Химическое фосфатное оксидирование: технология, свойства, применение
Химическое фосфатное оксидирование предназначено для предотвращения коррозии на чёрных и цветных металлах. Оно не только спасает металлические изделия от разрушения, но и значительно увеличивает такие немаловажные параметры, как:
- твёрдость;
- износостойкость;
- электроизоляционные свойства.
Этим методом покрытия обрабатывают следующие металлы:
- чугун;
- низколегированные стали;
- углеродистые стали;
- медь и её сплавы;
- алюминий;
- кадмий;
- цинк;
- магний;
- никель;
- титан.
Технология покрытия стала особенно популярной в сфере автомобилестроения. Сначала металл обрабатывается методом оксидирования. Затем происходит нанесение эмалей.
Что из себя представляет химическое оксидирование?
Оксидирование металла — создание на поверхности металлаплотной оксидной плёнки. Она препятствует дальнейшему окислению (коррозии) изделия.
Химическое фосфатное оксидирование (фосфатирование) — возникновение фосфатной плёнки после обработки металла химическим способом.
Как происходит фосфатирование?
В основу процесса фосфатирования входят смеси солей марганца, железа и фосфорной кислоты. Поэтому препарат, содержащий все эти элементы, получил сокращённое название Мажеф.
Металлические изделия помещаются в специальную ванну с разогретой смесью Мажеф на 1-1,5 часа. В конечном итоге на деталях образуется слой разной толщины: от 2 до 50 мкм. Слой в несколько мкм используется для основы под покрытие лакокрасочными материалами. Если же на изделии слой из толстой плёнки — то он выступает как самостоятельное покрытие и в дальнейшей обработке не нуждается. Такое покрытие выдержит низкие температуры, а также недолгое влияние температуры до 500С.
Цвет фосфатного покрытия зависят от обрабатываемой поверхности:
Светло-серый образуется на малоуглеродистых сталях и цветных металлах
Важно, чтобы перед этим изделия проходили пескоструйную обработку в растворах с повышенном содержанием уровня кислотности.
Тёмно-серый оттенок получается на чугунных изделиях или деталях из высоколегированной стали. Перед фосфатированием металл подвергается травлению с высокой концентрацией ортофосфорной кислоты.
Зеленоватый цвет характерен для покрытия на стали, в состав которой входят никель и хром.
Свойства фосфатного покрытия
- Так как фосфатное покрытие достаточно легко разрушается под действием щелочей и кислот, оно редко используется как самостоятельное. В основном, фосфатирование является основой для лакокрасочного или смазочного покрытий. Также его применяют перед пассивированием.
- Фосфатное покрытие не является чувствительным к кислороду, воздуху, маслам, керосину. Расплавленными металлами не смачивается.
- Слой способен выдержать температуру от – 75 °С до 500 °С. При долгом воздействии самой низкой или самой высокой температуры покрытие постепенно будет разрушаться.
- Покрытие обладает хорошим электросопротивлением до 500 В. Слой твёрже, чем латунь или медь, но мягче, чем сталь.
- Фосфатный слой хорошо взаимодействует с маслами, смолами, красками благодаря адгезии.
- Фосфатирование не меняет размера изделия.
Применение
Фосфатное покрытие применяется в сферах автомобилестроения, судостроения, сельского хозяйства, металлургической и электронной промышленностях, машиностроении. Химическое фосфатное оксидирование широко используют для основы под лакокрасочные покрытия, а также для защиты металлов от окисления. Ещё одним преимуществом этого метода является его низкая стоимость.
Преимущества фосфатирования
Фосфатирование используется в большинстве случаев для придания металлическим поверхностям дополнительной защиты от образования коррозийного налета. Благодаря фосфатирвоанию металлы приобретают следующие положительные качества:
- твердость. Металлы становятся более устойчивыми к появлению внешних повреждений.
- устойчивость к влиянию электрического тока.
- улучшаются сроки эксплуатации тех или иных металлических изделий, которые были обработаны методом фосфатирования.
- прочность покрытия. Металлы покрываются дополнительной защитной пленкой, которая придает им особые свойства.
Процедура фосфатирования на производственных предприятиях не используется так часто, как анодирование, например.
