بوندريزنج: معالجة سطح الفولاذ لمقاومة التآكل والالتصاق

التعريف والمفهوم الأساسي

تعتبر عملية البوندرزنج، المعروفة أيضًا بالفوسفاتة أو الفوسفاتة الزنك، عملية معالجة كيميائية للسطح تُطبق على الركائز الفولاذية لتعزيز مقاومة التآكل، وتحسين التصاق الطلاءات اللاحقة، وتوفير طبقة فوسفاتية واقية. تتضمن هذه العملية تشكيل طبقة فوسفاتية رقيقة، لاصقة، بلورية على سطح الفولاذ من خلال تفاعلات كيميائية مع محاليل فوسفاتية محددة.

أساسًا، تعدل عملية البوندرزنج سطح الفولاذ من خلال إنشاء فيلم فوسفات ميكرو مسامي ومستقر كيميائيًا يعمل كحاجز ضد العوامل التآكلية البيئية. كما أنها توفر سطحًا مناسبًا للدهان أو الطلاء أو عمليات التشطيب اللاحقة، مما يحسن من متانة وأداء مكونات الفولاذ.

في نطاق أوسع من طرق إنهاء سطح الفولاذ، تحتل عملية البوندرزنج مكانة خاصة كخطوة معالجة مسبقة تهدف بشكل أساسي إلى حماية التآكل وتعزيز الالتصاق. على عكس الطلاء الكهربائي أو الغلفنة بالغمر الساخن، لا تودع عملية البوندرزنج طبقة معدنية ولكنها تشكل طبقة فوسفات مرتبطة كيميائيًا. وغالبًا ما تستخدم بالتزامن مع الزيت أو الطلاء لتحسين خصائص السطح.

الطبيعة الفيزيائية ومبادئ العملية

آلية تعديل السطح

أثناء عملية البوندرزنج، يخضع سطح الفولاذ لسلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تشمل محاليل الفوسفات التي تحتوي عادةً على فوسفات الزنك أو المنغنيز أو الحديد. عندما يتم غمر الفولاذ في حوض الفوسفات، تحدث العمليات التالية:

• يتفاعل سطح الفولاذ، الذي يتكون أساسًا من الحديد، مع أيونات الفوسفات في المحلول، مما يؤدي إلى تشكيل مركبات فوسفات الحديد غير القابلة للذوبان.
• قد تتفاعل أيونات الزنك أو المنغنيز في المحلول أيضًا مع سطح الفولاذ، مكونةً طبقات فوسفات الزنك أو المنغنيز.
• تشمل العملية تفاعلات كيميائية كهربائية حيث يعمل الفولاذ ككاثود، مما يسهل ترسيب بلورات الفوسفات.

على المقياس الميكروي أو النانوي، يؤدي ذلك إلى تشكيل طبقة فوسفات بلورية موحدة ذات بنية ميكرو مسامية. عادةً ما تكون بلورات الفوسفات على شكل إبر أو حبيبات، مما يخلق سطحًا خشنًا يعزز الالتصاق للطلاءات اللاحقة.

تتميز الخصائص البينية بين طبقة الفوسفات وركيزة الفولاذ بروابط كيميائية قوية، مما يضمن التصاقًا جيدًا واستقرارًا. يتم ربط فيلم الفوسفات كيميائيًا بالفولاذ، مما يوفر واجهة متينة مقاومة للتقشير أو التقشر تحت ظروف الخدمة العادية.

تركيب وهيكل الطلاء

تتكون الطبقة السطحية الناتجة في عملية البوندرزنج بشكل أساسي من مركبات فوسفات معدني غير قابلة للذوبان، مثل فوسفات الزنك (Zn₃(PO₄)₂·4H₂O)، فوسفات المنغنيز، أو فوسفات الحديد، اعتمادًا على التركيبة المستخدمة. تشكل هذه المركبات بنية بلورية وميكرو مسامية مرتبطة كيميائيًا بسطح الفولاذ.

تتميز البنية المجهرية لطلاء الفوسفات بشبكة من بلورات رفيعة تشبه الإبر تتداخل مع سطح الفولاذ. يسمح هذا الميكرو مسامية بالاحتفاظ بالزيت بشكل أفضل، واختراق مثبطات التآكل، وتحسين التصاق الدهانات أو الطلاءات الأخرى.

يتراوح سمك طبقة الفوسفات عادةً من حوالي 5 إلى 25 ميكرومتر، اعتمادًا على معلمات العملية ومتطلبات التطبيق. تُستخدم الطبقات الأكثر سمكًا عادةً لتحسين مقاومة التآكل، بينما تكون الطبقات الرقيقة مناسبة للتطبيقات التي تتطلب الحد الأدنى من تغيير السطح.

