Основныая информация по химическому фосфатированию

Неметаллические неорганические покрытия, состоящие из неорганических соединений металлов, включают хроматные, фосфатные, оксидные и другие покрытия. Фосфатное покрытие имеет цвет от светло-серого до черного.

Создаваемые на поверхности изделий из металла фосфатные пленки, имеют целый ряд свойств, среди которых:

1. увеличенная коррозийная стойкость
2. маслоемкость
3. адгезионная способность
4. антифрикционные свойства
5. электроизоляционные качества

Процессу химического фосфатирования можно подвергать стали:

• углеродистые
• низколегированные
• среднелегированные
• чугун
• магниевые
• алюминиевые сплавы
• кадмиевые
• цинковые покрытия и т.д.

Суть химического фосфатирования металлов и сплавов заключается в обработке их в подкисленных растворах монофосфатов или однозамещенных фосфатов железа, цинка, марганца и других.

В процессе химического фосфатирования происходит гидролиз однозамещенных фосфатов металлов, из за чего создается равновесие между фосфорной кислотой и одно-, двух-, трехзамещенными фосфатами металлов, при этом образуется свободная фосфорная кислота, которая взаимодействует с основным металлом в процессе фосфатирования, из за чего создаются трудно растворимые двухзамещенные и трехзамещенные фосфаты, составляющие основную часть фосфатных пленок. Большое влияние на состав фосфатных пленок оказывает тип катионов фосфатирующего раствора. Фосфат железа, образующийся в результате этого процесса, кислородом воздуха не окисляется, в связи, с чем фосфатные пленки имеют высокие защитные свойства. Размеры кристаллических структур могут быть разные, все зависит от подготовки поверхности металла. Самые высокие защитные свойства имеют мелкокристаллические пленки. Самые же низкие защитные свойства имеют крупнокристаллические пленки. Свойство фосфатных пленок повышать адгезию клеевых, лакокрасочных и других подобных покрытий, является главной причиной применения фосфатирования для крепежных деталей и пружин. На высокую прочность сцепления фосфатной пленки с лакокрасочным покрытием и повышение защитных свойств, влияет структура фосфатных покрытий. Между металлом и фосфатной пленкой имеется молекулярная связь. От структуры фосфатной пленки зависит ее маслоемкость, пористость и антифрикционные свойства. Проведение дополнительной обработки повышает качество защитных свойств фосфатной пленки. Проводится такая обработка в растворах соединений хрома, гидрофобизированием, промасливанием и окраской.

Для промасливания фосфатированных деталей в основном используется авиационное или веретенное масло, нагретое до 100-110 С. Также применяют для промасливания при комнатной температуре эмульсию или раствор масла в органических соединениях.

При гидрофобизировании на поверхности деталей образуется тонкая водоотталкивающая (гидрофобная) пленка. Маслоемкость подразумевает степень поглощения фосфатной пленки нанесенного на нее масла. Примерно в два раза фосфатная пленка дает увеличение поглощения масла. Следующим примером можно характеризовать, как повышаются защитные свойства промасленной фосфатной пленки: если в коррозийной камере на нефосфорированной пружине из стали (разбрызгивание трех процентного раствора хлорида натрия) коррозия обнаруживается через 0,1 часа, то на фосфатированной и промасленной пружине через 40-48 часов. Если поверхность основного металла имеет фосфатные пленки, накопленные маслом или парафином, то это дает резкое снижение коэффициента трения. При проведении испытания нефосфатированной стали, предварительно подвергнутой шлифованию, при напряжении 0,047 Мпа, сразу происходит схватывание, тогда как, фосфатированная сталь с такой же сталью, без применения смазывания продолжает удовлетворительную работу в течение 95 минут. Если фосфатированная сталь смазывается парафином, то схватывание наступает не ранее чем через пятьдесят часов. Фосфатные пленки имеют диэлектрические свойства, что дает возможность применять фосфатирование для образования электроизоляционного покрытия и использования таких деталей в трансформаторах, генераторах и т.п.
При пропитывании фосфатных пленок бакелитовыми и масляными лаками, намного повышается пробивное напряжение.

Для фосфатирования пружин, стальных деталей средней и низкой прочности (1400 Мпа) наибольшее распространение получил раствор соли Мажеф. В качестве исходных компонентов для изготовления раствора применяется монофосфат марганца и железа, получивший название Мажеф. Фосфатная пленка, образующаяся в солевом растворе Мажеф, может иметь толщину от 7 до 50 мкм. У фосфатных пленок большая прочность сцепления со сталью, микропористая структура, хорошие электроизоляционные свойства (напряжение пробива до 1000 В). Электроизоляционные свойства и жаростойкость фосфатных пленок сохраняются приблизительно до 5000 С. Если фосфатную пленку нагреть до 350 С, то это приводит к потере пленкой кристаллизированной воды, отчего изменяется ее структура и в 2-3 раза снижаются защитные свойства. Когда в растворе Мажеф происходит фосфатирование высокопрочных сталей, то появляется коррозионное растрескивание в местах упругих растягивающих напряжений (особенно у пружин). Чтобы не допустить таких проявлений, применяются цинк-фосфатные ванны. При массовом фосфатировании мелких и крепежных деталей применяют ванны с установленными в них вращающимися барабанами, такие же применяют в гальванических процессах.