Фосфатирование металла в домашних условиях

Как фосфатировать металл в домашних условиях?

Большинство домашних умельцев стремятся освоить как можно больше самых разных операций, и в этом случае [не лишним будет самостоятельно научиться проводить фосфатирование], что позволит обеспечить эффективную защиту металлических поверхностей.

Фосфатирование, как правило, выполняется на промышленных предприятиях и позволяет образовать на металлической поверхности достаточно тонкий, однако хорошо сцепленный с основанием заготовки, слой пленки.

Данный слой в этом случае состоит из фосфорнокислых химических соединений, в состав которых входят такие элементы, как фосфаты железа, а также марганца и цинка.

Технология нанесения позволяет сделать этот слой цинка толщиной в пределах пяти микрометров.

Несмотря на то, что для того, чтобы выполнить фосфатирование, необходимо иметь определенное оборудование и различные химические реагенты, при правильном подходе и соблюдении определенных технологических этапов данную операцию можно выполнить в домашних условиях.

По своей сути, фосфатирование позволяет организовать защиту металлической поверхности от воздействия коррозии, что достаточно востребовано в быту.

Освоить фосфатирование непосредственно в домашних условиях сможет при желании каждый мастер, конечно, если будет знать некоторые тонкости и нюансы процесса.

Особенности фосфатирования

Основное и главное предназначение фосфатирования — это обеспечение эффективной защиты металлических поверхностей непосредственно от воздействия коррозийных процессов.

Данная технология активно и повсеместно используется в таких промышленных сферах, как судостроение и автостроение, а также многих других отраслях.

Кроме этого, он достаточно популярен и в быту, где при помощи него покрывают защитной пленкой самые разные приспособления и детали. Технология фосфатирования металлических поверхностей преследует, главным образом, две цели.

В первую очередь, как уже было сказано выше, при помощи данного метода выполняется коррозионная защита, которая существенно повышает срок службы любого металлического изделия.

Кроме этого, при помощи фосфатирования удается значительно улучшить адгезию разных типов лакокрасочных покрытий непосредственно к самой окрашиваемой поверхности.

Выполнять данную защиту рекомендуется при любом окрашивании металлической поверхности. У фосфатного покрытия очень высокий показатель пористости.

За счет этого, наносимый на металлическую поверхность любой лакокрасочный состав, достаточно глубоко проникает во внутренние поры фосфатной пленки, что и обуславливает, главным образом, высокие адгезические свойства данного типа покрытия.

Следует отметить и то, что образованная таким образом пленка, пассирует металлическое основание и переводит его в состояние, которое можно условно назвать коррозийно-пассивным.

Все это приводит к тому, что защитные свойства покрытия, на котором было проведено фосфатирование с последующим окрашиванием, в несколько раз превосходят по своим характеристикам защитные свойства поверхности, на которую было проведено нанесение лакокрасочного состава без предварительной подготовки.

Использование при данном методе цинка позволяет сделать такое покрытие еще более качественным и эффективным.

Характеристики фосфатирования

Данный метод защиты особенно актуален для всевозможных черных металлов, использование которых планируется в достаточно жестких условиях. Следует отметить, что такая обработка различных видов цветных металлов, в том числе и цинка проводится значительно реже.

Суть данного метода заключается, главным образом, в проведении специальной обработки различных типов металлических поверхностей определенными фосфорнокислыми растворами с обязательным добавлением цинка.

За счет такой специфической обработки на поверхности особым образом образуется пленка по сплошному типу из фосфатов самых разных металлов, в том числе и цинка, которые в обязательном порядке должны иметь либо аморфную, либо кристаллическую структуру.

В этом случае следует отметить, что максимально высокие антикоррозийные свойства имеют те фосфатные составы, которые готовятся из фосфатных растворов одновременно нескольких групп металлов.

В этом случае для приготовления необходимой смеси допускается применение уже готовых жидких концентратов.

По своей сути, образование такого типа покрытия на поверхности металла является достаточно сложным физико-химическим процессом.

Отсюда можно сделать вывод, что в тот момент, когда происходит контакт самого фосфатирующего состава непосредственно с поверхностью стали, начинают протекать электрохимические процессы.

Само растворение железа в этом случае происходит на анодных участках, соответственно, на катодных участках поверхности металла восстанавливаются ионы водорода.

Кроме этого, непосредственно на поверхности самого изделия из стали, в так называемом приэлектродном пространстве, начинает расти величина рН, при этом среда в этом пространстве становится щелочной.

