Bonderizing: Perlakuan Permukaan Baja untuk Ketahanan Korosi & Adhesi

Definisi dan Konsep Dasar

Bonderizing, juga dikenal sebagai fosfatasi atau fosfatasi seng, adalah proses perlakuan permukaan kimia yang diterapkan pada substrat baja untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi, memperbaiki adhesi lapisan berikutnya, dan memberikan lapisan fosfat pelindung. Proses ini melibatkan pembentukan lapisan fosfat kristalin yang tipis dan melekat pada permukaan baja melalui reaksi kimia dengan larutan fosfatasi tertentu.

Pada dasarnya, bonderizing memodifikasi permukaan baja dengan menciptakan film fosfat yang mikroporos dan stabil secara kimia yang bertindak sebagai penghalang terhadap agen korosif lingkungan. Ini juga menyediakan permukaan yang sesuai untuk pengecatan, pelapisan, atau proses penyelesaian lebih lanjut, sehingga meningkatkan daya tahan dan kinerja komponen baja.

Dalam spektrum yang lebih luas dari metode penyelesaian permukaan baja, bonderizing menempati ceruk sebagai langkah pra-perlakuan yang terutama ditujukan untuk perlindungan korosi dan promosi adhesi. Berbeda dengan elektroplating atau galvanisasi celup panas, bonderizing tidak mengendapkan lapisan logam tetapi membentuk lapisan fosfat yang terikat secara kimia. Ini sering digunakan bersamaan dengan pelumasan atau pengecatan untuk mengoptimalkan sifat permukaan.

Sifat Fisik dan Prinsip Proses

Mekanisme Modifikasi Permukaan

Selama bonderizing, permukaan baja mengalami serangkaian reaksi kimia yang melibatkan larutan fosfatasi yang biasanya mengandung fosfat seng, mangan, atau besi. Ketika baja dicelupkan ke dalam bak fosfatasi, proses berikut terjadi:

• Permukaan baja, yang sebagian besar terdiri dari besi, bereaksi dengan ion fosfat dalam larutan, menghasilkan pembentukan senyawa fosfat besi yang tidak larut.
• Ion seng atau mangan dalam larutan juga dapat bereaksi dengan permukaan baja, membentuk lapisan fosfat seng atau mangan.
• Proses ini melibatkan reaksi elektrokimia di mana baja bertindak sebagai katoda, memfasilitasi pengendapan kristal fosfat.

Pada skala mikro atau nano, ini menghasilkan lapisan fosfat kristalin yang seragam dengan struktur mikroporos. Kristal fosfat biasanya berbentuk jarum atau granular, menciptakan permukaan bertekstur yang meningkatkan adhesi untuk pelapisan berikutnya.

Karakteristik antarmuka antara lapisan fosfat dan substrat baja ditandai oleh ikatan kimia yang kuat, memastikan adhesi dan stabilitas yang baik. Film fosfat terikat secara kimia pada baja, memberikan antarmuka yang tahan lama yang tahan terhadap pengelupasan atau pengelupasan di bawah kondisi layanan yang biasa.

Komposisi dan Struktur Pelapisan

Lapisan permukaan yang dihasilkan dalam bonderizing terutama terdiri dari senyawa fosfat logam yang tidak larut, seperti fosfat seng (Zn₃(PO₄)₂·4H₂O), fosfat mangan, atau fosfat besi, tergantung pada formulasi yang digunakan. Senyawa ini membentuk struktur kristalin yang mikroporos yang secara kimia melekat pada substrat baja.

Mikrostruktur dari pelapisan fosfat ditandai oleh jaringan kristal halus yang menyerupai jarum yang saling mengunci dengan permukaan baja. Mikroporositas ini memungkinkan retensi minyak yang lebih baik, penetrasi inhibitor korosi, dan meningkatkan adhesi cat atau pelapisan lainnya.

Ketebalan tipikal dari lapisan fosfat berkisar antara sekitar 5 hingga 25 mikrometer, tergantung pada parameter proses dan persyaratan aplikasi. Lapisan yang lebih tebal umumnya digunakan untuk meningkatkan ketahanan korosi, sementara lapisan yang lebih tipis cocok untuk aplikasi yang memerlukan perubahan permukaan minimal.

Klasifikasi Proses

Bonderizing diklasifikasikan sebagai proses pelapisan konversi kimia dalam kategori yang lebih luas dari perlakuan permukaan. Ini berbeda dari proses elektrokimia seperti elektroplating atau anodisasi dengan mengandalkan reaksi kimia tanpa arus listrik eksternal.

