Фосфатирование своими руками

Добавил пользователь Cypher
Обновлено: 04.10.2024

Фосфатирование металла — это покрытие его поверхности пленкой малорастворимых фосфатов железа, цинка или марганца. Защищаемые изделия обрабатываются химическими составами, основным ингредиентом которых является фосфорнокислая соль цинка, железа, марганца или их смесей. В результате на поверхности металла образуется фосфатный слой, препятствующий возникновению коррозионных пятен.

Фосфатирование улучшает сцепляемость металла с лакокрасочными материалами, поэтому оно активно применяется как предварительная операция перед окраской деталей.

Кроме того, при повреждении лакокрасочного слоя во время эксплуатации изделия фосфатная пленка значительно замедляет коррозию.

Фосфатирование используется для защиты:

низколегированных и углеродистых сталей;
чугуна;
многих цветных металлов (алюминия, цинка, кадмия, никеля, титана, сплавов меди).

Однако этот метод не оправдал себя для высоколегированных сталей.

Свойства фосфатного покрытия

Металлические изделия, прошедшие фосфатирование, успешно переносят агрессивное воздействие различных факторов:

повышенной влажности;
органических активных веществ;
синтетических масел.

Фосфатная пленка выдерживает напряжение до 1000 В, кратковременное повышение температуры до +500°С и понижение до -75°С.

Основные функции фосфатного слоя:

защита поверхности от ржавчины;
повышение износостойкости деталей в узлах трения;
увеличение адгезии поверхности с ЛКМ;
улучшение электроизоляционных свойств основного покрытия.

Недостатком фосфатного слоя является то, что он не выдерживает действия водяного пара, щелочей и кислот. Поэтому его в основном используют не в качестве самостоятельной защиты, а как основу под лакокрасочное, смазочное покрытие или перед пассивированием металла.

Цвет фосфатного покрытия варьируется от светло-серого до почти черного.

Фосфатирование. Растворы фосфатирования.

Что такое фосфатирование?! Мажеф.

Смесь солей растворяют в воде и нагревают до 96—98° С. Затем температуру раствора снижают до 30—40° С, после чего раствору дают отстояться в течение 2—3 ч, фильтруют, снова нагревают до температуры 96—98° С и затем предварительно подготовленное к фосфатированию изделие погружают в раствор на 35—50 мин.

Где применяют фосфатирование?!

Фосфатирование применяют для защиты от коррозии деталей из стали и чугуна, а также, при покраске, оно способствует лучшему сцеплению металла с лакокрасочным покрытием. Фосфатированный слой, который получают на железе, имеет кристаллическое строение, обладает достаточно большой твердостью, но он порист и хрупок. Фофатирование имеет характерный темно-серый с зеленоватым оттенком цвет.

Виды фосфатирования

Существуют несколько способов защиты металла от коррозии методом фосфатирования. Среди них:

холодное (низкотемпературное) фосфатирование — нанесение средства на поверхность при температуре +20°С – +40°С;
горячее — погружение в подогретый рабочий раствор;
ускоренное — обработка в подогретом растворе с предварительной подготовкой металла;
электрохимическое — с использованием электротока.

Средства для холодного фосфатирования производства НПО КрасКо

Для холодного фосфатирования производятся специальные грунты и пасты. Фосфатирующие грунтовки применяются очень широко. Для работы с ними не требуется погружения изделия в емкость — грунт наносится на металл обычной кистью, валиком, методом распыления.

Для холодного фосфатирования металла НПО КрасКо рекомендует материалы собственного производства:

Фосфогрунт — антикоррозионный фосфатный грунт для черных и цветных металлов;
Фосфомет — преобразователь ржавчины, пропитка для металла;
Фосфомет-Зима — нейтрализатор ржавчины, пропитка для металла при температуре до -15°С;
Чистомет ФС-01 — фосфатирующий очиститель металла на основе ортофосфорной кислоты.

Наша продукция ни в чем не уступает зарубежным аналогам. В сочетании с лакокрасочными материалами она обеспечивает длительную антикоррозионную защиту металлоизделий, продлевает срок их эксплуатации в агрессивных условиях промышленной атмосферы во всех климатических поясах.

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.

