Фосфатирование

фосфатирование

використовують для додаткового захисту від корозії, поліпшення твердості, зносостійкості, підвищення електроізоляційних властивостей основного покриття на чорних і кольорових металах. Суть процесу фосфатування складається в створенні на поверхні, що захищається вироби шару малорозчинних фосфатів заліза, цинку або марганцю.

Фосфатуванню піддаються: чавун, низьколеговані, вуглецеві сталі, кадмій, цинк, мідь, сплави міді, алюміній.

Фосфатуванню погано піддаються високолеговані стали.

Вироби, які зазнали фосфатуванню, експлуатуються навіть у тропіках. Фосфатна плівка не боїться органічних масел, мастильних, гарячих матеріалів, толуолу, бензолу, всіх газів, крім сірководню.

Під впливом лугів, кислот, прісної, морської води, аміаку, водяної пари покриття досить швидко руйнується. Нетривалий термін служби покриття також пов`язаний з його низькою еластичністю і міцністю.

Процес фосфатування знайшов широке застосування в автомобільній промисловості. Фосфатна плівка - найкращий грунт. Сталевий корпус автомобіля перед фарбуванням піддають фосфатуванню, а далі фарбують емалями.

фосфатне покриття

Товщина і структура фосфатного покриття

Товщина фосфатного шару становить від 2 - 8 до 40 - 50 мкм (залежить від режиму фосфатування, підготовки поверхні, складу розчину для фосфатування). Товщина покриття пов`язана з його структурою. Мелкокристаллические захисні шари мають меншу товщину (1 - 5 мкм) і мають більш вираженою захисною здатністю. У зв`язку з цим їх набагато частіше використовують. Отримують такі покриття з цінкфосфатних розчинів, які містять прискорювачі (окислюють елементи). Мелкокристаллические шари не використовуються в якості самостійних захисних. Після отримання такого шару поверхню піддають додатковій обробці лакофарбових матеріалів.

Крупнокрісталліческіе фосфатні шари більш товсті, отримують їх з марганцевофосфатних розчинів. Після промаслювання можуть служити самостійними покриттями.

Кристали фосфатів мають пластинчасту структуру, завдяки чому плівка відмінно вбирає різні просочення, лаки, утримуючи їх в собі.

Фосфатне покриття складається з двох шарів. Перший, щільно прилягає до поверхні шар, щільно пов`язаний з металом, незначної товщини, має пористу структуру, а також гладкий і досить еластичний. Він складається, в більшій частині, з Монофосфат заліза. Другий шар (зовнішній) - складається з Монофосфат марганцю, вторинних і третинних фосфатів. Він більш крихкий, кристалічний. Характеристиками саме зовнішнього шару обумовлюється цінність фосфатних плівок.

Колір фосфатного покриття

Колір фосфатного покриття коливається від світло-сірого до темно-сірого (майже чорного). Світло-сірі фосфатні плівки утворюються на кольорових металах і маловуглецевих сталях. Попередньо зазнали піскоструминної обробці поверхнях, в розчинах підвищеної кислотності.

Якщо чавунне (або з високолегованої сталі) виріб попередньо було піддано травленню, і концентрація ортофосфорної кислоти більше звичайного - фосфатний шар виходить більш темного відтінку. Фосфатне покриття зеленуватого відтінку утворюється на поверхні сталі, що містить нікель і хром.

Властивості фосфатного покриття

Отримане фосфатне покриття може використовуватися як самостійне захисне, але в більшості випадків його використовують як основу під лакофарбове, мастильна, або перед пассивированием. Те, що його дуже рідко використовують, як самостійне, можна пояснити тим, що воно легко руйнується під впливом кислот і лугів.

Відео: фосфатирование сіллю Мажеф невеликих сталевих деталей

Фосфатне покриття не піддається впливу кисню повітря, мастил, масел, гасу, не змочується розплавленими металами. Фосфатний шар може витримати нетривалий вплив температури близько 500 ° С. Найбільша мінусова температура, при якій не руйнується покриття -75 ° С. При тривалій витримці фосфатний шар втрачає свої захисні властивості і поступово руйнується.