Сама фосфатная пленка образуется за счет осаждения на поверхности металла фосфат-ионов, а также гидрофосфат-ионов.

Прочность самого покрытия с поверхность металла обеспечивается за счет кристаллохимических связей, границы которых определяет линия фосфатирования.

Общие свойства покрытий

Следует отметить, что любой фосфатный раствор должен обязательно готовиться с добавлением цинка.

В этом случае состав более качественно закрепляется на самом основании металла. При этом процессе в некоторых случаях могут образовываться самые разные соли, которые, как правило, выпадают в виде осадка.

Во время приготовления состава солевой осадок следует периодически удалять. Готовое покрытие на основе фосфатов должно обладать определенными свойствами.

В первую очередь, покрытии металла должно быть минимальное количество сквозных пор. Кроме этого, его структура обязательно должна быть мелкокристаллической.

Также следует обращать внимание и на удельную массу пленки, которая не должна быть выше показателя в три грамма на квадратный метр.

В настоящее время используется несколько различных способов фосфатирования. В первую очередь, следует отметить нормальное фосфатирование, которое проводится при температурах, близких к температурам кипения.

Данный способ дает возможность получать пленку с толщиной до семи микрометров, однако в некоторых отдельных случаях снижаются механические свойства обрабатываемого материала.

Также очень часто обработка стали проводится при помощи холодного фосфатирования, при котором пленка имеет минимальную толщину, а соответственно обладает низкими защитными свойствами.

Также выполнить защиту можно ускоряя фосфатирование, при этом в состав вводят специальный ускоритель, что существенно снижает общее время процесса. В любом случае, когда выполняется линия фосфатирования все основание металла очищают от продуктов коррозии и всевозможных жировых отложений при помощи различных групп растворителей.

Проведение фосфатирования в домашних условиях

Несмотря на относительную сложность процесса, при определенных условиях выполнить химическое фосфатирование, допустим, стали можно и в домашних условиях. Легче всего провести данный процесс по ускоренному типу.

Для этого потребуется для начала правильно приготовить соответствующий состав. Необходимо будет в определенных пропорциях взять специальный препарат, который носит название мажеф и азотнокислый тип цинка.

Далее смесь тщательно перемешивается и нагревается до температуры, близкой к температуре кипения. После этого обрабатываемое изделие из металла на пятнадцать минут погружается в раствор.

Наносить лакокрасочное покрытие на обработанную заготовку можно только после полного ее высыхания.

За счет фосфатирования удается значительно повысить защитные свойства практически любого металлического покрытия, в том числе и стали. При этом данная операция без каких-либо проблем может быть проведена и в домашних условиях.

В этом случае главное соблюдать прописанные пропорции и выполнять соответствующие рекомендации. Также при использовании данного метода защиты металлических оснований, необходимо выполнять правила техники безопасности.

Технология и способы фосфатирования металла

Фосфатирование металла как эффективный метод защиты. Способы и процесс выполнения. Свойства и преимущества фосфатированных поверхностей. Выполнение своими руками в домашних условиях.

Проблема защиты поверхности металлов от коррозии актуальна с того времени, как человечество принялось изготавливать из руды нужные ему вещи. Несмотря на постоянное совершенствование технологий, обеспечить полную защиту не удается. Эффективным методом предохранения от негативного влияния атмосферы и повышения износоустойчивости считается фосфатирование металла.

Описание и назначение технологии фосфатирования

Фосфатирование стали – обработка элементов из металлов веществами, основным компонентом которых является фосфорнокислая соль. На изделии формируется высокопрочная пленка, обладающая малой электропроводностью и препятствующая возникновению очагов коррозии. Благодаря значительному улучшению адгезионных свойств технология широко применяется также как подготовительный этап для металлических элементов перед покраской.

Фосфатирование практикуется для низколегированных и углеродистых сталей, чугуна, алюминия, цинка, кадмия, сплавов на основе меди. На элементах из высоколегированных марок формируется слой защиты невысокого качества.

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.

Суть процесса

При реакции образуется три типа солей:

• однозамещенные фосфаты;
• дигидрофосфаты;
• фосфаты.

При фосфатировании происходит образование фосфатов и разжижение металла.

Однозамещенные соли возникают в процессе первоначального контакта кислоты и металла. При последующих соприкосновениях появляются двух- и трехзамещенные соли.

