Химическое фосфатирование стали

Содержание

Холодное фосфатирование металла – Справочник металлиста

Химическое фосфатирование стали

Фосфатирование

Категория:

   Ремонтное окрашивание автомобиля

Фосфатирование

Фосфатирование – процесс химической обработки стальных изделий с целью получения на их поверхности слоя нерастворимых в воде фосфорнокислых соединений.

В зависимости от требуемых свойств в автомобилестроении применяют три вида фосфатных покрытий:— грунтовочные противокоррозионные покрытия, наносимые перед окрашиванием, для улучшения защитных свойств и повышения адгезионной прочности лакокрасочных покрытий;— противокоррозионные покрытия для временной (при хранении) защиты деталей, работающих обычно в контакте с маслом или смазкой или подвергающихся относительно слабому коррозионному воздействию среды (пружины, крепежные изделия и т. п.) ;

— антифрикционные покрытия, снижающие коэффициент трения совместно работающих деталей, сокращающие время приработки пар трения, увеличивающие сопротивляемость заеданию и обладающие хорошими защитными свойствами.

Процесс фосфатирования металла проводят, используя фосфатирующие растворы, пасты либо фосфатирующие грунтовки. Различают следующие виды фосфатирования: обьиное (нормальное), ускоренное, холодное и аморфное. На автозаводах фосфатирование проводят растворами КФ-1, КФ-12 при температуре 45-50 °С.

Концентрат КФ-1 имеет следующий состав (% по массе) : окись цинка 13,7; ортофосфорная кислота (87%-ная) 31,9; азотная кислота (57%-ная) 14,3; вода 40,1.

Ортофосфорную кислоту, цинковые белила и азотисто-кислый натрий нужно смешать в воде, затем в полученный раствор при постоянном перемешивании постепенно добавлять тальк до тех пор, пока не образуется кашица равномерной консистенции, пригодная для нанесения кистью или шпателем. После приготовления пасту необходимо использовать в течение 24 ч.

Операцию фосфатирования нужно выполнять следующим образом. На очищенный от ржавчины и окалины, обезжиренный и высушенный металл при помощи кисти или шпателя нанести фосфатирующую пасту.

Через 40 мин в нескольких местах провести контроль поверхности на полноту образования фосфатной пленки, для чего часть пасты необходимо снять. Процесс следует закончить после того, как поверхность металла будет покрыта равномерной серой фосфатной пленкой.

Остатки пасты нужно удалить шпателем, а фосфатированную поверхность тщательно промыть водой и высушить.

Растворы следует наносить на обезжиренную и высушенную поверхность металла кистью. Процесс фосфатирования происходит при 18-22 °С в течение 30-40 мин.

Из второго раствора можно приготовить пасту для холодного фосфатирования смешиванием 2 массовых частей раствора с 3 массовыми частями талька.

Фосфатирование изделий в приведенных выше растворах нужно вести при 20 30 °С в течение 40-60 мин После образования на поверхности изделий равномерного темно-серого налета процесс следует прекратить, а изделия тщательно промыть холодной водой, потому что если поверхность металла после фосфатирования плохо промыта и на ней остались водорастворимые соли, то может происходить отслаивание фосфатного покрытия вместе с грунтовкой.

Для улучшения защитных свойств и увеличения долговечности лакокрасочных покрытий автомобилей путем фосфатирования поверхности кузовов перед окрашиванием предназначено средство “Фосфокор”.

Его наносят кистью на чистую, обезжиренную поверхность 3 раза подряд с интервалом 3-5 мин, не допуская высыхания поверхности, и выдерживают на ней еще 5—10 мин.

Затем поверхность нужно промыть водой (желательно теплой), протереть сухой ветошью и высушить при комнатной температуре в течение 1 ч. Расход 180— 200 г/м2.

Если процесс фосфатирования проведен правильно, то полученная пленка имеет серый цвет, мелкокристаллическое строение и равномерно распределена по всей поверхности.

Кроме того, правильно фосфат>фованная поверхность металла хорошо смачивается лакокрасочными материалами Благодаря этому и развитой поверхности достигается хорошая адгезия (прилипание) покрытий, в том числе таких, которые в обычных условиях адгезируют плохо.

Разрыв между фосфатированием и грунтованием поверхности не должен превышать 2 сут при условии хранения изделий в сухом помещении.

