Что такое фосфатирование металла

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.

Фосфатирование

Фосфатирование представляет собой процесс обра­ботки металлических изделий растворами кислых фос­форнокислых солей с образованием на поверхности за­щитной солевой пленки из нерастворимых фосфатов.

Фосфатирование представляет собой процесс обра­ботки металлических изделий растворами кислых фос­форнокислых солей с образованием на поверхности за­щитной солевой пленки из нерастворимых фосфатов. Фосфатная пленка выполняет свое основное назначе­ние – защиту от коррозии только в сочетании с лакокрасочными покрытиями или масляной пленкой, что объясняется хорошими адгезионными свойствами, сама по себе она пориста.

Благодаря хорошей адгезии фосфатирование широко применяют для грунтования под лакокрасочные покры­тия в различных областях машиностроения – автомо­бильной, судостроительной, сельскохозяйственной и др. Иногда фосфатированию подвергают различные кре­пежные детали с последующим пропитыванием смазочными веществами, поскольку фосфатирование не приво­дит к изменению размеров.

Фосфатные покрытия не смачиваются расплавленны­ми металлами; это свойство нередко используется в ме­таллургической промышленности и машиностроении. Кроме того, эти покрытия обладают электроизоляцион­ными свойствами, что позволяет применять фосфатированные изделия в электропромышленности и приборо­строении.

Ограничившись этим далеко неполным перечнем об­ластей применения фосфатирования, необходимо доба­вить, что его осуществление не связано с затратой доро­гих материалов, с привлечением квалифицированной рабочей силы и какого-либо сложного оборудования. Особенно ценным является способность фосфатной плен­ки заменять роль грунта под лакокрасочные покрытия. Все это делает процесс относительно дешевым и объяс­няет его широкое распространение.

Фосфатировапие осуществляется методом погруже­ния в раствор кислых солей фосфорнокислого железа и марганца, иногда цинка. Соль эта известна под назва­нием МАЖЕФ (марганец, железо, фосфор). Ниже при­водится примерный состав соли МАЖЕФ, %:

Me (Η2ΡΟ4)2 <> Me HРО4 + Η3ΡΟ4

5Ме(Н2РО4)2 <> 2МеНРО4 + Ме3(РО4)2 + 6Η3ΡΟ4

Fe + 2FeHPO4 >> Fe3(PO4)2 + H2.

3Fe(H2PO4)2 <> Fe3(PO4)2 + 4Η3ΡΟ4.

Однозамещепные фосфаты хорошо растворимы в воде, двухзамещепные трудно растворяются, а трехзамещенные практически не растворяются.

Последние два сое­динения и являются основой фосфатной пленки, форми­рующейся на поверхности обрабатываемых изделий. Для предотвращения диссоциации однозамещенного фосфата и выпадения нерастворимого трифосфата раст­вор должен содержать свободную фосфорную кислоту. При погружении в раствор железо взаимодействует с фосфорной кислотой и концентрация ее у поверхности металла уменьшается, равновесие реакции нарушается и на металле выделяется осадок двух- и трехзамещенных фосфатов. Образовавшаяся при диссоциации моно­фосфата фосфорная кислота восстанавливает кислот­ность раствора у поверхности металла, что создает усло­вия для дальнейшего протекания процесса. По мере рос­та фосфатного слоя поверхность металла изолируется от воздействия раствора, скорость фосфатирования через некоторое время уменьшается и процесс заканчивается, что заметно по прекращению выделения пузырьков во­дорода.

Процесс фосфатирования протекает особенно эффек­тивно при температуре 90—100° С. Ускорение процесса достигается при введении азотнокислых или азотистокислых солей, являющихся деполяризаторами; при этом резко сокращается доля процесса, протекающего с вы­делением водорода.

Защитная способность фосфатных пленок, полученных в присутствии ускорителей (так называемых уско­ренным фосфатированием), ниже, чем пленок, получен­ных без ускорителей. Поэтому ускоренное фосфатирова­ние преимущественно применяют для создания (замены) грунта под лакокрасочные покрытия, или для полу­чения электроизоляционных фосфатных пленок.

Холодное фосфатирование можно осуществлять пу­тем увеличения концентрации свободной фосфорной кис­лоты и введения солей азотной, азотистой и плавиковой кислот.

Толщина фосфатных пленок зависит от режима и состава раствора, а также от способа подготовки по­верхности обрабатываемых изделий. На полированной стали в обычных растворах образуются мелкокристаллические пленки толщиной 2—4 мкм. При крупнокри­сталлическом строении обеспечивается более продолжи­тельный доступ раствора к металлу и формируются пленки толщиной 10—15 мкм, а иногда и больше. В растворах для холодного фосфатирования получаются пленки толщиной до 6 мкм. Размер фосфатируемых из­делий меняется незначительно по той причине, что на­ряду с ростом пленки размеры несколько уменьшаются в результате травления в фосфорной кислоте и в кислых фосфорнокислых солях.