К главным элементам слоя относятся малорастворимые фосфаты, параметры которых устанавливаются свободной и основной кислотностью примененного вещества, происхождением катионов, количеством монофосфатов в объеме слоя.

Для форсирования процесса формирования пленки в рабочую жидкость рекомендуется включать окисляющие ионы (ClO₃, NO₂, NO₃).

Виды фосфатирования

• погружением элементов в емкость, заполненную активной жидкостью;
• рассеиванием в камере;
• нанесением фосфатирующей грунтовки.

Специализированная линия фосфатирования повышает производительность труда при обработке элементов из металла в серийном изготовлении.

Холодное (низкотемпературное)

Технология подразумевает обработку поверхности при 20–40 °C. Холодное фосфатирование выполняется по одному из следующих способов:

1. Резервуар наполняется жидкостью, в которую в соответствии с объемом загружается требуемое количество соли «Мажеф». Заранее вскипяченный и отстоянный фтористый натрий и нитрат цинка добавляются в жидкость. Для увеличения уровня кислоты дополнительно на каждую точку следует внести 1,5 г «Мажефа» и по 2–3 г нитрата цинка и фтористого натрия.
2. Раствор основан на концентрате, состоящем из 80 г монофосфата цинка, 750 г нитрата цинка, 160 г кислоты фосфорной, 40 г соды и 1 л воды. Для приготовления 100 л фосфатирующей жидкости на 85 л воды вливается 12 л натра едкого, затем вновь добавляется 3 л воды и 40 г натрия нитрита. Показатель кислотности при фосфатировании регулируется с помощью едкого натра.

Нормальное

Продолжительность процесса определяется от начала отделения водорода плюс 5–10 минут. Суммарная кислотность жидкости принимается порядка 30 точек, свободная – 3–4 точки.

Точка является единицей измерения кислотности. Одна единица устанавливает количество в мл 0,2 н. щелочного раствора, приходящегося на титрование 10 мл жидкого фосфата.

При превышении свободной кислотностью принятой величины параметры фосфатного слоя ухудшатся, продолжительность формирования защиты металла увеличится, пленка получится слишком малой толщины.

Для формирования утолщенного фосфатного слоя с тонкокристаллическим строением и улучшенными защитными параметрами нужно увеличить удельную долю «Мажефа» до 100–120 г/л. Вместе с этим следует снизить нагрев рабочей жидкости до 80–85 °C.

Для фосфатирования высоколегированных изделий препарат «Мажеф» добавляется в объеме 30–32 г/л. Выдержка в фосфатирующем растворе выполняется на протяжении 45–60 минут при 100 °C.

Ускоренное (электроизоляционное)

Для фосфатирования листовых деталей из кремнистых и электротехнических сталей следует заранее убрать оксид кремния, появляющегося на поверхности при изготовлении. Для этого детали располагают в установке вертикально с малыми зазорами, требующимися для промывания удаленного вещества. После изделия подвергаются обезжириванию под воздействием щелочи, промываются и передаются на травление в соляной кислоте.

Далее элементы обрабатываются проточной водой, пассивируются опусканием в жидкость с кальцинированной содой, вновь промываются и поставляются в емкость.

Фосфатирование поверхности металла проводится на протяжении 30–40 минут в нагретом растворе с «Мажефом» объемом 30 г/л. По завершении процесса изделия промываются струей воды, пассивируются в нагретом 5–10%-м растворе дихромата калия, обдаются горячей водой и просушиваются.

Образованный после фосфатирования на поверхности металла слой серого цвета глубиной 15–20 мкм имеет тонкокристаллическое строение.

Электрохимическое

Фосфатирование поверхности металла по данной методике выполняется с использованием веществ, применяемых для предыдущего метода, но под воздействием электротока.

Детали располагаются на применяющихся в качестве катодов шлангах, анодами являются стальные либо цинковые пластинки. Подается ток 0,3–3,0 А/дм². Процедура занимает 5–20 минут.

Сформированная таким способом пленка может служить как предварительный слой для будущей покраски.

Химическое фосфатирование имеет серьезный недостаток – небольшую разделяющую способность электролита, из-за чего пленка на металл укладывается прерывисто.

Основные способы обработки

Препаратом «Мажеф»

Обработка солью «Мажеф» – разновидность химического фосфатирования. Деталь опускается в емкость с подготовленным фосфатирующим веществом. «Мажеф» используется для элементов и конструкций в качестве антикоррозионной грунтовки перед последующей окраской.

