịch axit cromic sau đó được sấy khơ, kết quả cho thấy lớp phủ

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Gia cơng

Hoạt hóa

Phủ vecni,

thu được có tính chất chống ăn mòn vượt trội so với lớp phủ cùng loại không qua giai đoạn hậu xử lý.

Để nâng cao chất lượng của q trình hậu xử lý, ngồi axit cromic, các phụ gia khácnhư muối crom (III), các chất ức chế trên cơ sở hữu cơ được thêm vào thành phần dung dịch.

<b>3. QUY TRÌNH KĨ THUẬT</b>

Một quy trình photphat hóa đầy đủ bao gồm các bước như sơ đồ dưới đây:

<b>Hình 3. Sơ đồ q trình photphat hóa.</b>

Tuy nhiên, dể dễ dàng cho q trình phân tích, quy trình kỹ thuật của q trình photphat hóa có thể tóm gọn lại hình dưới:

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<b>Hình 4. Các bước cơ bản của quy trình photphat hóa</b>

Bao gồm gia công cơ, tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ.

Yêu cầu quan trọng nhất để hình thành lớp phủ tốt là bề mặt chất nền cần sạch, khơng dính dầu mỡ hay nhiễm tạp bẩn. Tác nhân làm sạch lí tưởng cần có khả năng loại bỏ tạp bẩn khỏi bề mặt kim loại và ngăn cản sự kết tủa hay sự hình thành các sản phẩm

Tẩy dầu mỡ

Tẩy nhẹ

RửaPhotphat hóa

Rửa sau photphat

Thụ động hóa

Sấy khơ

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

phụ. Có nhiều phương pháp làm sạch: thổi cát, tẩy nhúng, tẩy hơi dung dịch kiềm và dung dịch tẩy gỉ.

Phun cát là phương pháp làm sạch cơ học mang lại hiệu quả cao tuy nhiên khá đắt và chỉ được dùng khi không thể sử dụng các phương pháp hóa học.

Dung mơi hữu cơ được sử dụng rộng rãi để loại bỏ tạp bẩn khỏi kim loại nền. Nhưng chúng khá độc hại và dễ bắt lửa và cần được sử dụng với lượng lớn nên hiệu quả kinh tế khơng cao. Có thể thay thế bằng tẩy hơi bởi ưu điểm của nó là chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ dung mơi nhưng có thể làm sạch liên tục.

Dung dịch kiềm: đây là phương pháp loại bỏ dầu mỡ hay sáp một cách hiệu quả và kinh tế Chúng có thể được sử dụng chung với chất hoạt động về mặt hoặc dung môi hydrocacbon đã được nhũ hóa. Dung dịch kiềm có thể làm sạch đặc biệt tốt khi ở nhiệt độcao (khoảng 79 C). Ưu điểm của dung dịch kiềm là không độc hại, không bắt lửa, tuy <small>o</small>

nhiên cần chú ý đến sự ăn mòn của kiềm đến da và vải.

Dung dịch tẩy gỉ thường được sử dụng là axit HCl, H<small>2</small>SO<small>4</small>, H<small>3</small>PO<small>4</small>. Dung dịch axit HCl, H<small>2</small>SO<small>4 </small>loãng (5-10% khối lượng) với sự có mặt của chất ức chế, dùng để loại bỏ cáctạp chất vô cơ bằng cách chuyển chúng về dạng muối tan. Dung dịch H<small>2</small>SO<small>4 </small>thường đượcthực hiện ở nhiệt độ cao (khoảng 60 C). Dung dịch H<small>o</small> được kiểm chứng rằng có thể

loại bỏ cả chất rắn hữu cơ và vơ cơ có mặt trên bề mặt kim loại đồng thời nó gây ra sự ăn mịn hóa học trên bề mặt bằng cách phản ứng với bề mặt để tạo ra bề mặt dễ hấp thu trên phương diện cơ học và hóa học cho sự hình thành lớp phủ tiếp theo. Tẩy gỉ điện phân có thể thay thế cho tẩy gỉ hóa học. Đây là phương pháp làm sạch nhanh thơng qua việc làm tăng lượng khí H sinh ra dẫn đến sự khuấy trộn tốt hơn.<small>2 </small>

Hoạt hóa bề mặt: hoạt hóa trong dung dịch axit oxalic 0.5% hoặc NiSO 1% hoặc <small>4 </small>

dung dịch Na<small>2</small>PO<small>4 </small>1-2%, titan oxit 0,01%. Hoạt hóa cho lớp photphat có độ xốp thấp,

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Đây là bước có vai trị quan trọng ngay sau q trình làm sạch. Việc rửa tránh sự mang theo các chất hóa học của q trình làm sạch trước đó làm bẩn bề mặt ở giai đoạn sau.

<b>3.4. Photphat hóa</b>

Bề mặt sau khi làm sạch sẽ được photphat hóa, hình thành lớp photphat rắn khơng tan và có khả năng chống ăn mòn trên bề mặt chất nền. Nhiều thành phần cấu tạo nên lớp photphat có sẵn. Tuy nhiên việc lựa chọn thành phần và điều kiện vận hành của bể photphat cần dựa trên các đặc tính của vật liệu. Thành phần cơ bản cho q trình photphathóa là dung dịch axit photphoric lỗng, có chứa ion kim loại kiềm hoặc ion kim loại nặng, ngồi ra cịn các chất xúc tiến.

Có hai cách phân loại cho dung dịch photphat:

<b>Cách 1: Tùy vào nhiệt độ tiến hành ta chia thành nhiệt độ cao và nhiệt độ thường.Cách 2 : Tùy vào bản chất của kim loại mà ta thiết lập các thành phần chính của </b>

dung dịch photphat. Những thành phần này được chia ra là: kẽm, mangan, sắt. Đặc tính của lớp phủ được qua việc sử dụng từng kim loại được ghi ở bảng 3.

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<b>Bảng 3. Thành phần và chế độ cơng nghệ photphat hóa ở nhiệt độ caoThành phần dung dịch </b>

xFe(H PO ).yMn(H P<small>242</small>

30– 40

30– 35

– 40

28 –36

– 65

55– 65

42 –56

6– 9

12 –15