الترسيب الكهربائي

الترسيب الكهربائي ( EPD ) مصطلح يشمل طيفًا واسعًا من العمليات الصناعية، بما في ذلك الطلاء الكهربائي ، والترسيب الكهربائي الكاثودي ، والترسيب الكهربائي الأنودي ، والطلاء الكهربائي ، أو الرسم الكهربائي . ومن السمات المميزة لهذه العملية هجرة الجسيمات الغروية المعلقة في وسط سائل تحت تأثير مجال كهربائي ( الترحيل الكهربائي ) وترسيبها على قطب كهربائي . ويمكن استخدام جميع الجسيمات الغروية القادرة على تكوين معلقات مستقرة والتي تحمل شحنة كهربائية في الترسيب الكهربائي، بما في ذلك مواد مثل البوليمرات ، والأصباغ ، والألوان ، والسيراميك ، والمعادن .

تُعدّ هذه العملية مفيدة لتطبيق المواد على أي سطح موصل للكهرباء . وتُشكّل المواد التي يتم ترسيبها العامل الرئيسي المحدد لظروف المعالجة الفعلية والمعدات التي يمكن استخدامها.

نظراً للاستخدام الواسع لعمليات الطلاء الكهربائي في العديد من الصناعات، يُعدّ الطلاء الكهربائي المائي (EPD) العملية الأكثر شيوعاً في التطبيقات التجارية. مع ذلك، توجد تطبيقات معروفة للترسيب الكهربائي غير المائي. ويجري حالياً استكشاف تطبيقات الطلاء الكهربائي غير المائي لاستخدامه في تصنيع المكونات الإلكترونية وإنتاج الطلاءات الخزفية . تتميز العمليات غير المائية بميزة تجنب التحليل الكهربائي للماء وانبعاث الأكسجين المصاحب له.

تُستخدم هذه العملية صناعياً لتطبيق الطلاءات على المنتجات المعدنية المصنعة. وقد شاع استخدامها في طلاء هياكل السيارات وأجزائها، والجرارات والمعدات الثقيلة ، ومفاتيح التوزيع الكهربائية، والأجهزة المنزلية، والأثاث المعدني، وحاويات المشروبات، والمثبتات، والعديد من المنتجات الصناعية الأخرى.

تُستخدم عمليات الترسيب الكهربائي (EPD) على نطاق واسع في تصنيع محفزات ضوئية من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂ ₎ المدعومة ، وذلك لتطبيقات تنقية المياه، باستخدام مساحيق أولية يمكن تثبيتها باستخدام طرق الترسيب الكهربائي على مواد داعمة متنوعة. وتتيح الأغشية السميكة المنتجة بهذه الطريقة تصنيعًا أرخص وأسرع مقارنةً بالأغشية الرقيقة المُصنّعة بتقنية سول-جل ، بالإضافة إلى زيادة مساحة سطح المحفز الضوئي.

في تصنيع خلايا الوقود الصلبة المؤكسدة، تُستخدم تقنيات الترسيب الكهربائي على نطاق واسع لتصنيع مصاعد ZrO2 المسامية _من المواد الأولية المسحوقة على ركائز موصلة.

تتمتع عمليات الترسيب الكهربائي بعدد من المزايا التي جعلت هذه الأساليب شائعة الاستخدام ^{[ 1 ].}

1. تعتمد هذه العملية على تطبيق طبقات طلاء تتميز عموماً بسماكة طلاء موحدة للغاية وخالية من المسامية.
2. يمكن طلاء الأجسام المصنعة المعقدة بسهولة، سواء داخل التجاويف أو على الأسطح الخارجية.
3. سرعة طلاء عالية نسبياً.
4. نقاء عالٍ نسبياً.
5. قابل للتطبيق على نطاق واسع من المواد (المعادن، والسيراميك، والبوليمرات، إلخ).
6. سهولة التحكم في تركيبة الطلاء.
7. تتم هذه العملية عادةً بشكل آلي وتتطلب عمالة بشرية أقل من عمليات الطلاء الأخرى.
8. يؤدي الاستخدام الفعال للغاية لمواد الطلاء إلى انخفاض التكاليف مقارنة بالعمليات الأخرى.
9. تتميز العملية المائية الشائعة الاستخدام بانخفاض خطر نشوب الحرائق مقارنة بالطلاءات القائمة على المذيبات التي حلت محلها.
10. تُعد منتجات الطلاء الكهربائي الحديثة أكثر ملاءمة للبيئة بشكل ملحوظ من العديد من تقنيات الطلاء الأخرى.

