بسیاری از مشتریان در مورد عملیات سطحی قطعات ریخته گری فلزی و قطعات ماشینکاری دقیق سوال می پرسند. این مقاله بر روی فرآیند پوشش الکتروفورتیک تمرکز خواهد کرد. امیدوارم برای همه شرکا مفید باشد.
پوشش الکترو-روشی پوششی است که در آن ذراتی مانند رنگدانهها و رزینهای معلق در محلول الکتروفورتیک جهت مهاجرت و رسوب روی سطح یکی از الکترودها با استفاده از میدان الکتریکی خارجی قرار میگیرند. اصل پوشش الکتروفورتیک در اواخر دهه 1930 ابداع شد، اما این فناوری پس از سال 1963 توسعه یافت و کاربرد صنعتی پیدا کرد. پوشش الکتروفورتیک عملیترین فرآیند ساخت برای پوششهای{4}} مبتنی بر آب است. پوشش الکتروفورتیک دارای ویژگی های حلالیت در آب، غیر سمی بودن و کنترل خودکار آسان است. از آنجایی که برای عملیات سطحی قطعات کار رسانا (ریخته گری فلزی، قطعات ماشینکاری شده، آهنگری، قطعات ورق فلزی و قطعات جوشکاری و غیره) مناسب است، فرآیند پوشش الکتروفورتیک به سرعت در صنایعی مانند خودرو، مصالح ساختمانی، سخت افزار و لوازم خانگی مورد استفاده قرار گرفته است.
اصول
رزین موجود در پوشش الکتروفورتیک کاتدی دارای گروههای پایه است که پس از خنثیسازی اسید، نمک تشکیل داده و در آب حل میشود. پس از اعمال جریان مستقیم، یون های منفی رادیکال اسیدی به سمت آند حرکت می کنند و یون های رزین و ذرات رنگدانه پیچیده شده توسط آنها با بارهای مثبت به سمت کاتد حرکت می کنند و روی کاتد رسوب می کنند. این اصل اساسی پوشش الکتروفورتیک (که معمولاً به عنوان آبکاری شناخته می شود) است. پوشش الکتروفورز یک واکنش الکتروشیمیایی بسیار پیچیده است، حداقل چهار اثر الکتروفورز، رسوب الکتریکی، الکترولیز و الکترواسموز به طور همزمان رخ می دهد.
الکتروفورز
پس از روشن شدن آند و کاتد در محلول کلوئیدی، ذرات کلوئیدی تحت تأثیر میدان الکتریکی به سمت کاتد (یا آند) حرکت می کنند که به آن الکتروفورز می گویند. ماده موجود در محلول کلوئیدی در حالت مولکول و یون نیست، بلکه ماده حل شده در مایع پراکنده شده است. این ماده بزرگ است و به حالت پراکنده رسوب نمی کند.
رسوب الکتریکی
پدیده رسوب جامد از مایع را تراکم (آگلومراسیون، رسوب) می گویند که عموماً هنگام خنک کردن یا تغلیظ محلول ایجاد می شود و پوشش الکتروفورتیک متکی به الکتریسیته است. در پوشش الکتروفورتیک کاتدی، ذرات با بار مثبت روی کاتد و ذرات باردار منفی (یعنی یون ها) روی آند تجمع می یابند. هنگامی که ذرات کلوئیدی با بار مثبت (رزین و رنگدانه) به کاتد (سوبسترا) می رسند، پس از سطح (لایه رابط بسیار قلیایی)، الکترون ها به دست می آیند و با یون های هیدروکسید واکنش می دهند و به مواد نامحلول در آب تبدیل می شوند که روی کاتد (قطعه کار رنگ شده) رسوب می کنند.
الکترولیز
در محلولی با رسانایی یونی، آند و کاتد به جریان مستقیم متصل می شوند، آنیون ها به آند جذب می شوند و کاتیون ها به کاتد جذب می شوند و واکنش شیمیایی رخ می دهد. آند باعث انحلال فلز و اکسیداسیون الکترولیتی برای تولید اکسیژن، کلر و غیره می شود. آند الکترودی است که می تواند واکنش اکسیداسیون ایجاد کند. فلز در کاتد رسوب می کند و H+ به صورت الکترولیتی به هیدروژن تبدیل می شود.