Фосфатирование

Создание на поверхности металлических изделий пленки из нерастворимых фосфатов. Осн. назначение Ф., которое сочетают, поскольку пленка пориста, с нанесением лакокрасочных или масляных покрытий,— повышение коррозионной стойкости изделий. Фосфатные покрытия термостойки до т-ры 400—500° С и выдерживают напряжение 300—500 в. Фосфатирование осуществляют воздействием на обрабатываемые изделия (преимущественно стальные или чугунные малолегированные) раствора кислых солей — фосфорнокислого железа и марганца (иногда цинка) — МАЖЕФ (марганец, железо, фосфор) примерного состава: 18—20% Мn; 0,14-0,15% Fe2+; 2,0-2,5% Fe3+; -70% РО3-4; 1% S04; 1-2% Н20; следы кальция. Водный раствор этой соли подвергают гидролизу

М (Н2Р04)2 → МНР04 + Н3Р04

к-рый при нагревании до т-ры кипения идет дальше:

5М (Н2Р04)2 → 2МНР04+М3 (Р04)2 + 6Н3Р04.

Железо, взаимодействуя с фосфорной кислотой, образует хорошо растворимые в воде однозамещенные фосфаты, трудно растворимые двухзамещенные и нерастворимые трехзамещенные фосфаты. Фосфатная пленка образуется на основе двух- и трехзамещенных фосфатов. По мере роста фосфатного слоя поверхность металла изолируется от раствора, скорость фосфатирования постепенно уменьшается и, наконец, процесс заканчивается. Т-ру раствора поддерживают около 92— 98° С, продолжительность процесса (1—2 ч) зависит от состава обрабатываемого материала и способа подготовки его поверхности.

Для ускорения процесса в раствор вводят ускорители (деполяризаторы) — азотнокислые соли натрия, цинка и меди Однако коррозионная стойкость фосфатных пленок, полученных при наличии ускорителей, ниже, чем пленок, полученных без них. Вследствие этого ускоренное фосфатирование применяют для замены грунта под лакокрасочные покрытия или для получения электроизоляционных фосфатных пленок. Толщина фосфатных пленок зависит от режима и состава раствора, а также от способа подготовки поверхности обрабатываемых изделий. На стальной полированной поверхности в обычных растворах образуются мелкокристаллические пленки толщиной 2—5 мкм, на шероховатой поверхности — пленки с крупнокристаллическим строением толщиной 10—15 мкм.

Подготовка металлических конструкций под покраску – важнейшая процедура, от качества выполнения которой зависит долговечность будущего покрытия. Поверхность необходимо не только очистить от грязи, но и на завершающем этапе обезжирить металл перед покраской.

Этапы выполнения работ

Подготовка металла – не такая уж и простой процесс, как может показаться на первый взгляд. Работа разделяется на несколько этапов, важнейшими из которых являются:

удаление ржавчины и старой краски с поверхности;
выполнение фосфатирования и обезжиривания.

Подготовка к покраске изделий из металла может выполняться по различным технологиям, но в первую очередь с них следует удалить ржавчину и остатки предыдущего окрасочного слоя.

Снятие краски и ржавчины

Очистка металла от коррозии и старого слоя краски может осуществляться тремя способами:

химическим;
механическим;
термическим.

Механический способ

Такой метод, считающийся наиболее эффективным, подразумевает удаление ржавчины и краски вручную либо при помощи механизированного инструмента. Обработка может выполняться:

проволочными щетками;
шлифовальными дисками;
посредством пескоструйного агрегата;
гидроабразивным способом (выполняется только на промышленных предприятиях).

Химическая обработка

Обработка химическим способом основана на воздействии на ржавчину химических веществ, распыляющихся на поверхность либо наносящихся кистью.

Удаляющие ржавчину составы делятся на два типа:

Недостатком смываемых средств является вероятность появления на металле новых очагов коррозии, потому после обработки поверхность должна быть немедленно просушена и обработана антикоррозийными составами.

При обработке ржавчины несмываемыми составами в результате химической реакции на поверхности металла образуется своеобразный слой грунтовки, который нельзя смывать водой.