Jika dibandingkan dengan perlakuan fosfat lainnya, bonderizing dibedakan oleh komposisi kimia spesifiknya, parameter proses, dan aplikasi yang dimaksudkan. Variannya meliputi:

• Fosfatasi seng: yang paling umum, memberikan ketahanan terhadap korosi dan adhesi cat.
• Fosfatasi mangan: digunakan untuk meningkatkan ketahanan korosi dan sifat ketahanan aus.
• Fosfatasi besi: biasanya digunakan untuk tujuan dekoratif atau sebagai dasar untuk pelapisan lebih lanjut.

Kategori sub dapat melibatkan fosfatasi celup panas versus fosfatasi celup dingin, dengan yang terakhir lebih umum dalam pra-perlakuan industri karena persyaratan suhu yang lebih rendah dan kesederhanaan proses.

Metode Aplikasi dan Peralatan

Peralatan Proses

Bonderizing industri dilakukan menggunakan tangki atau bak celup besar yang berisi larutan fosfatasi. Peralatan kunci meliputi:

• Bak fosfatasi: terbuat dari bahan tahan korosi seperti stainless steel atau dilapisi dengan karet atau plastik untuk menahan larutan asam.
• Sistem pemanas: untuk mempertahankan suhu bak biasanya antara 40°C dan 90°C, tergantung pada formulasi.
• Sistem agitasi: seperti pengaduk mekanis atau penyemprot udara untuk memastikan komposisi dan suhu larutan yang seragam.
• Stasiun pencucian: untuk menghilangkan bahan kimia residu setelah perlakuan.
• Oven pengering: untuk pengeringan dan pengawetan pasca-perlakuan.

Desain peralatan menekankan aliran yang seragam dan kontrol suhu untuk memastikan kualitas pelapisan yang konsisten. Sistem otomatis sering menggabungkan sensor dan unit kontrol untuk regulasi parameter proses yang tepat.

Teknik Aplikasi

Prosedur bonderizing standar melibatkan beberapa langkah:

• Pembersihan permukaan: penghilangan minyak, lemak, karat, dan skala pabrik melalui degreasing, pickling, atau pembersihan abrasif.
• Pra-perlakuan: memastikan permukaan kering, bersih, dan bebas dari kontaminan.
• Celup dalam bak fosfatasi: biasanya selama 5 hingga 30 menit, tergantung pada ketebalan pelapisan yang diinginkan.
• Pencucian: dengan air untuk menghilangkan bahan kimia residu.
• Aplikasi minyak atau lilin (opsional): untuk meningkatkan ketahanan korosi selama penyimpanan.
• Pengeringan: pada suhu terkontrol untuk menstabilkan pelapisan.

Parameter proses yang kritis meliputi suhu bak, waktu celup, konsentrasi larutan, tingkat pH, dan laju agitasi. Ini dipantau secara terus-menerus menggunakan sensor dan disesuaikan untuk mempertahankan kualitas pelapisan yang optimal.

Dalam jalur produksi, bonderizing diintegrasikan sebagai langkah perantara antara pembersihan dan aplikasi pengecatan atau pelapisan, sering kali otomatis untuk throughput tinggi.

Persyaratan Pra-perlakuan

Sebelum bonderizing, permukaan baja harus dibersihkan secara menyeluruh untuk menghilangkan minyak, lemak, karat, dan skala pabrik. Langkah pra-perlakuan umum meliputi:

• Degreasing: menggunakan pembersih berbasis alkali atau pelarut.
• Pickling: dengan asam encer untuk menghilangkan karat dan skala pabrik.
• Pencucian: dengan air untuk menghilangkan bahan kimia residu.

Kebersihan permukaan sangat penting; kontaminan dapat menghambat reaksi kimia, menyebabkan lapisan fosfat yang tidak merata atau cacat. Aktivasi permukaan, seperti abrasi ringan atau etsa asam, dapat digunakan untuk meningkatkan adhesi pelapisan.

Proses Pasca-perlakuan

Langkah-langkah pasca-perlakuan bertujuan untuk menstabilkan lapisan fosfat dan meningkatkan ketahanan korosi:

• Pencucian: dengan air deionisasi atau air suling untuk menghilangkan bahan kimia residu.
• Pelapisan minyak atau lilin: diterapkan untuk memberikan perlind