الکترواسموز
پس از اینکه دو سر (کاتد و آند) محلولهای با غلظتهای مختلف که توسط یک غشای نیمه تراوا از هم جدا شدهاند، انرژی میگیرند، به این پدیده که محلول با غلظت کم-به سمت غلظت{1} بالا حرکت میکند، الکترواسموز میگویند. فیلم پوششی که روی سطح جسم پوشش داده شده است، یک فیلم نیمه نفوذپذیر است. تحت عمل مداوم میدان الکتریکی، آب موجود در فیلم لکه دار دیالیز از فیلم خارج می شود و به سمت حمام حرکت می کند تا فیلم را کم آب کند. این الکترواسموز است. الکترواسموز فیلم پوشش آبدوست را به یک فیلم پوششی آبگریز تبدیل می کند و کم آبی باعث می شود فیلم پوشش متراکم شود. رنگ مرطوب بعد از شنا با رنگ الکتروفورتیک الکترواسمز خوب قابل لمس است و چسبنده نیست. می توانید مایع حمام چسبیده به لایه رنگ مرطوب را با آب بشویید.
ویژگی های پوشش الکترو-
فیلم رنگ الکتروفورتیک دارای مزایای پر بودن، یکنواختی، صافی و پوشش صاف است. سختی، چسبندگی، مقاومت در برابر خوردگی، عملکرد ضربه و نفوذپذیری فیلم رنگ الکتروفورتیک به طور قابل توجهی بهتر از سایر فرآیندهای پوشش است.
(1) از رنگ محلول در آب استفاده می شود، از آب به عنوان محیط حل استفاده می شود، که باعث صرفه جویی زیادی در حلال های آلی می شود، آلودگی هوا و خطرات زیست محیطی را تا حد زیادی کاهش می دهد، ایمن و بهداشتی است و از خطر پنهان آتش سوزی جلوگیری می کند.
(2) راندمان نقاشی بالا است، از دست دادن رنگ کم است و میزان استفاده از رنگ می تواند به 90٪ تا 95٪ برسد.
(3) ضخامت فیلم پوشش یکنواخت است، چسبندگی قوی است، و کیفیت پوشش خوب است. هر قسمت از قطعه کار مانند لایه داخلی، فرورفتگی ها، جوش ها و غیره می تواند یک لایه پوششی یکنواخت و صاف به دست آورد که مشکل سایر روش های پوشش برای قطعات کار پیچیده-شکل را حل می کند. مشکل نقاشی؛
(4) راندمان تولید بالا است و ساخت و ساز می تواند تولید خودکار و مداوم را تحقق بخشد که کارایی کار را بسیار بهبود می بخشد.
(5) تجهیزات پیچیده است، هزینه سرمایه گذاری بالا است، مصرف برق زیاد است، دمای مورد نیاز برای خشک کردن و پخت بالا است، مدیریت رنگ و رنگ آمیزی پیچیده است، شرایط ساخت و ساز سخت است، و تصفیه فاضلاب مورد نیاز است.
(6) فقط می توان از رنگ{1}}محلول در آب استفاده کرد و رنگ را نمی توان در طول فرآیند پوشش تغییر داد. کنترل پایداری رنگ پس از نگهداری طولانی مدت آسان نیست.
(7) تجهیزات پوشش الکتروفورتیک پیچیده است و محتوای فناوری بالا است که برای تولید رنگ ثابت مناسب است.
محدودیتهای پوشش{0}الکترو
(1) فقط برای پوشش پرایمر بسترهای رسانا مانند قطعات ماشین آلات فلزات آهنی و فلزات غیر آهنی مناسب است. اجسام غیر رسانا مانند چوب، پلاستیک، پارچه و غیره را نمی توان با این روش پوشش داد.
(2) فرآیند پوشش الکتروفورتیک برای اجسام پوشش داده شده متشکل از چندین فلز مناسب نیست، اگر ویژگی های الکتروفورز متفاوت باشد.
(3) فرآیند پوشش الکتروفورتیک را نمی توان برای اجسام پوشش داده شده که نمی توانند دمای بالا را تحمل کنند استفاده کرد.
(4) پوشش الکتروفورتیک برای پوشش با الزامات محدود در رنگ مناسب نیست. پوشش الکتروفورتیک با رنگ های مختلف نیاز به رنگ آمیزی در شیارهای مختلف دارد.
(5) پوشش الکتروفورتیک برای تولید دستهای کوچک توصیه نمیشود (دوره تجدید حمام بیش از 6 ماه است)، زیرا سرعت تجدید حمام بسیار آهسته است، رزین موجود در حمام پیر میشود و محتوای حلال به شدت تغییر میکند. حمام ناپایدار است.