Обработка неметаллическими неорганическими покрытиями
фосфатные и оксидные пленки
Фосфатные пленки
Останавливать выбор на фосфатных пленках рекомендуется, если необходимо обеспечить защиту от коррозии изделий из цветных и черных металлов. Если обратиться к технологии подобного процесса, то он сводится к помещению изделий в раствор цинка, железа или марганца в виде смеси с кислыми фосфорными солями, которые предварительно нагреты до отметки 97 градусов. Создаваемая пленка представляется отличной основой, чтобы в дальнейшем можно было покрыть ее лакокрасочным составом.
Важным моментом является то, что долговечность фосфатного слоя находится на довольно низком уровне. Также он обладает и другими недостатками — низкой эластичностью и прочностью. К фосфатированию прибегают в целях обеспечения защиты деталей, эксплуатация которых проходит в условиях высоких температур или соленой водной среды.
Оксидные пленки
Свою сферу применения имеют и оксидные защитные пленки. Они создаются при воздействии на металлы растворами щелочей посредством использования тока. Довольно часто для оксидирования применяют такой раствор, как едкий натр. Среди специалистов процесс создания оксидного слоя часто именуется воронением. Это обусловлено созданием на поверхности мало и высокоуглеродистых сталей пленки, имеющей привлекательный черный цвет.
Способ оксидирования является востребованным в тех случаях, когда возникает задача по сохранению изначальных геометрических размеров. Чаще всего защитное покрытие подобного типа создается на точных приборах и стрелковом вооружении. Обычно пленка имеет толщину не более 1,5 микрона.
Дополнительные способы
Существуют и другие способы защиты от коррозии, которые основываются на использовании неорганических покрытий:
- Пассивирование. Суть его сводится к помещению обрабатываемого изделия из металла в растворы нитратов или хроматов.
- Анодирование. Для этого метода применяют специальные ванны, для приготовления которых используют щавелевую кислоту (5-10%), хромовый ангидрид (3%) и серную кислоту (190 грамм на литр раствора).
- Эмалирование. В основе этого метода лежит использование сочетания компонентов, представленных сплавленным полевым шпатом, цинком, мелом, песком, титаном и иными веществами.
Основные способы обработки
Препаратом «Мажеф»
Обработка солью «Мажеф» – разновидность химического фосфатирования. Деталь опускается в емкость с подготовленным фосфатирующим веществом. «Мажеф» используется для элементов и конструкций в качестве антикоррозионной грунтовки перед последующей окраской.
Количество препарата «Мажеф» – 50–70 г/л воды. Металл опускается в приготовленный для фосфатирования состав, подогревающийся и постепенно доводящийся до кипения с постоянным перемешиванием. Емкость кипятится 15–20 минут, такого срока хватает для формирования на металле пленки толщиной 5–10 мкм.
Следует приготовить состав с небольшим запасом, так как при кипении некоторая его часть испаряется.
Фосфорной кислотой
Кислота используется для фосфатирования металла холодным способом. Оптимальная температура рабочей жидкости для достижения максимальной стабильности процесса – 18–25 °C. Качество и прочностные параметры пленки зависят от четкого соблюдения пропорций используемых ингредиентов:
- кислота фосфорная – 40 г/л;
- нитрат цинка – 200 г/л;
- натрия сульфат – 8 г/л;
- цинка оксид – 15 г/л.
В полученном растворе элемент либо конструкция из металла проходит струйную обработку на протяжении получаса.
Метод с монофосфатами цинка
Технология с цинком предназначена для изделий, применяющихся в машиностроительной отрасли и в электротехнике. Деталь погружается в жидкость такого состава:
- цинка монофосфат – 20 г/л;
- натрия нитрат – 35 г/л.
Металл фосфатируется в ванне при реакции с раствором, прогретым до 60 °C, на протяжении 20 минут.
Обработка фосфатирующими пастами
Для производства работ по такой методике используются специализированные фосфатирующие составы. В дальнейшем деталь подвергается покраске. Преимущество способа заключается в следующем:
- процедура выполняется без нагрева;
- грунт наносится на металл обыкновенной кистью;
- для работы не требуется емкость.