Фосфатне покриття відрізняється високим електроопору, може витримати напругу до 500 В. Щоб підвищити пробивна напруга готового фосфатного покриття (до 1000 В) - його додатково просочують бакелітовими або олійними лаками. Фосфатне покриття по твердості м`якше стали, але більш тверде, ніж латунь або мідь.

при лужному оксидуванні стали отриманий захисний шар має меншу захисну здатність, ніж звичайні фосфатні шари.

Підготовка поверхні перед операцією фосфатирования відіграє важливу роль, тому що від її способу і якості багато в чому залежать властивості отриманого покриття, а саме - структура, адгезійна здатність, товщина, колір фосфатной плівки.

При фосфатировании заздалегідь протравленою поверхні (з використанням HCl, H2SO4, H3PO4) Утворюються крупнокрісталліческіе, пухкі фосфатні шари, товщиною до 40 - 50 мкм. Вони мають досить низькими захисними властивостями, тому для поліпшення якості плівки деталь промивають в 3 - 5% розчині кальцинованої соди, а далі в воді і потім тільки фосфатують. Або ж в 1 - 2% розчині господарського мила і 5 - 8% розчині кальцинованої соди при температурі 55 - 60 ° С.

Мелкокристаллические, тонкі (товщиною від 5 до 10 мкм) плівки утворюються на поверхнях, оброблених піскоструминним методом з подальшим знежирення (з використанням органічних розчинників або ж хімічним способом), також механічно оброблені кругом, і т.п. Такі фосфатні плівки відрізняються гарну адгезію до поверхні і високими захисними властивостями.

Суть процесу фосфатування

Фосфорна кислота (H3PO4) Утворює три види солей (саме на властивостях солей фосфорної кислоти і заснований метод захисту): дигідрофосфат, моногідрофосфати, фосфати.

Дигідрофосфат Me (H2PO4)2 - однозаміщені солі, де Me - двовалентний метал. Утворюються відразу при первинному контакті металу з фосфорною кислотою. Взаємодія описується реакцією:

Me + 2H3PO4 Me (H2PO4)2 + H2 .

При подальшій взаємодії кислоти з металом (концентрація кислоти зменшується) утворюються двохзаміщені (моногідрофосфати MeHPO4) І тризаміщені (фосфати Me3(PO4)2) Солі.

Реакції утворення вторинних і третинних солей:

Me (H2PO4)2 MeHPO4 + H3PO4 - продуктами реакції є двохзаміщені сіль і вільна ортофосфорна кислота

3Me (H2PO4)2 Me3(PO4)2 + 4H3PO4 - утворюється трехзамещенний сіль, вільна ортофосфорна кислота.




Важкорозчинні фосфати заліза - основна складова частина фосфатних покриттів. Їх якість визначається вільною і основний кислотністю розчину, природою катіонів металу, концентрацією Монофосфат.

При введенні в розчин для фосфатування окислювальних аніонів (наприклад, ClO3, NO2, NO3) Процес формування захисної плівки значно прискорюється.

При фосфатировании на поверхні металу спостерігається два основних процеси - осадження фосфатів і розчинення основного металу.

Фосфатирование чорних металів

Сьогодні саме широке застосування отримав препарат для фосфатування Мажеф. Випускається у вигляді сірої маси, розфасованої по бочках або ящиках. Відрізняється характерним кислуватим запахом. Назва препарату походить від перших букв його складових частин: марганець, залізо, фосфорна кислота.

Фосфатна плівка при використанні даного препарату має гарні захисними властивостями.

Процес отримання фосфатной плівки з використанням даного препарату має свої недоліки: високі температури, вузький робочий інтервал температур, тривалість операції, наводоражіваніе стали (через сильний виділення водню). Щоб знизити наводоражіваніе зменшують тривалість процесу.