Обработку металлоконструкций чаще всего выполняют:

раствором серной либо соляной кислоты (5%-й) с добавлением ингибитора коррозии;
ортофосфорной кислотой (15-30%-я эссенция), преобразующей ржавчину в защитное покрытие;
смесью 50 гр. оксипропионовой кислоты на 100 мл вазелинового масла, под воздействием которой ржавчина превращается в соль и легко счищается с поверхности тряпкой.

Термический способ

Удаление краски с металлических поверхностей термическим методом подразумевает использование паяльной лампы. Металл подвергается нагреванию до постепенного отслаивания лакокрасочного покрытия, легко удаляющегося шпателем либо металлической щеткой.

Главное достоинство такого способа – значительная экономия времени, а основной недостаток – пожароопасность и некоторые ограничения по типам поверхностей. Обрабатывать листовой и оцинкованный материал, чугун таким методом нельзя – поверхность при этом деформируется, нарушается целостность конструкций.

Обезжиривание металла

Обезжиривание конструкций выполняется для обеспечения хорошего слипания металла с лакокрасочным составом и грунтовкой.

Для обезжиривания металла перед покраской в принципе можно применять любые составы, удаляющие органические вещества и жиры. Но все же, лучше использовать комплексные соединения, преобразующие ржавчину в полезный слой и предотвращающие ее появление в будущем:

уайтспирит;
номерные нитрорастворители;
обезжириватель на сложных спиртах;
керосин.

В качестве средства для обезжиривания не рекомендуется использовать бензин, так как в результате воздействия его на поверхность появляется невидимая глазу масляная пленка, ухудшающая адгезию с краской.

Обезжиривание необходимо выполнять в хорошо вентилируемых помещениях с постоянной циркуляцией воздуха, так как пары большинства использующихся химических веществ очень токсичны. Во избежание отравления рекомендуется надеть респиратор, работать в резиновых перчатках и защитных очках – при попадании в глаза любого растворителя не избежать химического ожога слизистой.

Фосфатирование металлических поверхностей

Фосфатирование – это процесс покрытия поверхностей черных либо цветных металлов тонкой пленкой, защищающей ее от образования ржавчины и улучшающей адгезию с окрасочным составом.

Применение такой технологии позволяет значительно улучшить устойчивость к износу контактирующих деталей в узлах трения. Метод может быть реализован практически для всех сплавов, кроме высоколегированной стали – на ней появляется фосфатная пленка недостаточно высокого качества.

Для чего выполняется фосфатирование?

Фосфатирование металла перед покраской выполняется в целях обеспечения поверхности надежной защитой от коррозионных процессов в местах, очищенных от старой краски и ржавчины механическим способом. Перед нанесением защитного слоя металлические конструкции или изделия необходимо тщательно очистить от пыли и грязи, а также обезжирить.

Такой способ защиты конструкций из металла допускает их эксплуатацию в условиях:

воздействия автомобильных масел и топлива;
в электроустановках до 1 кВ;
высокой влажности;
в средах с органическими растворителями;
нахождения под лакокрасочным покрытием.

Образующаяся пленка способна надежно защитить металл в указанных выше условиях, но быстро разрушается в агрессивных кислотной и щелочной средах. Потому перед выполнением фосфатирования нужно определить состав среды, в которой будет эксплуатироваться металлическое изделие.

Способы фосфатирования

Образование фосфатной защитной пленки на поверхности металла получается несколькими способами, возможность и целесообразность реализации которых зависит от размеров конструкции и области ее применения.

Чаще всего используются такие методы:

Для подготовки металла под покраску необходимо выполнять ряд обязательных процедур, без которых невозможно качественное окрашивание и, соответственно, продолжительная эксплуатация металлических конструкций.

Вам также может быть интересно узнать, какая краска для забора металлического подходит лучше всего в вашем случае. Об этом читайте в статье о покраске металлических ограждений.

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

Что такое фосфатирование

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:

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.

На видео: фосфатирование солью Мажеф.

Фосфорной кислотой

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.

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.

Фосфатирование используют для дополнительной защиты от коррозии, улучшения твердости, износостойкости, повышения электроизоляционных свойств основного покрытия на черных и цветных металлах. Суть процесса фосфатирования состоит в создании на поверхности защищаемого изделия слоя малорастворимых фосфатов железа, цинка или марганца.

