Звоните, мы сейчас работаем:
Бесплатный номер 8 (800) 301-99-67
Офис в Москве +7 (499) 403-38-65
Скопировать sale10@vt-metall.ru
sale10@vt-metall.ru
Заказать звонок
Металлообрабатывающая компания VT-METALL
Звоните, мы сейчас работаем
8 (800) 301-99-67 sale10@vt-metall.ru
МЕНЮ
30.12.2022
200
Время чтения: 10 минут

Фосфатирование: особенности технологии

Редакция сайта VT-Metall
Сохранить статью:
Фосфатирование: особенности технологии

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Технология фосфатирования
  • Особенности фосфатных покрытий
  • Сфера применения фосфатных пленок
  • Этапы подготовительных работ
  • Способы фосфатирования
  • Фосфатирование в домашних условиях

Технология фосфатирования

Для дополнительного усиления защитных покрытий, наносимых на поверхность различных изделий, часто применяют технологию фосфатирования металла.

Этот метод успешно используется для того, чтобы повысить износостойкость, твердость и электроизоляционные показатели поверхностного защитного слоя. Фосфатирование применимо для работы как с черными, так и с цветными металлами.

Технология фосфатирования деталей – это нанесение на верхние слои материала дополнительного покрытия, состоящего из малорастворимых фосфатов. Чаще всего при такой обработке пользуются марганцем, железом и чугуном.

Технология фосфатирования

Такой метод при создании защитного покрытия, как фосфатирование, отличается универсальностью. Его можно использовать с большим количеством металлов. Это могут быть алюминий, чугун, медь, цинк, кадмий, углеродистая или низколегированная сталь и множественные сплавы. В силу сложности и высокой затратности относительно редко производится фосфатирование деталей из высоколегированных стальных соединений.

После фосфатирования поверхности металлические детали приобретают надежную защиту от большого количества разнообразных повреждающих воздействий окружающей среды, что заметно расширяет сферу их применения. Такие изделия могут длительно эксплуатироваться, контактируя с различными смазками, органическими маслами и бензолом. Сформированное этим методом покрытие отлично предохраняет детали от окисления и коррозии в газовых средах.

Однако фосфатирование стали не является абсолютной защитой от всех без исключения неблагоприятных воздействий. Многие агрессивные среды способны относительно быстро выводить покрытие из строя, резко снижая долговечность изделий. Таковыми могут быть кислоты и щелочи, влага, пар, аммиак и пр.

Получившее широкое применение в современном производстве фосфатирование стали часто используют при изготовлении элементов конструкций и металлических каркасов в строительстве, машиностроении и целом ряде других важных областей.

Помимо собственно защитных функций, фосфатирование позволяет формировать грунты с замечательными адгезивными свойствами, которые могут наноситься перед финишной окраской изделий.

Особенности фосфатных покрытий

Характеристики получаемых при взаимодействии с металлом изделия покрытий вкратце:

Параметры
Краткий обзор особенностей
Толщина
Как правило, толщина защитного слоя находится в диапазоне от 2 до 50 мкм. В каждом отдельном случае она зависит от таких факторов, как подготовка основного металла и режим формирования фосфатного покрытия, которое состоит из двух частей: прилегающая к материалу изделия и прочно связанная с ним (она может быть пористой или гладкой), а также наружная, от которой в основном и зависят защитные и адгезивные свойства фосфатных пленок.
Цвет пленки
В каждом отдельном случае эта характеристика определяется химическим составом металла, из которого выполнена деталь. Серые оттенки, которые могут варьироваться от светлых до темных, характерны для пленки, сформированной на поверхности низкоуглеродистой стали и цветных металлов, обработанных концентрированными кислотными растворами. Для типов стали с высоким содержанием легирующих добавок и чугуна характерен темный цвет фосфатной пленки. Если в основном металле содержатся добавки хрома и никеля, покрытие будет зеленоватым.
Структура покрытия
Марганцево-фосфатные эссенции, которые часто применяют для обработки изделий, формируют защитный слой с крупным зерном. Сформированное после обезжиривания мелкокристаллическое покрытие толщиной от 5 до 10 мкм отличает высокая адгезия в сочетании с отличными защитными свойствами.

