Фосфатні покриття є одним з видів конверсійних, т. Е. Одержуваних в результаті взаємодії металу з робочим розчином. Вони являють собою кристалічну плівку важкорозчинних у воді фосфорнокислий солей заліза і марганцю або заліза і цинку. Залежно від стану поверхні металу і умов фосфатирования формуються плівки товщиною від 1 до 100 мкм, дрібно- або грубозернисті, що володіють рядом дуже цінних властивостей. Вони стійкі в атмосферних умовах, в мастильних маслах і органічних розчинниках, але руйнуються в кислотах і лугах. Такі покриття мають високу Електроопір і витримують напругу до 250 В, а після просочення ізоляційними маслами - до 1000 В. Це дозволяє застосовувати фосфатирование для отримання ізоляційного шару на трансформаторних, роторних, статорних пластинах. Твердість фосфатной плівки нижче, ніж стали, але дещо перевищує твердість міді. Вона тендітна, нестійка проти фрикційного зносу, не впливає на механічні та електромагнітні властивості металу. Завдяки значній пористості фосфатні плівки добре утримують масла, консистентні мастила, лаки.
Фосфатні покриття не змочуються розплавленим металом, і ця властивість використовується в технології металургійного виробництва. Шар фосфатів, просочений мастилами, сприятливо позначається на процесах волочіння дроту, протягання труб, штампуванні.
Просочення мінеральними маслами, консистентними мастилами, особливо якщо вони містять добавки інгібіторів, значно покращує захисну здатність покриттів. Найбільш широке застосування фосфатні плівки знаходять в якості грунту під лакофарбові покриття. Вони сприяють кращій адгезії лакофарбового шару до поверхні металу і в такому комбінованому варіанті суттєво підвищують стійкість виробів проти корозії навіть в жорстких кліматичних умовах.
Фосфатуванню можна піддавати вуглецеві і низьколеговані сталі, чавун, деякі кольорові і легкі метали. Високолеговані фосфатується насилу, і на них утворюються плівки більш низької якості, ніж на вуглецевих сталях. Фосфатні плівки на алюмінії і магнії є менш надійним захистом від корозії, ніж плівки, отримані електрохімічним оксидуванням.
Формування фосфатной плівки починається з електрохімічного розчинення металу, причому на анодних ділянках поверхні метал в іонному стані переходить в розчин, на катодних ділянках відбувається виділення водню:
Результатом цієї реакції є зниження вмісту НзРО4 в розчині, що призводить до зменшення концентрації іонів водню і утворення вторинних і третинних солей:
Утворені однозаміщені фосфати легко розчиняються у воді, двохзаміщені важко розчиняються, а тризаміщені практично не розчиняються. Що виходять при реакціях вільна фосфорна кислота підвищує концентрацію іонів водню в розчині, що сприяє подальшому ходу процесу. Що виділився на поверхні металу осад нерозчинних фосфатів утворює з ним міцну кристалохімічною зв'язок.
Для запобігання дисоціації однозамещенного фосфату і створення сприятливих умов для утворення нерозчинного трехзамещенний фосфату розчин повинен містити деякий надлишок фосфорної кислоти. Одночасно слід враховувати, що надмірний надлишок кислоти може зрушити реакцію в небажану сторону. Освіта однозаміщені солей ускладнює формування суцільної плівки або взагалі перешкоджає її виникненню. Тому кислотність розчину відіграє велику роль в процесі отримання фосфатних покриттів.
Дослідження процесу фосфатування стали показали, що формується плівка складається ніби з двох шарів: 1) внутрішнього, бар'єрного, невеликої товщини, гладкого, еластичного, дуже пористого, безпосередньо прилеглого до металу; 2) зовнішнього, що має кристалічну будову, крихкого, що складається з вторинних і третинних фосфатів і визначає основні позитивні властивості плівки. У міру зростання зовнішнього шару поверхню металу ізолюється від впливу розчину, і швидкість процесу поступово зменшується.
Товщина і структура фосфатних плівок залежать від складу оброблюваного металу, умов фосфатирования і способу попередньої обробки поверхні деталей. У звичайних розчинах на полірованій поверхні стали утворюється дрібнокристалічна плівка товщиною 1-4 мкм, тривалість процесу становить близько 30 хв. При формуванні плівки крупнокристаллической структури забезпечується більш тривалий доступ розчину до металу, тривалість процесу збільшується до 60-90 хв, товщина плівки досягає 10-12 мкм. Мелкокристаллические плівки внаслідок їх меншої пористості характеризуються більш високою захисною здатністю в корозійних умовах, ніж крупнокрісталліческіе плівки великої товщини. Травлення стали в кислотах сприяє утворенню крупнокристаллической фосфатной плівки, а гидроабразівная обробка - мелкокристаллической. Відповідно змінюється і тривалість процесу.
Основою багатьох розчинів для фосфатування є препарат мажеф, до складу якого входять солі Мn (Н2 РО4) 2 • Н2 О, MnHPО4. Fe (H2 PO4) 2. У такому розчині процес фосфатування особливо ефективно протікає при 90-100 ° С. Його можна прискорити введенням спеціальних добавок окислювачів, у тому числі найбільше застосування знайшли азотнокислі і азотистокислих солі цинку і барію. Ці добавки є деполяризаторами, що сприяють зменшенню виділення водню. Остання обставина слід враховувати при обробці тонкостінних деталей і пружин, так як в розчинах, що містять окислювачі, наводороживание стали відбувається в меншій мірі, ніж в звичайних розчинах мажеф. Захисна здатність фосфатних плівок, сформованих в таких розчинах, щодо нижче, ніж у відсутності окислювачів.
Температуру розчину при фосфатировании можна значно знизити збільшенням концентрації вільної фосфорної кислоти і введенням активують добавок, в якості яких застосовують нітрати, нітрити або фториди. Товщина плівок, які формуються в цих розчинах, становить 4-6 мкм, якість їх трохи гірше, ніж плівок, сформованих при підвищеній температурі. Так зване холодне фосфатирование, т. Е. Проведення процесу при кімнатній температурі, рекомендується, головним чином, для обробки деталей струменевим методом. Розміри деталей при фосфатировании змінюються незначно, так як з ростом фосфатного шару відбувається зменшення товщини металу за рахунок його розчинення.
В останні роки все більше уваги приділяється фосфатуванню кольорових металів. Розроблено процеси фосфатирования цинку, кадмію, нікелю, сплаву ковар. Утвориться на цих металах плівка складається, в основному, з четирехводного третинного фосфату цинку. На кадмії і цинку стійка проти корозії плівка формується за 10 -20 хв, на нікелі і підступний - за 30 - 40 хв. У розчинах, що містять добавки прискорювачів, тривалість фосфатирования кадмію вдається зменшити до 5-10 хв, цинку - до 3-5 хв. Лакофарбові покриття, нанесені на нікель по фосфатного грунту, придатні для виробів, що працюють в тропічному кліматі.