Чаще и с лучшим эффектом фосфатируются изделия из углеродистой и малолегированной стали и чугуна. Высоколегированные стали фосфатируются с трудом, цветные металлы фосфатируются сравнительно редко.

В ванну загружают соль МАЖЕФ из расчета 32— 35 г/л, заливают водой и, периодически помешивая, кипятят в течение 15—20 мин. Затем нагрев прекраща­ют, определяют и корректируют кислотность раствора. Некоторый избыток препарата берут потому, что в про­цессе кипячения часть его разлагается. Общую кислот­ность раствора определяют титрованием по фенолфта­леину. На титрование 10 мл раствора должно пойти 28—30 мл децинормального раствора NaOH. Свободную кислотность определяют в присутствии индикатора ме­тилоранжа. На титрование 10 мл пробы должно пойти 3—4 мл децинормального раствора NaOH. Количество щелочи, пошедшей на титрование, условно выражают в точках. Общая кислотность фосфатирующего раство­ра должна соответствовать 28—30 точкам, а свободная кислотность 3—4 точкам. Отношение общей кислотности к свободной составляет 7—10. Фосфатирование произво­дят при температуре 97—98° С. Продолжительность про­цесса в зависимости от состава обрабатываемого мате­риала и способа подготовки его поверхности составляет 60—120 мин. Окончание процесса определяют по прекращению выделения пузырьков водорода, после чего изделия дополнительно выдерживают в ванне в течение 10—15 мин для кристаллизации пленки.

Расход препарата МАЖЕФ на фосфатирование 1 м2 поверхности металла составляет 120—140 г. Как было указано, в этом растворе не удается получать фосфатные пленки нужного качества при наличии в стали (в значительных количествах) таких легирующих ком­понентов, как хром, медь, вольфрам, кремний и ванадий, Корректирование ванны осуществляют по показани­ям кислотности. При повышенной кислотности ванну разбавляют водой, при пониженной общей кислотности в ванну вводят соль МАЖЕФ.

n – число точек фосфатирующего раствора по ана­лизу.

После добавления в ванну соли МАЖЕФ раствор кипятят в течение 20—30 мин, а затем понижают температуру до 96—98° С и продолжают фосфатировать. Повышенное содержание свободной кислоты уменьшают, добавляя в раствор углекислый марганец.

Вредно сказывается наличие в растворе примесей алюминия, мышьяка, свинца, сульфитов и хлоридов. Ионы хлора допускаются лишь в следах, ионы SO3(2-) не свыше 0,3%. При содержании в растворе 0,066—0,1 г/л Α12Ο3 продолжительность фосфатирования увеличивает­ся, пленки получаются неоднородными, с пониженной стойкостью против коррозии. Отрицательно сказывается на качестве фосфатных пленок наличие в растворе 0,03 г/л свинца; 0,05% мышьяка приводят к появлению на пленке красноватых пленок. При наличии таких при­месей раствор необходимо заменить.

Недоброкачественные фосфатные пленки могут быть удалены в 10—15%-ном растворе соляной кислоты или в 15—20%-ном горячем растворе NaOH. При повтор­ном фосфатировании получаются более крупнокристал­лические пленки с пониженной защитной способностью.

Фосфатирование без специальной очистки поверхно­сти изделий можно осуществлять путем введения в рас­твор оксалата цинка, который удаляет ржавчину в про­цессе формирования фосфатной пленки.

• 33—35 г/л монофосфата цинка,
• 49—53 г/л азотнокислого цинка,
• 13—14 г/л фосфорной кислоты,
• 0,1 г/л оксалата цинка.

Общая кислотность 65—80 точек, свободная кислотность 12-—15 точек, температура раст­вора 92—98° С, продолжительность обработки 15—40 мин.

Оксалат цинка готовят исходя из азотнокислого цинка и щавелевокислого натрия. При смешивании раст­воров этих солей выпадает осадок щавелевокислого цин­ка, который отфильтровывают, сушат и затем применя­ют для приготовления фосфатирующего раствора.

Ускоренное фосфатирование стали в растворах цин­ковых солей дает пленки с лучшей защитной способ­ностью, чем фосфатирование в растворах соли МАЖЕФ.

Такой раствор содержит:

• 35—37 г/л монофосфата цинка,
• 52—54 г/л азотнокислого цинка,
• 15—16 г/л фосфорной кислоты.

Общая кислотность составляет 60—75 точек, свободная кислотность 12—15 точек. Температура рас­твора 85—95° С, продолжительность фосфатирования 15— 20 мин.