Для улучшения противокоррозионных свойств и уменьшения пористости фосфатной пленки ее рекомендуется обработать раствором основного бихромата хрома. В исходном состоянии это порошок темно-коричневого цвета. Перед употреблением основной бихромат хрома нужно растворить в воде при 60-70 °С.

Возможные дефекты фосфатных пленок приведены в табл. 6.

Фосфатирование поверхностей можно также проводить, используя фосфатирующие грунтовки, например BЛ-02 или ВЛ-023.

Реклама:

Читать далее: Грунтование

Категория: — Ремонтное окрашивание автомобиля

→ Справочник → Статьи → Форум

Источник: http://stroy-technics.ru/article/fosfatirovanie

Химическое фосфатирование

Неметаллические неорганические покрытия, состоящие из неорганических соединений металлов, включают хроматные, фосфатные, оксидные и другие покрытия. Фосфатное покрытие имеет цвет от светло-серого до черного.

Создаваемые на поверхности изделий из металла фосфатные пленки, имеют целый ряд свойств, среди которых:

  1. увеличенная коррозийная стойкость
  2. маслоемкость
  3. адгезионная способность
  4. антифрикционные свойства
  5. электроизоляционные качества

Процессу химического фосфатирования можно подвергать стали:

  • углеродистые
  • низколегированные
  • среднелегированные
  • чугун
  • магниевые
  • алюминиевые сплавы
  • кадмиевые
  • цинковые покрытия и т.д.

Что такое фосфатирование: технология или процесс химической обработки металлических деталей перед покраской, оборудование для этого и активатор

Химическое фосфатирование стали

Проблема защиты металлов и сплавов от коррозионных процессов встала еще с тех пор, как люди научились добывать металл из руды. Технологии производства значительно изменились и стали более современными, однако коррозия все равно разрушает изделия и конструкции.

Для защиты металлических поверхностей применяют покрытие цинком, но это не обеспечивает максимальной защиты. Современная промышленность применяет более совершенный способ защиты от неблагоприятных воздействий – фосфатирование металла.

Что такое фосфатирование

С помощью данной технологии можно не только сберечь изделие или поверхность, но и получить повышенную износостойкость материала.

Технология предполагает обработку металлических поверхностей специальными растворами, в основе которых лежат фосфорнокислые соли. В результате образуется прочная защитная пленка. Среди видов фосфатирования наиболее популярный метод – нанесение фосфатирующих грунтов. Также применяют и гидроабразивную, и химическую обработку металлов.

Фосфатная пленка позволяет в несколько раз улучшить защитные характеристики и срок эксплуатации лакокрасочного покрытия. За счет низкой электропроводности пленка также улучшает адгезию и препятствует подпленочным коррозионным процессам. Нередко технология применяется на изделиях перед покраской по порошковой технологии.

Фосфатная пленка легко выдерживает воздействия органических веществ – это различные масла, смазочные и горячие материалы, любые газы, кроме сероводорода.

Данная технология позволяет обрабатывать чугун, низколегированные, а также углеродистые стали. Фосфатные покрытия могут наноситься на цинк, кадмий, медные сплавы, алюминий. Фосфатируют и высокоуглеродистую сталь.

Но, несмотря на свои высокие защитные качества фосфатное покрытие может разрушиться под воздействием щелочей, морской воды, пара воды, кислоты, пресной воды, а также водяного пара.

Защитная пленка образуется за счет окунания изделия в специальную ванну, где находится фосфатирующий раствор. Также можно наносить покрытие методом распыления в струйной камере. В зависимости от состава растворов, на поверхности могут образовываться фосфаты с хорошо выраженной кристаллической решеткой или же без нее.

Кристаллическая пленка оседает из раствора с катионами тяжелых металлов, а аморфную пленку получают из раствора кислых фосфатов щелочных металлов или кислого фосфата аммония.

С помощью фосфатирования металлы можно длительно эксплуатировать в тяжелых условиях, таких как:

  • условия повышенной влажности;
  • при воздействии горюче-смазочных материалов;
  • в средах органических растворителей;
  • под напряжением до 1000 В.

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.

Мажеф – это сочетание марганца, железа и фосфора. Продукт напоминает соль или порошок зеленоватого цвета.

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.

