tiểu luận công nghệ xử lí bề mặt (phương pháp phosphate hóa bề mặt kim loại)

MỞ ĐẦU
Kim loại là xương sống của nền văn minh . Đã có rất nhiều vật
liệu được ngiên cứu để thay thế kim loại nhưng nó vẫn đóng vai
trò lớn trong việc sản xuất, xây dựng và khả năng làm việc như
vậy trong nhiều năm nữa. Điều này là do kim loại là sự kết hợp
cử 1 số thuộc tính hữu ích như sức mạnh , khả năng hoạt động,
chi phí thấp, và khả năng được tái chế.Tuy nhiên Kim loại được
chiết xuất từ quặng của nó bằng hóa chất hoặc phương tiện sử
dụng điện nhưng nó cho thấy 1 xu hướng mạnh mẽ để để trở lại
1 dạng của oxit kim loại tức là có xu hướng ăn mòn và hiện
tượng này tạo ra một thiệt hại kinh tế to lớn là một trong những
thách thức cũng như yêu cầu đặt ra cho chúng ta.
Các phương pháp chống ăn mòn rất nhiều và đa dạng. Các
phương pháp này có thể là:
-

Thay đổi về kim loại bằng hợp kim.
Thay đổi điều kiện của môi trường bằng cách sử dụng
chất ức chế.
Sử dụng các màng phủ để bảo vệ bề mặt kimm loại.
Trong phạm vi ngiên cứu bài tiểu luận này tập trung vào
việc ngiên cứu phương pháp sử dụng lớp màng phủ - ở
đây cụ thể là màng phủ phosphate.


1

.Giới Thiệu Chung

Phốt phát hoá là một phương pháp gia công 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 phốt phát hoá chuyển hoá bề mặt kim loại thành một lớp
bề mặt mới không còn tính dẫn điện và tính kim loại, có khả
năng chống ăn mòn. Nhờ các tính chất đó người ta tạo ra công
nghệ phốtphát hoá để sử dụng trong các nhà máy xử lý bề mặt
kim loại.
Lớp phủ phosphate có màu xám xẫm ánh lục (ghi xám đến
đen), có cấu tạo tinh thể. Dung dịch phosphate hóa TC-01 có
màu xanh nước biển.
Một số sản phẩm phosphate hóa.

Mục đích


Cải thiện bề mặt kim loại trước khi sơn phủ, sơn lót chống
ăn mòn.
•
Tạo sự bám dính cho lớp phủ nhựa, cao su.
•
Để xử lý bề mặt kim loại trước khi gia công cơ khí như là
cán nguội, kéo dây...
•
Để tăng khả năng chống ăn mòn của các lớp dầu mỡ,
sáp....
Tác dụng
Tác dụng phổ biến nhất của nó trong thực tiễn là nhằm kéo dài
tuổi thọ màng sơn phủ. Nếu nền kim loại khá trơ với các vật liệu
sơn phủ thì lớp phốt phát hoá 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 chức năng của màng phốtphát hoá là:
•
Liên kết với nền kim loại
•
Lớp nền của màng sơn
•
Làm tăng độ bền bám của màng sơn
•
Chống ăn mòn dưới lớp sơn
Khi sử dụng màng phốtphát hóa làm lớp nền cho chất dẻo thì
màng phốt phát hóa có tính năng và cơ chế tương tự như trên.
Ứng dụng
Ở các nước công nghiệp phát triển việc xử lý bề mặt trước khi
sơn phủ là việc làm theo tiêu chuẩn bắt buộc để tăng cường độ
bám của màng sơn cũng như tăng cường khả năng bảo vệ của
màng trong điều kiện khí quyển.
Trong công nghiệp được sử dụng phổ biến nhất là màng
phốtphát hoá của các kim loại nặng như kẽm, sắt, măng gan.
Các chế phẩm để xử lý bề mặt đều ở dạng thương phẩm rất
thuận tiện cho người sử dụng.
•