В процессе работы раствор корректируют, до­бавляя концентрат, содержащий 470—500 г/л азотнокис­лого цинка, 460—480 г/л монофосфата цинка, 170— 180 г/л фосфорной кислоты и воды до общего объема 1 л.

Черные фосфатные пленки с улучшенными защитны­ми свойствами получают последовательной обработкой деталей в двух растворах. Первый раствор содержит 1 г/л кальцинированной соды, 23 г/л фосфорнокислого закисного железа, 8 г/л окиси цинка, 32 г/л ортофосфорной кислоты. Общая кислотность не менее 56 точек, свободная 8—14 точек. Температура раствора 92—97° С, продолжительность фосфатирования 10 мин. После про­мывки в указанном растворе и в воде детали погружают на 5 мин в 9%-ный раствор калиевого хромпика при 80—95° С. Снова промывают, обрабатывают в мылыно-содовом растворе, промывают в горячей воде и погру­жают в ванну для второго фосфатирования. Этот рас­твор содержит 150 г/л азотнокислого цинка, 30 г/л соли МАЖЕФ, 3 г/л углекислой соды. Общая кислотность не менее 80 точек, свободная кислотность 1,5—3,5 точек. Температура раствора 50—60° С, продолжительность обработки 10—15 мин. После второго фосфатирования детали погружают на 2—3 мин в горячий мыльно-содо­вый раствор, затем пленку сушат и пропитывают мине­ральным маслом.

Для приготовления раствора 1 в ванну загружают необ­ходимое количество соли МАЖЕФ и после кипячения и отстаивания добавляют азотнокислый цинк и фтористый натрий. Для повышения кислотности раствора на одну точку добавляют 1—1,5 г соли МАЖЕФ, 2—3 г азотно­кислого цинка и 0,02—0,03 г фтористого натрия.

Для приготовления раствора 2 используют концент­рат, содержащий 75—80 г/л монофосфата цинка, 700—750 г/л азотнокислого цинка, 150—160 г/л фосфорной кислоты, 37—40 г/л кальцинированной соды и воды д0 объема 1 л. Для получения 100 л рабочего раствора к 85 л воды добавляют при перемешивании 12 л концент­рата 1,6 л раствора едкого натра (280—300 г/л), после чего вводят недостающее до 100 л количество воды и 30—40 г азотисто-кислого натрия. Если pΗ приготовлен­ной ванны ниже требуемого значения, добавляют раст­вор едкого натра.

Лучшим методом подготовки поверхности к фосфатированию является гидроабразивная обработка. Не рекомендуется обезжиривание изделий в щелочных растворах и еще в меньшей степени травление в кисло­тах. Не обработанная абразивами поверхность при про­чих равных условиях имеет фосфатную пленку с пони­женной коррозионной стойкостью.

Фосфатирующие ра­створы рекомендуется готовить на конденсате или умяг­ченной воде. Крупные стальные детали загружают в ванну на стальных подвесках, мелкие — в перфориро­ванных корзинах или на сетках. Для повышения стой­кости стальных деталей против коррозии их обрабаты­вают в течение 5—15 мин в 5—10%-ном растворе бихромата калия или натрия при температуре 70—80° С Повышение защитной способности дает гидрофобизация фосфатных пленок; фосфатированные детали погружают на 5—7 мин в 10%-ный раствор гидрофобизирую-щей кремнеорганической жидкости ГКЖ-94 в бензине Б-70, после чего выдерживают их на воздухе до испаре­ния следов бензина, а затем сушат при ПО—100°С в течение 40—50 мин. Гидрофобизированные фосфатные пленки не смачиваются водой и по стойкости против коррозии не уступают лакокрасочным покрытиям.

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:

1. Фосфорнокислый цинк однозамещенный (монофосфат) Zn₂HPO₄;
2. Азотнокислый цинк Zn(NO₃)₂;
3. 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.

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.

Что такое фосфатирование металла

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.

Препаратом «Мажеф»

Это не что иное, как химическое фосфатирование, при котором деталь окунается в ванну со специальным раствором. Химической обработке подвергают низкоуглеродистые стали. Чаще всего данный способ применяется для подготовки металлоконструкций и изделий под покраску для получения надежных антикоррозийных грунтов.

Мажеф — это сочетание марганца, железа и фосфора. Продукт напоминает соль или порошок зеленоватого цвета.

Концентрация раствора в ванне – не более 40 г на 1 л. Чтобы получить пленку химическим методом, изделие помещается в готовый состав, который подогревают и доводят до температуры кипения. Рекомендуется периодическое помешивание. Кипятят ванну в течение 15-20 минут. Этого вполне хватит, чтобы сталь покрылась слоем защитной пленки.

