Холодное фосфатирование металла

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:

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.
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.

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

Маслоемкость покрытия должна быть более 2 г/м².
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.

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.

Фосфатирование металла и стали

Фосфатирование следует рассматривать как химический процесс образования фосфорнокислых солей железа, цинка и марганца на поверхности черных металлов. Фосфатирование является одним из самых простых, экономичных и надежных способов массовой защиты от коррозии для деталей из черных металлов, главным образом, для углеродистых и низколегированных сталей и для чугуна.

Основным ценным свойством фосфатной пленки является ее высокая коррозионная устойчивость во всех видах горючих, смазочных и органических масел, в бензоле, толуоле и во всех газах, кроме сероводорода. В очень агрессивных средах, например в щелочах, кислотах, аммиаке, в пресной и морской воде и в водяном паре фосфатная пленка нестойка. 0днако ее коррозионная стойкость может быть повышена во много раз после пропитывания ее смазочными маслами или лаками. Фосфатная пленка является наилучшим грунтом под окраску стальных корпусов легковых машин, которые после штамповки фосфатируют кругом и по фосфатному грунту окрашивают эмалями.

Важным свойством фосфатных пленок, особенно после пропитки их смазочными маслами, является существенное снижение трения при операциях холодного волочения, прокатки и глубокой вытяжки листовой стали. При введении этой операции снижается и потребная мощность оборудования и улучшается качество обработки. Фосфатирование применяется для защиты от коррозии цветных металлов (алюминия, цинка, магния и других металлов) и для гальванических покрытий, но основной областью применения все же является обработка черных металлов.

Высоколегированные стали, особенно хромовольфрамовые, хромованадиевые и стали, легированные медью, фосфатируются с трудом и образуют пленку низкого качества. Нержавеющие стали совсем не поддаются фосфатированию.

При перегибании фосфатированного листа железа на 180° фосфатная пленка дает трещину и осыпается в точках изгиба, но не отслаивается и не допускает дальнейшего проникновения коррозии под пленку. Пластичные кристаллы нерастворимых фосфатов создают высокоразвитую микропористую структуру фосфатной пленки. Поэтому фосфатная пленка хорошо впитывает и прочно удерживает различные лаки, краски и смазки. Пленка обладает высокими электроизоляционными свойствами, которые могут быть повышены путем ее пропитывания специальными изоляционными лаками. Толщина фосфатной пленки колеблется от 7-8 мкм до 40-50 мкм и зависит от вида механической обработки, способа подготовки поверхности к покрытию, а также от состава раствора и режима фосфатирования.

Фосфатирование не изменяет механических свойств стали. Твердость и износостойкость фосфатной пленки невелики. Жаростойкость и электроизоляционные свойства ее сохраняются до 550-600 °С.

Подготовка поверхности к фосфатированию существенно сказывается на качестве фосфатной пленки. Так, детали, имеющие чистовую механическую обработку кругом, фосфатируются с образованием тонкой, мелкокристаллической пленки толщиной до 6-10 мкм. Такие же результаты дает подготовка поверхности посредством очистки металлическим песком, гидропескоочистки и сухой галтовки с песком.

Травление приводит к образованию рыхлой, крупнокристаллической пленки толщиной до 40-50 мкм. Поэтому детали после травления промывают в 3-5%-ном растворе кальцинированной соды, затем промывают в воде и фосфатируют.

Высокотемпературное фосфатирование

Высокотемпературное фосфатирование проводят при температуре от 50 до 98 °С в различных препаратах. Наилучшая по качеству фосфатная пленка образуется при воздействии препарата «мажеф», который выпускается в виде серой массы с характерным кислым запахом и поставляется в деревянных ящиках или бочках. Этот препарат получил название по начальным буквам его составных частей: марганца, железа и фосфорной кислоты. Соответственно составу этого препарата и фосфатная пленка на черных металлах состоит из солей этих металлов, имеет темной серый цвет и пористую, мелкокристаллическую структуру.

Этот вид фосфатирования является наиболее распространенным процессом, так как раствор весьма прост по составу, а получаемая фосфатная пленка наиболее доброкачественна. 0бщепри-нятая концентрация препарата «мажеф» при фосфатировании равна 27-32 г/л. Растворение препарата «мажеф» сопровождается частичным его разложением, с образованием нерастворимых соединений, осаждающихся на дне ванны. Полностью удалять этот осадок со дна ванны нельзя, так как он участвует в образовании фосфатной пленки.

Зарядка ванны препаратом «мажеф» проста и состоит в отвешивании препарата из расчета 30 г/л и в засыпке его в кипящую воду в ванну при механическом перемешивании или барботиро-вании сжатым воздухом.

Для правильной эксплуатации ванны и получения доброкачественной фосфатной пленки необходимо, чтобы фосфатный раствор после зарядки или корректирования имел требуемую кислотность.

При фосфатировании без добавок процесс ведут при температуре раствора 96-98 °С. Для получения заданной температуры раствор доводят до кипения, после чего выключают нагревание и, дав осесть взмученному осадку, загружают деталь. Для поддержания температуры подогревание раствора ведут непрерывно, не давая раствору вскипеть, так как взмученный осадок, поднимаясь со дна, осаждается на поверхности деталей, придавая им грязный серый вид и ухудшая качество фосфатной пленки.

Реакция препарата «мажеф» с поверхностью деталей сопровождается бурным выделением водорода, которое постепенно снижается и заканчивается полностью, когда вся поверхность деталей покроется, без просветов, нерастворимой пленкой.

