Фосфатирование — надежная защита металла от коррозии

Технология и способы фосфатирования металла

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

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

Описание и назначение технологии фосфатирования

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

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

Свойства и преимущества фосфатного покрытия

Подвергнутые фосфатированию детали из металла могут эксплуатироваться под влиянием различных факторов:

• высокой влажности;
• синтетических масел и лакокрасочных покрытий;
• органических химически активных веществ;
• напряжения до 1000 В.

Благодаря фосфатированию значительно повышается износоустойчивость поверхностей, находящихся в постоянном взаимодействии в узлах трения.

Формирующийся на поверхности стали, меди, алюминия и иных металлов слой создает надежную защиту в вышеперечисленных условиях, но не может сопротивляться щелочам и кислотам, водяному пару. Потому следует заранее выявить особенности применения изделия из металла, подвергаемого фосфатированию.

Суть процесса

При реакции образуется три типа солей:

• однозамещенные фосфаты;
• дигидрофосфаты;
• фосфаты.

При фосфатировании происходит образование фосфатов и разжижение металла.

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

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

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

Виды фосфатирования

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

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

Холодное (низкотемпературное)

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

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

Нормальное

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

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

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

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

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

Ускоренное (электроизоляционное)

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

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

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

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

Электрохимическое

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

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

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

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

Основные способы обработки

Препаратом «Мажеф»

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

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

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

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

Фосфорной кислотой

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

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

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

Метод с монофосфатами цинка

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

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

Обработка фосфатирующими пастами

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

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

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

Фосфатирование в домашних условиях

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

Такой способ подходит для изделий с прямолинейными очертаниями; объемные элементы сложной геометрической формы подвергаются обработке хуже: пленка на них укладывается неровно, что снижает ее характеристики.

Приготовление реагентов

Способы проверки качества пленки

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

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

Не относятся к браку:

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

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

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

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

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

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

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.

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)

Фосфатирование

• Фосфатирование предметов
• Обработка металла
• Виды
  • Химическое
  • Черное
  • Цинковое
• Преимущества

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:

• цинка
• железа
• марганца

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.

Технология фосфатирования – залог долговечности металла

Перед покрытием металлических конструкций лакокрасочным составом поверхность подвергают специальной обработке смесью фосфорнокислых солей. Качественно выполненное фосфатирование обеспечивает долговечность внешнего покрытия, защищая основу от коррозии. Благодаря пленке фосфатов повышается адгезия краски к основному материалу при существенном замедлении подпленочной коррозии по случаю повреждения краски.

Зачем нужно фосфатирование металла

В процессе эксплуатации металлические изделия изнашиваются, страдают от разрушающего воздействия атмосферных факторов и коррозии. Обычное вскрытие поверхности лакокрасочными составами полностью не избавляет от проблемы разрушения механизмов с течением времени. Для повышения износостойкости металлических изделий их подвергают фосфатированию. Процедура способствует появлению на поверхности металла тонкого защитного слоя, который на длительное время обеспечит металлу защиту от окисления с образованием ржавчины.

Технология создания защитной пленки впервые была применена в 1869 году путем погружения раскаленной стали в раствор фосфорной кислоты. Первую процедуру фосфатирования железа, а также стали без нагрева материала осуществили в 1906 году.

Особенности фосфатных покрытий

Фосфатирование в условиях промышленных предприятий выполняется двумя методами – распылением защитного состава либо погружением в него металлического изделия. Для приготовления пленочного вещества используют нерастворимые в воде фосфорнокислые соли – марганец плюс железо или цинк с железом. Получаемый состав, взаимодействующий с металлом, обладает рядом полезных характеристик.