تم تصنيع قطع خزفية سميكة ومعقدة في العديد من المختبرات البحثية. علاوة على ذلك، استُخدمت تقنية الترسيب الكهربائي لإنتاج هياكل دقيقة مُخصصة ، مثل التدرجات الوظيفية والصفائح، من خلال التحكم في التعليق أثناء المعالجة. ^{[ 2 ]}

مُنحت أول براءة اختراع لاستخدام الطلاء الكهربائي في عام 1917 لشركة ديفي وجنرال إلكتريك . ومنذ عشرينيات القرن الماضي، استُخدمت هذه العملية لترسيب مطاط اللاتكس . وفي ثلاثينيات القرن الماضي، صدرت أولى براءات الاختراع التي وصفت راتنجات قابلة للتشتت في الماء ومُعادلة قاعديًا، مصممة خصيصًا للطلاء الكهربائي.

بدأ الطلاء الكهربائي يتخذ شكله الحالي في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، عندما بدأ الدكتور جورج إي إف بروير وفريق فورد العمل على تطوير عملية طلاء السيارات. وبدأ أول نظام أنودي تجاري للسيارات العمل في عام 1963.

مُنحت أول براءة اختراع لمنتج الحماية الكهروكيميائية الكاثودية عام 1965 لشركة BASF . وكانت شركة PPG أول من طرح الحماية الكهروكيميائية الكاثودية تجاريًا عام 1970. وبدأ استخدامها في صناعة السيارات عام 1975. واليوم، تُشكل الحماية الكهروكيميائية الكاثودية حوالي 70% من حجم الحماية الكهروكيميائية المستخدمة عالميًا، ويعود ذلك بشكل كبير إلى الاستخدام الواسع لهذه التقنية في صناعة السيارات. ولعلها أفضل نظام طُوّر على الإطلاق، وقد أسهمت بشكل كبير في إطالة عمر هياكل السيارات.

صدرت آلاف براءات الاختراع المتعلقة بمختلف تركيبات الطلاء الكهربائي، وعمليات الطلاء الكهربائي، والمنتجات المطلية به. ورغم أن براءات الاختراع صدرت عن مكاتب براءات اختراع حكومية متعددة، إلا أنه يمكن تتبع جميع التطورات الهامة تقريباً من خلال مراجعة براءات الاختراع الصادرة عن مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي .

تتكون العملية الصناعية الشاملة للترسيب الكهربائي من عدة عمليات فرعية:

1. التحضير - يتكون هذا عادة من نوع من عمليات التنظيف وقد يشمل تطبيق طبقة تحويل ، وعادة ما تكون طبقة فوسفات غير عضوية.
2. تتضمن عملية الطلاء عادةً غمر القطعة في وعاء يحتوي على محلول الطلاء، ثم تمرير تيار كهربائي مباشر عبر محلول الطلاء الكهربائي باستخدام أقطاب كهربائية. وتُستخدم عادةً جهود كهربائية تتراوح بين 25 و400 فولت تيار مستمر في تطبيقات الطلاء الكهربائي. ويُمثل الجسم المراد طلاؤه أحد الأقطاب الكهربائية، بينما تُستخدم مجموعة من الأقطاب الكهربائية المقابلة لإكمال الدائرة الكهربائية.
3. بعد الترسيب، يُشطف الجسم عادةً لإزالة الطلاء غير المترسب. قد تستخدم عملية الشطف مرشحًا فائقًا لتجفيف جزء من الطلاء من وعاء الطلاء لاستخدامه كمادة شطف. في حال استخدام مرشح فائق، يمكن إعادة جميع المواد المغسولة إلى وعاء الطلاء، مما يسمح باستخدام مواد الطلاء بكفاءة عالية، بالإضافة إلى تقليل كمية النفايات المتسربة إلى البيئة.
4. تُستخدم عادةً عملية الخبز أو المعالجة بعد الشطف. تعمل هذه العملية على ربط البوليمر بشكل متقاطع ، مما يسمح للطلاء، الذي سيكون مساميًا بسبب انطلاق الغاز أثناء عملية الترسيب، بالانسياب ليصبح أملسًا ومتصلًا.

أثناء عملية الترسيب الكهربائي، يُطبَّق تيار مباشر على محلول من البوليمرات ذات المجموعات المتأينة، أو على معلق غرواني من البوليمرات ذات المجموعات المتأينة، والذي قد يحتوي أيضًا على مواد صلبة مثل الأصباغ والحشوات. تتكون المجموعات المتأينة المدمجة في البوليمر من تفاعل حمض مع قاعدة لتكوين ملح . وتعتمد الشحنة المحددة، موجبة أو سالبة، التي تُكتسب من البوليمر على الطبيعة الكيميائية للمجموعة المتأينة. فإذا كانت المجموعات المتأينة على البوليمر أحماضًا، فسيحمل البوليمر شحنة سالبة عند إضافة قاعدة إليه. أما إذا كانت المجموعات المتأينة على البوليمر قواعد، فسيحمل البوليمر شحنة موجبة عند إضافة حمض إليه.