«Мажеф» – это гранулы зеленого цвета, по форме похожие на соль. Вещество состоит из фосфора, железа и марганца.

Количество препарата «Мажеф» – 50–70 г/л воды. Металл опускается в приготовленный для фосфатирования состав, подогревающийся и постепенно доводящийся до кипения с постоянным перемешиванием. Емкость кипятится 15–20 минут, такого срока хватает для формирования на металле пленки толщиной 5–10 мкм.

Следует приготовить состав с небольшим запасом, так как при кипении некоторая его часть испаряется.

Фосфорной кислотой

• кислота фосфорная – 40 г/л;
• нитрат цинка – 200 г/л;
• натрия сульфат – 8 г/л;
• цинка оксид – 15 г/л.

В полученном растворе элемент либо конструкция из металла проходит струйную обработку на протяжении получаса.

Такая технология оптимально подходит для крупногабаритных изделий. По сравнению с применением ванн продолжительность процесса снижается, уменьшается расход применяющихся веществ.

Метод с монофосфатами цинка

• цинка монофосфат – 20 г/л;
• натрия нитрат – 35 г/л.

Металл фосфатируется в ванне при реакции с раствором, прогретым до 60 °C, на протяжении 20 минут.

Обработка фосфатирующими пастами

• процедура выполняется без нагрева;
• грунт наносится на металл обыкновенной кистью;
• для работы не требуется емкость.

В составе грунтовки имеются металлический пигмент и растворяющее вещество на базе ортофосфорной кислоты, а в составе лакокрасочных материалов – цинк. При реакции с кислотой цинк окисляется, формируя прочную пленку.

Фосфатирующие грунтовки и пасты широко применяются для любых деталей независимо от размеров. Поверхность необходимо пассировать для повышения адгезии.

Фосфатирование в домашних условиях

Для формирования защитного слоя требуется применение электротока. В качестве электролитических жидкостей применяются разбавленные «Мажеф» либо фосфорная кислота. Элемент, подлежащий обработке, ставится на погруженный в емкость электрод. На стержни из цинка, использующиеся в роли анода, также подается ток напряжением 25 В. Вся процедура занимает порядка получаса.

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

Способы проверки качества пленки

Контроль качества образованного в результате фосфатирования покрытия осуществляется по нескольким параметрам.

Цвет слоя – от серого до черного, светло- либо темно-серый (для оцинкованных изделий).

Не относятся к браку:

• неоднородность кристаллов;
• наличие белесого налета, легко стираемого;
• присутствие шлама;
• разводы, натеки и пятна.

Не допускается наличия крупных шламовых отложений, необработанных пятен либо полосок, царапин металла, коррозированных участков.

1. Удельный вес покрытия, приходящийся на площадь, должен составлять 3–8 г/м².
2. Строение. Фосфатный слой, на который в дальнейшем предполагается нанесения лакокрасочного покрытия, должен иметь тонкокристаллическое строение.
3. Защитные параметры.

Испытания проводятся по ГОСТ 9.302-88. Обработанный металл после проверки должен сохранять свой цвет, на пленке не должны присутствовать коррозированные участки, кроме острых кромок и точек соединения неразъемных конструкций.

1. Маслоемкость покрытия должна быть более 2 г/м².
2. Тщательность промывки. Удельная токопроводимость жидкости после промывания металла должна быть менее ее первоначального значения, увеличенного в три раза.

А вы сталкивались когда-нибудь с фосфатированием изделий из металла? Может быть, вы занимались этим дома самостоятельно? Поделитесь, пожалуйста, своим опытом в комментариях.

Фосфатирование металла в домашних условиях

С тех пор как люди научились изготовлять металл, перед человечеством встал острый вопрос обеспечения защиты полученной продукции от разрушения коррозией. Ржавчина – главный враг любой металлической поверхности и по сей день. Многолетнее усовершенствование способов и средств, предназначенных для предотвращения коррозии, несомненно, позволило достичь невероятных результатов в борьбе с естественными химическими процессами. И все же гарантировать стопроцентную неподверженность коррозии невозможно.

Можно ли обработать металл самому в домашних условиях?

На сегодняшний день среди доступных способов защиты железных материалов от влияния разрушительных факторов стоит отметить фосфатирование. Металл после проведения соответствующей химической реакции приобретает повышенную износостойкость, что позволяет значительно продлить срок его прямой эксплуатации.

