захист металу
фосфатирование
Для забезпечення високої міцності зчеплення лакофарбового покриття з металом, на поверхню останнього наносять хімічним способом фосфатні плівки, що одночасно підвищує корозійну стійкість виробів. Фосфатні плівки володіють хорошими діелектричними властивостями.
Хімічному фосфатуванню можуть піддаватися вуглецеві, низьколеговані і середньолеговані стали, чавун, алюмінієві і магнієві сплави, цинкові і кадмієві покриття та ін.
Сутність хімічного фосфатування полягає в обробці металів і сплавів в підкислених розчинів однозаміщені фосфатів або Монофосфат Fe, Mn, Zn, Ba, Ca та ін.
Процес хімічного фосфатування обумовлений гідролізом однозаміщені фосфатів металів, в результаті чого встановлюється рівновага між одно-, дво-, трехзамещенний фосфатами металів і H3PO4. Утворюється при цьому вільна H3PO4 взаємодіє з основним металом, в результаті чого утворюються важко розчинні дво- і тризаміщені фосфати, які є основною складовою частиною фосфатних плівок.
На якість фосфатних плівок впливають загальна (Ко) і вільна (Кс) кислотності фосфатується розчину, склад його, підготовка поверхні металу і технологічні параметри (температура фосфатується розчину, час обробки). Для отримання якісних фосфатних плівок загальна кислотність розчину повинна складати 28-30 точок, а вільна 3-4 точки. Підвищення вільної кислотності фосфатується розчину подовжує процес фосфатування і знижує захисні властивості фосфатної плівки, а зниження вільної кислотності сприяє утворенню тонких фосфатних плівок з низькими захисними властивостями. Оптимальне співвідношення Ко: Кс = 7: 1/8: 1.
На склад фосфатних плівок великий вплив робить вид катіонів фосфатується розчину.
Для прискорення процесу фосфатування в розчин вводять окислювачі, наприклад NaNO3, NaNO2, Zn (NO3) 2, KBrO3, KclO, в результаті чого збільшується швидкість катодного процесу.
Зростання швидкості катодного процесу в присутності NO3, викликає збільшення швидкості процесу плівкоутворення і значно зменшує час формування фосфатной плівки. Крім того, у присутності окислювачів катіони Fe3 +, які з аніонами PO4 утворюють FePO4. Фосфат залоза не окислюється киснем повітря, тому фосфатні плівки мають більш високими захисними властивостями.
Фосфатні плівки крім підвищеної корозійної стійкості володіють ще цілим рядом цінних властивостей: адгезійною здатністю, масло ємністю, електроізоляційними і антифрикційними властивостями.
Фосфатні плівки підвищують адгезію лакофарбових покриттів, що визначається за їхньою поведінкою в корозійної середовищі або при механічних випробуваннях (удар, вигин і т.п.).
Висока міцність зчеплення лакофарбового покриття з фосфатної плівкою і підвищення їх захисних властивостей пов'язані зі структурою фосфатних покриттів.
Структура фосфатной плівки визначає її пористість, маслоемкость і антифрикційні властивості.
Під маслоемкость (мг / м.кв.) Розуміють ступінь поглинання фосфатних плівкою наноситься на неї масла. Фосфатна плівка збільшує ступінь поглинання олії в 2 рази. Промаслення фосфатной плівки підвищує її захисні властивості: якщо на нефосфатірованной стали в корозійної камері (розбризкування 3% -ного розчину хлориду натрію) виявляється корозія через 0,1 год, то на фосфатированной і промасленим - через 40-48 год.
Наявність на поверхні основного металу фосфатних плівок, наповнених маслом або парафіном, різко знижує коефіцієнт тертя. При випробуванні нефосфатірованной, підданої шліфуванню стали, при напрузі 0,047 МПа схоплювання настає відразу, в той час як фосфатированной сталь в парі з такою ж сталлю без змазування задовільно працює протягом 95 хв. При змащення фосфатированной стали парафіном схоплювання відбувається не раніше, ніж через 50ч. У цих умовах коефіцієнт тертя для фосфатированной стали зі змазкою багато менше, ніж хромованою.
Фосфатні плівки мають діелектричні властивості, що дозволяє використовувати фосфатирование для отримання електроізоляційного покриття на деталях трансформаторів, генераторів і т.п. Просочення фосфатних плівок олійними і бакелітовими лаками значно підвищує пробивна напруга.