توجد نوعان من عمليات الترسيب الكهربائي، وهما الترسيب الأنودي والترسيب الكاثودي. في عملية الترسيب الأنودي، تُرسَّب مادة مشحونة بشحنة سالبة على القطب الموجب، أو الأنود . أما في عملية الترسيب الكاثودي، فتُرسَّب مادة مشحونة بشحنة موجبة على القطب السالب، أو الكاثود . ^{[ 3 ]}

عند تطبيق مجال كهربائي، تهاجر جميع الجسيمات المشحونة عبر عملية الترحيل الكهربائي نحو القطب ذي الشحنة المعاكسة. توجد عدة آليات يمكن من خلالها ترسيب المواد على القطب:

1. تدمير الشحنة وما ينتج عنه من انخفاض في الذوبانية.
2. التخثر التركيزي.
3. التمليح .

العملية الكهروكيميائية الأساسية التي تحدث أثناء الترسيب الكهربائي المائي هي التحليل الكهربائي للماء. ويمكن توضيح ذلك من خلال نصفي التفاعل التاليين اللذين يحدثان عند القطبين:

الأنود : _2H2O → O2 ₍ غاز) + 4H(+) + 4e(-)

الكاثود : 4H2O ₊ 4e(-) → 4OH(-) + 2H2 ₍ غاز)

في الترسيب الأنودي، تحتوي المادة المترسبة على أملاح حمضية كمجموعة حاملة للشحنة. تتفاعل هذه الأنيونات سالبة الشحنة مع أيونات الهيدروجين موجبة الشحنة (البروتونات) التي تُنتج عند المصعد من خلال التحليل الكهربائي للماء، لتكوين الحمض الأصلي. لا يحمل الحمض المُبرتَن بالكامل أي شحنة (فقدان الشحنة) ويكون أقل ذوبانًا في الماء، وقد يترسب من الماء على المصعد.

يحدث وضع مشابه في الترسيب الكاثودي، إلا أن المادة المترسبة تحتوي على أملاح قاعدة كمجموعة حاملة للشحنة. إذا تشكل ملح القاعدة نتيجة برتنة القاعدة نفسها، فإن القاعدة المبرتنة تتفاعل مع أيونات الهيدروكسيل المتكونة من التحليل الكهربائي للماء، لتُنتج قاعدة متعادلة الشحنة (مرة أخرى، فقدان للشحنة) وماء. يكون البوليمر غير المشحون أقل ذوبانًا في الماء مما كان عليه عند شحنه، فيترسب على الكاثود.

أملاح الأونيوم، المستخدمة في عملية الكاثود، ليست قواعد بروتونية ولا تترسب بآلية تدمير الشحنة. يمكن ترسيب هذه المواد على الكاثود عن طريق التخثر التركيزي والترسيب الملحي. عندما تصل الجسيمات الغروية إلى الجسم الصلب المراد طلائه، تتراص معًا، ويُطرد الماء الموجود في الفراغات البينية. ومع انضغاط المذيلات الفردية ، تنهار لتشكل مذيلات أكبر حجمًا. يتناسب استقرار الغرويات عكسيًا مع حجم المذيلة، فكلما كبرت المذيلات، قل استقرارها تدريجيًا حتى تترسب من المحلول على الجسم المراد طلائه. ومع ازدياد تركيز المجموعات المشحونة في حجم أصغر، تزداد القوة الأيونية للوسط، مما يساعد أيضًا في ترسيب المواد من المحلول. تحدث هاتان العمليتان في آنٍ واحد، وتساهمان معًا في ترسيب المادة.

أثناء عملية الترسيب المائي، يتشكل الغاز عند كلا القطبين. يتشكل غاز الهيدروجين عند المهبط ، وغاز الأكسجين عند المصعد . عند نقل كمية معينة من الشحنة، يتولد ضعف كمية الهيدروجين مقارنةً بالأكسجين على المستوى الجزيئي.