На процесс фосфатирования металлических изделий при их подготовке к окрашиванию обычно не требуется много времени – процесс занимает около 60 минут. Для того чтобы детали были готовы к дальнейшим операциям, их следует тщательно просушить.

Особенности фосфатных покрытий

Несмотря на то, что фосфатная пленка не всегда видна невооруженным глазом, ее наличие позволяет осуществлять эксплуатацию изделий под напряжением до 500 вольт и в температурном диапазоне от +500 °С до -75 °С. Для улучшения электроизолирующих свойств покрытие дополнительно пропитывают масляным или бакелитовым лаком.

Сфера применения фосфатных пленок

В наши дни фосфатные пленки широко применяются в промышленности:

  1. Областью наиболее частого применения фосфатных покрытий стала автомобильная промышленность, где они используются для уменьшения трения движущихся деталей и предотвращения их преждевременного износа. Фосфатная пленка может служить самостоятельным антифрикционным покрытием или способствовать удержанию масел и мыльных растворов на поверхности изделий.

  2. Часто фосфатная пленка используется в качестве защитного барьера, предотвращающего контакт металла с неблагоприятными внешними факторами и препятствующего его коррозии. Для того чтобы еще более улучшить барьерные качества пленки из фосфатов, ее нередко обрабатывают маслами или различными лакокрасочными материалами.

    Нередко фосфатные пленки проявляют уникальные защитные свойства. Например, для неодимовых магнитов (Nd2Fe14B), которые очень подвержены коррозии из-за неодима, присутствующего в их составе, фосфатная пленка становится оптимальным защитным покрытием.

  3. Фосфатирование позволяет существенно повысить долговечность лакокрасочных покрытий на стальных деталях благодаря повышению адгезии, что дает возможность окраски изделий с применением порошково-полимерных и других современных методов.

  4. Поверхность стали, прошедшей фосфатирование, приобретает повышенную стойкость к воздействию окислителей при воздействии температуры в диапазоне от +300 °С до +700 °С.

  5. Часто находят применение противозадирные свойства фосфатных пленок, которые проявляются при соблюдении определенных условий, и их способность облегчать обработку стальных заготовок холодной штамповкой.

  6. Благодаря электроизоляционным свойствам фосфатирование нередко становится оптимальным вариантом обработки трансформаторных, роторных и статорных пластин. Для дополнительного повышения пробивного напряжения фосфатной пленки, которое доходит до 600 вольт, изделия пропитывают специальным лаком, позволяющим увеличить этот показатель до 1 000 вольт. Дополнительный плюс такого покрытия заключается в его негорючести.

  7. Используя фосфатную пленку, создают абсорбирующее покрытие для лазерного упрочнения сталей и формируют специальное покрытие для деталей космических аппаратов.

Фосфатирование металла регламентирует ГОСТ Р 9.316 от 2006 г.

Этапы подготовительных работ

Для того чтобы добиться высокого качества фосфатного покрытия и обеспечить долгую эксплуатацию изделий, следует тщательно подготовить металл к обработке. Правильная подготовка позволит обеспечить выполнение защитным слоем всех его функций. Поверхность изделия необходимо полностью очистить от остатков старого лакокрасочного покрытия, пятен, ржавого металла и жиров. Для очистки стальных деталей применяют механические, химические и термические способы.

Механический метод

Обработку вручную, которая является одним из наиболее эффективных методов, производят с использованием:

  • проволочных щеток;
  • шлифовальных кругов;
  • пескоструйных аппаратов.
Этапы подготовительных работ

В промышленных масштабах поверхности часто готовят к нанесению фосфатного покрытия, используя гидроабразивный метод. Абразив смешивается с водой и подается на детали с помощью сжатого воздуха. Такой способ позволяет полностью удалить водорастворимые загрязнения.

Химический метод

Перед обработкой изделия очищают, удаляя следы ржавчины смываемыми и несмываемыми химическими реагентами. Смесь наносят, используя кисти или специальные распылители. Для подготовки деталей используют растворы кислот. Обработку чаще всего проводят:

  • Серной или соляной кислотами – в 5%-ный раствор добавляют ингибиторы окисления.
  • Ортофосфорной кислотой, которая в концентрации от 15 до 30 % преобразует ржавчину, создавая защитный слой.
  • Оксипропионовой кислотой. Для обработки деталей их поверхность покрывается смесью, включающей вазелиновое масло в пропорции 2:1. Она превращает ржавчину в соли, которые затем удаляют при помощи ветоши.