В составе грунтовки имеются металлический пигмент и растворяющее вещество на базе ортофосфорной кислоты, а в составе лакокрасочных материалов – цинк. При реакции с кислотой цинк окисляется, формируя прочную пленку.
Основные способы обработки
Препаратом «Мажеф»
Обработка солью «Мажеф» – разновидность химического фосфатирования. Деталь опускается в емкость с подготовленным фосфатирующим веществом. «Мажеф» используется для элементов и конструкций в качестве антикоррозионной грунтовки перед последующей окраской.
Количество препарата «Мажеф» – 50–70 г/л воды. Металл опускается в приготовленный для фосфатирования состав, подогревающийся и постепенно доводящийся до кипения с постоянным перемешиванием. Емкость кипятится 15–20 минут, такого срока хватает для формирования на металле пленки толщиной 5–10 мкм.
Следует приготовить состав с небольшим запасом, так как при кипении некоторая его часть испаряется.
Фосфорной кислотой
Кислота используется для фосфатирования металла холодным способом. Оптимальная температура рабочей жидкости для достижения максимальной стабильности процесса – 18–25 °C. Качество и прочностные параметры пленки зависят от четкого соблюдения пропорций используемых ингредиентов:
- кислота фосфорная – 40 г/л;
- нитрат цинка – 200 г/л;
- натрия сульфат – 8 г/л;
- цинка оксид – 15 г/л.
В полученном растворе элемент либо конструкция из металла проходит струйную обработку на протяжении получаса.
Метод с монофосфатами цинка
Технология с цинком предназначена для изделий, применяющихся в машиностроительной отрасли и в электротехнике. Деталь погружается в жидкость такого состава:
- цинка монофосфат – 20 г/л;
- натрия нитрат – 35 г/л.
Металл фосфатируется в ванне при реакции с раствором, прогретым до 60 °C, на протяжении 20 минут.
Обработка фосфатирующими пастами
Для производства работ по такой методике используются специализированные фосфатирующие составы. В дальнейшем деталь подвергается покраске. Преимущество способа заключается в следующем:
- процедура выполняется без нагрева;
- грунт наносится на металл обыкновенной кистью;
- для работы не требуется емкость.
В составе грунтовки имеются металлический пигмент и растворяющее вещество на базе ортофосфорной кислоты, а в составе лакокрасочных материалов – цинк. При реакции с кислотой цинк окисляется, формируя прочную пленку.
Основные методы обработки
Получить защитную фосфатную пленку можно разными способами, а выбор конкретного метода очень зависит от детали, которую нужно обработать, а также от области применения детали или конструкции. В промышленности чаще всего применяются следующие способы фосфатирования:
- при помощи препаратов «Мажеф»;
- с применением фосфорной кислоты;
- с помощью монофосфата цинка;
- с помощью фосфатирующей пасты.
Препаратом «Мажеф»
Это не что иное, как химическое фосфатирование, при котором деталь окунается в ванну со специальным раствором. Химической обработке подвергают низкоуглеродистые стали. Чаще всего данный способ применяется для подготовки металлоконструкций и изделий под покраску для получения надежных антикоррозийных грунтов.
Концентрация раствора в ванне – не более 40 г на 1 л. Чтобы получить пленку химическим методом, изделие помещается в готовый состав, который подогревают и доводят до температуры кипения. Рекомендуется периодическое помешивание. Кипятят ванну в течение 15-20 минут. Этого вполне хватит, чтобы сталь покрылась слоем защитной пленки.
Состав рекомендуется готовить с некоторым избытком, так как в процессе нагревания часть его испарится. Общая кислотность устанавливается при помощи титрования по фенолфталеину. Уровень свободной кислотности можно выяснять при помощи индикаторов метилоранжа.
На видео: фосфатирование солью Мажеф.
Фосфорной кислотой
Фосфорную кислоту используют для получения покрытия холодным методом. Чтобы процесс фосфатирования протекал максимально стабильно, температура раствора должна находиться в диапазоне 18-25 градусов. Чтобы добиться покрытий с высоким качеством и прочностью, нужно четко соблюдать количество действующих ингредиентов. В промышленности применяется следующая концентрация:
- 40 г/л фосфорной кислоты;
- азотнокислый цинк – 200 г на 1 л;
- сернокислого натрия 8 г на 1 л;
- окиси цинка – 15 г на 1 л.