يُؤثر هذا بشكلٍ كبير على عملية الطلاء، وأبرزها مظهر الطبقة المُرَسَّبة قبل عملية التجفيف. ينتج عن العملية الكاثودية احتباس كمية أكبر بكثير من الغاز داخل الطبقة مقارنةً بالعملية الأنودية. ولأن مقاومة الغاز الكهربائية أعلى من مقاومة الطبقة المُرَسَّبة أو محلول الطلاء نفسه، فإن كمية الغاز تُؤثر بشكلٍ ملحوظ على التيار عند جهد مُطبَّق مُحدد . لهذا السبب، غالبًا ما يُمكن تشغيل العمليات الكاثودية بجهود أعلى بكثير من العمليات الأنودية المُقابلة.

تتميز الطبقة المترسبة بمقاومة أعلى بكثير من مقاومة الجسم المراد طلائه. ومع ترسب الطبقة، تزداد المقاومة. وتتناسب هذه الزيادة طرديًا مع سمك الطبقة المترسبة، وبالتالي، عند جهد كهربائي محدد، ينخفض ​​التيار الكهربائي مع ازدياد سمك الطبقة حتى يصل إلى نقطة يتباطأ عندها الترسيب أو يتوقف تمامًا (الحد الذاتي). لذا، يُعد الجهد الكهربائي المطبق العامل الرئيسي المتحكم في كمية الطبقة المترسبة.

تُعرف قدرة طلاء الترسيب الكهربائي على تغطية التجاويف الداخلية للقطعة بـ "قوة التغطية". في العديد من التطبيقات، يُفضّل استخدام مواد طلاء ذات قوة تغطية عالية. تعتمد قوة التغطية للطلاء على عدد من المتغيرات، ولكن بشكل عام، يمكن القول أنه كلما زاد جهد الطلاء، زادت قدرة الطلاء على التغطية داخل التجاويف. تستخدم دهانات الترسيب الكهربائي ذات قوة التغطية العالية عادةً جهود تطبيق تتجاوز 300 فولت تيار مستمر.

تُعدّ درجة حرارة الطلاء عاملاً مهماً يؤثر على عملية الترسيب الكهربائي. إذ تؤثر على موصلية المحلول وموصلية الطبقة المترسبة، حيث تزداد هذه الموصلية مع ارتفاع درجة الحرارة. كما تؤثر درجة الحرارة على لزوجة الطبقة المترسبة، مما يؤثر بدوره على قدرتها على إطلاق فقاعات الغاز المتكونة.

تُعدّ درجة حرارة التماسك لنظام الطلاء متغيرًا هامًا لمصمم الطلاء. ويمكن تحديدها برسم بياني يوضح العلاقة بين سُمك طبقة الطلاء ودرجة حرارتها، مع تثبيت زمن الطلاء وجهد التطبيق. عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة التماسك، يختلف سلوك نمو طبقة الطلاء وتمزقها اختلافًا كبيرًا عن الممارسات المعتادة نتيجةً للترسيب المسامي.

يُعدّ وقت الطلاء عاملاً مهماً في تحديد سُمك الطبقة، وجودتها، وقوة التغطية. وبحسب نوع الجسم المراد طلاؤه، قد تتراوح أوقات الطلاء المناسبة من بضع ثوانٍ إلى عدة دقائق.

يعتمد الحد الأقصى للجهد الكهربائي الذي يمكن استخدامه على نوع نظام الطلاء وعدد من العوامل الأخرى. وكما ذُكر سابقًا، يعتمد سُمك طبقة الطلاء وقوة التغطية على جهد التطبيق. مع ذلك، عند استخدام جهود عالية جدًا، قد تحدث ظاهرة تُسمى "التمزق". يُطلق على الجهد الذي تحدث عنده هذه الظاهرة اسم "جهد التمزق". ينتج عن التمزق طبقة طلاء سميكة جدًا ومسامية، وهي عادةً غير مقبولة من الناحية الجمالية أو الوظيفية. لا تزال أسباب وآليات التمزق غير مفهومة تمامًا، ولكن من المعروف ما يلي:

1. تُظهر التركيبات الكيميائية لطلاءات الترسيب الكهربائي الأنودي المتوفرة تجارياً عادةً تمزقاً عند الفولتية أقل بكثير من نظيراتها الكاثودية المتوفرة تجارياً.
2. بالنسبة لتركيبة كيميائية معينة للترسيب الكهربائي، كلما زادت موصلية الحمام، انخفض جهد التمزق.
3. بالنسبة لتركيبة كيميائية معينة من EPD، تنخفض فولتية التمزق عادةً مع زيادة درجة الحرارة (لدرجات الحرارة التي تزيد عن درجة حرارة الاندماج).
4. إن إضافة المذيبات العضوية والملدنات إلى تركيبة حمام معينة والتي تقلل من لزوجة الفيلم المترسب غالباً ما تنتج سماكات فيلم أعلى عند جهد معين، ولكنها بشكل عام تقلل أيضاً من قوة الرمي وجهد التمزق.
5. يمكن أن يكون لنوع وطريقة تحضير الركيزة (المادة المستخدمة في صنع الجسم المراد طلائه) تأثير كبير على ظاهرة التمزق.

