Химическое фосфатирование стали

Главная → Химическое фосфатирование стали

Процесс фосфатирования заключается в образовании на поверхности металла пленки нерастворимых в воде фосфорнокислых солей марганца и железа или цинка и железа.

 

При взаимодействии железа с фосфорной кислотой образуется одно-, дву- и трехзамещенные фосфаты и выделяется водород по уравнениям:
           

Fe + 2H3PO4 --> Fe(H2PO4)2 + H2

Fe + Fe(H2PO4)2 --> 2FeHPO4 + H2

Fe + 2FeHPO4 --> Fe3(PO4)2 + H2


Одновременно может идти диссоциация:
           

Fe(H2PO4)2 -- Fe3(PO4)2 + 4H3PO4


Аналогично протекает реакция фосфорной кислоты с цинком. Образующиеся однозамещенные фосфаты хорошо растворимы в воде, двузамещенные трудно растворимы, а трехзамещенные практически не растворяются. Последние два соединения образуют основу пленки на поверхности металла.

 

Последние два соединения и являются основой пленки, формирующейся на поверхности металла.

В приведенной выше реакции, для предотвращения диссоциации однозамещенного фосфата и выпадения нерастворимого трифосфата раствор должен содержать некоторый избыток фосфорной кислоты. При погружении в такой раствор железа, то в результате его взаимодействия с фосфорной кислотой уменьшится ее концентрация у поверхности металла, нарушится равновесие реакции и на металле выделится осадок дву- и трехзамещенных фосфатов.


Фосфорная кислота, образовавшаяся при диссоциации монофосфата, восстанавливает кислотность раствора у поверхности металла, что создает условия для дальнейшего протекания процесса.

По мере роста фосфатного слоя поверхность металла изолируется от воздействия раствора, скорость фосфатирования через некоторое время уменьшается, процесс заканчивается, что заметно по прекращению выделения пузырьков водорода.

 

Процесс фосфатирования в растворах, содержащих однозамещенные фосфаты, особенно эффективно протекает при высоких температурах. Его продолжительность достигает 120 минут. Ускорение процесса возможно с помощью введения в раствор специальных добавок.

Защитная способность фосфатных пленок, полученных ускоренным фосфатированием, ниже, чем пленок, полученных в обычных растворах. Поэтому ускоренное фосфатирование применяют преимущественно для получения грунта под окраску или электроизоляционных фосфатных пленок.

 

Холодное фосфатирование пригодно для обработки деталей струйным методом, а также для обработки деталей, нагрев которых нежелателен.Температуру фосфатирующих растворов возможно значительно понизить увеличением концентрации фосфорной кислоты, а так же добавлением активирующих добавок.

Толщина фосфатных пленок зависит от способа их получения, состава обрабатываемого материала и его подготовки перед фосфатированием. В обычных растворах на полированной поверхности стали образуются мелкокристаллические пленки толщиной 2-4 мкм. При крупнокристаллическом строении обеспечивается более продолжительный доступ раствора к металлу и формируются пленки толщиной 10-15 мкм, а иногда и более. В растворах для холодного фосфатирования получаются пленки до 6 мкм. Размеры деталей при фосфатировании меняются незначительно, т.к. наряду с ростом фосфатного слоя происходит уменьшение толщины металла за счет травления.

Фосфатный слой обладает рядом ценных свойств, которые определяют область применения фосфатирования. Он устойчив в атмосферных условиях, в смазочных маслах и органических растворителях. Фосфатная пленка характеризуется высокой адгезионной способностью и высоким электросопротивлением. Недостатками фосфатной пленки является низкая стойкость в кислотах и щелочах (однако, цинковое покрытие с фосфатированием лучше противостоит кислой среде, чем цинковое покрытие с хроматированием; также, цинковое покрытие с фосфатированием и промасливанием может заменять кадмий, т.е. лучше стоит в солевой среде). Также фосфатные пленки механически сравнительно непрочны, неэластичны. Фосфатирование в растворах без окислителей сопровождается наводораживанием стали, что негативно влияет на ее физико-механические свойства (повышает хрупкость).

Наиболее широко фосфатирование применяется для защиты деталей от коррозии. Защитные свойства фосфатных пленок на стали выше, чем химических оксидных. Пропитка маслами, ингибиторами, полимерными композициями, лаками значительно повышает коррозионную стойкость фосфатированных изделий. В электротехнической и радиотехнической промышленности фосфатирование используется для нанесения электроизоляционного слоя на трансформаторные, роторные и статорные пластины.

Фосфатированию могут подвергаться углеродистые и низколегированные стали, чугун, некоторые цветные и легкие металлы (алюминий, магний, цинк. кадмий). Высоколегированные стали фосфатируются с трудом и дают пленки низкого качества. Фосфатированный алюминий и магний обладает более низкой коррозионной стойкостью, чем анодированный.


Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО "НПП Электрохимия" Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс "Оригинальные тексты"

Яндекс.Метрика