Фосфатирование може бути електрохімічним і хімічним.

Хімічне фосфатирование чорних металів, в свою чергу, підрозділяється на холодну, нормальне і прискорене.

холодне фосфатирование

Холодне фосфатирование проводиться без підігріву робочих розчинів. Фосфатне покриття виходить досить тонким і використовується в якості основи під фарбування. В основу розчинів для холодного фосфатування входять препарат Мажеф і однозаміщений фосфат цинку (Zn (H2PO4)2). NaNO2 і NaF грають роль активаторів процесу.

Відео: РМЗ цех дрібного кріплення.

Склади для холодного фосфатування:

Склад №1: 25 - 30 г / л ін. Мажеф, 35 - 40 г / л Zn (NO3)2• 6H2O, 5 - 10 г / л NaF, тривалість обробки 40 хвилин-

Склад №2: 60 - 70 г / л Zn (H2PO4)2, 80 - 100 г / л Zn (NO3)2• 6H2O, 0,3 - 1.0 г / л NaNO2, тривалість обробки 15 - 25 мін.-

Склад №3: 100 г / л Zn (H2PO4)2, 6 г / л NaF, 2 г / л NaNO2, тривалість обробки 30 - 40 хвилин-

Склад №4: 18 - 21 г / л ZnO, 80 - 85 г / л H3PO4, 1 - 2 г / л NaNO2, тривалість обробки 15 - 20 хвилин.

Якщо температуру розчину збільшити - можна отримати мелкокристаллическое покриття.

Розчини для холодного фосфатування досить швидко гідролізуються (при контакті складових речовин з водою розкладаються основні молекули і утворюються нові сполуки), збільшується вільна кислотність розчину. Це негативно позначається на якості фосфатного покриття, тому що шар виходить пористий і з низькими захисними характеристиками. Тому холодну фосфатирование використовується досить рідко.

нормальне фосфатирование

Препарат Мажеф, який використовується також і при нормальному фосфатировании, має хімічний склад: 2,4 - 2,5% Fe, 14% Mn, 46 - 52% фосфатів, 1% SO42, зовсім небагато іонів хлору і CaO, 1 - 2% H2O.

Однозаміщені солі ортофосфорної кислоти, марганцю, заліза (MnHPO4, Fe (H2PO4)2,  Mn (H2PO4)2) І є основою препарату.

Найкращий результат фосфатирования дає розчин, що містить 30 - 33 г / л препарату Мажеф. Температура - 97 - 98 ° С. Якщо вести процес при більш високих температурах - утворюється багато шламу, а при більш низьких - покриття має кристалічну структуру.

Тривалість процесу нормального фосфатирования: час виділення водню + витримка близько 5 - 10 хвилин. Кислотність розчину (загальна) повинна становити близько 30 точок, вільна 3 - 4 точки. (Точка - міра загальної і вільної кислотності розчину. Одна точка показує кількість мм 0,2 н. Розчину лугу, витраченого на процес титрування 10 мл фосфатного розчину).

Якщо вільна кислотність перевищує вказане значення - погіршуються властивості фосфатного шару, а сам процес затягується по часу. При зменшенні - отримані плівки занадто тонкі і незащитную.

При підвищенні концентрації препарату Мажеф до 100 - 200 г / л отримують більш товсті фосфатні шари з підвищеними захисними властивостями і мелкокристаллической структури. З підвищенням концентрації трохи зменшують температуру робочого розчину (до 80 - 85 ° С).

При фосфатировании високолегованих сталей кількість препарату Мажеф становить близько 30 - 32 г / л. Додатково вводять 10 - 12% BaCl2 для поліпшення якості фосфатного шару. Виріб витримують в робочому розчині 45 - 60 хвилин при температурі близько 100 ° С.

прискорене фосфатирование

Прискорене фосфатирование отримало досить широке промислове застосування, тому що процес ведеться швидше, ніж при нормальному, і має свої переваги.