تصنيف العملية

تُصنف عملية البوندرزنج كعملية طلاء تحويل كيميائي ضمن الفئة الأوسع من معالجة السطح. تختلف عن العمليات الكهروكيميائية مثل الطلاء الكهربائي أو الأكسدة الأنودية من خلال الاعتماد فقط على التفاعلات الكيميائية دون تيار كهربائي خارجي.

مقارنةً بمعالجات الفوسفات الأخرى، تتميز عملية البوندرزنج بتكوينها الكيميائي المحدد، ومعلمات العملية، والتطبيق المقصود. تشمل الأنواع:

• فوسفات الزنك: الأكثر شيوعًا، يوفر مقاومة للتآكل والتصاق الطلاء.
• فوسفات المنغنيز: يستخدم لتحسين مقاومة التآكل وخصائص التحمل.
• فوسفات الحديد: يُستخدم عادةً لأغراض زخرفية أو كأساس لطلاءات أخرى.

قد تشمل الفئات الفرعية الفوسفات بالغمر الساخن مقابل الفوسفات بالغمر البارد، حيث يُعتبر الأخير أكثر شيوعًا في المعالجة المسبقة الصناعية بسبب متطلبات درجة الحرارة المنخفضة وبساطة العملية.

طرق التطبيق والمعدات

معدات العملية

تتم عملية البوندرزنج الصناعية باستخدام خزانات أو أحواض غمر كبيرة تحتوي على محلول الفوسفات. تشمل المعدات الرئيسية:

• خزانات الفوسفات: مصنوعة من مواد مقاومة للتآكل مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو مبطنة بالمطاط أو البلاستيك لتحمل المحاليل الحمضية.
• أنظمة التسخين: للحفاظ على درجات حرارة الحوض عادةً بين 40 درجة مئوية و90 درجة مئوية، اعتمادًا على التركيبة.
• أنظمة التحريك: مثل المحركات الميكانيكية أو أجهزة نفخ الهواء لضمان تجانس تركيبة المحلول ودرجة الحرارة.
• محطات الشطف: لإزالة المواد الكيميائية المتبقية بعد المعالجة.
• أفران التجفيف: للتجفيف والمعالجة بعد المعالجة.

يؤكد تصميم المعدات على تدفق موحد والتحكم في درجة الحرارة لضمان جودة الطلاء المتسقة. غالبًا ما تتضمن الأنظمة الآلية حساسات ووحدات تحكم لتنظيم معلمات العملية بدقة.

تقنيات التطبيق

تشمل إجراءات البوندرزنج القياسية عدة خطوات:

• تنظيف السطح: إزالة الزيوت والشحوم والصدأ وقشور المطحنة من خلال إزالة الشحوم، أو النقع، أو التنظيف الكاشط.
• المعالجة المسبقة: لضمان أن يكون السطح جافًا ونظيفًا وخاليًا من الملوثات.
• الغمر في حوض الفوسفات: عادةً لمدة 5 إلى 30 دقيقة، اعتمادًا على سمك الطلاء المطلوب.
• الشطف: بالماء لإزالة المواد الكيميائية المتبقية.
• تطبيق الزيت أو الشمع (اختياري): لتعزيز مقاومة التآكل أثناء التخزين.
• التجفيف: عند درجات حرارة مضبوطة لتثبيت الطلاء.

تشمل معلمات العملية الحرجة درجة حرارة الحوض، ومدة الغمر، وتركيز المحلول، ومستوى الحموضة، ومعدل التحريك. يتم مراقبتها باستمرار باستخدام حساسات ويتم تعديلها للحفاظ على جودة الطلاء المثلى.

في خطوط الإنتاج، يتم دمج عملية البوندرزنج كخطوة وسيطة بين التنظيف وتطبيق الطلاء أو الطلاء، وغالبًا ما تكون مؤتمتة لتحقيق إنتاجية عالية.

متطلبات المعالجة المسبقة

قبل عملية البوندرزنج، يجب تنظيف سطح الفولاذ بدقة لإزالة الزيوت والشحوم والصدأ وقشور المطحنة. تشمل خطوات المعالجة المسبقة الشائعة:

• إزالة الشحوم: باستخدام منظفات قلوية أو قائمة على المذيبات.
• النقع: باستخدام أحماض مخففة لإزالة الصدأ وقشور المطحنة.
• الشطف: بالماء للقضاء على المواد الكيميائية المتبقية.

تعتبر نظافة السطح أمرًا