Фосфатне покриття складається з тонких кристалічних шарів фосфатних сполук, які прилипають до поверхні металевої підкладки. Його також називають фосфатним конверсійним покриттям, яке є хімічною обробкою сталевих деталей, що створює тонкий адгезійний шар із заліза, цинку або фосфати марганцю, для досягнення стійкості до корозії, змащування або як основа для наступних покриттів або фарбування. Кристали фосфату пористі і можуть утворюватися з розчинів фосфатів цинку, марганцю або заліза. Кожен із трьох типів забезпечує фосфатне покриття з дещо різними властивостями, такими як розмір кристалів і товщина покриття. Це дозволяє вибрати більш спеціалізоване покриття для конкретного застосування, необхідного для частини конструкції. Ці покриття зазвичай наносять на вуглецеву сталь, низьколеговану сталь і чавун. Покриття формується губкою, розпиленням або зануренням основи в розчин розведеної фосфорної кислоти в поєднанні з іншими хімічними речовинами, які допомагають у процесі нанесення покриття. Фосфатні покриття також можна наносити на цинк, кадмій, алюміній, олово та оцинковану сталь, але їх важко наносити на матеріали з високим вмістом сплавів, які часто несприйнятливі до фосфорної кислоти. Основними компонентами розчину фосфатування є:
√ Фосфорна кислота (H3PO4)
√Іони (катіони) двовалентних металів: Zn2 плюс , Fe2 плюс , Mn2 плюс
√Прискорювач – окислювач (нітрат, нітрит, пероксид), що підвищує швидкість нанесення покриття та зменшує зернистість нагару.
Фосфатування є одним із найпоширеніших типів конверсійного покриття, яке також називають фосфатуванням, фосфатуванням або фосфатуванням. Він також відомий під торговою назвою Parkerizing, особливо при застосуванні до вогнепальної зброї та іншої військової техніки. Найперша робота щодо процесів фосфатування була розроблена британськими винахідниками Вільямом Олександром Россом, британський патент 3119, у 1869 році та Томасом Воттсом Кослеттом, британський патент 8667, у 1906 році. Кослетт із Бірмінгема, Англія, згодом подав заявку на патент. заснований на тому самому процесі в Америці в 1907 році, який отримав патент США 870 937 в 1907 році. Він, по суті, забезпечив процес фосфатування заліза з використанням фосфорної кислоти. Удосконалена заявка на патент для фосфатування марганцю, заснована значною мірою на цьому ранньому британському процесі фосфатування заліза, була подана в США в 1912 році та видана в 1913 році Френку Руперту Гранвілу Річардсу як патент США 1,069,903.
Що таке процес фосфатування?
У процесі використовується низька розчинність фосфатів при середньому або високому pH, а ванна являє собою розчин фосфорної кислоти (H3PO4), що містить необхідні катіони заліза, цинку або марганцю та інші добавки. Кислота реагує з металевим залізом, утворюючи водень і катіони заліза:
Fe плюс 2 H3O плюс → Fe2 плюс плюс H2 плюс 2 H2O
Реакція, що споживає протони, підвищує рН розчину в безпосередній близькості від поверхні, поки врешті-решт фосфати не стануть нерозчинними і не осідають на ній. Реакція кислоти та металу також локально створює фосфат заліза, який також може відкладатися. При осадженні фосфату цинку або фосфату марганцю додатковий фосфат заліза може бути небажаною домішкою. Коли сталеву панель вводять у розчин фосфатування (наприклад, фосфат цинку), відбувається топохімічна реакція, у якій розчинення заліза ініціюється на мікроанодах, присутніх на підкладці, вільною фосфорною кислотою, присутньою у ванні. Витрата фосфорної кислоти на реакцію викликає зниження кислотності розчину в шарі, прилеглому до поверхні металу. Розчинність фосфату цинку в нейтралізованому розчині знижується, що призводить до випадання солі та її осідання на поверхні підкладки:
Яка різниця між фосфатом марганцю, фосфатом цинку та фосфатом заліза?
1. Марганцеве фосфатне покриття
Це найтвердіше, найбільш стійке до іржі, гладке, однорідне та стійке до стирання фосфатне покриття. Він утворює кристалічну абсорбуючу поверхню та ідеально підходить для підкладок, які повинні бути стійкими до стирання, таких як підшипники, втулки, упорні шайби та кріплення. Марганцево-фосфатний засіб для покриття також змащує оброблену поверхню, що робить його придатним фосфатним покриттям для автомобільної промисловості: ковзаючі та рухомі частини двигуна та трансмісії отримують користь від змащувального ефекту марганцю. Він не потребує верхнього шару, і покриття часто завершується воском або маслом для покращення властивостей. Покриття з фосфату марганцю наноситься, коли потрібні зносостійкість і властивості проти заїдання, а також воно має здатність утримувати масло, що додатково покращує антифрикційні властивості та надає деталям з покриттям стійкість до корозії.