Чтобы при помощи химического способа получить высококачественную пленку, толщина которой составляет от 5 до 10 мкм, необходимо предварительно тщательно подготовить поверхность при помощи абразивной очистки или с использованием пескоструйного аппарата.

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.

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.

Технология подойдет для обработки больших деталей посредством струйного метода. Данный вариант по сравнению с фосфатированем в ваннах дает возможность значительно снизить продолжительность процесса, а также уменьшить расход материала.

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.

Что касается качества покрытия, то фосфатные пленки аналогичны по характеристикам тем, которые получают с использованием раствора Мажефа. Так можно обеспечить высокую степень защиты любому металлу.

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.

Фосфатирующая паста широко применяется для обработки поверхностей деталей из черных и цветных сплавов любых размеров. Прогрунтованные поверхности пассивируются, что также улучшает их адгезионные качества.

Фосфатирование в домашних условиях

Нередко появляется нужда в фосфатировании различных деталей в домашних условиях. Чаще всего используется фосфатирование алюминия, но также можно обрабатывать разные виды сталей и не только.

Технология домашнего получения фосфатных покрытий немного отличается от промышленной – полноценная химическая обработка для многих недоступна. Преимущественно используется электрохимическая обработка.

Для получения защитных пленок нужен постоянный либо переменный ток. В роли электролита используются растворы фосфорной кислоты или раствор «Мажеф». Деталь, которую нужно покрыть фосфатами, ставят на электрод, опущенный в ванну с кислотой. В качестве анода применяются цинковые стержни, к которым также подсоединяют электрический ток.

Чтобы получить качественный результат, достаточно напряжения в 25 В. Процесс получения пленки займет около 30 минут. Метод идеально подойдет для различных деталей прямолинейной формы. Объемные геометрические изделия таким методом обрабатывать сложнее, так как на сложную деталь слой ляжет неравномерно, что снизит ее защитные качества.

С помощью технологии фосфатирования можно надежно защитить металлические изделия от разрушительного воздействия коррозии. Многие способы доступны в домашних условиях, что очень важно – дома многие работают с различными металлами и хотят, чтобы детали имели большой срок службы.

Источник:

Методы и составы для фосфатирования металлов

Проблемой защиты металла от коррозионного разрушения человечество озабочено с тех пор, как научилось выплавлять из руды медные изделия.

С тех пор производство стали значительно усовершенствовалось, разработаны и новые способы защиты от коррозии. Но несмотря на значительные достижения в этой области, обеспечить 100% неподверженность разрушению подобных изделий, в условиях земной атмосферы, практически невозможно.

Одним из наиболее совершенных способов предохранения железа от воздействия неблагоприятной среды и придания его поверхности повышенной износостойкости является фосфатирование.

Фосфатирование: действие защитного механизма

Фосфатирование металла представляет собой процесс покрытия поверхности цветных и чёрных сплавов тончайшей фосфатной плёнкой, которая надёжно защищает поверхность от ржавчины.

В узлах, работа которых сопряжена с постоянным процессом трения, данная технология позволяет значительно увеличить износостойкость контактируемых поверхностей. Процессу фосфатирования поддаются практически все сплавы, за исключением высоколегированной стали, на которой фосфатная плёнка образуется очень низкого качества.

Этот способ защиты металла от разрушения позволяет в течение очень длительного времени эксплуатировать изделия в следующих условиях:

  • Повышенной влажности.
  • Воздействию моторных масел.
  • В среде органических растворителей.
  • В электроустановках с напряжением до 1000 В.
  • В качестве грунта под лакокрасочным покрытием.

Фосфатная плёнка отлично защищает основной материал в перечисленных условиях, но в щелочной и кислотной среде быстро разрушается. Поэтому прежде чем приступать к покрытию металла для защиты от разрушения, необходимо точно знать состав среды, где будет эксплуатироваться изделие, поверхность которого подверглось процессу фосфатирования.

Фосфатирование

Химическое фосфатирование стали

Сегодня для защиты металлических изделий от образования коррозийного налета применяется большое количество способов. Все они направлены на то, чтобы создать на поверхности тонкий защитный слой, который будет длительное время защищать от процесса окисления металла. Обработка металлов фосфатирующими растворами является эффективным методом борьбы с образованием ржавчины.

Для проведения процедуры фосфатирования необходимо изначально провести подготовку металлов или металлических изделий.