2.Lĩnh Vực Sử Dụng:
Ở các nước công nghiệp phát triển việc xử lý bề mặt trước khi
sơn phủ là việc làm theo tiêu chuẩn bắt buộc để tăng cường độ
bám của màng sơn cũng như tăng cường khả năng bảo vệ của
màng trong điều kiện khí quyển.
Sử dụng để biến tính gỉ, tạo lớp màng phốt phát hóa trên bề

mặt sắt thép trước khi mạ nhúng nóng, phu phủ và sơn như:
+ Trong ngành công nghiệp ô tô, xe máy: đầu xe, thùng xe,
khung xe máy, khung xe đạp…;


+ Trong ngành sơn tĩnh điện: sử dụng để xử lý bề mặt sắt thép
trước khi đưa vào buồng sơn tĩnh điện;
+ Trong lĩnh vực xây dựng công trình: sử dụng biến tính gỉ, tạo
lớp bám lên cốt thép cho betong; xử lý bề mặt sắt thép với các
kết cấu thép như dầm, xà, xiên hoa, cửa sắt;
+ Trong lĩnh vực chế tạo máy móc, thiết bị: trong chế tạo máy
công cụ, cầu trục, tủ điện, cột điện, …;
+ Lĩnh vực khác: do khả năng tạo lỗ xốp trên bề mặt, nên phốt
phát hóa cũng có thể được sử dụng cho các bề mặt sắt thép
cần phủ lớp bảo vệ khác ( như bôi mỡ, chất bôi trơn, dầu,…).
3.Tính Năng Tác Dụng:
Ngoài tác dụng biến tính gỉ, tác dụng phổ biến nhất của lớp
phốt phát hóa trong thực tiễn là nhằm kéo dài tuổi thọ màng
sơn phủ. Nếu nền kim loại khá trơ với các vật liệu sơn phủ thì
lớp phốt phát hoá tạo ra lớp màng có nhiều lỗ xốp (tế vi) 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.
Chức năng của màng phốt phát hoá là:
·
Liên kết với nền kim loại: hóa chất phốt phát TC-01 tác
dụng với chính lớp gỉ và lớp kim loại trên bề mặt tạo liên kết
hóa học bền chắc.
·
Lớp nền của màng sơn: Khi có lớp phốt phát hóa, sơn và
hóa chất phủ có thể bám chắc lên bề mặt kim loại cần sơn phủ.

·
Làm tăng độ bền bám của màng sơn: Do sự có mặt của
những lỗ xốp tế vi trên bề mặt cần kim loại cần sơn, phủ bảo
vệ.
·

Chống ăn mòn dưới lớp sơn

Khi sử dụng màng phốt phát hóa làm lớp nền cho chất dẻo thì
màng phốt phát hóa có tính năng và cơ chế tương tự như trên.
4.Phương Pháp Thi Công:
a. Loại ba via.
Sử dụng các biện pháp cơ khí như mài, đánh bóng cơ
học để loại bỏ ba via của chi tiết
b. Tẩy dầu mỡ
- Mục đích: loại bỏ lớp mỡ động thực vật bám lên chi tiết.
- Phương pháp1: Tẩy dầu mỡ điện hóa


+Phân cực catot và anot
+ Tiến hành treo chi tiết lên hai điện cực, dùng điện
xoay chiều dòng thấp (6- 12v) để tẩy.
- Phương pháp 2. Dùng hóa chất
+ Giới thiệu: Hóa chất NK#207 được chế tạo cho việc tẩy
dầu mỡ ở nhiệt độ thường với hàm lượng 50g/l và thời gian từ
10 -30 phút bằng phương pháp nhúng. Đặc biệt NK#207 không
những dùng để tẩy dầu mỡ cho thép dầu mà còn dùng để tẩy
dầu mỡ cho thép đã mạ kẽm mà không làm hư hỏng lớp kẽm.
+ Cách pha chế: - Tính lượng hóa chất cần dùng cho toàn bộ
thể tích cần pha với nồng độ 50kg/1000L. - Cho vào bể khoảng

¾ thể tích nước công nghiệp. - Từ từ cho hoá chất NK#207 vào
bể kết hợp với khuấy, hoặc hòa tan với nước từng phần nhỏ rồi
cho vào bể. - Đổ thêm nước đến vạch qui định và khuấy kỹ
trước khi sử dụng.

c. Rửa nước.
Sử dụng phương pháp rửa phun.
d. Tẩy gỉ.