Параметры	Краткий обзор особенностей
Толщина покрытия	Обычно она в пределах 2-50 мкм, но конкретная величина определяется условиями подготовки основы и режима нанесения слоя. В составе слоя две части – плотно связанная с металлом (пористая или гладкая) среда и наружный пласт, характеризующий уровень качества фосфатной пленки
Цветовой показатель	Конкретный цвет поверхности после фосфатирования зависит от типа и состава основного материала. Поверхности цветных металлов и сталей с малым содержанием углерода, которые прошли обработку растворами высокой кислотности, станут серыми (светлого или темного оттенка). Высоколегированная сталь, а также чугун после протравки приобретают темный цвет, зеленоватый оттенок указывает на присутствие в металле основы хрома и никеля
Структура	Обработка марганцевофосфатными эссенциями способствует формированию крупнокристаллического защитного вещества. Для мелкокристаллического покрова (толщина 5-10 мкм), образующегося после обезжиривания, характерны качественные защитные свойства с высокой адгезией

На фосфатирование металла перед покраской изделия не уходит много времени (около часа), а обработанная основа должна хорошо высохнуть перед проведением дальнейших манипуляций. Защитную пленку непросто разглядеть, но она способна выдерживать высокие (до +500°С) и низкие температуры (до -75°С), воздействие напряжения до 500 В. Дополнительная пропитка лаками (масляный, бакелитовый) повышает уровень пробивного напряжения фосфатного пласта.

Польза технологии

После обработки фосфорнокислой солью металлическая поверхность изделия покрывается высокопрочной пленкой малой электропроводности, препятствующей формированию коррозийных очагов. Значительное увеличение адгезивных свойств после обработки основы позволяет широко применять технологию для подготовки металлических конструкций к покраске, защищающей механизмы не только от износа. Фосфатирование помогает:

• улучшить процесс скольжения соприкасающихся элементов;
• облегчить выполнение холодной штамповки стали;
• защитить магниты от действия коррозии;
• повысить стойкость стали к окислению при высоких температурах;
• обеспечить удержание масляно-мыльных структур на поверхности металлов.

Процедуру фосфатирования можно применять практически ко всем видам сплавов – низколегированным и углеродистым сталям, медным сплавам, алюминиевым, чугунным и цинковым деталям. Качество фосфатной пленки, покрывающей высоколегированную сталь, будет низким.

Этапы подготовительных работ

Немаловажную роль для качества поверхностной защиты играет правильное выполнение подготовительных мероприятий, обеспечивающих получаемому покрытию весь спектр полезных свойств. Важно очистить металл от следов ржавчины, удалить остатки устаревшего покрасочного слоя путем механической, химической или термической обработки.

Механическая очистка

Технология ручного очищения основы наиболее эффективна, для обработки потребуется следующий инструмент:

• прочные щетки с проволочной щетиной;
• специальные диски для шлифования;
• агрегат пескоструйного типа (абразив и сжатый воздух).

На площадках промышленных предприятий подготовку поверхностей для последующего фосфатирования выполняют при помощи гидроабразивной очистки путем нанесения абразивной смеси с водой под высоким давлением воздуха. Методика позволяет полностью избавиться от всех водорастворимых загрязнений.

Химический способ

Фосфатирование металла может потребовать удаления ржавчины при помощи химических реагентов, смываемых и не смываемых. На поверхность металлической конструкции вещества наносят кистью либо пользуются методом распыления. Для обработки обычно используют следующие реагенты:

1. Кислота серная или соляная. 5%-е кислотные растворы допускается обогащать смесью, замедляющей коррозию (ингибитор).
2. Кислота ортофосфорная. Состав 15 либо 30%-я эссенции способен преобразовывать ржавчину в аналог защитного покрытия.
3. Оксипропионовая кислота. Нанесение смеси масла вазелинового (100 мл) с 50 г кислоты позволяет превратить очаги ржавчины в соль, легко удаляемую ветошью.

После использования смываемых составов для удаления ржавчины поверхность следует немедленно высушить, обработать антикоррозийным агентом. Несмываемые смеси, взаимодействуя с металлом, образуют грунтовочный пласт, который смывать водой не стоит.