В данном растворе деталь или конструкции из металлов обрабатывают в течение 30 минут. Этого вполне достаточно, чтобы на поверхности образовались фосфаты.
Метод с монофосфатами цинка
Данная технология применяется для защиты металлов, которые будут применяться в электрической отрасли, а также на машиностроительных производствах. Поверхность или деталь помещают в раствор из следующих веществ:
- монофосфат цинка в количестве 20 г на 1 л;
- нитрат натрия – 35 г. на 1 л.
Процесс фосфатирования проходит при температуре раствора 60 градусов. Для покрытия металлов плотной фосфатной пленкой необходимо около 20 минут. Для проведения процесса также нужна ванна.
Для обработки оцинкованных сталей лучше применять раствор, в котором используется сернокислый цинк, азотный цинк, фосфорная кислота, фтористый натрий. Процесс проводят при температурах около 60 градусов, а длительность его составляет до 20 минут. В данном растворе можно обрабатывать цинк, углеродистые стали, никель.
Обработка фосфатирующими пастами
В данном случае применяются специальные фосфатирующие грунты. Преимущество в том, что можно выполнять фосфатирование стали и других сплавов при комнатной температуре. Смесь наносится на поверхность детали с помощью обычной кисти. Для обработки не нужны ванны, а это значит, что такому фосфатированию можно подвергать материалы в домашних условиях. Этот способ часто используют автовладельцы и автопроизводители.
В составе грунта металлический пигмент, а также растворитель, в основе которого лежит ортофосфорная кислота. В краске чаще всего содержится цинк. При взаимодействии с ортофосфорной кислотой продукты коррозии укрепляются, создавая прочный защитный фосфатный слой.
Фосфатирование в домашних условиях
Процесс фосфатирования можно осуществить и самостоятельно. Проще всего это сделать быстрым способом. Для этого понадобится сделать раствор на основе соли МАЖЕФ и азотнокислого цинка. После смешивания компонентов и нагрева жидкости до температуры кипения металлическое изделие на 15 минут размещается в емкости со смесью.
Хотя фосфатирование можно провести вне производственных условий, для проведения работ все же нужны определенные знания и квалификация. Поэтому, если нет уверенности в своих силах, лучше поручить этот процесс специалистам, которые окажут такую услугу быстро и качественно.
Технические свойства кислота для фосфатирования
Кислота для фосфатирования Дезоксил-ОФ-Р – жидкое средство, готовое к применению. Представляет собой совокупность минеральных солей, поверхностно-активных веществ и активирующих добавок. Жидкость для фосфатирования водорастворима, биоразлагаема. Взрыво-, пожаробезопасна. Рh жидкости для фосфатирования металла, стали, алюминия перед покраской порошковыми красками 4.5 — 5.5. В химическом отношении стабильна в воде и на воздухе, не разлагается с выделением вредных веществ. Не токсична. Является негорючей жидкостью.
Область применения. Средство рекомендуется использовать в технологических процессах подготовки металлических перед нанесением лакокрасочных, в том числе порошковых покрытий. При применении средства происходит обезжиривание и образование пленки аморфного фосфата, которая обеспечивает качественную адгезию окрасочных материалов к поверхности металла.
Рекомендации по применению. — средство готовое к применению для обработки металлических изделий вручную. Изделие помещается в рабочую емкость и обрабатывается (моется) щеткой, губкой или салфетками. Крупногабаритные изделия можно обрабатывать, не помещая в емкость. Средство можно развести до 1:5 в зависимости от загрязнений металла. При обработке деталей из сплавов и горячеоцинкованных деталей возможно разведение до 1:3, добавляя в рабочий раствор. Перед разведением обязательно перемешать. Средство можно использовать для погружных ванн при разведении до 1:10 при температуре 40–60 град. , длительность процесса мин. 1. Одновременное обезжиривание — фосфатирование стальных поверхностей: — — наливается в рабочую емкость в необходимом количестве — температура , — время обработки 2 — 5 минут. По окончании обработки изделия просушить на воздухе или в воздушной печи при t . 2. Одновременное обезжиривание — фосфатирование поверхностей из алюминиевых сплавов и горячеоцинкованной стали: — — наливается в рабочую емкость — «ДЕЗОКСИЛ- » — 0,1 -1,0% (при необходимости) — температура , — время обработки 2 — 5 минут. По окончании обработки изделия просушить на воздухе или в воздушной печи.