Для полной уверенности в окончании процесса детали выдерживают в ванне в течение 5-10 мин, после чего выгружают, промывают и сушат.

Продолжительность фосфатирования зависит от назначения фосфатной пленки. Так, при фосфатировании в целях защиты от коррозии, выдержка зависит от марки стали и состава раствора и колеблется в пределах от 15-20 мин до 1 ч. Для электроизоляционного покрытия обычно достаточно 30-40 мин, а для предохранения от затекания расплавленного металла достаточно 20-30 мин.

Приспособления для завешивания деталей при фосфатировании изготовляют из углеродистой стали. Мелкие крепежные детали фосфатируют в железных сетчатых корзинках (достаточно глубоких) для удобства перетряхивания деталей и устранения непокрытых участков. При наличии большой программы мелкие детали загружают в стальные перфорированные барабаны и фосфатируют в ваннах при их вращении, как это делается при гальванических покрытиях.

Корпус ванны фосфатирования сваривают из листового железа, без футеровки внутри. При подогревании паром ванну снаружи футеруют теплоизоляционной массой или обшивают деревом. В этом случае глухой паровой змеевик делают съемным и располагают его по задней стенке ванны, но ни в коем случае не по дну. Все указанные требования связаны с тем, что через несколько дней паровые змеевики, даже при их расположении вертикально, вдоль задней стенки ванн, покрываются твердой коркой нерастворимых фосфатов. Эта корка непрерывно увеличивается и в результате настолько затрудняет теплопередачу, что процесс нагревания до необходимой температуры удлиняется до нескольких часов, а затем достижение рабочей температуры становится невозможным. Именно поэтому корректировщик фосфатных ванн должен внимательно следить за длительностью нагревания и своевременно останавливать ванны для текущей очистки змеевиков. Для этой цели удаляют из ванны съемный змеевик, обрубают зубилом или молотком корку фосфатов и отбивают эту корку со стенок и дна ванны, после чего монтируют змеевик и заряжают ванну.

Для изготовления змеевиков применяют фосфористую бронзу, латунь или некелированные, или хромированные стальные трубы. Возможно также покрытие стальных змеевиков фторопластом.

Более удобен электрический нагрев ванн. Для этой цели наружный стальной кожух ванны футеруют внутри огнеупорным кирпичом, располагая нагревательные элементы вдоль стенок ванны, а корпус ванны делают съемным для удобства ремонта. Удаление водорода и паров воды производят посредством бортовых вентиляционных отсосов, а верх ванны после загрузки деталей закрывают крышкой.

Весьма экономичным мероприятием является покрытие зеркала ванны слоем поплавков из пустотелого полиэтилена или пенопласта.

Удельный расход препарата «мажеф» составляет 120-140 г на метр квадратный фосфатируемой поверхности. При фосфатировании деталей с большой поверхностью корректирование раствора производят после выгрузки каждой партии деталей. При накоплении на дне ванны большого количества осадка, мешающего нормальной эксплуатации ванны, раствор сливают, осадок вычищают из ванны и производят вновь зарядку ванны.

Помимо препарата «мажеф» при высокотемпературном фосфатировании применяются составы на основе следующих компонентов:

Фосфорнокислый цинк однозамещенный (монофосфат) Zn₂HPO₄;
Азотнокислый цинк Zn(NO₃)₂;
Азотнокислый барий, технический Вa(NО₃)₂, который может быть заменен азотнокислым кальцием Са(NO₃)₂.

При фосфатировании крупных деталей применяются электролиты, состав (г/л) и режимы обработки представлены в табл. 5.18.

Фосфатированные детали пассивируют раствором двухромовокислого калия концентрацией 2-3 г/л и сушат. Фосфатная пленка имеет светло-серый цвет, толщину 8-10 мкм, мелкокристаллическую структуру, обладает электроизоляционными свойствами и пригодна в качестве грунта под окраску или промасливание.

Низкотемпературное фосфатирование

Низкотемпературное фосфатирование можно использовать в качестве грунта под окраску, применяется следующий состав (г/л) и режим обработки:

препарат «мажеф» — 25-30;
азотнокислый цинк — 35-40;
фтористый натрий — 5-10;
температура, °С — 15-30;
продолжительность, мин — 40.

Этот состав также используют для грунтовки перед окраской, с повышением концентраций препарата «мажеф» до 50-60 г/л и азотнокислого цинка до 50 и даже до 90 г/л. Фосфатная пленка имеет темно-серый цвет, мелкокристаллическую структуру и обладает хорошей сплошностью.

Указанный раствор в смеси с тальком в соотношении 3:2 применяют для фосфатирования больших поверхностей. Эти растворы можно наносить кистью. Для получения надежных результатов нанесение раствора производят трехкратно, с промежуточными сушками на воздухе. Затем детали промывают струей воды и раствором двухромовокислого калия концентрацией 23 г/л и сушат.

Таблица 5.18. Составы электролита и режимы работы.

Что такое фосфатирование металла?

Защита металлов от коррозии по-прежнему остается актуальной. Технологии непрерывно совершенствуются, но полностью задача пока не решена. Тем не менее, эффективным способом предохранения металла от разрушающего воздействия окружающей среды признано его фосфатирование.

Что такое фосфатирование

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.

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 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.

Фосфатирование — надежная защита металла от коррозии

Автор: Анастасия Исакова · Опубликовано 12.02.2018 · Обновлено 25.11.2017

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:

при помощи препаратов «Мажеф»;
с применением фосфорной кислоты;
с помощью монофосфата цинка;
с помощью фосфатирующей пасты.