Лучшей защитой железа от ржавчины и гнили является покрытие его поверхности тонкой, едва заметной пленкой. В домашних условиях фосфатирование металла кажется сложнейшей задачей, относящейся к разряду невыполнимых. Действительно, ведь только в промышленных цехах имеется необходимое оборудование, требуемые реагенты. На самом же деле при соблюдении комплекса правил и условий достичь желаемого результата сможет любой человек, не имеющий профессионального технического образования.

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.

• марганец;
• цинк;
• фосфаты железа.

Преимущества фосфатной обработки железа

Современные технологии нанесения фосфорнокислого химического состава позволяют покрывать металлические поверхности с минимальной толщиной – не более 5 микрометров. Такой способ обработки железа предотвращает его разрушение и обеспечивает защиту от внешнего воздействия, гарантируя продолжительное использование металлического изделия в любых условиях, в том числе:

• при чрезмерной влажности;
• под воздействием агрессивных химических растворителей;
• при контакте с моторными маслами;
• при высоком электрическом напряжении;
• в качестве основы под лакокрасочным покрытием.

Фосфатирование металла под покраску обеспечит надежную защиту материалу, однако при попадании в кислотную или щелочную среду изделие по-прежнему останется уязвимым. К тому же при окрашивании любой железной поверхности лакокрасочные материалы намного глубже проникают в слои защитной пленки, обладающей высоким уровнем пористости. Улучшенная адгезия поверхности сплавов – еще один положительный момент, позволяющий сказать да фосфатированию перед покраской металла.

Технология и методика промышленного фосфатирования

Прежде чем приступать к нанесению пленочного слоя, важно разобраться в составе среды, в которую будет помещено железо. Технология фосфатирования металла с последующим окрашиванием лакокрасочным веществом не подходит для домашнего осуществления. С помощью препарата «Мажеф», раствором которого наполняют огромные емкости на предприятии, железо покрывают тончайшим, но очень прочным и практичным слоем.

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.

Как обработать металл дома: «холодная» гальваника

Для гальванизации некрупных изделий целесообразнее прибегнуть к элементарной технологии. Речь идет о фосфатировании металла ортофосфорной кислотой, приготовление которой доступно даже в домашних условиях. Для успешной реакции следует придерживаться правильной концентрации химических элементов. Далее указаны составляющие раствора в соотношении количества вещества (в граммах) на 1 литр воды:

• кислота фосфорная – не более 40;
• азотнокислый цинк – около 200;
• окись цинка – 15;
• натрий сернокислый – 8.

Процедура не займет много времени – на приготовление раствора и непосредственную химическую реакцию потребуется порядка получаса. Одним из основных требований, которого стоит придерживаться в ходе обработки железа, является правильная концентрация раствора и его температура (не менее +18 °C и не более +25 °C).

Электрохимическое фосфатирование железных деталей

Большинство технологий по обработке металлических изделий, не заслуживших популярности на производстве, успешно используются любителями. Таковой является и электрохимическая обработка железа, подразумевающая покрытие поверхности надежной пленкой за счет электролитной реакции и тока. В основе принципа действия данного способа лежит использования фосфорной кислоты или препарата «Мажеф».

На железную заготовку, подлежащую фосфатированию, устанавливают электрод. Конструкцию опускают в ванную с приготовленным заблаговременно раствором, а в качестве анода используют цинковые стержни – к ним также необходимо подвести электричество. Чтобы качественно обработать металл вовсе не обязательно прибегать к использованию высоковольтной сети, достаточно 25 V переменного или постоянного электрического тока.

«Мажеф» — лучший состав для грунтовки металла перед покраской

Процедура фосфатирования длится недолго – в среднем, до получаса. Данная техника является идеальной для обработки прямолинейных некрупных изделий. Для предметов с более сложной геометрической конструкцией следует выбирать иной способ фосфатирования железа во избежание неравномерного распределения гальванизирующей пленки.

Чтобы приступить к обработке металла, с поверхности устраняют грязь, пыль, частицы битума и досконально обезжиривают ее. Рабочую смесь приготовить можно и самостоятельно, но существенно сэкономит время и позволит равномерно распределить состав аэрозольная форма выпуска. При этом некоторые реагенты наносят на обрабатываемое железо с помощью кисти. Но этот способ распределения не подходит при отсутствии опыта работ по грунтованию поверхностей – крайне важно проследить за равномерностью нанесения фосфатного состава.