Для того чтобы вещества раствора лучше адгезировались нужно тщательно обезжирить и промыть поверхность, которая будет подвергаться обработке.

Только в этом случае покрытие будет качественным и продержится достаточно длительное время. При необходимости металлический материал перед процедурой можно отшкурить при помощи наждачной бумаги.

Фосфатирование металла

Фосфатирование представляет собой один из самых действенных методов борьбы с ржавчиной. Данный способ обработки

металлических покрытий относится к разряду дополнительных. Этот метод основан на том, что металлы при погружении в фосфатирующее вещество покрываются его компонентами. Они оседают на поверхности и образуют дополнительную защитную пленку.

Процедура фостфатирования металлических покрытий позволяет наилучшим образом подготовить их к нанесению лакокрасочного покрытия. Данная мера позволяет металлу реже подвергаться образованию коррозии. Данный метод походит для дополнительной обработки и черный и цветных типов металлов.

Фосфатирование металлов в промышленных масштабах осуществляется путем распыления или погружения изделий в вещество.

Оно изготовлено из:

Данные элементы образуют единое вещество, которое при взаимодействии другими металлами адгезируется с ними и обеспечивает надежную защиту от процесса окисления и образования коррозии.

На многочисленных промышленных предприятиях данный метод подразумевает качественное нанесение раствора на металлические изделия.

Делается это несколькими способами:

  • распыление,
  • нанесение валиком,
  •  нанесение кистью.

Процесс фосфатирования не занимает много времени. После проведения такой процедуры необходимо дать изделиям из обработанных металлов просохнуть.

На сегодняшний день данная процедура обработки доступна для различных элементов. Фосфатирование стали подразумевает нанесение на поверхность изделия из данного материала фосфатирующего вещества. Благодаря этому на поверхности металла образуется дополнительная защитная пленка, которая практически никак внешне не заметна.

Для обработки барабанный котлов применяется фосфатирование воды. В этом случае вода с растворенными в ней фосфатами вводится в барабан.

Важно: У данного метода есть большое количество противников Не рекомендуется его использовать, когда котел нагревается.

Таблица 1: Пригодность фосфатирования как основы для нанесения лаковых покрытий на различные металлические поверхности

Тип фосфатированияОбрабатываемые металлические поверхностиСтальОцинкованная стальАлюминий
Кислое щелочное фосфатирование + + +
Цинковое фосфатирование + + +
Низкоцинковое фосфатирование + + +
Mn модифицированное низкоцинковое фосфатирование + + +
Никелевое фосфатирование o +
Цинко-кальциевое фосфатирование + o

Пояснения: + – пригодно; o – условно пригодно; – -непригодно

Виды фосфатирования

Сегодня имеется большое количество видов фосфатирования.

Из них выделяются следующие:

Данная процедура применяется по отношению к тем металлам, которые обладают не прочной структурой. Среди них выделяются: алюминий, низколегированная сталь и магний, цинк. К одному из подтипов химического фосфатирования относится аморфоное фосфатирование. Для поведения данной процедуры используются фосфаты железа.

Данный процесс обработки металлических изделий относится к разряду декоративных. Он предполагает образование на их поверхности пленки черного цвета. Она является достаточно плотной и придает любому изделию дополнительную прочность.

Процесс обработки металлов цинковыми фосфатами и сплавами данного металла является одним из самых действенных методов укрепления структуры любого металла. В результате покрытие обладает оптимальной толщиной и приятным серебристым оттенком.

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.

Фосфатирование с образованием плёнки

Такой тип фосфатирования подразумевает образование кристаллических покрытий. Примерами могут служить процессы, проводимые обработкой растворами, содержащими: цинковый фосфат, цинково-железный фосфат и цинково-марганцевый фосфат.

В случае взаимодействия стальной поверхности с цинкфосфатным раствором, результирующее уравнение химической реакции можно записать следующим образом: Fe + 5Zn(H2PO4)2 → Zn3(PO4)2↓ + Zn2Fe(PO4)2↓+ 6H3PO4 + H2↑

Образовавшиеся нерастворимые соли, кристаллизуясь, захватывают по 4 молекулы воды, образуя гопеит Zn3(PO4)2*4H2О и фосфофиллит Zn2Fe(PO4)2*4H2О, которые в основном и формируют покрытие.