توجد فئتان رئيسيتان من كيمياء الترسيب الكهربائي: الأنودي والكاثودي. ولا يزال كلاهما يُستخدم تجاريًا، مع أن العملية الأنودية تُستخدم صناعيًا منذ فترة أطول، ولذا تُعتبر الأقدم بينهما. ولكل نوع من العمليات مزايا وعيوب، وقد يختلف الخبراء في وجهات نظرهم حول بعض مزايا وعيوب كل منهما.

تتمثل المزايا الرئيسية التي يتم الترويج لها عادةً لعملية الأنود فيما يلي:

1. تكاليف أقل مقارنة بالعملية الكاثودية.
2. متطلبات تحكم أبسط وأقل تعقيداً.
3. مشاكل أقل تتعلق بتثبيط معالجة طبقات الطلاء العلوية اللاحقة.
4. حساسية أقل للتغيرات في جودة الركيزة.
5. لا تتعرض الركيزة لظروف قلوية عالية، والتي قد تؤدي إلى إذابة الفوسفات والطلاءات التحويلية الأخرى.
6. قد تصبح بعض المعادن، مثل الزنك، هشة بفعل غاز الهيدروجين المتصاعد عند المهبط. أما عملية الأنود فتتجنب هذا التأثير لأن الأكسجين يتولد عند المصعد.

تتمثل المزايا الرئيسية التي يتم الترويج لها عادةً للعمليات الكاثودية فيما يلي:

1. من الممكن تحقيق مستويات أعلى من الحماية من التآكل. (بينما يعتقد الكثيرون أن التقنيات الكاثودية تتمتع بقدرة أعلى على الحماية من التآكل ، يرى خبراء آخرون أن هذا الأمر ربما يرتبط أكثر بنوع البوليمر المستخدم في الطلاء وتركيبة التشابك الكيميائي، وليس بنوع القطب الذي يُرسب عليه الفيلم).
2. يمكن تصميم المنتج بقدرة قذف أعلى. (مع أن هذا قد يكون صحيحاً مع التقنيات المتوفرة تجارياً اليوم، إلا أن أنظمة الأنود ذات قدرة القذف العالية معروفة وقد استُخدمت تجارياً في الماضي).
3. لا تحدث الأكسدة إلا عند المصعد، وبالتالي يتم تجنب التلطيخ والمشاكل الأخرى التي قد تنتج عن أكسدة ركيزة القطب الكهربائي نفسها في العملية الكاثودية.

ثمة فرق جوهري وحقيقي، لا يُذكر غالبًا، يتمثل في أن تقنيات الربط المتشابك المحفزة بالأحماض أكثر ملاءمةً للعملية الأنودية. وتُستخدم هذه الروابط المتشابكة على نطاق واسع في جميع أنواع تطبيقات الطلاء. وتشمل هذه الروابط روابط متشابكة شائعة ورخيصة نسبيًا مثل روابط الميلامين - فورمالديهايد ، والفينول -فورمالديهايد، واليوريا-فورمالديهايد ، والأكريلاميد -فورمالديهايد.

تُستخدم روابط التشابك من نوع الميلامين-فورمالديهايد على نطاق واسع في الطلاءات الكهربائية الأنودية. تتميز هذه الروابط بانخفاض تكلفتها نسبيًا، وتوفر نطاقًا واسعًا من خصائص المعالجة والأداء، مما يسمح لمصمم الطلاء بتخصيص المنتج وفقًا للاستخدام النهائي المطلوب. تتمتع الطلاءات المصنعة باستخدام هذا النوع من روابط التشابك بمقاومة مقبولة للأشعة فوق البنفسجية. كما أن العديد منها مواد منخفضة اللزوجة نسبيًا، ويمكن أن تعمل كملدّن تفاعلي ، لتحل محل بعض المذيبات العضوية التي قد تكون ضرورية في الأحوال العادية. وتُعد كمية الفورمالديهايد الحر، بالإضافة إلى الفورمالديهايد الذي قد ينبعث أثناء عملية التجفيف، مصدر قلق، حيث تُعتبر هذه المواد من ملوثات الهواء الخطرة.