Рекомендации по использованию фосфатных составов

При обработке мелких металлических деталей с «Мажефом» возможным становится и горячий способ наслоения защитной пленки. Альтернативой приобретенному составу можно считать смесь азотнокислого цинка и фосфорной кислоты.

• Желательно надевать специальные защитные очки.
• Чтобы предотвратить отравление выделяющимися парами проводите работу на улице или в вентилируемом помещении.
• По завершении процедуры следует тщательно вымыть руки, чтобы частицы химикатов не попали на слизистые оболочки глаз, ротовой полости.

Завершающая обработка после фосфатирования деталей

Как правило, фосфатирование металла в домашних условиях не является окончательным этапом обработки изделия. Поскольку пористость структуры гальванической защитной пленки может повлиять на ее дальнейшую функциональность и эксплуатационные свойства, металлическую поверхность пассивируют. В качестве растворов, обеспечивающих гладкость и ровность покрытия, используют калия дихромат или натрия дихромат.

Как проверить качество защитной пленки на металле?

Показателем того, что полученное покрытие соответствует заявленным характеристикам, считается его мелкокристаллическая структура и минимальное количество пор. На производстве учитывается также удельная масса нанесенного слоя: вес пленки не должен превышать трех граммов на 1 кв. метр. Нормальное фосфатирование (обработка металла происходит при температурах кипения) позволяет получить крепкое покрытие, толщина которого может достигать 7 мкм, а при холодном типе воздействия гальванизирующий слой выходит меньшей толщины, а значит, обладает более низким качеством.

Несколько советов по фосфатированию: что нужно знать?

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

• Самый простой способ приготовления фосфатирующей пасты, с помощью которой можно обработать вертикальные участки, следующий: нужно смешать «Мажеф» или самодельный раствор из фосфорной кислоты и азотнокислого цинка с нейтральным наполнителем – тальком, пудрой, каолином. Главное – соблюсти пропорцию (3 части раствора на 2 рассыпчатого вещества).
• В фосфатные растворы можно добавлять обезжиривающие компоненты – это позволит сохранить силы на этапе подготовки к фосфатированию металла. Для этого в 1 л воды необходимо добавить по 45 г нитрата натрия и монофосфата натрия, а также половину столовой ложки моющего средства. Время нахождения детали в фосфатирующей ванне следует увеличить в два раза.
• Чтобы удалить ржавчину с поверхности металла необходимо к фосфорной кислоте добавить сложные полифосфаты. Повысить эффективность приготовленного раствора поможет специальный смачиватель – он очистит поверхность железа.
• Ускоритель фосфатирования – вещество, добавляемое в состав для обработки поверхностей. С его помощью весь процесс занимает минимум времени.

Фосфатная обработка железных конструкций из любого сплава

Учитывая, что одновременное проведение нескольких процессов фосфатирования металла является весомым преимуществом не только в промышленности, но и в быту, данная отрасль может стать потенциальным направлением к усовершенствованию существующих технологий гальваники. Помимо финансовой экономии, которая является очевидной при домашнем фосфатировании, такая обработка железа имеет ряд других достоинств. Например, фосфатные составы способны защитить от разрушения не только черные, но и цветные сплавы (медь, кадмий, алюминий и т. д.).

Чтобы уберечь металл от ржавчины, вызываемой наружными факторами, климатическими условиями, его обрабатывают сразу же после приобретения. В случае размещения обработанных железных изделий в помещении с чрезмерной влажностью на их поверхности может образоваться голубоватый налет – никакой опасности самому металлу он не несет, а на практике нередко приобретает декоративное значение.

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.

Методы фосфатирования

Получение защитной фосфатной плёнки на поверхности можно различными способами, целесообразность которых зависит от габаритов обрабатываемой детали, а также от области применения защищённых таким способом металлических деталей и конструкций.

В промышленности наиболее часто используются следующие методы фосфатирования металлической поверхности:

1. Использование препарата «Мажеф».

Наиболее распространённый способ фосфатирования, который осуществляется в специальных фосфатирующих ваннах, наполненных раствором препарата «Мажеф» в концентрации до 40 г/л. Для образования устойчивой фосфатной плёнки, металлическое изделия помещают в раствор препарата, доводят его до кипения и при периодическом помешивании кипятят в течение 15 — 20 минут. Этого времени достаточно для покрытия металла защитным слоем.