На отдельных участках поверхности образуются центры кристаллизации, поверхность металла постепенно покрывается кристаллами, растущими до взаимного смыкания. Затем доступ раствора к металлу прекращается, что приводит к окончанию роста слоя.

Критерием завершённости процесса является прекращение роста массы плёнки. Практическая ценность фосфатных слоёв максимальны, когда их рост прекратился.

Отметим, что в действительности процесс образования фосфатного слоя значительно сложнее. Согласно «теории растворения и первичной пассивации металлов» поверхность рассматривают как совокупность анодных и катодных участков, а растворение металла является результатом совместного протекания анодной ионизации металла и катодного восстановления окислительного компонента агрессивной среды.

В силу ряда причин, продолжительность образования фосфатного слоя может достигать 40 – 60 минут и более. Наиболее эффективные способы ускорения основаны на использовании соединений-ускорителей, вводимых непосредственно в фосфатирующий раствор.

Так называемые ускорители являются, как правило, окислителями. Они, в частности, устраняют механическое блокирование поверхности металла пузырьками водорода. Окислители заменяют реакцию образования водорода на другие процессы, непосредственно участвуя в электродных превращениях на границе металл/раствор.

Наиболее распространёнными ускорителями являются нитраты, нитриты, хлораты и молибдаты.

Для того чтобы фосфатированное изделие обладало оптимальными свойствами для дальнейшего нанесения порошкового лакового покрытия, должны быть выполнены следующие требования:

Фосфатное покрытие должно иметь на всей поверхности обработанного изделия равномерную тонкокристаллическую структуру и тем самым постоянный низкий вес, соотнесенный с единицей площади поверхности.

Это может быть достигнуто в частности следующим:

Выбор подходящего метода фосфатирования, соответствующего используемому органическому покрытию, а также металлическому составу изделия

Соблюдение установленных условий проведения метода фосфатирования на отдельных участках предварительной обработки — таких, как температура электролита, концентрация компонентов, время обработки, напор при орошении изделия или условия движения потоков в электролите.

Особенно важную роль для получения фосфатных покрытий с тонкокристаллической структурой играет активация металлической поверхности перед фосфатированием.

С помощью предварительной обработки изделия специальными водными растворами, содержащими фосфат титана, на металлической поверхности возникают особенно благоприятные условия для дальнейшего фосфатирования.

Увеличивается число мест, где могут возникнуть центры кристаллизации, в результате этого при последующем фосфатировании кристаллизация проходит в форме гораздо более плотной сетки, чем это имело бы место без предварительной активации поверхности.

Достигается также более быстрое формирование плотного фосфатного слоя замкнутой структуры, причем можно получить в конце процесса очень малый размер кристаллов и тем самым оптимально малую толщину фосфатного слоя.

Коррозионные свойства покрытия напрямую зависят от грамотной подготовки металлической поверхности фосфатированного изделия. Например, следует тщательно смыть все водорастворимые вещества.

Чтобы предотвратить высыхание на поверхности металла используемой для ополаскивания воды, а также перенос на поверхность посторонних веществ из других ванн, необходимо на последнем этапе ополаскивания использовать полностью деминерализированную воду.

Дополнительное ополаскивание фосфатированных поверхностей содержащими хромовую кислоту водными растворами может обеспечить заметно более высокую коррозионную защиту окрашенных изделий.

По причинам, связанным с соблюдением законов об охране окружающей среды и гигиеной труда, были разработаны новые, не содержащие хрома и хромовой кислоты ополаскивающие растворы для дополнительного ополаскивания фосфатированных поверхностей, представляющие собой экологическую альтернативу ранее использовавшимся хромовым растворам. Эти системы в большинстве случаев созданы на основе титановых и/или циркониевых соединений.

Аморфное фосфатирование («некроющее фосфатирование»)

Термин «аморфное», в данном типе фосфатирования подчёркивает очень слабо выраженную кристаллическую структуру образующегося слоя.

Как уже было сказано выше, исторически сложившееся определение «некроющее» не отражает реальную ситуацию. Основной отличительной чертой в данном случае является тот факт, что процесс проводят в растворах фосфатов щелочных металлов или аммония (без применения солей тяжелого металла). Поскольку такие фосфаты хорошо диссоциированны в водных растворах, катион не вносит вклад покрытие.