تتميز الطبقة المترسبة في الأنظمة الكاثودية بقاعديتها العالية، ولذا لم تُفضّل تقنيات الربط المتقاطع المحفزة بالأحماض في المنتجات الكاثودية عمومًا، على الرغم من وجود بعض الاستثناءات. وتعتمد أكثر أنواع كيمياء الربط المتقاطع شيوعًا في المنتجات الكاثودية اليوم على كيمياء اليوريثان واليوريا.

يُعدّ البولي يوريثان العطري واليوريا من عوامل الربط المتشابكة أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل العديد من الطلاءات الكهربائية الكاثودية تتمتع بمستويات عالية من الحماية ضد التآكل. بالطبع، ليس هذا هو السبب الوحيد، ولكن عند مقارنة تركيبات الطلاء الكهربائي التي تحتوي على روابط متشابكة من اليوريثان العطري بأنظمة مماثلة تحتوي على روابط متشابكة من اليوريثان الأليفاتي، يتضح باستمرار أن الأنظمة التي تحتوي على روابط متشابكة من اليوريثان العطري تتفوق بشكل ملحوظ. مع ذلك، لا تُظهر الطلاءات التي تحتوي على روابط متشابكة من اليوريثان العطري أداءً جيدًا بشكل عام من حيث مقاومة الأشعة فوق البنفسجية. إذا احتوى الطلاء الناتج على روابط متشابكة من اليوريا العطرية، ستكون مقاومة الأشعة فوق البنفسجية أسوأ بكثير مما لو كانت روابط اليوريثان فقط هي الموجودة. من عيوب اليوريثانات العطرية أنها قد تُسبب اصفرار الطلاء نفسه، بالإضافة إلى اصفرار طبقات الطلاء العلوية اللاحقة. كما ينتج عن تفاعل جانبي غير مرغوب فيه يحدث أثناء عملية التجفيف البوليامينات العطرية . من المتوقع أن تُنتج روابط اليوريثان المتشابكة القائمة على ثنائي إيزوسيانات التولوين (TDI) ثنائي أمين التولوين كتفاعل جانبي، بينما تُنتج تلك القائمة على ثنائي إيزوسيانات ثنائي فينيل الميثيلين ثنائي أمينو ثنائي فينيل الميثان وبولي أمينات عطرية متعددة الرتب. قد تُعيق هذه البولي أمينات العطرية غير المرغوب فيها عملية معالجة طبقات الطلاء العلوية اللاحقة المحفزة بالأحماض، وقد تُسبب انفصال هذه الطبقات بعد تعرضها لأشعة الشمس. على الرغم من أن الصناعة لم تُقرّ بهذه المشكلة، إلا أن العديد من هذه البولي أمينات العطرية غير المرغوب فيها معروفة أو يُشتبه في كونها مواد مسرطنة.

إلى جانب الفئتين الرئيسيتين، الأنودية والكاثودية، يمكن وصف منتجات الطلاء الكهربائي أيضًا بتركيب البوليمر الأساسي المستخدم. توجد أنواع عديدة من البوليمرات المستخدمة تجاريًا. اعتمدت العديد من الأنواع الأنودية السابقة على زيوت مختلفة مُعالجة بالمالين، وكان زيت الصنوبر وزيت بذر الكتان من أكثرها شيوعًا. أما اليوم، فتُهيمن أنواع الإيبوكسي والأكريليك. وفيما يلي وصفٌ لها ومزاياها الشائعة:

1. الإيبوكسي : على الرغم من استخدام مواد الإيبوكسي الأليفاتية، فإن معظم أنواع الإيبوكسي المستخدمة في الطلاء الكهربائي تعتمد على بوليمرات الإيبوكسي العطرية، وأكثرها شيوعًا بلمرة إيثرات ثنائي الغليسيديل لثنائي فينول أ. يمكن تعديل هيكل البوليمر بأنواع أخرى من التركيبات الكيميائية لتحقيق خصائص الأداء المطلوبة. يُستخدم هذا النوع من التركيب الكيميائي عادةً في تطبيقات الطبقة التمهيدية حيث ستُغطى الطبقة النهائية، خاصةً إذا كان الجسم المطلي بحاجة إلى تحمل أشعة الشمس. لا يتمتع هذا النوع من التركيب الكيميائي عمومًا بمقاومة جيدة للأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك، يُستخدم غالبًا في التطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل.
2. الأكريليك : تعتمد هذه البوليمرات على بوليمرات مُحفَّزة بالجذور الحرة، وتحتوي على مونومرات أساسها حمض الأكريليك وحمض الميثاكريليك والعديد من إستراتهما المتوفرة. يُستخدم هذا النوع من التركيب الكيميائي عادةً عندما تكون مقاومة الأشعة فوق البنفسجية مطلوبة. كما تتميز هذه البوليمرات بإمكانية استخدام نطاق أوسع من الألوان، نظرًا لأنها أقل عرضة للاصفرار مقارنةً بالإيبوكسي.