Когда для обработки используются смываемые реагенты, изделия сразу же высушивают и обрабатывают антикоррозийными растворами. В случае несмываемых смесей процесс упрощается тем, что они образуют слой, который сам по себе служит защитой и грунтом для последующей окраски.

Термический метод

Для удаления остатков старого лакокрасочного покрытия (ЛКП) используют горелки, которые нагревают металл и заставляют краску отслаиваться. После прогревания остатки ЛКП удаляются щеткой с проволочной щетиной или шпателем. Это метод очистки позволяет существенно сэкономить время, но применим не ко всем видам изделий и пожароопасен.

Термический метод не применяют для очистки чугуна, листовых и оцинкованных материалов из-за возможности разрушить материал или вызвать его деформацию.

Обезжиривание

Для увеличения адгезии поверхности подвергают обезжириванию перед фосфатированием. Такая обработка повышает качество нанесения грунтов и лакокрасочных материалов. Для обработки деталей применяют различные растворы, способные удалять пятна ржавчины, жир и органику. Среди наиболее часто используемых:

  • керосин или уайт-спирит;
  • спиртовые обезжириватели;
  • нитрорастворители.

Выбирать для обезжиривания бензин не следует из-за того, что он ухудшает адгезивность поверхности, оставляя на ней масляный налет. При проведении подготовительных мероприятий важно обеспечивать безопасное использование реагентов, используя средства индивидуальной защиты – как кожных покровов, так и дыхательных путей. Следует также проследить за тем, чтобы помещение хорошо проветривалось.

Способы фосфатирования

Для создания защитного покрытия из фосфатов на поверхности деталей их погружают в рабочий раствор в специальных ваннах. Часто для нанесения фосфатных смесей пользуются распылителями в герметичных камерах. Для фосфатирования стальных изделий чаще всего прибегают к химическим или электрохимическим методам. Детали из черного металла обрабатывают, используя различные способы. Это может быть холодное, нормальное, ускоренное или электрохимическое фосфатирование.

Способы фосфатирования

Для формирования фосфатного защитного слоя разработано множество различных методик. Выбирая метод обработки для конкретных изделий, следует исходить из их специфики. В зависимости от предназначения и условий эксплуатации деталей для фосфатирования применяют:

  • препараты типа «Мажеф»;
  • фосфорную кислоту;
  • монофосфат цинка;
  • различные фосфатирующие пасты.

Холодное фосфатирование

Этот способ не требует нагревания рабочей смеси. Для обработки изделий достаточно температуры в диапазоне от +20 °С до +40 °С. При такой обработке удается получать относительно тонкую фосфатную пленку, которой вполне достаточно для последующей окраски поверхности.

Существует несколько технологий холодного фосфатирования:

  • Для создания рабочего раствора в жидкости растворяют препарат «Мажеф» из расчета около 30 г/л. Далее в смесь добавляют от 5 до 15 г фторида натрия и около 40 г – нитрата цинка. Вскипяченную жидкость отстаивают, давая ей остыть до требуемой температуры. При необходимости кислотность смеси повышают, добавляя реагенты.
  • Раствор готовят, добавляя на 1 л воды 80 г монофосфата цинка, 750 г нитрата цинка, 160 г фосфорной кислоты и 40 г каустической соды. Для регулирования кислотности рабочей смеси используют едкий натр.

Продолжительность холодного фосфатирования зависит от состава и насыщенности раствора. В среднем на такую обработку уходит от 15 до 40 минут. Увеличивая температуру смеси, можно уменьшать зернистость покрытия. Одним из основных недостатков такого метода является снижение качества защитного слоя из-за быстрой гидролизации раствора и увеличения его кислотности.

Нормальное фосфатирование

Такую обработку производят, используя препарат «Мажеф». Это солевая смесь зеленоватого оттенка, содержащая добавки марганца, железа и фосфора. Получаемое при таком варианте покрытие служит антикоррозионной грунтовкой для последующей окраски деталей.

Нормальное фосфатирование

При обработке изделий таким способом используют раствор препарата из расчета 30–35 г/л, температура которого не превышает +98 °С. При более низкой температуре фосфатное покрытие кристаллизуется, а более высокая может вызвать повышенное образование шлама.

