Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II
description
Transcript of Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II
![Page 1: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/1.jpg)
Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí
Ing. Petr PokornýVŠCHT Praha, Ústav kovových materiálů a korozního inženýrství
doc.Ing. Vlastimil Brožek, DrScÚstav fyziky plazmatu AV ČR v.v.i. Praha ([email protected])
Ing. Libor Mastný, CScVŠCHT Praha, Ústav anorganické chemie ([email protected])
Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II
![Page 2: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/2.jpg)
Válcovaný plech
Původnípovrchovádrsnost plechuRa xxx
Barevný nátěrLak„chemická adheze“
Mechanickyzdrsněnávrstva pronáslednéfosfátováníRa lze libovolně ovlivnit
Povrchovou drsnost vytvořené fosfátové vrstvy nelze primárně ovlivnitPodle použité technologie Ra = 1,5 - 2
Fosfátová mezivrstva, spodní Ra lze ovlivnit, horní Ra ovlivňuje adhezi keramického povlaku
![Page 3: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/3.jpg)
Železnaté fosfátování
Zinečnaté fosfátování
Zinečnato-vápenaté fosfátování
Ca2+ + 2 Zn2+ + 2 H2PO4- = CaZn2(PO4)2 (s) + 4 H+
4 Fe + 4 NaH2PO4 +2O2 = Fe3(PO4)2 (s) + FeO + 2 Na2HPO4 + 3H2O
3 Zn2+ + 2 H2PO4- = Zn3(PO4)2 (s) + 4 H+
![Page 4: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/4.jpg)
Manganaté fosfátování
V lázni dihydrogenfosforečnanu zinečnatého Zn(H2PO4)2 s přídavky kationtů Mn2+, Co2+, Ni2+ a j. vznikají povlaky s různou kombinaci krystalových struktur, především
fosfofylitem ZnFe2(PO4)2 . 4H2O.
Takto definované lázně zajišťují tvorbu povlaku s mimořádně semknutými zrny a tedy s ještě významnější přilnavostí k oceli.
5 Mn2+ + 4 H2PO4- = Mn5H2(PO4)4 (s) + 6 H+
„Tříkationtové fosfátování“
![Page 5: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/5.jpg)
Číslo vzorku/kód
P 1600 PZn P1220 P1900 P2400
Povlakovací činidlo
Pragofos 1600
Nekomerční zinečnatý fosfát (bez aktivace)
Pragofos 1220
„Tříkationtový“ Pragofos 1900
Pragofos 2400
urychlovač procesu
Dusitan sodný Dusitan sodný Síran hydroxylaminia
Síran hydroxylaminia
Síran hydroxylaminia
Složenípovlaku
CaZn2(PO4)2
.2 H2O
FeZn2(PO4)2
. 4 H2O (62%)
Zn3(PO4)2
. 4 H2O (38%)
FeZn2(PO4)2
. 4 H2O (78%)
Zn3(PO4)2 . 4 H2O
(22%)
FeZn2(PO4)2. 4H2O (Mn,Fe)5H2(PO4)4
. 4 H2O
Strukturapovlaku
scholzit (45%)
parascholzit (55%)
Fosfofyllit + hopeit
Fosfofyllit + hopeit
fosfofyllit hureaulit
Drsnost povrchu Ra
1,78 1,55 1,69 1,84 1,75
![Page 6: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/6.jpg)
Práškový prekurzor
• Tavení částice • Odpařování• Sublimace• Chemické fázové změny• Sferoidizace
• Rychlé tuhnutí částice, tvorba „splatu“
• Fázové přeměny• Tvorba trhlin
Generátor plazmatu WSP®
Podložka/substrát(fosfátovaná ocel)
![Page 7: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/7.jpg)
![Page 8: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/8.jpg)
![Page 9: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/9.jpg)
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Counts
0
10000
20000 Zn2Ca-PO4-2-2H2O
Obr.8 Difraktogram, struktura povrchu a EDS spektrum vzorku P 1600 CaZn2(PO4)2 .2 H2O
Obr.9 Difraktogram, struktura povrchu a EDS spektrum vzorku PZn Zn2Fe(PO4)2 . 4 H2O
Zn2Fe(PO4)2.4H2O 78%Zn3(PO4)2.4H2O 22%
Obr.10 Difraktogram, struktura povrchu a EDS spektrum vzorku 1220 Zn2Fe(PO4)2 . 4 H2O
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
10 20 30 40 50 60 70 80
Counts
0
50000
100000
1920