يعتمد معدل الترسيب الكهربائي (EPD) على عدة عمليات حركية مختلفة تعمل بتناغم. إحدى العمليات الحركية الأساسية في الترسيب الكهربائي هي الترحيل الكهربائي، أي حركة الجسيمات المشحونة استجابةً لمجال كهربائي. ولكن مع انخفاض التركيز الموضعي للجسيمات بالقرب من الأقطاب الكهربائية، يؤثر انتشار الجسيمات من مناطق التركيز العالي إلى مناطق التركيز المنخفض، مدفوعًا باختلاف الجهد الكيميائي، على معدل الترسيب أيضًا. سيناقش هذا القسم الظروف التي تحدد معدلات كل من هذه العمليات، وكيفية دمج هذه المتغيرات في النماذج المختلفة المستخدمة لتقييم الترسيب الكهربائي.

لكي تحدث أي من العمليتين، يجب أن تُشكّل الجزيئات معلقًا مائيًا مستقرًا. هناك أربع عمليات شائعة يمكن من خلالها للجسيمات اكتساب الشحنة السطحية اللازمة لتكوين تشتت مستقر: 1. تفكك أو تأين مجموعة سطحية، 2. إعادة امتصاص الأيونات، 3. امتزاز المواد الفعالة سطحيًا المتأينة، 4. الإحلال المتماثل. تحدد كيمياء سطح الجزيء وبيئته المحلية كيفية اكتسابه للشحنة السطحية. وبدون شحنة سطحية كافية لموازنة قوى فان دير فالس الجاذبة بين الجسيمات، فإنها ستتجمع. لا يُعد السطح المشحون العامل الوحيد المؤثر على استقرار الغرويات، إذ يُحدد حجم الجسيمات، وجهد زيتا، وموصلية المذيب، ولزوجته، وثابت عزله الكهربائي استقرار التشتت أيضًا. ^{[ 4 ]} طالما أن التشتت مستقر، فإن معدل الترسيب الأولي سيتحدد بشكل أساسي بشدة المجال الكهربائي. يمكن لمقاومة المحلول أن تُبدد الجهد المُطبق، لذا قد تكون الشحنة السطحية الفعلية على كل قطب كهربائي أقل من المُراد. ستلتصق الجسيمات المشحونة بالركيزة الموجودة على القطب الكهربائي ذي الشحنة المعاكسة. ولتبسيط الأمر، في ظل الفولتية المنخفضة وأوقات الترسيب القصيرة، يصف قانون هامكر ^{[ 3 ]} علاقة خطية بين شدة المجال وسُمك الطبقة المترسبة والزمن.

${\displaystyle m=\mu \times C_{s}\times S\times E\times t}$

^تُعطي هذه المعادلة الكتلة المترسبة كهربائيًا m بالجرام، كدالة لحركية الترحيل الكهربائي μ (بوحدة سم² ^{ثانية⁻¹} ) ، وحمل المواد الصلبة C _s (بوحدة جم سم⁻³ ⁾ ، ومساحة السطح المغطاة S (سم² ⁾ ، وشدة المجال الكهربائي E (فولت سم⁻¹ ⁾ ، والزمن t (ثانية). تُفيد هذه المعادلة في تقييم كفاءة عمليات الترسيب الكهربائي التطبيقية مقارنةً بالقيم النظرية.

يتدهور التقريب الخطي البسيط المُطبق بقانون هامكر عند الفولتيات العالية وأوقات الترسيب الطويلة. عند الفولتيات العالية، قد تُخفي التفاعلات الكيميائية، مثل الاختزال، الناتجة عن تأثير المجال المُطبق، حركية التفاعلات. لذا، ينبغي استخدام مذيبات ذات جهود اختزال-أكسدة عالية لتجنب التحليل الكهربائي وانبعاث الغازات. ^{[ 4 ]} وإذا كانت الجسيمات المُرسبة عازلة، فمع ازدياد سُمك الطبقة المُرسبة، سيقل المجال الكهربائي الفعال. إضافةً إلى ذلك، ستُستنفد الجسيمات من المنطقة المُحيطة بالمنطقة الكهروكيميائية النشطة بالقرب من الأقطاب. قد يُحد انتشار الجسيمات من الكتلة إلى المنطقة الكهروكيميائية النشطة من معدل النمو. يُمكن تقريب انتشار الجسيمات من التركيز العالي إلى التركيز المنخفض بقوانين فيك ، وسيتحدد معدله باختلاف تركيز الجسيمات، بالإضافة إلى لزوجة المذيب، وكتلة الجسيمات، واستقرار الغروانيات. في النهاية، مع ازدياد سُمك الترسيب وانخفاض شدة المجال، سيصل النمو إلى حد التشبع. يُوصف التغير في السماكة الذي يحدث عند بداية التشبع بالمعادلة التالية. ^{[ 5 ]}