ВНИМАНИЕ! 1. На дне заводской емкости может образоваться осадок, поэтому перед применением средство необходимо перемешать
2. Фосфатированию подлежат изделия, имеющие первую степень зажиренности (до 2г/м.кв.) по При наличии окалины, ржавчины, толстых слоев смазок или других трудноудаляемых загрязнений рекомендуется предварительная подготовка поверхности ( обладает обезжиривающими свойствами, но при обильных масляных и загрязнениях их следует предварительно удалить протиркой ветошью или дополнительно обезжирить. 4. Высушенные изделия в зависимости от марки металла имеют покрытие различного цвета — от до радужного на стали, и слегка цвет различных оттенков на алюминиевых сплавах и горячеоцинкованных изделиях. 5. Масса покрытия 0,3–1,2 .кв. Расход продукта 50–80 .кв. в зависимости от условий применения и количества загрязнений.
Меры предосторожности. При проведении работ использовать спецодежду и средства защиты глаз- очки, рук- защитные перчатки
При попадании средства в глаза- немедленно промыть под струей воды и обратиться за помощью к врачу.
Условия хранения. Хранить в герметичной таре с плотно закрытой крышкой при плюсовой температуре. Беречь от детей!
Гарантийный срок хранения. 6 месяцев со дня изготовления.
Оформить заказ на товар, который заинтересовал вас, вы можете несколькими способами:
Мы можем доставить купленный у нас товар по Москве или Московской области собственным транспортом. Доставка по России осуществляется транспортными компаниями. Возможна безналичная форма оплаты.
имеет представительства в следующих городах:
| Москва | Алматы, Казахстан | Екатеринбург |
| Казань | Кемерово | Кострома |
| Красноярск | Курган | Минск, Беларусь |
| Ростов-на-Дону | Самара | Санкт-Петербург |
| Саратов | Тверь | Тольятти |
| Тюмень | Уфа | Челябинск |
| Ярославль |
Мы отправляем заказы в указанные ниже города. Если вы не нашли свой населенный пункт в этом списке, напишите нам и мы обязательно постараемся вам помочь.
| Новосибирск | Нижний Новгород | Омск |
| Волгоград | Пермь | Воронеж |
| Саратов | Краснодар | Барнаул |
| Ульяновск | Ижевск | Иркутск |
| Владивосток | Хабаровск | Махачкала |
| Оренбург | Новокузнецк | Томск |
Фосфатное покрытие
Толщина и структура фосфатного покрытия
Толщина фосфатного слоя составляет от 2 – 8 до 40 — 50 мкм (зависит от режима фосфатирования, подготовки поверхности, состава раствора для фосфатирования). Толщина покрытия связана с его структурой. Мелкокристаллические защитные слои имеют меньшую толщину (1 – 5 мкм) и обладают более выраженной защитной способностью. В связи с этим их намного чаще используют. Получают такие покрытия из цинкфосфатных растворов, которые содержат ускорители (окисляющие элементы). Мелкокристаллические слои не используются в качестве самостоятельных защитных. После получения такого слоя поверхность подвергают дополнительной обработке лакокрасочными материалами.
Крупнокристаллические фосфатные слои более толстые, получают их из марганцевофосфатных растворов. После промасливания могут служить самостоятельными покрытиями.
Кристаллы фосфатов имеют пластинчатую структуру, благодаря чему пленка отлично впитывает различные пропитки, лаки, удерживая их в себе.
Фосфатное покрытие состоит из двух слоев. Первый, плотно прилегающий к поверхности слой, плотно связан с металлом, незначительной толщины, имеет пористую структуру, а также гладкий и достаточно эластичный. Он состоит, в большей части, с монофосфатов железа. Второй слой (наружный) – состоит из монофосфатов марганца, вторичных и третичных фосфатов. Он более хрупкий, кристаллический. Характеристиками именно наружного слоя обуславливается ценность фосфатных пленок.