Фосфатированию подвергаются: чугун, низколегированные, углеродистые стали, кадмий, цинк, медь, сплавы меди, алюминий.

Фосфатированию плохо поддаются высоколегированные стали.

Изделия, подвергшиеся фосфатированию, эксплуатируются даже в тропиках. Фосфатная пленка не боится органических масел, смазочных, горячих материалов, толуола, бензола, всех газов, кроме сероводорода.

Под воздействием щелочей, кислот, пресной, морской воды, аммиака, водяного пара покрытие довольно быстро разрушается. Непродолжительный срок службы покрытия также связан с его низкой эластичностью и прочностью.

Процесс фосфатирования нашел широкое применение в автомобильной промышленности. Фосфатная пленка – наилучший грунт. Стальной корпус автомобиля перед покраской подвергают фосфатированию, а далее окрашивают эмалями.

Теория химического фосфатирования

Химическое фосфатирование — один из самых надежных и дешевых способов защиты металлических изделий от коррозии. Данному способу обработки могут быть подвергнуты изделия из углеродистых сталей или цветных металлов (алюминия, цинка, магния) , чаще фосфатируют изделия из высокоуглеродистой стали и чугуна. Высоколегированные стали, например, хромванадиевые или хромвольфрамовые стали не рекомендуют к данному виду обработки, так-как образующаяся на их поверхности фосфатная пленка обладает низким качеством. Процесс химического фосфатирования представляет собой обработку металлоизделий в специальном растворе, в составе которого марганец, железо и фосфорная кислота. В результате на поверхности образуется пленка, состоящая из фосфорнокислых солей железа и марганца, имеющая темно-серый цвет и обладающая пористой микрокристаллической структурой.

Кратко о сути фосфатирования

Процесс обработки базируется на использовании фосфорной кислоты (H3PO4). Сразу после контакта металла с кислотой выделяются дигидрофосфаты Me(H2PO4)2. Дальнейшее взаимодействие металла и кислоты приводит к уменьшению ее концентрации с образованием двух типов солей:

двухзамещенных MeHPO4 (моногидрофосфаты);
трехзамещенных Me3(PO4)2 (фосфаты).

Благодаря свойствам трех видов солей фосфорной кислоты формируется труднорастворимый покров из фосфатов, защищающий поверхность металла от коррозии. Процедура сопровождается осаждением фосфатов с последующим растворением металла основы.

Характеристики фосфатной пленки

Фосфатная пленка, образующаяся на металле в процессе, обладает высокой прочностью сцепления с основным металлом, обладает стойкостью к воздействию агрессивных сред — газов, горючих и смазочных материалов, органических масел, бензолу и т. д. Коррозионная стойкость фосфатной пленки ниже в сильно агрессивных средах, например, в растворах кислот и щелочей, морской воде, аммиаке. Толщина пленки может достигать 50 мкм и зависит от режима фосфатирования, марки материала и способа подготовки поверхности материала. Структура фосфатной пленки пористая, в связи с чем она впитывает и удерживает смазочный материал, лаки или красители, что может во много раз повысить ее коррозионно-защитные свойства. Фосфатная пленка обладает высокой пластичностью, и на месте сгиба не отслаивается и сохраняет свои защитные свойства. Еще одной важной характеристикой фосфатной пленки является ее высокое пробивное сопротивление – даже без пропитки дополнительными изолирующими составами пробивное напряжение фосфатного покрытия может достигать 1000 вольт. Фосфатная пленка сохраняет свои свойства вплоть до 5500С. Значения твердости и износостойкости пленки невысоки – механические свойства стали после фосфатирования не меняются. При фосфатировании надо учитывать, что оттенок фосфатной пленки может быть различным на одном и том-же изделии, в зависимости от вида механической или термической обработки разных участков изделия.

Зачем нужно фосфатирование металла

В процессе эксплуатации металлические изделия изнашиваются, страдают от разрушающего воздействия атмосферных факторов и коррозии. Обычное вскрытие поверхности лакокрасочными составами полностью не избавляет от проблемы разрушения механизмов с течением времени. Для повышения износостойкости металлических изделий их подвергают фосфатированию. Процедура способствует появлению на поверхности металла тонкого защитного слоя, который на длительное время обеспечит металлу защиту от окисления с образованием ржавчины.