مراحل پوشش{0}الکترو
(1) برای پوشش الکتروفورتیک سطوح فلزی عمومی، جریان فرآیند عبارت است از: پیش-تمیز کردن → چربی زدایی → شستشو با آب → زدودن زنگ زدگی → شستشوی آب → خنثی سازی → شستشوی آب → فسفاته کردن → شستشوی آب → غیرفعال سازی → پوشش الکتروفورتیک → تمیز کردن بالای مخزن → شستشوی فوق العاده آب → تمیز کردن مخزن.
(2) بستر و پیش تصفیه جسم پوشش داده شده تأثیر زیادی بر فیلم پوشش الکتروفورتیک دارد. ریختهگریهای فلزی عموماً با سندبلاست یا شات بلاست از بین میروند، نخ پنبهای برای حذف گرد و غبار شناور روی سطح قطعه کار استفاده میشود و از کاغذ سنباده برای حذف گلولههای فولادی و سایر زبالههای روی سطح استفاده میشود. سطح فولاد با چربی زدایی و زدودن زنگ درمان می شود. هنگامی که نیازهای سطحی بسیار زیاد است، عملیات سطحی فسفاته و غیرفعال سازی مورد نیاز است. قطعات کار فلزات آهنی باید قبل از الکتروفورز آندی فسفاته شوند، در غیر این صورت مقاومت در برابر خوردگی لایه رنگ ضعیف خواهد بود. در تصفیه فسفاته، فیلم فسفاته نمک روی به طور کلی با ضخامت حدود 1 تا 2 میکرومتر انتخاب می شود و فیلم فسفات باید دارای کریستال های ریز و یکنواخت باشد.
(3) در سیستم فیلتراسیون، فیلتر اولیه به طور کلی پذیرفته می شود و فیلتر یک ساختار کیسه مشبک است. رنگ الکتروفورتیک از طریق یک پمپ عمودی برای فیلتراسیون به فیلتر منتقل می شود. با توجه به چرخه جایگزینی جامع و کیفیت فیلم رنگ، کیسه فیلتر با اندازه منافذ 50 میکرومتر بهترین است. این نه تنها می تواند الزامات کیفیت فیلم رنگ را برآورده کند، بلکه مشکل گرفتگی کیسه فیلتر را نیز حل می کند.
(4) اندازه سیستم گردش پوشش الکتروفورتیک به طور مستقیم بر پایداری حمام و کیفیت فیلم رنگ تأثیر می گذارد. افزایش حجم گردش خون باعث کاهش بارش و حباب های مایع حمام می شود. با این حال، پیری مایع حمام تسریع می شود، مصرف انرژی افزایش می یابد و پایداری مایع حمام بدتر می شود. ایده آل است که زمان چرخه مایع مخزن را به 6-8 بار در ساعت کنترل کنید، که نه تنها کیفیت فیلم رنگ را تضمین می کند، بلکه عملکرد پایدار مایع مخزن را نیز تضمین می کند.
(5) با افزایش زمان تولید، امپدانس دیافراگم آند افزایش می یابد و ولتاژ کار موثر کاهش می یابد. بنابراین در تولید باید ولتاژ کاری منبع تغذیه را با توجه به تلفات ولتاژ به تدریج افزایش داد تا افت ولتاژ دیافراگم آند جبران شود.
(6) سیستم اولترافیلتراسیون غلظت یون های ناخالصی وارد شده توسط قطعه کار را برای اطمینان از کیفیت پوشش کنترل می کند. در عملکرد این سیستم باید توجه داشت که پس از راه اندازی سیستم باید به طور مداوم کار کند و اجرای متناوب برای جلوگیری از خشک شدن غشای اولترافیلتراسیون اکیدا ممنوع است. رزین و رنگدانه خشک شده به غشای اولترافیلتراسیون میچسبند و نمیتوانند به طور کامل تمیز شوند، که به طور جدی بر نفوذپذیری آب و عمر مفید غشای اولترافیلتراسیون تأثیر میگذارد. نرخ آب خروجی غشای اولترافیلتراسیون با زمان اجرا روند نزولی را نشان می دهد. برای اطمینان از آب اولترافیلتراسیون مورد نیاز برای شستشو و شستشوی اولترافیلتراسیون باید یک بار برای 30-40 روز کار مداوم تمیز شود.