Цвет фосфатного покрытия
Цвет фосфатного покрытия колеблется от светло-серого до темно серого (почти черного). Светло-серые фосфатные пленки образуются на цветных металлах и малоуглеродистых сталях. Предварительно подвергшихся пескоструйной обработке поверхностях, в растворах повышенной кислотности.
Если чугунное (либо из высоколегированной стали) изделие предварительно подвергалось травлению, и концентрация ортофосфорной кислоты больше обычного — фосфатный слой получается более темного оттенка. Фосфатное покрытие зеленоватого оттенка образуется на поверхности стали, содержащей никель и хром.
Свойства фосфатного покрытия
Полученное фосфатное покрытие может использоваться как самостоятельное защитное, но в большинстве случаев его используют как основу под лакокрасочное, смазочное, либо перед пассивированием. То, что его очень редко используют, как самостоятельное, можно объяснить тем, что оно легко разрушается под воздействием кислот и щелочей.
Фосфатное покрытие не подвергается воздействию кислорода воздуха, смазок, масел, керосина, не смачивается расплавленными металлами. Фосфатный слой может выдержать непродолжительное влияние температуры около 500 °С. Наибольшая минусовая температура, при которой не разрушается покрытие -75 °С. При длительной выдержке фосфатный слой теряет свои защитные свойства и постепенно разрушается.
Фосфатное покрытие отличается высоким электросопротивлением, может выдержать напряжение до 500 В. Чтоб повысить пробивное напряжение готового фосфатного покрытия (до 1000 В) – его дополнительно пропитывают бакелитовыми либо масляными лаками. Фосфатное покрытие по твердости мягче стали, но более твердое, чем латунь или медь.
При щелочном оксидировании стали полученный защитный слой имеет меньшую защитную способность, чем обычные фосфатные слои.
Подготовка поверхности перед операцией фосфатирования играет важную роль, т.к. от ее способа и качества во многом зависят свойства полученного покрытия, а именно – структура, адгезионная способность, толщина, цвет фосфатной пленки.
При фосфатировании заранее протравленной поверхности (с использованием HCl, H2SO4, H3PO4) образуются крупнокристаллические, рыхлые фосфатные слои, толщиной до 40 – 50 мкм. Они обладают достаточно низкими защитными свойствами, поэтому для улучшения качества пленки деталь промывают в 3 – 5 % растворе кальцинированной соды, а далее в воде и затем только фосфатируют. Или же в 1 – 2 % растворе хозяйственного мыла и 5 – 8 % растворе кальцинированной соды при температуре 55 – 60 °С.
Мелкокристаллические, тонкие (толщиной от 5 до 10 мкм) пленки образуются на поверхностях, обработанных пескоструйным методом с последующим обезжириваниям (с использованием органических растворителей или же химическим способом), также механически обработанные кругом, и т.п. Такие фосфатные пленки отличаются хорошей адгезией к поверхности и высокими защитными свойствами.
Суть процесса фосфатирования
Фосфорная кислота (H3PO4) образует три вида солей (именно на свойствах солей фосфорной кислоты и основан метод защиты): дигидрофосфаты, моногидрофосфаты, фосфаты.
Дигидрофосфаты Me(H2PO4)2 – однозамещенные соли, где Me – двухвалентный металл. Образуются сразу при первичном контакте металла с фосфорной кислотой. Взаимодействие описывается реакцией:
При дальнейшем взаимодействии кислоты с металлом (концентрация кислоты уменьшается) образуются двухзамещенные (моногидрофосфаты MeHPO4) и трехзамещенные (фосфаты Me3(PO4)2) соли.
Реакции образования вторичных и третичных солей:
Me(H2PO4)2 MeHPO4 + H3PO4 — продуктами реакции являются двухзамещенная соль и свободная ортофосфорная кислота;
3Me(H2PO4)2 Me3(PO4)2 + 4H3PO4 – образуется трехзамещенная соль, свободная ортофосфорная кислота.
Труднорастворимые фосфаты железа – основная составляющая часть фосфатных покрытий. Их качество определяется свободной и основной кислотностью раствора, природой катионов металла, концентрацией монофосфатов.
При введении в раствор для фосфатирования окислительных анионов (например, ClO3, NO2, NO3) процесс формирования защитной пленки значительно ускоряется.
