Фосфатные покрытия

Свойства фосфатных пленок позволяют применять их как антикоррозионные, антифрикционные, электроизоляционные покрытия. Кроме того, успешно используют фосфатные пленки как эластичную подложку при штамповке стальных деталей. Фосфатированию подвергаются изделия из слаболегированных чугунов и сталей, углеродистых сталей, цинка, алюминия и его сплавов.
Фосфатные пленки на черных металлах применяют во всех четырех случаях, фосфатные пленки на цинковом и алюминиевом сплавах применяются только как антикоррозионные покрытия. Фосфатная пленка благодаря пористости — прекрасный грунт для масла и краски.
В промышленности для защиты от коррозии фосфатные пленки без последующей обработки не применяют; как правило, пленки пропитывают маслом или окрашивают. Иногда фосфатные пленки применяют как дополнительное защитное покрытие цинковых и кадмиевых осадков, заменяющее или сопутствующее пассивным пленкам. В зависимости от назначения фосфатная пленка имеет различный состав: для защитных целей чаще всего применяют пленку на основе фосфата цинка или марганца, для увеличения антифрикционных свойств применяют пленку на основе фосфата марганца. Лучшими изоляционными свойствами обладают пленки на основе фосфатов кальция и алюминия.
Фосфатирование — химический процесс получения на поверхности деталей нерастворимых фосфатов.
Процесс фосфатирования изделий из черных металлов осуществляется в растворе однозамещенных солей ортофосфорной кислоты и связан с гидролизом этих солей, который идет особенно интенсивно при нагреваний:
5Ме(Н2Р04)2 2МеНР04 + Ме3(Р04)2 + 6Н3Р04.
Монофосфаты легко гидролизуются, двух- и трехзамещенные фосфаты осаждаются на травленую поверхность металла, образуя фосфатный слой.
При погружении стальных деталей в фосфатирующий раствор происходит травление железа фосфорной кислотой:
Fe + 2Н3Р04 -> Fe(H2P04)2 + Н2;
Fe + Fe(H2P04)2 -> 2FeHP04 + Н2;
Fe + 2FeHP04 Fe3(P04)2 + H2.
Травление сопровождается бурным выделением водорода, повышением концентрации ионов железа в растворе и уменьшением концентрации фосфорной кислоты на границе металл — фосфатирующий раствор.
Вследствие этого равновесие реакции гидролиза нарушается и сдвигается вправо, что приводит к восстановлению концентрации фосфорной кислоты у поверхности металла и дальнейшему выделению нерастворимых фосфатов. Процесс идет медленно, и для его ускорения вводят специальные добавки, чаще всего азотную кислоту или соли азотной и азотистой кислот. Кроме интенсификации процесса, ускорители окисляют выделяющийся при травлении металла водород, исключая возможность наводороживания деталей, и снижают шламообразование.
Следует отметить, что защитная способность фосфатных пленок, полученных из растворов с ускорителями, ниже, чем пленок, образованных в составах без ускорителей. Поэтому применять ускорители рекомендуется для получения фосфатных пленок, имеющих специальное назначение, или для защитных целей как грунт под лакокрасочное покрытие.
Большое влияние на работу ванны фосфатирования оказывает соотношение концентраций общей и свободной кислот и температура раствора.
Избыток свободной фосфорной кислоты вызывает увеличение времени фосфатирования, недостаток — приводит к усиленному шламообразованию, снижает качество пленки.
Снижение температуры раствора увеличивает время фосфатирования из-за замедленной реакции взаимодействия железа с фосфорной кислотой и реакции гидролиза. Образующаяся пленка имеет пониженную коррозионную стойкость. Увеличение температуры до температуры кипения раствора ухудшает качество пленки, так как при кипении раствора происходит поднятие шлама со дна ванны, и пленка становится шероховатой.

Запись опубликована в рубрике Металлопокрытия в автомобилестроении. Добавьте в закладки постоянную ссылку.