(7) روش پوشش الکتروفورتیک برای فرآیند تولید تعداد زیادی از خطوط مونتاژ مناسب است. چرخه تجدید حمام الکتروفورز باید در عرض 3 ماه باشد. مدیریت علمی حمام بسیار مهم است. پارامترهای مختلف حمام به طور مرتب آزمایش می شود و حمام با توجه به نتایج آزمایش تنظیم و جایگزین می شود. به طور کلی، پارامترهای محلول حمام با فرکانس زیر اندازه گیری می شود: مقدار pH، محتوای جامد و رسانایی محلول الکتروفورز، محلول اولترافیلتراسیون و محلول تمیز کننده اولترافیلتراسیون، محلول قطبی آنیون (آند)، لوسیون در گردش و محلول پاک کننده دییونیزاسیون یک بار در روز. نسبت پایه، محتوای حلال آلی و آزمایش مخزن کوچک آزمایشگاهی دو بار در هفته.
(8) برای مدیریت کیفیت فیلم رنگ، یکنواختی و ضخامت فیلم رنگ باید به طور مکرر بررسی شود و ظاهر نباید دارای سوراخ، افتادگی، پوست پرتقال، چین و چروک و غیره باشد. به طور منظم شاخص های فیزیکی و شیمیایی مانند چسبندگی و مقاومت در برابر خوردگی فیلم پوشش را بررسی کنید. چرخه بازرسی مطابق با استانداردهای بازرسی سازنده است و به طور کلی هر دسته نیاز به بازرسی دارد.
درمان سطحی قبل از الکتروفورز
عملیات سطحی قطعه کار قبل از پوشش، بخش مهمی از پوشش الکتروفورتیک است که عمدتاً شامل چربی زدایی، زدودن زنگ، تهویه سطح، فسفاته کردن و سایر فرآیندها است. کیفیت درمان آن نه تنها بر ظاهر فیلم تأثیر می گذارد، عملکرد ضد خوردگی را کاهش می دهد، بلکه پایداری محلول رنگ را نیز از بین می برد. بنابراین برای سطح قطعه کار قبل از رنگ آمیزی لازم است که فاقد لکه های روغن، آثار زنگ زدگی، بدون مواد شیمیایی پیش تصفیه و رسوب فسفاته و غیره باشد و فیلم فسفاته دارای کریستال های متراکم و یکنواخت باشد. در مورد فرآیندهای مختلف قبل از{5}درمان، ما آنها را به صورت جداگانه مورد بحث قرار نمیدهیم، بلکه فقط به چند نکته توجه میکنیم:
1) اگر چربی زدایی و زنگ زدگی تمیز نباشد، نه تنها بر تشکیل فیلم فسفاته تأثیر می گذارد، بلکه بر نیروی پیوند، عملکرد تزئینی و مقاومت در برابر خوردگی پوشش نیز تأثیر می گذارد. لایه رنگ مستعد انقباض و سوراخ شدن است.
2) فسفاته کردن: هدف بهبود چسبندگی و توانایی ضد خوردگی فیلم الکتروفورتیک است. نقش آن به شرح زیر است:
(1) به دلیل اثرات فیزیکی و شیمیایی، چسبندگی فیلم پوشش آلی به بستر افزایش می یابد.
(2) فیلم فسفاته سطح فلز را از یک رسانای خوب به یک هادی ضعیف تبدیل میکند، در نتیجه از تشکیل میکرو-باتریها بر روی سطح فلز جلوگیری میکند، به طور موثری از خوردگی پوشش جلوگیری میکند و مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت پوشش در برابر آب را افزایش میدهد. علاوه بر این، تنها بر اساس تهکشی کامل و چربیزدایی، میتوان یک فیلم فسفاته رضایتبخش روی سطحی تمیز، یکنواخت و بدون چربی- تشکیل داد. از این جنبه، خود فیلم فسفاته کردن، شهودیترین و مطمئنترین-تأثیر فرآیند پیش تصفیه است.
3) شستشو: کیفیت شستشو در هر مرحله از پیش تصفیه تاثیر زیادی بر کیفیت کل فیلم پیش تصفیه و رنگ خواهد داشت. آخرین تمیز کردن آب دیونیزه قبل از رنگ آمیزی، اطمینان حاصل کنید که رسانایی قطره ای جسم پوشش داده شده بیشتر از 30μs/cm نباشد. تمیز کردن تمیز نیست، مانند قطعه کار:
(1) اسید باقیمانده، مایع شیمیایی فسفاته، لخته سازی رزین در مایع رنگ، و بدتر شدن پایداری.
(2) مواد خارجی باقیمانده (لکه های روغن، گرد و غبار)، سوراخ های انقباض، ذرات و سایر عیوب در فیلم رنگ؛
(3) الکترولیتها و نمکهای باقیمانده منجر به تشدید واکنش الکترولیز و ایجاد سوراخها و سایر بیماریها میشوند.
