مقایسه خواص پوشش های فسفاته روی، روی/نیکل ،روی/نیکل/منگنز بر زیرلایه فولاد 41Cr4
الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین
غلامرضا خلج
1
,
ابوالحسن نجفی
2
,
عادل حیدریان
3
1 - دانشکده فنی و مهندسی، واحد ساوه، دانشگاه آزاد اسلامی، ساوه، ایران
2 - دانشکده فنی و مهندسی، واحد ساوه، دانشگاه آزاد اسلامی، ساوه، ایران
3 - دانشکده فنی و مهندسی، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
الکلمات المفتاحية: مقاومت خوردگی, نیکل, پوشش فسفاته, سه کاتیونی, روی, منگنز,
ملخص المقالة :
چکیده مقدمه: در این تحقیق خواص پوشش های فسفاته روی (تک کاتیونی)، روی/ نیکل (دو کاتیونی) و روی/ نیکل/ منگنز (سه کاتیونی) مورد بررسی قرار گرفت. روش: محلول فسفاتهکاری پایه بر اساس تجربیات قبلی شامل اسید فسفریک، اسید نیتریک، شتاب دهندهها و مواد اصلاح کننده برای ایجاد ساختار بهینه پوشش تهیه شد. غلظت ترکیبات و پارامترهای عملیاتی دما، زمان و pH محلول، در طول فرایند ثابت شد. مقادیر کاتیونهای روی- نیکل- منگنز توسط اکسید روی 5/1؛ نیترات نیکل 4 و کربنات منگنز 8/3 (گرم بر لیتر) به حمام افزوده شد. در محلول پوشش فسفاته روی (تک کاتیونی)، نیترات منگنز و نیترات نیکل از محلول جدول 1حذف شدند. محلول فسفاته کاری روی/ نیکل (دو کاتیونی) نیز با حذف کربنات منگنز از محلول حاصل شد. اندازهگیری ضخامت و وزن واحد سطح، تعیین مقدار اسید کل و آزاد، مطالعه مورفولوژی و ریزساختار پوشش؛ آزمونهای مقاومت به خوردگی شامل مقاومت به حلالیت قلیایی، آزمایش پاشش نمک، انجام شد. همچنین بعد از رنگ آمیزی نمونههای فسفاته شده، آزمایش ضخامت لایه رنگ، آزمایش خراش و خمش، آزمایش ضربه و سختی لایه رنگ انجام پذیرفت. یافته ها: مقایسه حمامهای فسفاته کاری نشان داد که با ورود یون های نیکل و منگنز، وزن پوشش کاهش یافته است. پوشش فسفاته با غلظت کم روی دارای ساختار خوشه ای است، در حالیکه بلورهای پوشش فسفاته روی- نیکل، خوشهای و ورقه ای بوده و پوشش فسفاته سه کاتیونی نیز مخلوطی از دو ساختار مکعبی و ورقه ای شکل دارد. اختلاف پستی و بلندی ها در پوشش فسفاته روی- نیکل- منگنز؛ کمترین مقدار Raو Rz را در مقایسه با پوشش فسفاته تک کاتیونی و دو کاتیونی دارد. همچنین پوشش سه کاتیونی، بالاترین مقاومت به خوردگی را دارد که علت آن یکنواختی بیشتر، تخلخل کمتر، ساختار بلوری ریز و بالا بودن درصد فازهای مقاوم به خوردگی در ترکیب پوشش است. نتیجه گیری: بررسی های رنگ پوشش مشخص می کند که بهترین چسبندگی لایه رنگ مربوط به پوشش سه کاتیونی است. با توجه به بررسی های انجام شده پوشش سه کاتیونی روی- نیکل- منگنز نتایج مناسب تری را نسبت به پوشش تک کاتیونی روی و دو کاتیونی روی- نیکل فراهم کرد.
1. Narayanan, T. S. N. S. (2005). Surface pretreatment by phosphate conversion coatings. Reviews on Advanced Materials Science, 9, 130-177.
2. Narayanan, T. S. N. S. (2006). Corrosion resistance of phosphate coatings obtained by cathodic electrochemical treatment. Progress in Organic Coatings, 55, 355-362.
3. Zhang, S. (2008). The growth of zinc phosphate coatings on 6061-Al alloy. Surface & Coatings Technology, 202, 1674-1680.
4. Van Ooij, W. J., & Sabata, A. (1989). Chemical stability of phosphate conversion coatings on cold-rolled and electrogalvanized steels. Surface & Coatings Technology, 39/40, 667-674.
5. Lazzarotto, L. (1999). The effects of processing bath parameters on the quality and performance of zinc phosphate coatings. Surface and Coatings Technology, 94-100.
6. Fang, F., Jiang, J., Tan, S., Ma, A., & Jiang, J. Q. (2010). Characteristics of a fast low-temperature zinc phosphating coating accelerated by an ECO-friendly hydroxylamine sulfate. Surface & Coatings Technology, 204, 2381-2385.
7. Jegannathan, S., Arumugama, T. K., Narayanan, T. S. N. S., & Ravichandran, K. (2009). Formation and characteristics of zinc phosphate coatings obtained by electrochemical treatment: Cathodic vs. anodic. Progress in Organic Coatings, 65, 229-236.
8. Zimmermann, D. (2005). Formation of Zn Ni alloys in the phosphating of Zn layers. Surface & Coatings Technology, 197, 260-269.
9. Wang, C.-M., Liau, H.-C., & Tsai, W.-T. (2006). Effect of temperature and applied potential on the microstructure and electrochemical behavior of manganese phosphate coating. Surface & Coatings Technology, 200, 2718-2724.