Чтобы при помощи химического способа получить высококачественную пленку, толщина которой составляет от 5 до 10 мкм, необходимо предварительно тщательно подготовить поверхность при помощи абразивной очистки или с использованием пескоструйного аппарата.

Состав рекомендуется готовить с некоторым избытком, так как в процессе нагревания часть его испарится. Общая кислотность устанавливается при помощи титрования по фенолфталеину. Уровень свободной кислотности можно выяснять при помощи индикаторов метилоранжа.

На видео: фосфатирование солью Мажеф.

Фосфорной кислотой

Фосфорную кислоту используют для получения покрытия холодным методом. Чтобы процесс фосфатирования протекал максимально стабильно, температура раствора должна находиться в диапазоне 18-25 градусов. Чтобы добиться покрытий с высоким качеством и прочностью, нужно четко соблюдать количество действующих ингредиентов. В промышленности применяется следующая концентрация:

• 40 г/л фосфорной кислоты;
• азотнокислый цинк – 200 г на 1 л;
• сернокислого натрия 8 г на 1 л;
• окиси цинка – 15 г на 1 л.

В данном растворе деталь или конструкции из металлов обрабатывают в течение 30 минут. Этого вполне достаточно, чтобы на поверхности образовались фосфаты.

Технология подойдет для обработки больших деталей посредством струйного метода. Данный вариант по сравнению с фосфатированем в ваннах дает возможность значительно снизить продолжительность процесса, а также уменьшить расход материала.

Метод с монофосфатами цинка

Данная технология применяется для защиты металлов, которые будут применяться в электрической отрасли, а также на машиностроительных производствах. Поверхность или деталь помещают в раствор из следующих веществ:

• монофосфат цинка в количестве 20 г на 1 л;
• нитрат натрия – 35 г. на 1 л.

Процесс фосфатирования проходит при температуре раствора 60 градусов. Для покрытия металлов плотной фосфатной пленкой необходимо около 20 минут. Для проведения процесса также нужна ванна.

Что касается качества покрытия, то фосфатные пленки аналогичны по характеристикам тем, которые получают с использованием раствора Мажефа. Так можно обеспечить высокую степень защиты любому металлу.

Для обработки оцинкованных сталей лучше применять раствор, в котором используется сернокислый цинк, азотный цинк, фосфорная кислота, фтористый натрий. Процесс проводят при температурах около 60 градусов, а длительность его составляет до 20 минут. В данном растворе можно обрабатывать цинк, углеродистые стали, никель.

Обработка фосфатирующими пастами

В данном случае применяются специальные фосфатирующие грунты. Преимущество в том, что можно выполнять фосфатирование стали и других сплавов при комнатной температуре. Смесь наносится на поверхность детали с помощью обычной кисти. Для обработки не нужны ванны, а это значит, что такому фосфатированию можно подвергать материалы в домашних условиях. Этот способ часто используют автовладельцы и автопроизводители.

В составе грунта металлический пигмент, а также растворитель, в основе которого лежит ортофосфорная кислота. В краске чаще всего содержится цинк. При взаимодействии с ортофосфорной кислотой продукты коррозии укрепляются, создавая прочный защитный фосфатный слой.

Фосфатирующая паста широко применяется для обработки поверхностей деталей из черных и цветных сплавов любых размеров. Прогрунтованные поверхности пассивируются, что также улучшает их адгезионные качества.

Фосфатирование в домашних условиях

Нередко появляется нужда в фосфатировании различных деталей в домашних условиях. Чаще всего используется фосфатирование алюминия, но также можно обрабатывать разные виды сталей и не только. Технология домашнего получения фосфатных покрытий немного отличается от промышленной – полноценная химическая обработка для многих недоступна. Преимущественно используется электрохимическая обработка.

Для получения защитных пленок нужен постоянный либо переменный ток. В роли электролита используются растворы фосфорной кислоты или раствор «Мажеф». Деталь, которую нужно покрыть фосфатами, ставят на электрод, опущенный в ванну с кислотой. В качестве анода применяются цинковые стержни, к которым также подсоединяют электрический ток.

Чтобы получить качественный результат, достаточно напряжения в 25 В. Процесс получения пленки займет около 30 минут. Метод идеально подойдет для различных деталей прямолинейной формы. Объемные геометрические изделия таким методом обрабатывать сложнее, так как на сложную деталь слой ляжет неравномерно, что снизит ее защитные качества.

С помощью технологии фосфатирования можно надежно защитить металлические изделия от разрушительного воздействия коррозии. Многие способы доступны в домашних условиях, что очень важно – дома многие работают с различными металлами и хотят, чтобы детали имели большой срок службы.

Получение состава из подручных средств (1 видео)