Đồ án: Quá trình phosphat hóa

1 MỤC LỤC 30 2 MỞ ĐẦU Kim loại đã là xương sống của nền văn minh. Đã có rất nhiều vật liệu được nghiên cứu để thay thế kim loại nhưng nó vẫn đóng vai trò lớn trong việc sản xuất, xây dựng và có khả năng làm như vậy trong nhiều năm nữa. Điều này là do kim loại là sự kết hợp của một 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 một xu hướng mạnh mẽ để trở lại dạng oxit của 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 phòng chống ăn mòn rất nhiều và đa dạng. Những phương pháp này có thể như: - 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 lớp màng phủ để bảo vệ bề mặt kim loại. - Trong phạm vi nghiên cứu, đồ án tập trung vào việc nghiên cứu phương pháp sử dụng lớp màng phủ­ mà ở đây cụ thể là màng phủ phosphat. 3 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN Phosphat hóa 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 phosphat 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 phosphat hoá để sử dụng trong các nhà máy xử lý bề mặt kim loại. 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 phosphat hóa 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 4 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. 1.1. LỊCH SỬ VÀ PHÁT TRIỂN CỦA QUÁ TRÌNH PHOSPHAT HÓA STT Năm 1 1906 2 1908 3 1909 4 1911 5 1928 6 1929 7 1933 8 1934 9 1940 10 1941 11 1950s 12 1960s 13 1960s 14 1970s Tiến bộ được thực hiện / quá trình phát triển Phosphat sắt thép sử dụng axit photphoric và mạt sắt Xử lý lớp phủ phosphate với tác nhân oxy hóa để giảm thời gian quy trình Xây dựng bể phủ phosphat chịu được nhiệt độ cao Quá trình mangan phủ phosphat ở nhiệt độ cao Công nhận lớp phủ phosphat như công nghệ sơn Sử dụng các tác nhân xúc tác đồng cho quá trình phủ Sử dụng các tác nhân oxy hóa để tăng tốc cho quá trình phủ Sử dụng lớp phủ phosphat cho việc giảm nhiệt kim loại Phát triển công nghệ phosphat hóa nguội. Phosphat bề mặt nhôm sử dụng kẽm phosphate và florua. Lớp phủ mangan được sử dụng và ứng dụng rỗng rãi Sử dụng các phụ gia đặc biệt để kiểm soát trọng lượng lớp phủ. Quá trình phun phủ ở nhiệt độ 25­30o Cải thiện chất lượng lớp phủ, sử dụng các chất tẩy rửa phun dựa trên công nghệ bề mặt. 1.2.CƠ CHẾ HÌNH THÀNH LỚP PHỦ Dung dịch phosphat hóa thường được sử dụng trong công nghiệp là cá dung dịch loãng của: kẽm phosphat, mangan phosphat, kẽm­ sắt phosphat… Kim loại nền thường được sử dụng là sắt, thép hay thép tráng kẽm. Trong quá trình phosphat hóa bề mặt kim 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 5 ứng giữa kim loại nền và dung dịch phosphat hóa. Quá 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 toàn khối dung dịch phosphat hóa. 1.2.1. Cân bằng trong dung dịch phosphat hóa. Sự hình thành lớp phủ phụ thuộc vào cân bằng giữa muối dihidro photsphat tan và phosphat không tan trong dung dịch phosphat hóa. Trong dung dịch phosphat hóa tồn tại các cân bằng sau 3M(H2PO4)2 3MHPO4 + 3H3PO4 (1) 3MHPO4 3M(H2PO4)2 M3(PO4)2 + H3PO4 (2) M3(PO4)2 + 4H3PO4 (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 phosphat hóa phản ứng giữ kim loại và dung dịch xảy ra M + H3PO4 M(PO4)2 + H2(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 phosphat trên bề mặt kim loại. 1.2.2. Động học của quá trình tạo lớp phủ Sự hình thành lớp phủ phosphat hóa trên bề mặt kim loại không chỉ phụ thuộc vào yếu tố động lực học mà còn chịu sự chi phối của các yếu tố động học như tốc ... - tailieumienphi.vn