Фосфатное покрытие состоит из тонких кристаллических слоев фосфатных соединений, которые прилипают к поверхности металлической подложки, и его также называют фосфатным конверсионным покрытием, которое представляет собой химическую обработку, применяемую к стальным деталям, которая создает тонкий адгезионный слой железа, цинка или фосфаты марганца, для достижения коррозионной стойкости, смазки или в качестве основы для последующих покрытий или покраски. Кристаллы фосфатов пористые и могут образовываться из растворов фосфатов цинка, марганца или железа. Каждый из трех типов обеспечивает фосфатное покрытие с немного отличающимися свойствами, такими как размер кристаллов и толщина покрытия. Это позволяет выбрать более специализированное покрытие для конкретного применения, необходимого для части конструкции. Эти покрытия обычно наносят на углеродистую сталь, низколегированную сталь и чугун. Покрытие формируется путем нанесения губки, распыления или погружения подложки в раствор разбавленной фосфорной кислоты в сочетании с другими химическими веществами, которые помогают в процессе нанесения покрытия. Фосфатные покрытия также можно наносить на цинк, кадмий, алюминий, олово и оцинкованную сталь, но их трудно наносить на материалы с высоким содержанием сплавов, которые часто невосприимчивы к фосфорной кислоте. Основными компонентами фосфатирующего раствора являются:
√ Фосфорная кислота (H3PO4)
√Ионы (катионы) двухвалентных металлов: Zn2 плюс, Fe2 плюс, Mn2 плюс
√Ускоритель – окисляющий реагент (нитрат, нитрит, перекись), увеличивающий скорость процесса покрытия и уменьшающий размер зерен нагара.
Фосфатирование является одним из наиболее распространенных типов конверсионного покрытия, которое также называют фосфатированием, фосфатированием или фосфатированием. Он также известен под торговой маркой Parkerizing, особенно применительно к огнестрельному оружию и другой военной технике. Самая ранняя работа по процессам фосфатирования была разработана британскими изобретателями Уильямом Александром Россом, британский патент 3119, в 1869 году, и Томасом Уоттсом Кослеттом, британский патент 8667, в 1906 году. Кослетт из Бирмингема, Англия, впоследствии подал заявку на патент. основан на том же процессе в Америке в 1907 году, на который в 1907 году был выдан патент США 870 937. По сути, он обеспечивал процесс фосфатирования железа с использованием фосфорной кислоты. Усовершенствованная патентная заявка на фосфатирование марганца, основанная в значительной степени на этом раннем британском процессе фосфатирования железа, была подана в США в 1912 году и выдана в 1913 году Фрэнку Руперту Грэнвиллу Ричардсу как патент США 1 069 903.
Что такое процесс фосфатирования?
В процессе используется низкая растворимость фосфатов при среднем или высоком pH, а ванна представляет собой раствор фосфорной кислоты (H3PO4), содержащий желаемые катионы железа, цинка или марганца и другие добавки. Кислота реагирует с металлическим железом с образованием водорода и катионов железа:
Fe плюс 2 H3O плюс → Fe2 плюс плюс H2 плюс 2 H2O
Реакция с поглощением протонов повышает рН раствора в непосредственной близости от поверхности, пока в конце концов фосфаты не станут нерастворимыми и не осядут на ней. Реакция кислоты и металла также приводит к локальному образованию фосфата железа, который также может осаждаться. При осаждении фосфата цинка или фосфата марганца дополнительный фосфат железа может быть нежелательной примесью. Когда стальную панель вводят в фосфатирующий раствор (например, фосфат цинка), происходит топохимическая реакция, при которой растворение железа инициируется на микроанодах, присутствующих на подложке, под действием свободной фосфорной кислоты, присутствующей в ванне. Расход фосфорной кислоты на реакцию вызывает снижение кислотности раствора в слое, примыкающем к поверхности металла. Растворимость фосфата цинка в нейтрализуемом растворе снижается, что приводит к осаждению соли и ее отложению на поверхности подложки:
В чем разница между фосфатом марганца, фосфатом цинка и фосфатом железа?
1. Марганцово-фосфатное покрытие
Это самое твердое, устойчивое к ржавчине, гладкое, однородное и устойчивое к истиранию фосфатное покрытие. Он образует кристаллическую абсорбирующую поверхность и идеально подходит для поверхностей, которые должны быть устойчивыми к истиранию, таких как подшипники, втулки, упорные шайбы и крепежные детали. Марганцово-фосфатное покрытие также смазывает обработанную поверхность, что делает ее подходящим фосфатным покрытием для автомобильной промышленности: скользящие и движущиеся детали двигателя и трансмиссии выигрывают от смазывающего действия марганца. Для него не требуется верхний слой, и покрытие часто покрывается воском или маслом для улучшения свойств. Марганцево-фосфатное покрытие применяется, когда требуется износостойкость и антизадирные свойства, а также оно обладает способностью удерживать масло, что еще больше улучшает антифрикционные свойства и придает коррозионную стойкость деталям с покрытием.