При фосфатировании на поверхности металла наблюдается два основных процесса – осаждение фосфатов и растворение основного металла.
Фосфатирование алюминия, магния и сплавов на их основе
Фосфатирование алюминия применяют для создания на алюминиевой детали грунтового слоя под покраску. Алюминиевые детали после травления и осветления в азотной кислоте помещают в раствор следующего состава:
- Ортофосфорная кислота – 10-15 г/л.;
- азотнокислый цинк – 18-22 г/л;
- борфтористоводородный цинк – 10-15 г/л.
Фосфатирование проходит при температуре 75-85С в течение 0,5-4 минут. По завершению процесса детали промывают, сушат, пассивируют в 3-5% растворе хромовой кислоты, затем опять промывают и сушат. В результате на металле образуется пленка светло-серого цвета, состоящая из фосфорнокислых соединений цинка и алюминия, имеющая мелкокристаллическую структуру. Кроме создания грунтового слоя, такой способ обработки поверхности применяется для облегчения процесса холодной вытяжки или глубокой штамповки алюминиевого листа. Аналогичным способом обрабатывают и другие цветные металлы.
|
Фосфатное покрытие
Толщина и структура фосфатного покрытия
Толщина фосфатного слоя составляет от 2 – 8 до 40 — 50 мкм (зависит от режима фосфатирования, подготовки поверхности, состава раствора для фосфатирования). Толщина покрытия связана с его структурой. Мелкокристаллические защитные слои имеют меньшую толщину (1 – 5 мкм) и обладают более выраженной защитной способностью. В связи с этим их намного чаще используют. Получают такие покрытия из цинкфосфатных растворов, которые содержат ускорители (окисляющие элементы). Мелкокристаллические слои не используются в качестве самостоятельных защитных. После получения такого слоя поверхность подвергают дополнительной обработке лакокрасочными материалами.
Крупнокристаллические фосфатные слои более толстые, получают их из марганцевофосфатных растворов. После промасливания могут служить самостоятельными покрытиями.
Кристаллы фосфатов имеют пластинчатую структуру, благодаря чему пленка отлично впитывает различные пропитки, лаки, удерживая их в себе.
Фосфатное покрытие состоит из двух слоев. Первый, плотно прилегающий к поверхности слой, плотно связан с металлом, незначительной толщины, имеет пористую структуру, а также гладкий и достаточно эластичный. Он состоит, в большей части, с монофосфатов железа. Второй слой (наружный) – состоит из монофосфатов марганца, вторичных и третичных фосфатов. Он более хрупкий, кристаллический. Характеристиками именно наружного слоя обуславливается ценность фосфатных пленок.
Цвет фосфатного покрытия
Цвет фосфатного покрытия колеблется от светло-серого до темно серого (почти черного). Светло-серые фосфатные пленки образуются на цветных металлах и малоуглеродистых сталях. Предварительно подвергшихся пескоструйной обработке поверхностях, в растворах повышенной кислотности.
Если чугунное (либо из высоколегированной стали) изделие предварительно подвергалось травлению, и концентрация ортофосфорной кислоты больше обычного — фосфатный слой получается более темного оттенка. Фосфатное покрытие зеленоватого оттенка образуется на поверхности стали, содержащей никель и хром.
Свойства фосфатного покрытия
Полученное фосфатное покрытие может использоваться как самостоятельное защитное, но в большинстве случаев его используют как основу под лакокрасочное, смазочное, либо перед пассивированием. То, что его очень редко используют, как самостоятельное, можно объяснить тем, что оно легко разрушается под воздействием кислот и щелочей.
Фосфатное покрытие не подвергается воздействию кислорода воздуха, смазок, масел, керосина, не смачивается расплавленными металлами. Фосфатный слой может выдержать непродолжительное влияние температуры около 500 °С. Наибольшая минусовая температура, при которой не разрушается покрытие -75 °С. При длительной выдержке фосфатный слой теряет свои защитные свойства и постепенно разрушается.
Фосфатное покрытие отличается высоким электросопротивлением, может выдержать напряжение до 500 В. Чтоб повысить пробивное напряжение готового фосфатного покрытия (до 1000 В) – его дополнительно пропитывают бакелитовыми либо масляными лаками. Фосфатное покрытие по твердости мягче стали, но более твердое, чем латунь или медь.