Фосфатні плівки не змочуються розплавленими металами (Sn, Pb і ін.) Процес фосфатування проводиться в стаціонарних ваннах (зануренням) або в струменевих камерах (розпиленням).
Основним фосфатується компонентом по ГОСТ 9.073-77 була сіль «Мажеф».
Поряд з позитивними властивостями процес фосфатування в розчині солі Мажеф має і недоліки, які обмежують області його застосування. В процесі фосфатирования відбувається сильне виділення водню (наводороживание), тому в наслідок утворення газових мішків ванна непридатна для фосфатування деталей складної конфігурації, а так само пов'язане з цим зменшення пластичності і тривалої міцності, особливо високоміцних сталей. При фосфатировании високоміцних сталей виявляється корозійне розтріскування в області пружних напруг, що розтягують.
Фосфатирование в цинк-фосфатному розчині.
У розчині монофосфата цинку встановлюється рівновага 3Zn (H2PO4) 2 Zn3 (PO4) 2v + 4H3PO4.
При обробці в розчині монофосфата цинку сталь взаємодіє з вільною ортофосфорної кислотою з утворенням розчинної монофосфата заліза (ll), в результаті чого рівновагу зміщується в бік утворення труднорастворимого трехзамещенний фосфату цинку.
Для прискорення процесу фосфатування в розчин монофосфата цинку вводять нітрати, які беруть участь в катодного реакції і окислюють катіони Fe2 + до Fe3 +. Завдяки цьому в фосфатується розчині концентрація Монофосфат заліза (ll) мінімальна. Твір для розчинності двох-і трехзамещенний фосфатів заліза (ll) у багато разів більше, ніж для трехзамещенний фосфату цинку. Тому в першу чергу на поверхні стали утворюються фосфатні плівки, основною складовою частиною яких є трьох заміщений фосфат цинку.
Одночасно з утворенням фосфатной плівки на поверхні стали на зовнішній стороні плівки спостерігається її розчинення. Це призводить до того, що рихлість зовнішніх шарів фосфатной плівки більше, ніж внутрішніх.
Основна маса плівки утворюється протягом перших кількох хвилин, після чого швидкість росту плівки зменшується і, починаючи з 15 хв, стає малопомітною. Зростання фосфатной плівки припиняється, коли швидкість її утворення стає рівною швидкості її розчинення на зовнішній стороні.
З підвищенням вільної кислотності швидкість розчинення фосфатної плівки збільшується, в результаті чого швидкість росту зменшується, плівка стає пухкої, що знижує її захисні властивості. При зменшенні вільної кислотності посилюється шламообразованіе, і захисні властивості фосфатної плівки знижуються.
Застосування порошкових фарб для захисту металу знизили вимоги до фосфатується покриттям відкривши широке застосування аморфним плівкам.
Маса аморфних фосфатних плівок на сталі на один порядок менше, ніж маса кристалічних плівок. Тому захисні властивості аморфних плівок порівняно нижче. Аморфні плівки рекомендується застосовувати в поєднанні з полімерним покриттям (Металлопласти), які здатні витримувати значні деформації внаслідок великої міцності зчеплення фосфатированной сталь - полімер.
Процес одночасного знежирення і фосфатування
З метою зниження собівартості одержуваних плівок є застосування технологи одночасного знежирення і фосфатування деталей. Одним із пропонованих матеріалів є композиція «Рускон-101».
При необхідності композиція може бути модифікована для фосфатування цинку і алюмінію. Властивості фосфатного покриття, що отримується з розчину фосфатирования. відповідають вимогам стандарту LST ISO 9717 "Конверсійні фосфатні покриття для металів. Вимоги. Методи контролю". Маса отримуваного фосфатного покриття (0,5- 1,0) г / м2.
Композиція може бути використана для фосфатування металевої поверхні як зануренням так і методом розпилення.
Фосфатне покриття повинне бути рівномірним, повністю покривати металеву поверхню. Покриття повинне бути синьо-фіолетово-райдужного кольору з сірим відтінком, іноді воно набуває жовто-зелений відтінок. Нерівномірність кольору не є ознакою недостатньої якості покриття.
Визначення корозійної стійкості Корозійну стійкість визначають методом краплі по ГОСТ 9.302, застосовуючи розчин 37.
Витрачений розчин фосфатирования нейтралізують розчином кальцинованої соди (Nа2СОз) або вапном до рН 7,0-8,0. Після осадження шламу розчин спрямовується на станцію стічних вод. Забарвлення рекомендується проводити не пізніше як через 6 годин після фосфатування.