Фосфатирование металлов
Технологии фосфатирования деталей
Переход металла в пассивное состояние связан со смещением его потенциала в более положительную область. Этому способствует введение в фосфатирующие растворы окислителей. С другой стороны, ускорить этот процесс можно смещением потенциала в заданную область при наложении внешнего тока. Характер поляризации оказывает различное влияние на формирование и свойства пассивной пленки на металле. Технология катодной поляризации вследствие уменьшения кислотности в приэлектродном слое раствора и кристаллизации фосфатов по объемному механизму при катодной поляризации на поверхности стального электрода формируется толстый фосфатный слой, который почти полностью отслаивается при изгибе электрода на 90-180°. Напротив, технология анодной поляризации металлического (стального) электрода приводит к образованию тонкого, прочно сцепленного с основой фосфатного покрытия. Известной проблемой при анодном фосфатировании является защелачивание катодного пространства и вязанное с этим усиленное образование шлама, приводящее к нестабильности работы гальванической ванны.
Зависимость свойств фосфатного покрытия от направления поляризации используется в электрохимических технологиях фосфатирования. Обычно фосфатирование под током проводят для получения специальных свойств пленки, например, большой толщины или повышенной адгезии. В зависимости от заданных свойств фосфатного покрытия металла обрабатываемый металл служит катодом или анодом. Электрохимическое фосфатирование металла осуществляют как постоянным, так и переменным током. Последняя технология способствует значительному повышению механической прочности и защитных свойств покрытия по сравнению с процессами химического фосфатирования.
Аналогично процессам гальванического фосфатирования, образование фосфатной пленки на аноде и катоде может происходить при обработке находящихся в контакте разнородных металлов, например, стали и меди или стали и цинка. В этом случае возникающий на биметаллическом электроде компромиссный потенциал влияет на состояние каждого из металлов вследствие поляризации одного из них в катодном, а другого — в анодном направлении.
Для ускорения технологического процесса низкотемпературного (27°С) фосфатирования стали предлагается формировать гальванопару, в которой обрабатываемое изделие (анод) непосредственно контактирует с катодом из нержавеющей стали или меди. Отмечается, что при соотношении площадей анода и медного катода 1:2 масса образовавшегося на стали фосфатного слоя более чем в три раза превышает массу покрытия в отсутствие гальванопары.
Структура фосфатных покрытий
Основной характеристикой фосфатного покрытия, во многом определяющей его функциональные свойства, является его масса или толщина. В технологии фосфатирования металла обычно оперируют массой фосфатного слоя mф, а действующие стандарты регламентируют либо массу фосфатного слоя, либо его массу и толщину. Кроме массы фосфатного слоя определяют массу металла, растворившегося при фосфатировании mстр. При этом массу слоя и массу стравившегося металла относят к единице площади покрываемого объекта и выражают в г/м2.
Широкое практическое применение имеет гравиметрическая технология определения массы фосфатного покрытия и массы растворившегося при фосфатировании металла. Отношение mстр/mф является одним из показателей процесса фосфатирования: малое значение W свидетельствует об эффективности процесса, а большое — о чрезмерном травлении подложки. Оптимальным для технологии кристаллического фосфатирования металла следует считать W=0,4-0,6. Для процессов аморфного фосфатирования W=1-1,5
Масса фосфатных покрытий может изменяться в широких пределах от 0,1 до 50 г/м2 в зависимости от составов фосфатирующих растворов, способов и режимов их нанесения на металлы. Автомобильные стандарты в зависимости от назначения фосфатирования, предусматривают следующие величины масс фосфатных покрытий:
-
-
Под окраску требуются слои массой не более 5 г/м2;
-
При электрофоретическом окрашивании в диапазоне 1,5 -4 г/м2;
-
Перед холодной деформацией металла — 5 — 20 г/м2;
-
для защиты металла от коррозии — 10 — 30 г/м2;
-
для противоизносного фосфатирования — 5 — 15 г/м2.
-
Требования к кристаллической структуре фосфатных покрытий различны в зависимости от назначения покрытий. Так, например, в качестве самостоятельных антикоррозионных покрытий металла в сочетании с маслами или восками наиболее пригодны толстые крупнокристаллические слои с размером кристаллов 50-100 мкм. В качестве адгезионных слоев под лакокрасочные покрытия (ЛКП) используются тонкие мелкокристаллические фосфатные покрытия с размером кристаллов 3-15 мкм. Для толстых крупнокристаллических фосфатных слоев и не только существует опасность отслоения от металла ЛКП подслоем, но и ухудшается внешний вид окрашенной поверхности.
