Фазлутдинов К.К.

05.07.2019 (обновленно 05.07.2019)

1771 просмотров

Преимущества горячего фосфатирования над низкотемпературным (холодным)

Первые попытки произвести нанесение антикоррозинного фосфатного покрытия датируются 1870-ми годами, когда раскаленный металл погружался в раствор фосфорной кислоты. За последнее столетие исследования в области фосфатирования были направлены на интенсификацию процесса и улучшение получаемых свойств фосфатной пленки.

Фосфатированию могут подвергаться черные и цветные металлы (алюминий, медь, магний и др.). Различают горячее и холодное фосфатирование. Как следует из названия, первое проводят при температурах от 60°С, второе возможно производить при комнатной температуре, хотя рекомендуется диапазон 40-60°С.

При горячем фосфатировании процесс нанесения фосфатной пленки занимает в среднем 10-15 минут. При холодном длительность процесса находится в широком диапазоне – от 1 часа до 3 суток.

Наилучшего качества фосфатного покрытия можно добиться при проведении процесса горячего фосфатирования при температуре 97 – 98°С. При более высокой температуре образуются шламы, при более низкой изменяется кристаллическая структура покрытия.

Основные преимущества холодного фосфатирования перед горячим это экономия электроэнергии, а следовательно и ресурсов за счет отсутствия необходимости нагрева раствора и поддержания в рабочем состоянии ТЭНов. Эти преимущества зачастую нивелируются за счет увеличения времени обработки изделия при холодном фосфатировании.

Наиболее часто холодное фосфатирование используется в качестве подготовительной операции перед дальнейшей покраской изделий из-за образования тонкой фосфатной пленки с низкими защитными свойствами. Растворы для холодного фосфатирования подвержены ускоренному гидролизу, что приводит к быстрому увеличению свободной кислотности раствора. Это в свою очередь негативно отражается на защитных характеристиках и пористости фосфатного покрытия. При ведении процесса холодного фосфатирования образуется большое количество фосфатов железа, которые оседают в виде шлама и затрудняют процесс фосфатирования.

При холодном фосфатировании достаточно тяжело контролировать содержание свободной фосфорной кислоты, что в свою очередь приводит к частому его завышению или занижению. Это приводит к ухудшению и так низких защитных свойств пленки, полученной холодным способом.

В ваннах холодного фосфатирования при отсутствии постоянной корректировки свободной кислотности после 1-2 партий наблюдается серьезное шламообразование, что приводит к ухудшению защитных свойств получаемой пленки, перераспределению основных компонентов из раствора в шлам (а именно, первичных фосфатов) и к образованию белого налета на готовых изделиях.

Соответственно, для удаления шлама необходимо наличие фильтровальной установки, работающей в непрерывном режиме. В купе с низкой свободной кислотностью появляется необходимость постоянного анализа раствора и корректировки этой самой свободной кислотности до равновесного состояния.

Все это в сумме приводит к чрезмерному, в разы более серьезному, чем при горячем фосфатировании расходу реактивов (корректировка, анализ, быстрая выработка фосфатов).

Растворы холодного фосфатирования очень чувствительны к качеству воды используемой для разведения (наибольшую роль играет жесткость воды). Для приготовления раствора рекомендуется использование деионизированной воды, что в свою очередь требует либо наличие установки для ее бесперебойного получения либо закупку этой самой воды. Растворы для подготовки деталей к покрытию также рекомендуется готовить на деионизированной воде.

С учетом экологической ситуации в мире, количество образующихся в процессе фосфатирования отходов играет немаловажную роль при выборе способа фосфатирования. При холодном фосфатировании образуется в 2-3 раза больше шлама (в основном – фосфата железа), чем при горячем.

Большинство этих проблем решило появление и дальнейшее совершенствование процесса горячего фосфатирования. Температура 97-98 °С в сочетании с правильно выбранными ускорителями позволяет уменьшить время образования фосфатной пленки до 5-10 минут. При этом образуется мелкокристаллическое (при необходимости возможно изменение состава для получения крупнокристаллического осадка) равномерное покрытие с высокой степенью адгезии, как к основе, так и к последующим слоям.

Горячее фосфатирование многие годы широко используется в автомобильной и авиационной промышленности, а в последнее время получило распространение в нефтяной промышленности благодаря высокой стойкости к нефтепродуктам и хорошим фрикционным свойствам получаемого покрытия.