Obr.11 Difraktogram, struktura povrchu a EDS spektrum vzorku 1900 Zn2Fe(PO4)2. 4H2O
![Page 10: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/10.jpg)
(Mn,Fe)5H2(PO4)4.4H2O
Obr.12 Difraktogram, struktura povrchu a EDS spektrum vzorku 2400 (Mn,Fe)5H2(PO4)2 . 4 H2O
![Page 11: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/11.jpg)
![Page 12: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/12.jpg)
Korundový povlak
Podkladová ocel
Fosfátová mezivrstva
Obr.13 Příčný řez ocelového podkladu s fosfátovou mezivrstvou a korundovým povlakem
Obr.14 Záznam termokamery s údaji o maximální a minimální teplotě povrchu vzorku
při plazmovém povlakování
![Page 13: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/13.jpg)
Testovací zařízení podle ČSN EN 4624
![Page 14: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/14.jpg)
Pozitivní výsledek:Kohezní odtrh.Pevnost spoje korund-fosfátje větší nežkorund-lepidlo podle ČSN
Méně pozitivní výsledek: pevnost spoje korund-lepidlo je menší než spoj korund-fosfát
![Page 15: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/15.jpg)
Řešení kompromisu:
složení fosfátové mezivrstvy X
její korozní odolnost X
její teplotní degradace po žárovém nástřikuX
Korozní odolnost finálního systémuX
Adheze povlaku k „poškozené“ fosfátové vrstvě
![Page 16: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/16.jpg)
Úbytky hmotnosti fosfátové vrstvy vlastně představují její určitou dehydratacipo dopadu roztavených částic keramického povlaku ( korundu)
(Rychlost dehydratace je m.j. ovlivněna tepelnou vodivostí konkrétního fosforečnanu, t.j rychlostí přenosu tepla z roztavené částice keramiky do fosforečnanové vrstvy.
Rychlost přestupu tepla je zase m.j. závislá na krystalové struktuře a teplotní vodivosti fosforečnanu)
![Page 17: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/17.jpg)
Měření samovolného korozního potenciálu
![Page 18: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/18.jpg)
Samovolný korozní potenciál
![Page 19: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/19.jpg)
PP cela
RE (akt. Ti)
těsnění
vzorek
tlačka
CE (grafit)
zátka
PP celaPP cela
RE (akt. Ti)RE (akt. Ti)
těsněnítěsnění
vzorekvzorek
tlačkatlačka
CE (grafit)CE (grafit)
zátkazátka
![Page 20: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/20.jpg)
![Page 21: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/21.jpg)
Permeabilita korundového povlaku
(měřeno po vytvoření „membrány“ na dočasné podložce)
1,35.10-8 – 3,47.10-8 mol/m2 s
Příklad: 80 h = 288 000 s , průtok H2O = 0,179 ml/m2
Bude-li touto kapalinou 35%ní HCl, rozpustí se 0,031 g Fe/m2,
tj. vrstva o tloušťce 3,9 nm
![Page 22: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/22.jpg)
Polarizační odpor fosfátových vrstev pod korundovým povlakem
polarizační odpor [Ω.m2]
čas [h]
bez povlaku
železnaté fosfátování
zinečnaté fosfátování
zinečnato-vápenaté
fosfátování
manganaté fosfátování
"tříkationtové" fosfátování
1 0,30 0,22 1,71 0,89 2,01 0,84
24 0,46 0,37 1,19 0,92 2,17 0,75
48 0,54 0,36 1,38 0,93 1,39 0,88
72 0,54 0,34 1,50 0,98 1,15 0,94
![Page 23: Plazmové povlakování fosfátovaných ocelí II](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/568151cb550346895dc0049f/html5/thumbnails/23.jpg)
Experimentální práce byly financovány z účelové podpory
na specifický vysokoškolský výzkum MŠMT č.21/2012.
Materiálová a odborná podpora při výzkumu prezentované problematiky
byla poskytnuta společností Pragochema spol. s r. o. Praha.
Těm nahoře za peníze a vám za pozornost
děkují autoři