Для того чтобы фосфатная плёнка образовалась надлежащего качества с толщиной защитного слоя до 5 — 10 мкм, поверхность изделия необходимо зачистить с помощью пескоструйного аппарата или абразивного круга.

Фосфатирование металла с помощью препарата «Мажеф» может быть использовано для покрытия низкоуглеродистой стали, особенно часто данный метод используется для получения качественного антикоррозийного грунта под покраску.

2. Применение фосфорной кислоты.

Данный метод позволяет получить холодное фосфатирование металла, но толщина защитного слоя, в данном случае, будет не более 5 мкм.

Для протекания стабильного процесса фосфатирования данным методом температура раствора должна быть в диапазоне от +18 до +25 градусов. Для получения высококачественного защитного слоя, необходимо чётко соблюдать процентное соотношения действующих веществ входящих в состав раствора.

Концентрация химикатов должна быть следующая:

1. Фосфорная кислота — 40 г/л.
2. Азотнокислый цинк — 200 г/л.
3. Сернокислый натрий — 8 г/л.
4. Окись цинка — 15 г/л.

Продолжительность обработки таким раствором составляет около 30 минут.

3. Использование монофосфата цинка.

Данный способ применяют для защиты стали применяемой в электрике и машиностроении. Защищаемую поверхность помещают в раствор следующих химикатов:

1. Монофосфат цинка — 20 г/л.
2. Нитрат натрия — 35 г/л.

Процесс фосфатирования осуществляется в растворе при температуре около +60 градусов. Продолжительность данной операции составляет 15 — 20 минут.

4. Применение фосфатирующей пасты.

Данный способ может быть использован при комнатной температуре. Рабочий состав пасты состоит из фосфатирующего раствора и наполнителя в соотношении 3/2. В качестве наполнителя может быть использован тальк или каолин. На обрабатываемую поверхность раствор наносится с помощью кисти.

Фосфатирование в домашних условиях

В домашних условиях могут использоваться методы защиты металлов, которые не получили широкого применения на производстве. Одним из таких способов покрытия поверхности защитной фосфатирующей плёнкой является электрохимическая обработка.

Для нанесения на поверхность защитной плёнки применяется переменный или постоянный ток. В качестве электролита используются раствор фосфорной кислоты или препарата «Мажеф».

Заготовка, на которую планируется нанести защитный слой устанавливается на электрод, который будет опущен в ванну с электролитом, в качестве анода используются цинковые стержни, к которым также подводится электричество.

Для качественной обработки металла достаточно 25 В постоянного или переменного тока. Процедура нанесения защитного слоя занимает около 30 минут. Данный способ фосфатирования идеально подходит для защиты деталей прямолинейной формы.

Если геометрия изделия подвергаемого таким способом обработки сложнее, то фосфатирующий слой ложится недостаточно равномерно, что значительно снижает защитные свойства данного метода нанесения фосфатной плёнки.

Многие методы фосфатирования, которые используются на производстве, могут быть применены в домашних условиях, при условии соблюдения техники безопасности при обращении с химическими составами, а также точного следования методики нанесения защитного слоя.

Препарат «Мажеф» может быть использован в домашних условиях. Применение данного химического соединения позволяет нанести на поверхность изделия фосфатную плёнку, которая является идеальным грунтом для окраски.

Фосфатирование металла перед покраской, надёжно защитит кузов автомобиля от воздействия ржавчины, даже в тех местах, где краска будет удалена в результате механического воздействия. Перед тем как приступить к нанесению защитного слоя, с поверхности удаляется пыль и грязь, также необходимо тщательно обезжирить поверхность металла.

Можно обойтись без самостоятельного приготовления рабочей смеси, для этого можно приобрести готовые растворы в аэрозольной упаковке, с помощью которых можно осуществить равномерное распыление вещества. Покраску можно будет производить только после того, как обработанный участок полностью высохнет.

Некоторые фосфатирующие составы для защиты металла, можно наносить кистью. При таком варианте нанесения защитной плёнки, необходимо следить за равномерностью распределения фосфатирующей грунтовки по поверхности изделия.

Если обрабатываемая деталь небольшого размера, то в домашних условиях можно осуществить горячий способ нанесения защитного покрытия. Для этой цели используется «Мажеф» или смесь фосфорной кислоты и азотнокислого цинка. При проведении такой операции следует соблюдать осторожность и использовать защитные приспособления для глаз, а работу производить в хорошо проветриваемом помещении.