Так как создаваемый на поверхности стали слой состоит в основном из фосфата железа, этот метод очень часто называют также «железным фосфатированием».

Механизм образования слоя условно разделяют на два этапа реакции:

  • реакция травления и коррозии
  • реакция слоеобразования

Реакция травления — например, на стальной металлической поверхности: Fe + 4NaH2PO4 → Fe(H2PO4)2 + 2Na2HPO4 + H2

Первичный фосфат железа (II) в свою очередь может вступать в следующие реакции: 2Fe(H2PO4)2 + 2Na2HPO4 + 1/2О2 → 2FePO4 + 4NaH2PO4 + H2O

2Fe(H2PO4)2 + 4Na2HPO4 + 3/2О2 + H2O → 2Fe(OН)3 + 8NaH2PO4

Фосфатирование металла – методы и составы

Химическое фосфатирование стали

Фосфатирование — это обработка металла специальными средствами на основе фосфорнокислых солей, в результате чего на поверхности появляется защитная пленка.

Среди вариантов защиты металла от коррозии методом фосфатирования наиболее известна фосфатирующая грунтовка. Также применяются гидроабразивное фосфатирование и химическая обработка металла.

Помимо защиты металла, пленка обеспечивает повышенную адгезию (сцепляемость) металла с лакокрасочными материалами.

Гидроабразивное фосфатирование

Гидроабразивная обработка считается одним из лучших способов защиты металла. Состав для обработки металла приготавливается на основе мягкой воды. Детали окунают на 10-15 минут в 10% раствор бихромата калия. Температура жидкости — от 70 до 80 градусов по Цельсию.

Далее проводится гидрофобизация пленки, для чего изделие на 7 минут кладется в 10% раствор кремнийорганической жидкости в бензине. После этого парам бензина дают испариться на открытом воздухе и отправляют металл на высушивание при 100 градусной температуре в течение часа.

Фосфатирующие грунтовки

Для защиты металла может использоваться фосфатирующая грунтовка, на 9/10 состоящая их металлических пигментов, а также растворителя на основе ортофосфорной кислоты. При взаимодействии с электролитом краска с содержанием цинка укрепляется продуктами коррозии и образует плотную пленку.

Фосфатирующие грунты используются для обработки изделий из черных и цветных металлов любых размеров (от крупных конструкций до резьбы одной детали). Прогрунтованная поверхность приводит к пассивации металла, а также улучшению адгезионных качеств материала.

Химическая обработка стали

Химическое фосфатирование — это окунание металла в специальные химические составы, в результате чего на его поверхности появляется защитная пленка.

Кладем в ванну соль МАЖЕФ, исходя из пропорции 35 граммов на литр воды. Заливаем жидкость, доводим ее до кипения и держим в таком состоянии 20 минут. Далее снимаем емкость с огня для определения и правки (в случае необходимости) уровня кислотности.

Состав изготавливается с избытком, так как в ходе нагревания часть его улетучивается. Уровень общей кислотности устанавливается методом титрования по фенолфталеину. Для титрования 10 миллилитров раствора уйдет 30 миллилитров децинормального состава гидроксида натрия. Свободная кислотность выяснятся при наличии индикатора метилоранжа.

Для титрования 10-миллилитровой пробы нужно 4 миллилитра децинормального раствора гидроксида натрия. Количество щелочи, затраченной на титрование, обозначается в точках. Показатели нормы кислотности: общая — 28-30 точек, свободная — 3-4 точки (то есть соотношение разных видов кислотности между собой может колебаться от 7 до 10).

Фосфатирование осуществляется при температуре 98 градусов по Цельсию в течение 1-2 часов.

Работу можно считать законченной, когда прекращается пузырение водорода. Далее металл выдерживается в емкости на протяжении 10-15 минут. Это нужно, чтобы произошла кристаллизация пленки.

Норма расхода МАЖЕФ на фосфатирование квадратного метра поверхности может колебаться от 120 до 140 граммов. Уровень кислотности корректируется водой или добавлением соли МАЖЕФ. Конкретное количество соли, необходимое для достижения показателя кислотности на уровне 30 точек, можно рассчитать по формуле:

A (кг) = (30-n)*V/1000

Переменная V означает объем, а n — количество точек раствора. Если в стали имеется большая доля легирующих компонентов (меди, хрома, ванадия), получить пленку надлежащего качества не получится. Снижает качество работы присутствие в растворе компонентов алюминия, свинца, мышьяка, а также хлоридных и сульфидных примесей. Доля ионов хлора не должна превышать 0,3%.