Технология создания защитной пленки впервые была применена в 1869 году путем погружения раскаленной стали в раствор фосфорной кислоты. Первую процедуру фосфатирования железа, а также стали без нагрева материала осуществили в 1906 году.

Особенности фосфатных покрытий

Фосфатирование в условиях промышленных предприятий выполняется двумя методами – распылением защитного состава либо погружением в него металлического изделия. Для приготовления пленочного вещества используют нерастворимые в воде фосфорнокислые соли – марганец плюс железо или цинк с железом. Получаемый состав, взаимодействующий с металлом, обладает рядом полезных характеристик.

Параметры	Краткий обзор особенностей
Толщина покрытия	Обычно она в пределах 2-50 мкм, но конкретная величина определяется условиями подготовки основы и режима нанесения слоя. В составе слоя две части – плотно связанная с металлом (пористая или гладкая) среда и наружный пласт, характеризующий уровень качества фосфатной пленки
Цветовой показатель	Конкретный цвет поверхности после фосфатирования зависит от типа и состава основного материала. Поверхности цветных металлов и сталей с малым содержанием углерода, которые прошли обработку растворами высокой кислотности, станут серыми (светлого или темного оттенка). Высоколегированная сталь, а также чугун после протравки приобретают темный цвет, зеленоватый оттенок указывает на присутствие в металле основы хрома и никеля
Структура	Обработка марганцевофосфатными эссенциями способствует формированию крупнокристаллического защитного вещества. Для мелкокристаллического покрова (толщина 5-10 мкм), образующегося после обезжиривания, характерны качественные защитные свойства с высокой адгезией

На фосфатирование металла перед покраской изделия не уходит много времени (около часа), а обработанная основа должна хорошо высохнуть перед проведением дальнейших манипуляций. Защитную пленку непросто разглядеть, но она способна выдерживать высокие (до +500°С) и низкие температуры (до -75°С), воздействие напряжения до 500 В. Дополнительная пропитка лаками (масляный, бакелитовый) повышает уровень пробивного напряжения фосфатного пласта.

Польза технологии

После обработки фосфорнокислой солью металлическая поверхность изделия покрывается высокопрочной пленкой малой электропроводности, препятствующей формированию коррозийных очагов. Значительное увеличение адгезивных свойств после обработки основы позволяет широко применять технологию для подготовки металлических конструкций к покраске, защищающей механизмы не только от износа. Фосфатирование помогает:

улучшить процесс скольжения соприкасающихся элементов;
облегчить выполнение холодной штамповки стали;
защитить магниты от действия коррозии;
повысить стойкость стали к окислению при высоких температурах;
обеспечить удержание масляно-мыльных структур на поверхности металлов.

Процедуру фосфатирования можно применять практически ко всем видам сплавов – низколегированным и углеродистым сталям, медным сплавам, алюминиевым, чугунным и цинковым деталям. Качество фосфатной пленки, покрывающей высоколегированную сталь, будет низким.

Подготовка поверхности к фосфатированию

К поверхности изделий, перед нанесением фосфатного покрытия не предъявляется каких-либо специальных требований. При этом характеристики покрытия имеют прямую зависимость от способа подготовки. На деталях, после чистовой механической обработки, пескоструйной обработки, сухой галтовки образуется мелкокристаллическая пленка, толщиной 6-10 мк. Если детали, подвергались травлению, образуется рыхлая, пористая пленка, толщиной 40-50 мк., уплотнить структуру будущего покрытия позволяет предварительная обработка поверхности раствором кальцинированной соды, после чего детали промывают проточной водой. В остальном подготовка поверхности деталей к химическому фосфатированию не отличается от подготовки к нанесению гальванических покрытий.

Фосфатирование в домашних условиях

Такой способ подходит для изделий с прямолинейными очертаниями; объемные элементы сложной геометрической формы подвергаются обработке хуже: пленка на них укладывается неровно, что снижает ее характеристики.