P.S. Применение фосфатирования металла позволяет избежать возникновения ржавчины, поэтому не стоит пренебрегать данным способом защиты поверхности. Несмотря на то, что данный способ применяется, чаще всего для предохранения чёрных сплавов от разрушения, его можно использовать и для покрытия меди, кадмия и алюминиевых изделий.

Детали из алюминия после обработки таким методом надёжно защищаются от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды, при этом на поверхности образуется голубоватый налёт, который может иметь декоративное назначение. Данная технология широко используется при изготовлении сувенирной продукции, но прежде всего применяется для защиты алюминия, при его размещении в помещениях с высоким уровнем влажности.

Обзор методов фосфатирования металлов

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:

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):

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

• 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.

Содержание 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.

Фосфатное покрытие металлов. Часть 1.

Фосфатное покрытие – один из методов защиты металлов от коррозии. Фосфатные покрытия представляют собой мелкокристаллическую пленку, состоящую из нерастворимых фосфатов железа с фосфатами марганца или цинка. Фосфатные покрытия после дополнительной обработки маслами, лаками или красками надежно защищают металл от коррозии.

Фосфатные пленки обладают высоким электрическим сопротивлением и выдерживают напряжение до 300 – 500В, после пропитки пленок масляными и бакелитовыми лаками пробивное напряжение значительно повышается.

По твердости фосфатные покрытия превосходят медь и латунь, но ниже стали. Фосфатные покрытия выдерживают кратковременный нагрев до 400 – 500 0 С.

Возможности фосфатных покрытий широко используются: для защиты от коррозии; для электроизоляции; для уменьшения трения; в качестве грунта для нанесения лакокрасочных покрытий.

Сущность процесса осаждения фосфатных покрытий заключается в обработке поверхности металла подкисленными растворами однозамещенных фосфатов, в результате на поверхности образуется пленка нерастворимых фосфатов.

Толщина, структура, пористость, цвет фосфатного покрытия зависит от состава обрабатываемого металла, метода и режима фосфатирования и подготовки поверхности (см. «Как подготовить поверхность детали под покрытие»).

Мелкокристаллические фосфатные покрытия обладают лучшей защитной способностью, чем крупнокристаллические. Они получаются из цинкофосфатных растворов, содержащих ускорители (окислители) и применяются в качестве подслоя под лакокрасочные покрытия.

Крупнокристаллические фосфатные покрытия получают из марганцевофосфатных растворов, после промасливания их используют в качестве самостоятельных защитных покрытий.

Процесс нанесения фосфатных покрытий можно осуществлять химическим или электрохимическим способом.

Химический способ нанесения фосфатного покрытия.

Для черных металлов существует несколько способов химического осаждения фосфатного покрытия: нормальное, ускоренное и холодное.

Для нормального фосфатирования применяют препарат Мажеф с концентрацией 30 – 33 г/л при температуре 96 – 98 0 С в течение 5 – 10 минут. Снижение температуры приводит к образованию большого количества шлама. Фосфатные пленки, полученные в растворах соли Мажеф, имеют прочное сцепление с основой, толщину 7 – 50 мкм, пористую структуру. Обладают высокими электроизоляционными свойствами и жаропрочностью.

Для получения мелкокристаллических пленок следует повысить концентрацию препарата Мажеф до 100 – 200 г/л и снизить температуру до 80 – 85 0 С. Нанесение фосфатного покрытия в растворе соли Мажеф имеет ряд недостатков: высокую температуру, узкий рабочий интервал рабочих температур и обильное выделение водорода, что приводит к наводораживанию стали.

Для ускоренного нанесения фосфатного покрытия применяется раствор, лишенный указанных недостатков за счет введения окислителей нитрата цинка, фторида натрия и др. При этом уменьшается выделение водорода, а железо окисляется до 3-х валентного.

Фосфатное покрытие на стали

Состав раствора, г/л:

Препарат Мажеф 30 – 40

Цинк азотнокислый 50 – 65

Натрий фтористый 2 – 5

Температура 45 – 65 0 С

Время 8 – 15 минут.

Разработаны и нашли широкое применение концентраты КФ-1, КФ-3, которые применяют для получения фосфатного подслоя под лакокрасочные покрытия, а также концентраты КФЭ-1, КФЭ-3 – для нанесения фосфатных пленок перед холодной деформацией.

Более подробно процесс нанесения фосфатных покрытий для различных металлов будет рассмотрен в следующей публикации.