Электрохимическое фосфатирование для защиты от коррозии
Фосфатирующие концентраты:
№ | Состав | Масса фосфатного слоя, г/м2 |
Технология нанесения |
Концентрация раствора, г/л |
T, °C |
Длительность процесса, мин |
[NaOH], г/л |
Способ корректировки |
Расход, кг/100м2 |
Назначение |
I | КФ-1 | 2-3,5 | распыление | 24 | 48-52 | 1,5-2 | 0,1-0,15 | КФ-1 | 1,7-3 | Дня фосфатирования стали перед нанесением лакокрасочных покрытии, в том числе перед окрашиванием анодным электроосаждением. |
3-4,5 | погружение металла | 33 | 50-55 | 5-10 | 0,15-0,16 | КФ-1 | 1,6-2,4 | |||
КФ-3 | 2,5-5 | погружение металла | 72 | 50-55 | 5-10 | КФ-3 | 0,7-1,5 | |||
II | КФ-12 | 1,5-2,5 | распыление | 20 | 48-52 | 2-2,5 | 0,1-0,15 | КФ-12К | 1,1-1,7 | Для фосфатирования стали перед окрашиванием, в т.ч. анодным и катодным электроосаждением. |
КФ-14 | 2,5-3,5 | погружение | 48 | 50-55 | 3-3,5 | 0,1-0,15 | КФ-14К | 1,4-1,9 | Для фосфатирования стали перед окрашиванием, в т.ч. анодным и катодным электроосаждением, для установок проходного конвейерного типа. |
|
III | КФ-15 | 1,5-3,5 (сталь) |
распыление | 40 | 48-52 | 2-2,5 | 0,1-0,15 | КФ-15К | 1,5-1,8 | Для фосфатирования стали и предварительно покрытых сталей перед окрашиванием катодным электроосаждением. |
1,5-3,5 (оцинк. сталь) |
||||||||||
КФ-16 | 2,5-4,4 | погружение | 67 | 50-55 | 5-5,5 | 0,1-0,15 | КФ-16К | 3,7-4,5 | Для фосфатирования стали перед окрашиванием анодным и катодным электроосаждением. | |
КФ-17 | 2-3,5 (сталь) |
погружение | 48 | 50-55 | 3-3,5 | 0,1-0,15 | КФ-17К | 1,5-1,9 | Для фосфатирования стали и оцинкованной стали перед окрашиванием катодным электроосаждением для установок проходного конвейерного типа. | |
2,4-3,6 (оцинк. сталь) |
||||||||||
IV | КФА-8 | 0,2-0,4 | распыление | 20 | 55-60 | 2-4 | — | КФА-8 | 1,5-2,0 | Для одновременного обезжиривания и аморфного фосфатирования стали, цинка и алюминия перед порошковым окрашиванием. |
0,3-0,6 | погружение | 45 | 30-60 | 3-15 | — | |||||
КФА-9 | 0,1-0,2 | пароструйный | 10 | 130-140 | 0,6-0,9 на 1 м2 |
— | — | 3,8-5,5 | Для одновременного обезжиривания и аморфного фосфатирования крупногабаритных деталей пароструйным методом перед окрашиванием. | |
КФА-10 | 0,6-0,9 | погружение | 45 | 50-60 | — | КФ-10К | 1,5-2,0 | Для одновременного обезжиривания и аморфного фосфатирования стали, цинка и алюминия перед порошковыми лакокрасочными покрытиями. | ||
КФА-С | 10 | 45-49 | КФА-С | — | Сухая композиция для одновременного обезжиривания и аморфного фосфатирования стали перед окрашиванием, особенно порошковыми лакокрасочными покрытиями. | |||||
V | КФ-7 | 8-20 | погружение | 45 | 70-75 | 5-10 | — | КФ-7 | 3,5-4 | Для фосфатирования металлических поверхностей (в т.ч. проволоки) методом окунания и скоростным методом перед операциями холодной деформации (штамповкой, волочением, холодной прокаткой, выдавливанием). |
3-8 | погружение | 220 | 70-75 | 0,35-0,5 | — | 2,1-3,7 | ||||
КФЭ-1 | 15-30 | погружение | 100 | 95-98 | 8-10 | — | КФЭ-1 | 2-2,5 | ||
КФЭ-2 | 5-15 | погружение | 250 | 95-98 | 0,35-0,5 | — | КФЭ-2 | 3,5-5 | ||
КФЭ-3 | 6-12 | погружение | 40 | 55-65 | 10-12 | 0,2-0,3 | КФЭ-3 | 3-4 | Для фосфатирования металлических поверхностей перед операциями холодной деформации (штамповкой). | |
VI | КПФ-1 | 10-16 мкм | погружение | 150 | 95-98 | 15-30 | — | не корр. | 20-25 | Для фосфатирования трущихся стальных и чугунных поверхностей с последующим промасливанием для предотвращения износа, задира и улучшения приработки. |
КПФ-2М | 0,5-2,5 мкм | погружение | 100 | 90-95 | 2-3 | — | КПФ-2КМ | 5,3-6,5 | ||
VII | КФ-3 | 3-5 | погружение | 72 | 50-55 | 5-10 | — | КФ-1 | 1,3-1,5 | Для фосфатирования металлических поверхностей перед промасливанием с целью защиты от коррозии. |
КФ-7 | 5-15 | погружение | 72 | 70-80 | 10 | — | КФ-7 | 2,5-6 |
Для запроса на установку утилизации фосфатирующего концентрата заполните опросный лист.
Приобрести книгу «Фосфатирование» — Григорян Н.С. Вы можете здесь.