- Tấy gỉ bằng phương pháp điện hóa:
Tiến hành trên bề mặt đã được tẩy sạch dầu mỡ, nhằm
lấy đi lớp gỉ dày và lớp oxits mỏng bằng phương pháp tẩy
gỉ điện hóa.
Dung dịch bóc lớp bùn được dùng
HNO3
350 – 400 g/l
HF
4 – 5 g/l
Thời gian
5-15 phút
Tiến hành lấy gỉ ở nhiệt độ phòng.
- Tẩy gỉ bằng H 2 SO 4
+ Giới thiệu: Axit Sulfuric H2SO4 98%. Chất hãm mùi
NK#307.
+ Cách pha chế:
+) Tính lượng hóa chất cần dùng cho toàn bộ thể tích cần
pha với nồng độ như sau: • H2SO4 98% : 150g/l • Hãm mùi
NK#307: 2g/l - Cho vào bể khoảng ¾ thể tích nước công
nghiệp. - Từ từ châm H2SO4 98% vào bể. Sau khi đổ hết lượng

axit vào bể, ta châm thêm nước đến vạch qui định.
+) Sau khi dung dịch trong bể nguội đến nhiệt độ làm việc
< 60o C ta đổ chất hãm mùi NK#307 vào bể và khuấy kỹ cho
tan đều.
* Lưu ý: không được đổ nước vào axit H2SO4 đậm đặc vì sẽ
gây nổ.
+) Cách kiểm tra nồng độ và châm thêm hoá chất: - Trong
quá trình làm việc nồng độ của dung dịch sẽ giảm dần. - Kiểm
tra nồng độ bể axit bằng cách đánh giá thời gian tẩy gỉ. - Khối
lượng hóa chất châm thêm theo tỷ lệ NK#307 : H2SO4 = 1: 100
(theo khối lượng).
e. Trung hòa bề mặt.
Bể trung hòa có tác dụng trung hòa hết lượng dư axit còn
bám trên bề mặt sản phẩm và bảo vệ bề mặt. Ngăn việc gỉ phát
sinh tở lại do lượng axit còn dư trên bề mặt sản phẩm.
f. Định hình bề mặt.


- Bể định hình bề mặt ngoài việc để trung hòa nó còn đóng
vai trò hoạt hóa cho quá trình phót phát nhanh hơn, lớp phốt
phát mịn và bóng hơn.
- Cách pha chế: - Đổ nước công nghiệp vào khoảng ¾ dung
tích bể. - Tính lượng hóa chất cần dùng cho toàn bộ thể tích cần
pha với nồng độ 1,5g hóa chất NK#407 cho 1000 L dung dịch
và đổ từ từ vào bể. - Khuấy cho tan đều, rồi châm nước đến
vạch qui định.
g. Phốt phát hóa.

- Cơ chế :
Các phân tử gồm 1 đầu kị nước và đầu không kị nước tập

trung lại thành những micelle
Dung dịch phosphat hóa thường được sử dụng trong công
nghệp là các dung dịch loảng của kẽm phosphate, mangan
phosphate, kẽm-sắt phosphate….Lim loại loại nền thường được
dùng là sắt , thép hay thép tráng kẽm.
Trong quá trình phosphate hóa bề mặt lim loại được tiếp xúc
trực tiếp với dung dịch phosphat hóa. Tại lớp dung dịch ngay
sát lớp bề mặt kim loại sẽ xảy ra phản ứng giữa kim loại nền và
dung dịch phosphat hóa. Quá trình hình thành và tính chất lớp
phủ phụ thuộc vào phản ứng này cũng như quá trình trao đổi
giữa lớp bề mặt kim loại với toàn khối lượng dung dịch
phosphate hóa.
- Quá trình hình thành lớp phốt phát hóa: Kim loại nền tan ra
nhường e muối , Kết tủa lên bề mặt kim loại
→ H→


Sự hình thành lớp phủ phụ thuộc vào cân bằng giữa muối
hidro phosphate tan và phosphate không tan trong dung dịch
phosphate hóa.
Trong dung dịch phosphate hóa tồn tại các cân bằng sau:
3M()2 3MH + 3

(1)

3MH M3()2 +

(2)

3M()2 M3()2 + 4

(3)

Cân bằng này bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ cũng như
PH trong dung dịch. ở nhiệt độ càng cao thì cân bằng (3) càng
chuyển mạnh về bên phải.
Khi kim loại tiếp xúc trục tiếp với dung dịch phosphate hóa
phản ứng giữa kim loại và dung dịch xảy ra
M + → M()2 + H2
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
phosphate trên bề mặt kim loại.
Chất lượng màng được đánh giá như sau:
Loại
Loại
Loại
Loại
h. Thụ động.