При щелочном оксидировании стали полученный защитный слой имеет меньшую защитную способность, чем обычные фосфатные слои.
Подготовка поверхности перед операцией фосфатирования играет важную роль, т.к. от ее способа и качества во многом зависят свойства полученного покрытия, а именно – структура, адгезионная способность, толщина, цвет фосфатной пленки.
При фосфатировании заранее протравленной поверхности (с использованием HCl, H2SO4, H3PO4) образуются крупнокристаллические, рыхлые фосфатные слои, толщиной до 40 – 50 мкм. Они обладают достаточно низкими защитными свойствами, поэтому для улучшения качества пленки деталь промывают в 3 – 5 % растворе кальцинированной соды, а далее в воде и затем только фосфатируют. Или же в 1 – 2 % растворе хозяйственного мыла и 5 – 8 % растворе кальцинированной соды при температуре 55 – 60 °С.
Мелкокристаллические, тонкие (толщиной от 5 до 10 мкм) пленки образуются на поверхностях, обработанных пескоструйным методом с последующим обезжириваниям (с использованием органических растворителей или же химическим способом), также механически обработанные кругом, и т.п. Такие фосфатные пленки отличаются хорошей адгезией к поверхности и высокими защитными свойствами.
Особенности фосфатирования
Основное и главное предназначение фосфатирования — это обеспечение эффективной защиты металлических поверхностей непосредственно от воздействия коррозийных процессов.
Данная технология активно и повсеместно используется в таких промышленных сферах, как судостроение и автостроение, а также многих других отраслях.
Кроме этого, он достаточно популярен и в быту, где при помощи него покрывают защитной пленкой самые разные приспособления и детали. Технология фосфатирования металлических поверхностей преследует, главным образом, две цели.
В первую очередь, как уже было сказано выше, при помощи данного метода выполняется коррозионная защита, которая существенно повышает срок службы любого металлического изделия.
ВАЖНО ЗНАТЬ: Показатели температуры плавления латуни
Кроме этого, при помощи фосфатирования удается значительно улучшить адгезию разных типов лакокрасочных покрытий непосредственно к самой окрашиваемой поверхности.
За счет этого, наносимый на металлическую поверхность любой лакокрасочный состав, достаточно глубоко проникает во внутренние поры фосфатной пленки, что и обуславливает, главным образом, высокие адгезические свойства данного типа покрытия.
Следует отметить и то, что образованная таким образом пленка, пассирует металлическое основание и переводит его в состояние, которое можно условно назвать коррозийно-пассивным.
Все это приводит к тому, что защитные свойства покрытия, на котором было проведено фосфатирование с последующим окрашиванием, в несколько раз превосходят по своим характеристикам защитные свойства поверхности, на которую было проведено нанесение лакокрасочного состава без предварительной подготовки.
Использование при данном методе цинка позволяет сделать такое покрытие еще более качественным и эффективным.
Холодный процесс
Холодное фосфатирование подразумевает обработку материала при температуре от 20 до 40 градусов по Цельсию. Можно использовать один из двух видов раствора.
Для работы понадобятся следующие компоненты (из расчета граммов на литр):
Раствор №1. Загружаем в ванну соответствующее объему воды количество соли МАЖЕФ. Доливаем в раствор прокипяченный и настоянный фтористый натрий, и азотнокислый цинк. Чтобы увеличить уровень кислотности раствора, на каждую точку добавляем 1,5 грамма соли МАЖЕФ, 2-3 грамма азотнокислого цинка и 2-3 миллиграмма фтористого натрия.
Раствор №2. Для создания раствора используем концентрат, который включает в себя 80 граммов цинкового монофосфата, 750 граммов азотнокислого цинка, 160 граммов фосфорной кислоты, 40 граммов кальцинированной соды и 1 литр воды.
Чтобы приготовить 100 литров рабочего раствора, к 85 литрам воды добавляем 12 литров концентрата едкого натра (300 граммов на литр), а затем доливаем воду до уровня 100 литров. Также засыпаем 40 граммов азотисто-кислого натрия. Если показатель кислотности оказывается меньше необходимого, понемногу добавляем едкий натр.