Відео: фосфатірованіе.avi

Тривалість процесу прискореного фосфатування (з використанням препарату Мажеф) становить 8 - 15 хвилин. Робочий розчин підігрівають до температури 45 - 65 ° С (або ж 92 - 96 ° С, якщо використовувати електроліт №2). Додатково вводять окислювачі (NaF, Zn (NO3)2 і ін.), завдяки яким прискорюється процес фосфатування, виділяється набагато менше водню і окислюється Fe2+ до Fe3+.

Розчини для прискореного фосфатування з застосуванням препарату Мажеф:



Розчин №1: 30 - 40 г / л препарату Мажеф, 50 - 65 г / л Zn (NO3)2• 6H2O, 2 - 5 г / л NaF-

Розчин №2: 30 - 40 г / л препарату Мажеф, 50 - 70 г / л Zn (NO3)2• 6H2O, 4 - 5 г / л NaNO3, 0,1 - 1,0 г / л H3PO4.

Після прискореного фосфатування вироби обробляють розчином біхромату калію, а далі - сушать.

Плівки, отримані при прискореному фосфатировании, невеликої товщини і не відрізняються високими захисними властивостями, тому їх використовують як основу (грунт) для лакофарбових покриттів.

Прискорене фосфатирование може проводиться і з використанням інших розчинів, наприклад, цінкофосфатних (основа - первинний фосфат цинку).

Склади для прискореного фосфатування з застосуванням цінкофосфатних розчинів:

Склад №1: 8 - 12 г / л Zn (H2PO4)2, 10 - 20 г / л Zn (NO3)2• 6H2O, 30 - 40 г / л Ba (NO3)2, температура 75 - 85 ° С, тривалість 3 - 10 хвилин-

Склад №2: 28 - 36 г / л Zn (H2PO4)2, 42 - 58 г / л Zn (NO3)2• 6H2O, 9,5 - 15,0 г / л H3PO4, температура 85 - 95 ° С, тривалість 10 - 25 хвилин.

Покриття, отримані в вищеописаних електролітах, складаються з Zn3(PO4)2• 4H2O і Zn2Fe (PO4)2• 4H2O. Велика частина фосфатів утворюється на поверхні в перші хвилини процесу, коли швидкість наростання фосфатів перевищує швидкість їх розчинення. При однакових значеннях цих швидкостей зростання фосфатной плівки припиняється.

Прискорене фосфатирование можна проводити як зануренням у ванну з розчином, так і розпиленням складу на поверхню.

Для струминного прискореного фосфатування часто використовують розчин на основі препарату Мажеф наступного складу: 30 - 60 г / л ін. Мажеф, 50 - 70 г / л Zn (NO3)2• 6H2O, 2 - 4 г / л NaNO2. Температура розчину - 15 - 25 ° С, рН 2,6 - 3,2.

Широко використовуються концентрати для фосфатування сталі (на основі первинних фосфатів), такі, як КФЕ-1, КФЕ-2, КФ-1, КФ-3.

Щоб поліпшити структуру покриття в основний р-злодій вводять оксалати цинку (до 0,1 г / л). При фосфатировании в такому розчині з поверхні виробу видаляється іржа.

Окремим випадком хімічного - є чорне фосфатирование. Використовується в оптичному приладобудуванні. Фосфатна плівка чорного кольору більш приваблива на вигляд і більш корозієстійких, ніж отримані іншими способами. Процес чорного фосфатирования складається з двох частин. Спочатку, попереднім фосфатуванням, отримують чорну плівку. Далі, при фосфатному пассивированием, заповнюються пори початкового шару.

електрохімічне фосфатирование

Електрохімічне фосфатирование проводять в розчинах схожого складу, але з використанням постійного або змінного струму. Це дозволяє підвищити продуктивність процесу.

Деталі розвішують на катодних штангах, анодами служать пластини (цинк або вуглецева сталь, залежить від складу електроліту). Щільність струму - від 0,3 до 3 А / дм2. Тривалість процесу - від 5 до 20 хв.