Если пленка получилась низкокачественной, ее можно удалить при помощи 15% раствора соляной кислоты или подогретого 20% раствора гидроксида натрия. Следует иметь в виду, что в случае повторного фосфатирования пленка будет иметь более крупнокристаллическую структуру с меньшими защитными качествами.

Ускоренная обработка солью МАЖЕФ

Фосфатирование низколегированных и электротехнических марок стали производиться с помощью смесей, включающих в себя следующие компоненты (граммов на литр воды):

Вариант №1

    • препарат МАЖЕФ — 30-40;
    • цынк азотнокислый Zn(NO3)26Н2O — 50-60.

Вариант №2

    • препарат МАЖЕФ — 45-50;
    • цынк азотнокислый Zn(NO3)26Н2O — 70-80:
    • натрий фтористый NaF.

Фосфатирование осуществляется всего за 10-15 минут при условии температуры жидкости 97-98 градусов по Цельсию для раствора №1 и раствора №2. Без очищения поверхности процедуру можно произвести методом добавления в состав оксалата цинка. Это вещество уберет следы коррозии в ходе возникновения пленки.

раствора (граммов на литр):

  • цинковый монофосфат — 35;
  • азотнокислый цинк — 53;
  • фосфорная кислота — 14;
  • оксалат цинка — 0,1.

Допустимый уровень общей кислотности — 70-80 точек, свободная кислотность — 12-15 точек, температура жидкости – 92-98 градусов по Цельсию, время фосфатирования — 20-40 минут.

Свойства, технология нанесения и области применения фосфатных покрытий

Оксалат цинка приготавливается из щавелевокислого натрия и азотнокислого цинка. При объединении растворов на дне емкости образуется осадок щавелевокислого цинка, который нужно убрать с помощью фильтра. Далее осадок высушивается и используется для создания фосфатирующего раствора.

Ускоренная обработка цинковыми солями

Обработка металла в растворе цинковых солей позволяет обеспечить лучшую защиту поверхности в сравнении с солью МАЖЕФ.

Компоненты состава (граммов на литр):

  • монофосфат цинка — 37;
  • азотнокислый цинк — 54;
  • фосфорная кислота — 16.

В ходе фосфатирования понадобится корректировка состава. Для этого нужно добавить концентрат, в который входят 500 граммов азотнокислого цинка, 480 граммов монофосфата цинка, 180 граммов фосфорной кислоты и литр воды.

Пленка черного цвета с повышенными защитными характеристиками получается за счет последовательного окунания деталей в два состава.

Один из них содержит 1 грамм кальцинированной соды, 23 грамма фосфорнокислого закисного железа, 8 граммов цинковой окиси, 32 грамма ортофосфорной кислоты (все количества указаны на литр воды).

Общая кислотность состава — от 56 точек, а свободная — от 9 до 14 точек. Температура жидкости — от 92 до 97 градусов по Цельсию.

После окунания в вышеуказанном растворе изделие на 5 минут кладут в 9% раствор хромпика калия при температуре от 80 до 95 градусов по Цельсию. Далее деталь вновь промывается в мыльно-содовом растворе, а затем в горячей воде и кладется в емкость для повторного фосфатирования.

На этот раз смесь включает 150 граммов азотнокислого цинка, 30 граммов МАЖЕФ, 3 грамма углекислой кислоты. Показатель кислотности — от 80 точек, свободной кислотности — от 2 до 4 точек. Температура состава — от 50 до 60 градусов по Цельсию, период фосфатирования — от 10 до 20 минут. Далее изделие кладется в мыльно-содовый раствор на 2 минуты.

Завершается процесс высушиванием пленки и обработкой ее минеральным маслом.

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.

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.

Обратите внимание! Окрашивать фосфатированную поверхность можно только лишь после ее окончательного высыхания.

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.

Химическое фосфатирование

Химическое фосфатирование стали

Неметаллические неорганические покрытия, состоящие из неорганических соединений металлов, включают хроматные, фосфатные, оксидные и другие покрытия. Фосфатное покрытие имеет цвет от светло-серого до черного.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.