Холодное фосфатирование металла

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.

Фосфатирование

Фосфатирование поверхности

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

Для проведения процедуры фосфатирования необходимо изначально провести подготовку металлов или металлических изделий. Для того чтобы вещества раствора лучше адгезировались нужно тщательно обезжирить и промыть поверхность, которая будет подвергаться обработке. Только в этом случае покрытие будет качественным и продержится достаточно длительное время. При необходимости металлический материал перед процедурой можно отшкурить при помощи наждачной бумаги.

Фосфатирование металла

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

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

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

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

Оно изготовлено из:

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

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

Делается это несколькими способами:

• распыление,
• нанесение валиком,
• нанесение кистью.

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

Фосфатирование стали

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

Фосфатирование воды

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

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

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

Тип фосфатирования	Обрабатываемые металлические поверхности
	Сталь	Оцинкованная сталь	Алюминий
Кислое щелочное фосфатирование	+	+	+
Цинковое фосфатирование	+	+	+
Низкоцинковое фосфатирование	+	+	+
Mn модифицированное низкоцинковое фосфатирование	+	+	+
Никелевое фосфатирование	o	+	–
Цинко-кальциевое фосфатирование	+	o	–

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

Виды фосфатирования

Сегодня имеется большое количество видов фосфатирования.

Из них выделяются следующие:

Химическое фосфатирование

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

Черное фосфатирование

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

Цинковое фосфатирование

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

Преимущества фосфатирования

Фосфатирование используется в большинстве случаев для придания металлическим поверхностям дополнительной защиты от образования коррозийного налета. Благодаря фосфатирвоанию металлы приобретают следующие положительные качества:

• твердость. Металлы становятся более устойчивыми к появлению внешних повреждений.
• устойчивость к влиянию электрического тока.
• улучшаются сроки эксплуатации тех или иных металлических изделий, которые были обработаны методом фосфатирования.
• прочность покрытия. Металлы покрываются дополнительной защитной пленкой, которая придает им особые свойства.

Процедура фосфатирования на производственных предприятиях не используется так часто, как анодирование, например.

Статьи по теме

Нейтрализатор ржавчины

Сегодня для защиты металлов от образования коррозии создано большое количество средств. Одни из направлены на то, чтобы предотвратить образование на металлической поверхности коррозийного налета. Другие же используются для его устранения.

Удаление ржавчины

Сегодня с образованием ржавчины на металлических поверхностях сталкиваются многие люди. Она образуется под воздействием окружающей среды. Процесс образования ржавого налета может иметь разную продолжительность.

Преобразователь ржавчины – какой лучше?

Сегодня производится большое количество смесей для обработки металлических поверхностей. Есть специальные составы, которые помогают бороться с образованием налета коррозии. Они получили названием преобразователи ржавчины.

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.

Фосфатирование. Растворы фосфатирования.

Фосфатирование. Растворы фосфатирования.

Что такое фосфатирование?! Мажеф.

Не реже вместе с оксидированием применяют фосфариование. При фосфатировании на поверхности металла создается фосфорнокислая защитная пленка, соединение железа и марганца. Такое соединение получило название «Мажеф», это 3-процентный раствор фосфорных солей, железа и марганца. Эта смесь имеет следующий состав:

фосфорного ангидрида 46—50%, солей марганца не более 14% и железа не более 3%.

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.

При растворении фосфатов металлов (соли «Мажеф») в горячей воде происходит их диссоциация:

2H + + 2PO₄ 3-

Здесь М обозначает ион железа или марганца.

При погружении металла в растворы для фосфатирования чугунных и железных изделий происходит его окисление и на поверхность выпадает слой из двух- и трех-замещенных нерастворимых фосфатов:

Fе 2+ + НР0₄ 2- → Fе HРО₄ ↓;

Мп 2+ + НР0₄ 2- → МnНРO₄ ↓;

Fе 3+ + РO₄ 3- → FеРO₄ ↓;

Мп 3+ + РO₄ 3- → МnРO₄ ↓.

Фосфатная пленка в результате кристаллизации образующихся солей в основном состоит из МnНРO₄·ЗН₂O и FеНРO₄·ЗН₂O.

Холодное фосфатирование.

Наряду с горячим фосфатированием применяют так называемое «холодное» фосфатирование, которое проводят в водном растворе состава:

1) H₃CrO₄ – 90 г/л; 2) ZnO – 17 – 18 г/л;

3) NaNO₂ – 2 г/л и 4) NaOH – 10 г/л.

На заранее подготовленную поверхность металла (очищенную от грязи, ржавчины и обезжиренную) разбрызгивают фосфатирующий раствор и через 30—40 мин удаляют его остатки мягкой ветошью. В лабораторных условиях фосфатирование можно провести в растворе состава:

3) NаF — 2 г/л.

В приготовленный раствор, нагретый до 45—50° С, погружают подготовленную для фосфатирования пластинку (деталь) на 45—50 мин. Затем деталь вынимают и промывают 0,5-процентным раствором хромового ангидрида в течение 10 мин при температуре 18—20° С. При удачном опыте на поверхности металла образуется зеленовато-голубая пленка. Для проверки коррозионной стойкости фосфатной пленки наносят на ее поверхность каплю раствора состава: НCl — 25 мл; К₂СГ₂О₇ — 3 мл; Н₂О — 75 мл. Хорошая пленка не должна зеленеть в течение 3—5 мин. Самой трудоемкой частью при фосфатировании, а затем окраски является очистка поверхности от продуктов коррозии.

Продукты коррозии, как мы уже знаем, в основном состоят из окислов металла. Нельзя ли эти окислы, не снимая с металла, превращать в фосфатный слой? Как бы упростилась задача фосфатирования под окраску!

Учеными разработано несколько методов превращения ржавчины в фосфатный слой. Один из них состоит из раствора такого состава: 90 мл 40-процентного раствора фосфорной кислоты Н₃РO₄ и 5 г окиси цинка ZnО. Этим раствором обрызгивают ржавую поверхность, предварительно промытую слабым (0,5 – 1-процентным) раствором щелочи. Через несколько часов (4-10), в зависимости от температуры воздуха, ржавчина превращается в нерастворимый фосфат:

ПРИМЕЧАНИЕ: Перед фосфатированием необходимо снять грубую ржавчину, чтобы меньше тратить раствора и ускорить процесс. Этот метод удобен, например, для восстановления окраски металлических мачт телефонных и телеграфных проводов. Такую мачту, весящую тонны, не погрузишь в ванну!

Если пропитать маслом или лаком фосфатную пленку, то можно в разы увеличить её коррозионную устойчивость. Этот метод простой, поэтому его часто используют в промышленности.