Отримані плівки використовуються в якості підшару для лакофарбового покриття.

Відео: як завороніть невелику деталь зі сталі

Недолік електрохімічного фосфатирования - низька розсіює здатність електроліту. Внаслідок, на деталях складної форми фосфатне покриття лягає нерівномірно.

Фосфатирование кольорових металів

Фосфатуванню часто піддають багато кольорових металів. Найчастіше це цинк, магній, алюміній, кадмій, нікель, титан.

фосфатирование титану проводять для підвищення його зносостійкості, антифрикційних властивостей. Процес ведеться при температурі 98 - 99 ° С близько 10 - 30 хвилин. Застосовуваний склад: 10 - 100 г / л ортофосфорної кислоти і така ж кількість фторидів (NaF, NH4F або KF).

магній фосфатують в розчинах однозаміщені фосфатів для захисту від корозії. Фосфатирование магнію (як і алюмінію) застосовують рідше, ніж його оксидування.

Для кадмію, алюмінію, цинку і більшості кольорових металів фосфатная плівка використовується в якості основи перед нанесенням лакофарбового покриття.

алюміній фосфатують в розчинах ортофосфорної кислоти з вмістом CrO3 і NaF або HF. Плівки мають блакитно-зелений колір, тому процес отримав назву «блакитне фосфатирование». Одержаний фосфатний шар тонкий (близько 3 мкм), гладкий, аморфний, не відрізняється високими захисними властивостями (має низькі міцнісні характеристики). Склад покриття такий: близько 50 - 55% CrPO4,  17 - 23% AlPO4, 22 - 23% води. Після промивання у холодній воді і сушки при температурі нижче 60 ° С фосфатная плівка стає міцнішою, може витримати температуру до 300 ° С. Якщо готове фосфатне покриття протягом 10 хвилин обробляти в 10% розчині K2Cr2O7 (При температурі 75 - 80 ° С) - його корозійна стійкість значно збільшиться.

для фосфатирования кадмію, цинку застосовують універсальний цинк-фосфатний розчин. Для отримання фосфатной плівки на цинку можна використовувати розчин на основі композиції Ликонд Ф1А, обробка ведеться при температурі 19 - 40 ° С протягом 5 - 10 хвилин. У підсумку - на поверхні цинку утворюється дрібнокристалічна сіро-димчастий фосфатная плівка з високими захисними властивостями (краще, ніж при хроматирование).

Нікель (його сплави) фосфатують тільки матовий, на блискучому покриття майже не осідає. Рекомендований склад розчину: 15 г / л H3PO4, 13 г / л NaF, 200 г / л Zn (NO3)2.  Тривалість обробки - 35 - 45 хвилин при температурі 25 - 35 ° С. рН розчину близько 2,0.

Поліпшення захисних властивостей фосфатних плівок

Фосфатні плівки не володіють достатніми захисними властивостями через свою пористу структуру, тому після отримання їх ще додатково обробляють. Для цього застосовують пассивирующие розчини K2Cr2O7 (Калію дихромат) або Na2Cr2O7 (Натрію Дихромат). Процес ведеться при температурі 70 - 80 ° С. Пасивування фосфатних плівок можливо в двох складах: 80 - 100 г / л хромата і 3 - 5 г / л. Для першого розчину час витримки складає 10 - 20 хвилин, і додаткова промивка до сушки. Для другого - 1 - 3 хвилини, після фосфатування виріб сушать без попереднього промивання.
Після проведення операції пассивирования готові вироби просочують мінеральним маслом (гарячим), а далі гідрофобізуючої (3 - 5 хв). Для гідрофобізації застосовують 10% розчин в бензині кремнийорганической рідини ГФЖ-94.
Якщо деталь призначена для холодної деформації - її промивають і обробляють близько 3 - 5 хвилин при 60 - 70 ° С в мильному розчині (70 - 100 г / л господарського мила).




Увага, тільки СЬОГОДНІ!

Увага, тільки СЬОГОДНІ!