${\displaystyle {dw(t) \over dt}=w_{o}f\exp(-kt)}$ أين ${\displaystyle k={A \over V}{\epsilon \xi \over 4\pi \eta }(E-\Delta E)}$

w هو وزن الجسيمات الصلبة المترسبة على القطب، k هو ثابت الحركة، t هو زمن الترسيب، A هي مساحة القطب، V هو حجم الملاط.${\displaystyle w_{o}}$الوزن الابتدائي للجسيمات الصلبة في المعلق، ε ثابت العزل الكهربائي للسائل، ξ جهد زيتا للجسيم في المذيب، n لزوجة المذيب، E جهد التيار المستمر المطبق، و${\displaystyle \Delta }$E انخفاض الجهد عبر الطبقة المترسبة. ^{[ 5 ]}

قبل التشبع، توجد علاقة خطية بين سُمك الترسيب والزمن. يؤدي بدء التشبع إلى انخفاض في معدل الترسيب، والذي يُنمذج على أنه سلوك قطع مكافئ. يُقارب زمن الانتقال الحرج بين السلوك الخطي والقطع المكافئ بالمعادلة التالية. ^{[ 5 ]}

${\displaystyle t^{\operatorname {1} \over \operatorname {2} }e^{\operatorname {-k} t}={S_{2} \over 2S_{1}}}$

يمثل t وقت الانتقال الحرج،${\displaystyle S_{2}}$يمثل ميل النظام المكافئ، و${\displaystyle S_{1}}$يمثل ميل معدل نمو طبقة الترسيب في النظام الخطي.

عند تحديد مدى قابلية تطبيق تقنية الترسيب الكهربائي على نظام ما، من الضروري ضمان استقرار الغرواني، ومزيج الجهد المطبق ووقت التفاعل الذي سيؤدي إلى سمك الترسيب المقصود.

في بعض التطبيقات، مثل ترسيب المواد الخزفية، لا يمكن تطبيق جهد كهربائي أعلى من 3-4 فولت في الترسيب الكهربائي المائي لتجنب تحلل الماء. مع ذلك، قد يكون من المرغوب فيه استخدام جهد كهربائي أعلى لتحقيق سماكات طلاء أكبر أو لزيادة معدل الترسيب. في هذه التطبيقات، تُستخدم المذيبات العضوية بدلًا من الماء كوسيط سائل. وتكون هذه المذيبات عادةً مذيبات قطبية مثل الكحولات والكيتونات. يُعد الإيثانول والأسيتون وميثيل إيثيل كيتون أمثلة على المذيبات التي وُصفت بأنها مناسبة للاستخدام في الترسيب الكهربائي.

• https://web.archive.org/web/20060907065139/http://www.mtm.kuleuven.ac.be/Research/C2/EPD.htm
• "الطلاء الكهربائي"؛ جمعية الطلاء الكهربائي؛ سينسيناتي، أوهايو؛ 2002 ISBN 0-9712422-0-8
• "تصميم وتنفيذ أنظمة التشطيب"؛ جمعية مهندسي التصنيع؛ ديربورن، ميشيغان؛ 1993؛ رقم ISBN 0-87263-434-5
• "الترسيب الكهربائي للطلاءات"؛ الجمعية الكيميائية الأمريكية؛ واشنطن العاصمة؛ 1973؛ رقم ISBN 0-8412-0161-7
• "الطلاء الكهربائي"؛ آر إل ييتس؛ روبرت دريبر المحدودة؛ تيدينغتون؛ 1966
• "الدهانات والطلاءات السطحية"؛ تحرير ر. لامبورن؛ دار إليس هوروود المحدودة؛ تشيتشستر، غرب ساسكس، إنجلترا؛ 1987؛ رقم ISBN 0-85312-692-5ورقم ISBN 0-470-20809-0
• www.electrocoat.org
• www.uspto.gov
• قسم تكنولوجيا المساحيق، جامعة سارلاند، ألمانيا