10. Klusmann, E. (2003). pH-Microscopy: technical application in phosphating solutions. Electrochimica Acta, 43, 3325-3332.
11. Banczek, E. P. (2008). The effects of niobium and nickel on the corrosion resistance of the zinc phosphate layers. Surface & Coatings Technology, 202, 2008-2014.
12. Himmler, I. B., Kling, H. W., Optiz, W., & Seemann, J. (2003). Method of controlling a treatment line. United States Patent No. 6627006 B1.
13. Totik, Y. (2006). The corrosion behavior of manganese phosphate coatings applied to AISI 4140 steel subjected to different heat treatments. Surface & Coatings Technology, 200, 2711-2717.
14. Deepa, L. C. (2003). Effect of divalent cations in low zinc ambient temperature phosphating bath. Anti-Corrosion Methods and Materials, 50, 286-290.
15. Myawakii, T. (1991). Zinc, nickel phosphate conversion coating composition and process. United States Patent No. 5000799.
16. Sato, N., Minami, T., & Kono, H. (1989). Analysis of metallic components in zinc phosphate films using electron spin resonance and X-ray fluorescence. Surface and Coatings Technology, 37, 23-30.
17. Carattino, M. D. (2004). Effects of long-term exposure to Cu2+ and Cd2+ on the pentose phosphate. Ecotoxicology and Environmental Safety, 57, 311-318.
18. Lins, V. de F. C., Reis, G. F. D. A., Araujo, C. R. D., & Matencio, T. (2006). Electrochemical impedance spectroscopy and linear polarization applied to evaluation of porosity of phosphate conversion coating on electrogalvanized steels. Applied Surface Science, 253, 2875-2884.
19. Sienkowski, M. L., & Coonier, G. J. (2000). Zinc phosphate conversion coating and process. U.S. Patent No. 6/019/858.
20. Sinha, P. K. (2002). Phosphate coating on steel surfaces by an electrochemical method. Surface and Coatings Technology, 161, 158-168.
21. Tegehall, P. E. (1989). Colloidal titanium phosphate, the chemical activator in surface conditioning before zinc phosphating. Colloids & Surfaces, 42, 155-164.
22. Tegehall, P. E. (1990). The mechanism of chemical activation with titanium phosphate colloids in the formation of zinc phosphate conversion coatings. Colloids & Surfaces, 49, 373-383.
23. Tomandl, A., Wolpers, M., & Ogle, K. (2004). The alkaline stability of phosphate coatings II: in situ Raman spectroscopy. Corrosion science, 46(4), 997-1011.
24. Akafuah, N. K., Poozesh, S., Salaimeh, A., Patrick, G., Lawler, K., & Saito, K. (2016). Evolution of the automotive body coating process—A review. Coatings, 6(2), 24.
25. Su, H. Y., & Lin, C. S. (2014). Effect of additives on properties of phosphate conversion coating on electrogalvanized steel sheet. Corrosion Science, 83, 137–146.
26. Abdalla, K., Rahmat, A., & Azizan, A. (2013). The effect of pH on zinc phosphate coating morphology and its corrosion resistance on mild steel. Advanced Materials Research, 626, 569–574.
27. Doerre, M., Hibbitts, L., Patrick, G., & Akafuah, N. K. (2018). Advances in automotive conversion coatings during pretreatment of the body structure: A review. Coatings, 8(11), 405–421.
28. Wang, M., Ma, R., Du, A., Hu, S., Muhammad, M., Cao, X., ... & Wu, J. (2020). Corrosion resistance of black phosphorus nanosheets composite phosphate coatings on Q235 steel. Materials Chemistry and Physics, 250, 123056.
29. Zhang, Y., Chen, X., & Tan, H. (2023). Effect of ultrasonic treatment on the morphology and corrosion resistance of zinc-manganese phosphate coatings on 16Mn steel in 3.5% sodium chloride. International Journal of Electrochemical Science, 18(9), 100274.
30. Guo, L., Huang, Q., Zhang, C., Wang, J., Shen, G., Ban, C., & Guo, L. (2021). Study on the formation of Mn-P coatings with significant corrosion resistance on Q235 carbon steels by adjusting the ratio of phosphorus to manganese. Corrosion Science, 178, 108960.
31. Shahini, M. H., Eivaz Mohammadloo, H., & Ramezanzadeh, B. (2022). Recent advances in steel surface treatment via novel/green conversion coatings for anti-corrosion applications: a review study. Journal of Coatings Technology and Research, 19(1), 159-199.
32. Abdalla, K., & Zuhailawati, H. (2021). Corrosion performance and morphological analysis of activated zinc phosphate coating formed on steel surface. Anti-Corrosion Methods and Materials, 68(6), 555-563.
33. Burduhos-Nergis, D. P., Vizureanu, P., Sandu, A. V., & Bejinariu, C. (2020). Evaluation of the corrosion resistance of phosphate coatings deposited on the surface of the carbon steel used for carabiners manufacturing. Applied sciences, 10(8), 2753.
34. فتح یونس لیلا، آزادبه مازیار. (1393). مطالعه تاثیر فعال سازی مکانیکی سطح فولاد ساده کربنی بر خواص حفاظتی پوشش فسفاته Zn اعمالی و بهبود چسبندگی رنگ. فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین، (15)4، 66-51.
35. Ayoola, A. A., Durodola, B. M., Babalola, R., Adeniyi, O. D., & Ilobinso, C. E. (2023). Corrosion inhibitive effects of calcium-modified zinc phosphate coating on A36 mild steel. Results in Engineering, 17, 100880.
_||_