2. Залізофосфатне покриття
Це найбільш економічний варіант занурення або розпилення. Застосовується, коли необхідно міцне зчеплення наступного фарбування. На відміну від розчинів для цинк-фосфатних і марганцево-фосфатних покриттів, в яких іони металів є складовою композиції, в залізофосфатних розчинах іони заліза забезпечуються розчинною підкладкою. Сталь, цинк і алюміній є придатними підкладками для покриття з фосфату заліза, і це найбільш гнучкий варіант, коли мова йде про тип підкладки. Ціна фосфатування заліза явно нижча, ніж витрати на послуги фосфатування цинку та марганцю, а фосфатування заліза, як і Zn, є звичайним грунтом для порошкового покриття. Однак він далеко не такий міцний, хоча стійкість до корозії та адгезія близькі один до одного. Тому покриття з фосфату заліза рекомендується лише для проектів, які не вимагають надзвичайно високої якості та повинні бути реалізовані в межах невеликого бюджету. Іншими словами, він не підходить для більшості офшорних і морських проектів, які постійно піддаються впливу стихії. Очевидні переваги:
√ Найнижча вартість виробництва фосфатування,
√Знежирює нормально жирні поверхні при низькій температурі,
√Низька вартість обслуговування
√ Верхні покриття:порошкове покриття, рідка фарба
3. Цинк-фосфатне покриття
Це найпоширеніший з усіх методів попередньої обробки сталі та чавуну фосфатуванням зануренням або розпиленням. Він не такий стійкий до корозії чи мастила, як марганець, але стійкість до корозії можна підвищити за допомогою різних верхніх шарів. Процес фосфатування цинку має здатність перетворювати металеву поверхню на неметалеве полікристалічне покриття, що містить фосфати заліза, марганцю, нікелю та цинку, які забезпечують високу лужну стійкість. Йому віддають перевагу як основу для фарби, що забезпечує чудову адгезію для порошкової фарби, електрофоретичних покриттів або рідкої фарби та забезпечує чудовий захист від корозії, а покриття з фосфату цинку вважається найкращим ґрунтовним покриттям для порошкових і рідких фарб, поряд із цинкуванням. Цинковий фосфатуючий агент створює набагато легше покриття, ніж марганцеве, і тому є корисним для проектів, де вага металу не повинна впливати. Це покриття також є найпоширенішим рішенням для грунтування металу для порошкових покриттів після піскоструминної обробки основи. Це трохи дорожче, ніж фосфатування заліза, але також забезпечує кращу якість і тривалий термін служби. Фосфат цинку використовується для виготовлення корозійностійких покриттів, які зазвичай наносяться або як частина процесу гальванічного покриття, або як ґрунтувальний пігмент. Він помірно реагує з водою і кислоторозчинний з джерелами цинку, що дозволяє йому мати хорошу вологостійкість і властивості гальванічного заміщення.
У більшості операцій, де корозійна стійкість готових деталей повинна бути особливо високою, конверсійні покриття наносяться з використанням фосфату цинку. Цей підхід широко використовується на волочильному заводі, в автомобільній промисловості та в певних секторах побутової та електронної промисловості. Подібним чином, фосфатування цинку часто вказується збройними силами, особливо для обладнання, яке може бути піддано впливу важких умов. Існує три основні етапи попередньої обробки металів цинк-фосфатним конверсійним покриттям: очищення та активація металевої поверхні, нанесення конверсійного шару та герметизація/постпассивація. Перевагами цинкфосфатного покриття є:
√ Запобігання стиранню, спричиненому тертям, перед процесами обробки металу тиском, такими як холодне волочіння, холодне кування, глибока витяжка.
√Підвищити зносостійкість і стійкість до корозії за допомогою захисного мастила.
√Корозійна стійкість (у поєднанні з іншими покриттями), безшовна, гладка та тонка плівка.
√Підходить для різних фінішних покриттів: шарів масел, антикорозійного воску або мастильних матеріалів (таких як фторполімери), різних видів порошкового покриття.
√Забезпечує чудову адгезію для порошкової фарби, електрофоретичних покриттів або рідкої фарби та електричну ізоляцію.
√Ідеальна попередня обробка для важких середовищ, таких як офшорні або забруднені промислові зони.
Процеси фосфатування цинкуоцинкований, гаряче оцинкованеабошерардизованийпродукти є
√ Налаштування
√Знежирення та очищення поверхні
√активація
√Фосфатування цинку
√полоскання
√Пасивація
√сушіння
Нанесення цинкфосфатного покриття призводить до утворення шару нерозчинних кристалічних фосфатів (1-20μ), який створює пористий шар, що складається з гопеїту, фосфофіліту та інших цинкфосфатних сполук, які поєднуються з покриттям гарячого цинкування, цинком гальтоване покриття або шерардизоване покриття за допомогою вищезгаданого процесу. Оскільки покриття з фосфату цинку безбарвне, його сірі тони є результатом відблисків. Це означає, що на шерсть не впливають ультрафіолетові промені; звільняючи його від будь-яких побоювань щодо стійкості до погодних умов. Крім того, висока пористість цинк-фосфатного покриття дозволяє індукувати вуглекислий газ і частки води в атмосфері, дозволяючи їм реагувати, утворюючи шар основного карбонату цинку, який з’являється, коли сірі тони осідають з часом.
Однак ми повинні знати, що навіть незважаючи на те, що фосфатні покриття забезпечують хорошу адгезію та певний бар’єрний захист, коли покриття стає пошкодженим, корозія швидко прогресує, починаючи з відкритої металевої поверхні, оскільки фосфати з низькою розчинністю не мають достатньої інгібуючої здатності порівняно з хроматами, а тому не можуть забезпечують самовідновлення пошкодженої зони. Незважаючи на це, можна спостерігати ефект самовідновлення, коли фосфатне покриття містить розчинні фосфати, які можуть вимиватися з покриття та випадати в осад на дефектних ділянках, як було продемонстровано Арамакі (2003).