Для расчета времени обработки детали при нормальном фосфатировании берут период, за который высвобождается водород, и добавляют к нему от 5 до 10 минут. Общая кислотность рабочей смеси должна оставаться в районе 30 пунктов, а свободная – в пределах 3-4 пункта.

Для получения более толстого слоя фосфатов и улучшения его барьерных качеств при сохранении тонкокристаллического строения концентрацию препарата «Мажеф» повышают, доводя до 120 г на 1 л раствора, и нагревают рабочую смесь. Однако ее температура не должна превышать +85 °С.

Способ ускоренной обработки

К быстрому фосфатированию чаще всего прибегают, чтобы сформировать защитное покрытие на поверхностях стальных элементов металлических конструкций. Такой метод предусматривает более тщательную подготовку детали к обработке. Для того чтобы подготовить прокат к этому процессу, необходимо:

  • очистить поверхность, обезжирить ее щелочным составом и промыть;
  • протравить очищенные детали раствором соляной кислоты с последующим промыванием;
  • пассивировать поверхность изделий раствором кальцинированной соды и снова тщательно промыть.

Химическое фосфатирование очищенных поверхностей по ускоренному методу занимает от 15 до 40 минут. Время выбирают, исходя из химического состава и насыщенности рабочего раствора. При использовании препарата «Мажеф» на обработку в среднем уходит 40 минут. Обработанные изделия пассивируют теплым раствором дихромата калия. В завершение обработки детали с уже сформированным фосфатным покрытием промывают горячей водой и просушивают.

Электрохимическая методика

Такая обработка во многом схожа с ускоренным фосфатированием, но отличается тем, что для создания защитного слоя к емкости с изделиями, погруженными в рабочую смесь, подводится постоянный или переменный электрический ток. Метод дает возможность существенно повысить производительность.

Металлические детали размещаются на штангах, выполняющих роль катодов. Как и в случае оксидирования стали, при фосфатировании изделий по такой технологии анодами служат цинковые или углеродистые стальные пластины. Для обработки деталей используют ток плотностью от 0,3 до 3 А/дм2. Обработка при этом занимает от 5 до 20 мин.

Электрохимический метод фосфатирования наряду с явными преимуществами имеет и существенный минус, который заключается в низкой рассеивающей способности электролитного раствора. Из-за этой особенности при создании фосфатной пленки на поверхности изделий со сложной геометрией трудно добиться необходимой равномерности.

Фосфатирование в домашних условиях

Нередко приходится сталкиваться с необходимостью произвести фосфатирование металлических изделий в условиях домашней мастерской. Обычно это алюминиевые детали, но периодически обработки требуют изделия из стали или других металлов.

Фосфатирование в домашних условиях

В домашних условиях приходится прибегать к технологии, которая имеет ряд отличий от фосфатирования в промышленных масштабах. Для полноценной химической обработки условий, как правило, создать невозможно. Чаще всего в таких случаях используют электрохимический метод.

Чтобы получить полноценную защитную пленку, необходима подача постоянного или переменного тока. В качестве рабочей среды можно использовать раствор фосфорной кислоты или препарата «Мажеф». Обрабатываемое изделие устанавливается на погруженный в емкость электрод. Анодом может служить цинковый стержень, подключенный к источнику тока.

Для формирования качественного фосфатного покрытия при рабочем напряжении в 25 вольт нужно выдержать детали в кислотной смеси около получаса. Особенно хорошо таким способом обрабатывать изделия простой формы. Как уже говорилось, при сложной геометрии такая технология не обеспечивает должной равномерности защитной пленки.

Фосфатирование позволяет создавать надежную защиту от воздействия факторов окружающей среды на поверхности металлических деталей. Важно, что даже в условиях домашней мастерской можно использовать различные способы фосфатирования, продлевая срок службы изделий из стали, алюминия и других металлов.


Читайте также
Максим Игоревич Макаров
Максим Игоревич печатает ...

Узнайте цены на изделия со скидками
до 30%

Скачать прайс
Написать на почту

Напишите
письмо на почту

Позвонить бесплатно

Позвонить
бесплатно

Написать на почту

Написать
письмо на почту

Яндекс.Метрика