Термическая обработка

С поверхности металлоконструкций следы устаревшей краски удаляют паяльной лампой. По ходу нагревания металла лакокрасочное покрытие подвергается постепенному отслаиванию, что позволяет с легкостью удалить загрязнения при помощи металлической щетки либо обычного шпателя. Термический способ зачистки экономит время, но подходит не для всех типов поверхностей, угрожает высокой пожароопасностью. Для зачистки оцинкованного и листового материала, а также чугуна не подходит по причине реальной деформации или разрушения изделия.

Необходимость обезжиривания

Процедура способствует улучшенному слипанию металла с нанесенной грунтовкой и лакокрасочным веществом. Обезжиривание можно выполнять любыми составами, растворяющими жиры и ржавчину, удаляющими органические наслоения. Чаще всего пользуются комплексными соединениями типа:

• керосина или уайтспирита;
• обезжиривателей на спиртовой основе;
• номерных нитрорастворителей.

От бензина лучше отказаться, он покрывает основу невидимым масляным налетом, ухудшающим адгезию с красящим веществом. При выполнении обезжиривания необходимо соблюдать меры безопасности – работать в хорошо проветриваемом помещении, защитив лицо очками и респиратором, а руки – резиновыми перчатками.

Кратко о сути фосфатирования

Процесс обработки базируется на использовании фосфорной кислоты (H₃PO₄). Сразу после контакта металла с кислотой выделяются дигидрофосфаты Me(H₂PO₄)₂. Дальнейшее взаимодействие металла и кислоты приводит к уменьшению ее концентрации с образованием двух типов солей:

• двухзамещенных MeHPO₄ (моногидрофосфаты);
• трехзамещенных Me₃(PO₄)₂ (фосфаты).

Благодаря свойствам трех видов солей фосфорной кислоты формируется труднорастворимый покров из фосфатов, защищающий поверхность металла от коррозии. Процедура сопровождается осаждением фосфатов с последующим растворением металла основы.

Популярные виды создания защитного слоя

Получение защитной пленки выполняют методом погружения обрабатываемого изделия внутрь специальной емкости с фосфатирующим раствором. Также фосфатную смесь можно наносить путем ее распыления в герметизированной камере либо методом грунтовочной облицовки. Фосфатирование стали под покраску реализуют выбором химической или электрохимической обработки. Создание фосфатного налета для черных металлов выполняется несколькими способами – холодным, нормальным, ускоренным, электрохимическим.

Холодная обработка

Растворы для этого метода фосфатирования не требуют подогрева, их температура составляет 20–40 °C. Хотя толщина фосфатного покрытия получается небольшой, но именно это позволяет использовать его как основу для нанесения краски. Для низкотемпературной облицовки выбирают один из фосфатирующих методов:

1. В жидкость, которой наполнен резервуар, добавляют соль «Мажеф» (30-35 г на литр). Затем вводят требуемый объем смеси из фтористого натрия (5-15 г/л) и нитрата цинка (35-45 г/л). Смесь необходимо заранее вскипятить, дать ей отстояться. Если нужно повысить кислотность раствора, вносят дополнительную порцию «Мажефа» (1,5 г), а также по 3 г фтористого натрия и нитрата цинка.
2. Для приготовления 1 литра раствора понадобится взять монофосфат цинка (80 г), нитрат цинка (750 г), кислоту фосфорную (160 г) с добавлением едкого натра (40 г). Если нужно приготовить 100 литров жидкости для фосфатирования, к 85 л воды добавляют 12 л раствора каустической соды, затем еще 3 литра воды и нитрат цинка в количестве 40 г. Кислотность раствора регулируют при помощи едкого натра.

В зависимости от состава и концентрации антикоррозийного вещества холодная обработка металлоконструкций занимает от 15 до 40 минут. При увеличении температуры раствора удается получать покрытие мелкозернистого типа. Главный недостаток холодной методики – быстрая гидролизация растворов с увеличением свободной кислотности, что ухудшает качество покрова.