2. Покрытие из фосфата железа
Это наиболее экономичный вариант для погружения или распыления. Применяется, когда требуется прочное сцепление последующей покраски. В отличие от растворов для покрытий из фосфата цинка и фосфата марганца, в которых ионы металла входят в состав композиции, в растворах фосфата железа ионы железа обеспечиваются растворяющей подложкой. Сталь, цинк и алюминий — все это подходящие подложки для покрытия фосфатом железа, и это наиболее гибкий вариант, когда речь идет о типе подложки. Цена фосфатирования железом явно ниже, чем стоимость услуги фосфатирования цинком и марганцем, а фосфатирование железом, как и Zn, является обычной грунтовкой для порошковой окраски. Однако он далеко не так прочен, хотя коррозионная стойкость и адгезия близки друг к другу. Поэтому железофосфатное покрытие рекомендуется только для проектов, которые не требуют чрезвычайно высокого качества и должны быть реализованы в рамках небольшого бюджета. Другими словами, он не подходит для большинства оффшорных и морских проектов, которые постоянно подвергаются воздействию стихии. Очевидными преимуществами являются:
√ Самая низкая себестоимость фосфатирования,
√Обезжиривает обычно маслянистые поверхности при низкой температуре,
√Низкая стоимость обслуживания
√ Верхние покрытия:порошковое покрытие, жидкая краска
3. Покрытие из фосфата цинка
Это наиболее распространенный из всех методов предварительной обработки стали и чугуна фосфатированием путем погружения или распыления. Он не такой устойчивый к коррозии или смазывающий, как марганец, но характеристики коррозионной стойкости могут быть улучшены с помощью различных верхних покрытий. Процесс фосфатирования цинка позволяет преобразовать металлическую поверхность в неметаллическое поликристаллическое покрытие, содержащее фосфаты железа, марганца, никеля и цинка, которые обеспечивают высокую устойчивость к щелочам. Он предпочтителен в качестве основы для краски, обеспечивающей превосходную адгезию для порошковой краски, электрофоретических покрытий или жидкой краски, а также обеспечивает превосходную защиту от коррозии, а покрытие из фосфата цинка считается наилучшей грунтовкой для порошковых и жидких красок после цинкования. Покрывающий агент цинкового фосфатирования создает гораздо более легкое покрытие, чем марганцевый, и поэтому он полезен для проектов, где вес металла не должен меняться. Это покрытие также является наиболее распространенным решением для грунтования металла под порошковые покрытия после пескоструйной обработки подложки. Это немного дороже, чем фосфатирование железа, но также обеспечивает лучшее качество и более длительный срок службы. Фосфат цинка используется для производства коррозионно-стойких покрытий, которые обычно наносят либо как часть процесса гальванического покрытия, либо как грунтовочный пигмент. Он умеренно реагирует с водой и растворяется в кислотах с источниками цинка, что позволяет ему обладать хорошей влагостойкостью и гальванозамещающими свойствами.
В большинстве операций, где коррозионная стойкость готовых изделий должна быть особенно высокой, наносят конверсионные покрытия с использованием фосфата цинка. Этот подход широко используется в волочильных работах, автомобильной промышленности и в некоторых отраслях бытовой техники и электроники. Точно так же фосфатирование цинка часто рекомендуется вооруженными силами, особенно для оборудования, которое может подвергаться воздействию суровых условий. Существует три основных этапа предварительной обработки металлов конверсионным покрытием из фосфата цинка: очистка и активация поверхности металла, нанесение конверсионного слоя и герметизация/пост-пассивация. Преимущества фосфатно-цинкового покрытия:
√ Предотвращение истирания, вызванного трением, перед процессами обработки металлов давлением, такими как холодное волочение, холодная ковка, глубокая вытяжка.
√Повышение износостойкости и коррозионной стойкости за счет защитной смазки.
√Коррозионностойкий (в сочетании с другими покрытиями), бесшовный, гладкий и тонкопленочный.
√Подходит для различных верхних покрытий: слоев масел, антикоррозионного воска или смазочных материалов (таких как фторполимеры), различных видов порошковых покрытий.
√Обеспечивает превосходную адгезию для порошковой краски, электрофоретических покрытий или жидкой краски и электрической изоляции.
√Идеальная предварительная обработка для суровых условий, таких как оффшорные или загрязненные промышленные зоны.
Процессы фосфатирования цинкаоцинкованная, горячее цинкованиеили жешерардизированныйпродукты
√ Настройка
√Обезжиривание и очистка поверхности
√Активация
√Цинк Фосфатирование
√Промывка
√пассивация
√Сушка
Нанесение покрытия из фосфата цинка приводит к образованию слоя нерастворимых кристаллических фосфатов (1-20μ), который создает пористый слой, состоящий из гопеита, фосфофиллита и других соединений фосфата цинка, которые сочетаются с покрытием горячего цинкования погружением, цинком. покрытие или шерардизированное покрытие с помощью вышеупомянутого процесса. Так как покрытие из фосфата цинка бесцветно, его серые тона являются результатом отражений. Это означает, что на шерсть не действуют ультрафиолетовые лучи; избавляя его от любых опасений по поводу устойчивости к атмосферным воздействиям. Кроме того, высокая пористость покрытия из фосфата цинка позволяет поглощать углекислый газ и частицы воды в атмосфере, что позволяет ему реагировать с образованием слоя основного карбоната цинка, который со временем проявляется в виде оседающих серых тонов.
Однако необходимо знать, что, несмотря на то, что фосфатные покрытия обеспечивают хорошую адгезию и некоторую барьерную защиту, при повреждении покрытия коррозия быстро прогрессирует, начинаясь на открытой поверхности металла, поскольку малорастворимые фосфаты не обладают достаточной ингибирующей способностью по сравнению с хроматами и, следовательно, не могут обеспечить самовосстановление поврежденной зоны. Тем не менее, можно наблюдать эффект самовосстановления, когда фосфатное покрытие включает растворимые фосфаты, которые могут выщелачиваться из покрытия и осаждаться на дефектных участках, как это было продемонстрировано Арамаки (2003).