A > 5 phút
B 2 – 5 phút
C 1 – 2 phút
D < 1 phút

Mới
Mới
Mới
Mới

đổi

đổi
đổi
đổi

màu
màu
màu
màu

Mục đích của thụ động là hạn chế tác dụng của không khí với
bề mặt sản phẩm ngăn không co gỉ trở lại.
j. Sấy khô.
Nhiệt độ sấy < 140 độ C, thời gian sấy phụ thuộc vào khối
lượng và tình trạng cử sản phẩm.
Để sử dụng hóa chất phốt phát hóa tạo lớp màng trước khi sơn
có thể dùng 03 phương pháp: quét, nhúng, phun (phương pháp
phun ít sử dụng). Sau đó chờ khô, thời gian khô của lớp màng


sau khoảng 30 phút. Với phương pháp nhúng, thời gian nhúng
khoảng 3 phút.
5.Tính Năng Kỹ Thuật:
Sản phẩm phốt phát hóa TC-01 có các tính chất kĩ thuật
như sau:
Tên chỉ
Phương pháp
Kết
TT
ĐVT
tiêu

thử
quả
Độ bám
1
Điểm TCVN 2097-1993
1
dính
2 Độ bền uốn mm TCVN 2099- 2007
3

Độ bền va
đập

Kg.c
m

TCVN 2100-12007

2
200

Một lít sản phẩm TC01 xử lý được 20-25m2 bề mặt.
6. Xử lí nước thải.
Hóa chất sử dụng trong dây chuyền xử lí bề mặt kim loại
ngoài các kiềm và acid thông thường còn có các muối
phosphate của kim loại nặng. Do đó trước khi đổ chúng vào
nước thải phải xử lí chúng cho phù hợp với yêu cầu của cơ
quan bảo vệ môi trường địa phương.
7.Ưu Điểm:
1.

2.

3.

4.

Sử dụng hóa chất phốt phát hóa bề mặt sẽ biến tính
những phần sắt, thép bị han gỉ thành màng bám cho sơn mà
không phải tẩy rỉ theo phương pháp cơ học thông thường.
Không làm giảm khối lượng sắt thép.
Kinh tế hơn do lớp màng phốt phát hóa này có thể sử dụng
thay cho lớp sơn lót (tiết kiệm chi phí chi đánh rỉ và không sử
dụng lớp sơn lót).
Lớp sơn có sử dụng màng phốt phát có độ bền tốt hơn do
lớp phốt phát hóa tạo ra các lỗ nhỏ tế vi làm sơn có chỗ thấm
vào bề mặt sâu hơn (có tác dụng như những chân bám). Chính
vì tính năng ưu việt này mà hóa chất phốt phát hóa loại này
thường xuyên được sử dụng trong sơn kỹ thuật cao (như sơn
oto, sơn tĩnh điện…).
Ít gây ô nhiễm môi trường hơn so với phương pháp truyền
thống do phương pháp truyền thống cần phải đánh rỉ bằng chổi
sắt (tạo nhiều bụi), sau đó dùng sơn lót (nhiều dung môi bay ra


khi sơn khô). Phương pháp này, hoàn toàn không tạo bụi, không
có dung môi bay ra.
5.
Giảm thời gian gia công bề mặt do rút ngắn từ 02 công
đoạn xuống 01 công đoạn (chỉ phải quét hoặc nhúng sản phẩm

trong dung dịch trong thời gian khoảng 3 phút).
Công việc gia công bề mặt bằng phương pháp quét hoặc nhúng
cũng nhẹ nhàng hơn không mất nhiều sức lực như đánh rỉ và phun
sơn.
6.
Có thể xử lý được cả những góc khuất của chi tiết kim loại,
mà khi sử dụng phương pháp cơ khí (mài hoặc chổi quét) khó
thực hiện.