Нормальное фосфатирование

Этот вариант нанесения фосфатного покрытия подразумевает использование препарата «Мажеф». Порошок с зеленоватым оттенком представляет собой аналог соли, обогащенной марганцем, железом, фосфором. Препаратом пользуются для подготовки металлических изделий к покраске в качестве антикоррозийной грунтовки

Для достижения результата обработки жидкость, обогащенную солью (30-35 г/л), необходимо нагреть до температуры не более 98°C. Меньшая температура раствора вызывает кристаллизацию облицовочного слоя, а более высокая приводит к повышению шламообразования.

Продолжительность фосфатирования по нормальной методике рассчитывается от времени высвобождения водорода с прибавлением 5-10 минут на выдержку. Показатель общей кислотности раствора должен достигать 30 точек при 3-4 точках свободной кислотности.

Точкой эквивалентности принята величина условной единицы измерения кислотности (свободной и общей) раствора, равной 1 мл 0,1 н. растворенного едкого натра, который необходим для титрования 10 мл фосфатной смеси.

Чтобы добиться утолщения фосфатного слоя усиленной защиты, имеющего тонкокристаллическое строение, необходимо увеличить объем соли «Мажеф» до 120 грамм на литр жидкости. Рабочий состав придется нагревать до температуры, не превышающей 85 °C.

Способ ускоренной обработки

Методику быстрого фосфатирования обычно применяют для промышленной защиты металлоконструкций, но процесс требует более тщательной подготовки поверхности изделий. Подготовка стальных (листовых) деталей включает следующие этапы:

• очищение поверхности с обезжириванием основы щелочью, промывание;
• протравливание чистого изделия в растворе соляной кислоты, затем водой;
• пассивирование в растворе кальцинированной соды с итоговым промыванием.

Химическое фосфатирование очищенной поверхности ускоренным методом продолжается от 15 до 40 минут в зависимости от состава рабочей жидкости. Чаще всего нагреваемый раствор готовят с препаратом «Мажеф» (30 г/л), тогда процесс занимает около 40 минут. Завершив обработку, листовые детали промывают проточной водой, затем подвергают пассивированию в теплом растворе (5-10 %) дихромата калия. На завершающем этапе изделия с защитной пленкой промывают в горячей воде, затем отправляют сушиться.

Электрохимическая методика

Процесс фосфатирования реализуется с использованием растворов, аналогичных ускоренному способу. Отличие в подведении электротока (постоянный либо переменный), что повышает показатели производительности. Для нанесения защитного покрова металлоизделия размещают на штангах (катоды). В качестве анодов применяют пластины, изготовленные из цинка или углеродистой стали. Плотность подаваемого тока в пределах 0,3-3 А/дм 2 , а на саму обработку уходит 5-20 минут.

Серьезным недостатком электрохимического способа защиты металла от коррозии можно назвать низкую рассеивающую способность раствора электролита. Эта особенность оборачивается созданием неравномерного защитного слоя на сложных поверхностях.

Обзор методов фосфатирования

Создать фосфатную пленку, защищающую поверхность металла от агрессивных факторов, можно несколькими способами. Выбор конкретного метода химической обработки зависит от различных факторов, главные из которых – размеры металлоконструкций и область их применения.

Выбор препарата «Мажеф»

Химический способ фосфатирования с «Мажефом» признан наиболее распространенным, но для его осуществления понадобится специальная фосфатирующая ванна. Концентрация раствора составляет 40-70 грамм препарата на литр жидкости.

Как проходит обработка:

• изделие опускают в емкость с фосфатирующим составом;
• резервуар постепенно подогревают, а раствор постоянно перемешивают;
• деталь кипятят 29 минут, за это время она покрывается защитным налетом (5-10 мкм).

Методику фосфатирования на основе соли «Мажеф» применяют для создания антикоррозийного пласта. На поверхностях деталей из сталей низкоуглеродистой категории создается качественный грунтовочный слой.

Преимущество фосфорной кислоты

Химическое вещество применяют для холодного варианта обработки металла. Чтобы получит качественный защитный покров, необходимо точно придерживаться процентного содержания компонентов рабочего состава. Правильная смесь предусматривает следующую дозировку химикатов в г/л:

• азотнокислого цинка – 200;
• фосфорной кислоты – 40;
• окиси цинка – 15:
• сернокислого натрия – 8.

При стабильных параметрах фосфатирования удается получить защитный слой толщиной до 5 мкм. На обработку уйдет 30 минут при обеспечении температуры раствора максимум 18–25 °C. Технологию выбирают для облицовки изделий особо крупных габаритов, методика струйного нанесения экономит расходный материал.

Выбор монофосфатов цинка

Процесс цинкования металлоизделий актуален для промышленной обработки металлоконструкций машиностроительного и электротехнического направления. Грунтование реализуют погружением деталей в смесь химикатов определенной пропорции:

• нитрата натрия – 35 г/л;
• монофосфата цинка – 20 г/л.

Фосфатирование осуществляется при поддержании температуры раствора до +60 °C, формирование защитного пласта занимает не более 20 минут.

Преимущества фосфатирующих паст

Обрабатывающая технология основана на применении специализированных составов фосфатирующего типа. Пасту наносят при помощи кисти, а саму процедуру выполняют в условиях комнатной температуры. Способ создания защитной пленки для дальнейшей покраски деталей имеет два важных преимущества:

• нет потребности в приготовлении рабочей жидкости и ее нагреве;
• простое нанесение грунтовки на металл при помощи кисти.

Особенность грунтовочного состава – присутствие металлического пигмента в растворе ортофосфорной кислоты. Лакокрасочные составы содержат цинк, который вступает в реакцию с кислотой, а процесс окисления формирует пленку особой прочности.

Облицовку металлических деталей фосфатным налетом допускается проводить в домашних условиях по плану электрохимического фосфатирования. Домашняя технология отличается от промышленного варианта отсутствием возможности провести в бытовой обстановке полноценную химобработку поверхности. По этой причине для создания фосфатированного покрытия выбирают детали прямолинейной (простой) конфигурации.

Используемая литература и источники:

• Улиг Г. Коррозия металлов (основы теории и практики). — Металлургия, 1968.
• Антикоррозионная защита / Козлов Д.Ю.. — Екатеринбург: ООО «ИД «Оригами», 2013.
• Верник С., Пиннер Р. Химическая и электролитическая обработка алюминия и его сплавов. — Л, 1960.

Фосфатирование — надежная защита металла от коррозии

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.

Обезжиривание металла

Обезжиривание конструкций выполняется для обеспечения хорошего слипания металла с лакокрасочным составом и грунтовкой.

Для обезжиривания металла перед покраской в принципе можно применять любые составы, удаляющие органические вещества и жиры. Но все же, лучше использовать комплексные соединения, преобразующие ржавчину в полезный слой и предотвращающие ее появление в будущем:

• уайтспирит;
• номерные нитрорастворители;
• обезжириватель на сложных спиртах;
• керосин.

В качестве средства для обезжиривания не рекомендуется использовать бензин, так как в результате воздействия его на поверхность появляется невидимая глазу масляная пленка, ухудшающая адгезию с краской.

Обезжиривание необходимо выполнять в хорошо вентилируемых помещениях с постоянной циркуляцией воздуха, так как пары большинства использующихся химических веществ очень токсичны. Во избежание отравления рекомендуется надеть респиратор, работать в резиновых перчатках и защитных очках – при попадании в глаза любого растворителя не избежать химического ожога слизистой.

Суть процесса

Принцип процесса фосфатирования заключен в формировании на поверхности слоя труднорастворимых фосфатов металла – материала изготовления подлежащей обработке детали.
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

Фосфатирование выполняется следующими способами:

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

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

Холодное (низкотемпературное)

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

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

Нормальное

«Мажеф» также применим и для фосфатирования металла нормальным способом. Оптимального результата удается достичь при 97–98 °C с применением жидкости, содержащей 30–35 г/л соли. При более высокой температуре наблюдается повышенное шламообразование, под меньшей – кристаллизация покрытия.
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)

Отличие данного метода фосфатирования – необходимость в подготовке металла.
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.

Снятие краски и ржавчины

Очистка металла от коррозии и старого слоя краски может осуществляться тремя способами:

• химическим;
• механическим;
• термическим.

Механический способ

Такой метод, считающийся наиболее эффективным, подразумевает удаление ржавчины и краски вручную либо при помощи механизированного инструмента. Обработка может выполняться:

• проволочными щетками;
• шлифовальными дисками;
• посредством пескоструйного агрегата;
• гидроабразивным способом (выполняется только на промышленных предприятиях).

Химическая обработка

Обработка химическим способом основана на воздействии на ржавчину химических веществ, распыляющихся на поверхность либо наносящихся кистью.

Удаляющие ржавчину составы делятся на два типа:

• смываемые;
• несмываемые.

Недостатком смываемых средств является вероятность появления на металле новых очагов коррозии, потому после обработки поверхность должна быть немедленно просушена и обработана антикоррозийными составами.

При обработке ржавчины несмываемыми составами в результате химической реакции на поверхности металла образуется своеобразный слой грунтовки, который нельзя смывать водой.

Обработку металлоконструкций чаще всего выполняют:

• раствором серной либо соляной кислоты (5%-й) с добавлением ингибитора коррозии;
• ортофосфорной кислотой (15-30%-я эссенция), преобразующей ржавчину в защитное покрытие;
• смесью 50 гр. оксипропионовой кислоты на 100 мл вазелинового масла, под воздействием которой ржавчина превращается в соль и легко счищается с поверхности тряпкой.

Термический способ

Удаление краски с металлических поверхностей термическим методом подразумевает использование паяльной лампы. Металл подвергается нагреванию до постепенного отслаивания лакокрасочного покрытия, легко удаляющегося шпателем либо металлической щеткой.

Главное достоинство такого способа – значительная экономия времени, а основной недостаток – пожароопасность и некоторые ограничения по типам поверхностей. Обрабатывать листовой и оцинкованный материал, чугун таким методом нельзя – поверхность при этом деформируется, нарушается целостность конструкций.

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 используется для фосфатирования металла холодным способом. Оптимальная температура рабочей жидкости для достижения максимальной стабильности процесса – 18–25 °C. Качество и прочностные параметры пленки зависят от четкого соблюдения пропорций используемых ингредиентов:

• 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

Технология с цинком предназначена для изделий, применяющихся в машиностроительной отрасли и в электротехнике. Деталь погружается в жидкость такого состава:

• 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

Для производства работ по такой методике используются специализированные фосфатирующие составы. В дальнейшем деталь подвергается покраске. Преимущество способа заключается в следующем:

• 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

Получение фосфатного покрытия металла в домашних условиях несколько отличается от применяемой в промышленности технологии: проведение полноценной химобработки в быту невозможно. Применяется, в основном, обработка по электрохимическому методу.
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

Для фосфатирования металла собственными силами применяется жидкий реагент. В состав раствора включены «Мажеф» и нитрат цинка. После закипания жидкости элемент из металла опускается в нее для фосфатирования на 15 минут.

Подготовка поверхности к фосфатированию

К поверхности изделий, перед нанесением фосфатного покрытия не предъявляется каких-либо специальных требований. При этом характеристики покрытия имеют прямую зависимость от способа подготовки. На деталях, после чистовой механической обработки, пескоструйной обработки, сухой галтовки образуется мелкокристаллическая пленка, толщиной 6-10 мк. Если детали, подвергались травлению, образуется рыхлая, пористая пленка, толщиной 40-50 мк., уплотнить структуру будущего покрытия позволяет предварительная обработка поверхности раствором кальцинированной соды, после чего детали промывают проточной водой. В остальном подготовка поверхности деталей к химическому фосфатированию не отличается от подготовки к нанесению гальванических покрытий.

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.