Приготовление реагентов

Процесс химического фосфатирования

Корректировка раствора производится по мере необходимости, как правило в случае обработки деталей с большой площадью поверхности. После анализа, в раствор добавляется требуемое количество сухих компонентов. По мере эксплуатации ванны фосфатирования, количество нерастворимого осадка увеличивается, по достижению количества, при котором затрудняется нормальная эксплуатация ванны, раствор сливают и фильтруют. Удаление некачественной фосфатной пленки происходит в 10-15% растворе серной кислоты.

Данный метод химического фосфатирования позволяет получать покрытия высокого качества, в отличии от методов где используются специальные добавки.

Технология и методика промышленного фосфатирования

Полностью помещенное в фосфатирующую ванну металлическое изделие нагревают до предельных температур и кипятят на протяжении получаса. После этого железо достают, пленке дают полностью застыть, укрепиться, по окончании процесса поверхность гальванизируют с помощью абразивных или пескоструйных аппаратов.

Использование вышеуказанного метода можно назвать оправданным только в случае обработки крупногабаритных конструкций. Подобные услуги по фосфатированию металла, оказываемые в промышленных металлопрокатных цехах, обойдутся заказчику в приличную сумму.

Фосфатирование с использованием специальных добавок

Данный раствор также используется для нанесения фосфатной пленки без нагрева на крупногабаритные изделия, без погружения. Раствор смешивают с тальком и наносят на поверхность изделия кистью или валиком. Для получения качественного покрытия раствор наносят в три слоя, с промежуточной сушкой каждого слоя.

Еще одним примером использования специальных добавок при фосфатировании является процесс струйной обработки крупногабаритных деталей с использованием специального многокамерного автоматизированного оборудования. Детали обрабатывают раствором под давлением 1,4 атм. через форсунки. Полученная тонкая фосфатная пленка, для достижения приемлемых антикоррозионных качеств, требует покрытия лаком или пропитки смазочным материалом.

Наибольшее распространение получил раствор, который позволяет существенно снизить стоимость химического фосфатирования металла без значительных потерь качества покрытия:

Выдержка изделий в данном растворе составляет 15-20 минут. Корректировка раствора, для поддержания рН в пределах 2,7-3,3 заключается в периодическом добавлении небольшого количества нитрита натрия. После фосфатирования детали пассивируют в горячем растворе двухромокислого калия и сушат.

Реагенты, которые понадобятся для фосфатирования

Дополнительным преимуществом домашнего фосфатирования является его универсальность: прочная защитная пленка образуется на поверхностях практически любых сплавов, за исключение высоколегированной стали.

Кроме того, поверхностный слой отлично сцепливается с основанием железной заготовки. В качестве материалов для фосфатирования металла используют:

марганец;
цинк;
фосфаты железа.

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:

Фосфатирование проходит при температуре 75-850С 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.

Возможно Вас заинтересуют статьи:

Цветное оксидирование металла. Патинирование серебра, меди, латуни.

Гальванические покрытия по своему назначению подразделяются на функциональные и декоративные. Функциональные покрытия служат для защиты…

Анодирование алюминиевых деталей в домашних условиях

Алюминий и сплавы на его основе широко используются в производстве автомобильных и мотоциклетных автозапчастей в том числе автомобильных дисков. В…

Анодирование алюминия

Анодирование (электрохимическое оксидирование) алюминия и его сплавов с использованием современного оборудования и технологий. Черное, зеленое,…

Свойства и преимущества фосфатного покрытия

Подвергнутые фосфатированию детали из металла могут эксплуатироваться под влиянием различных факторов:

высокой влажности;
синтетических масел и лакокрасочных покрытий;
органических химически активных веществ;
напряжения до 1000 В.

Благодаря фосфатированию значительно повышается износоустойчивость поверхностей, находящихся в постоянном взаимодействии в узлах трения.

Формирующийся на поверхности стали, меди, алюминия и иных металлов слой создает надежную защиту в вышеперечисленных условиях, но не может сопротивляться щелочам и кислотам, водяному пару. Потому следует заранее выявить особенности применения изделия из металла, подвергаемого фосфатированию.

Несколько советов по фосфатированию: что нужно знать?

Для успешного фосфатирования металла вне производственных цехов важно обратить внимание на следующие моменты:

Читайте также: