Властивості і галузі застосування фосфатних покриттів
Фосфатирование являє собою процес обробки металевих виробів розчинами кислих фосфорнокислий солей з утворенням на поверхні захисної сольовий плівки з нерозчинних фосфатів. Фосфатна плівка виконує своє основне призначення - захист від корозії тільки в поєднанні з лакофарбовим покриттям або олійною плівкою, що пояснюється хорошими адгезійними властивостями, сама по собі вона пориста.
Завдяки хорошій адгезії фосфатирование широко застосовують для грунтування під лакофарбові покриття в різних областях машинобудування - автомобільної, суднобудівної, сільськогосподарської та ін. Іноді фосфатуванню піддають різні кріпильні деталі з наступним просоченням мастильними речовинами, оскільки фосфатирование не призводить до зміни розмірів.
Фосфатні покриття не змочуються розплавленими металами; це властивість нерідко використовується в металургійній промисловості та машинобудуванні. Крім того, ці покриття володіють електроізоляційними властивостями, що дозволяє застосовувати фосфатовані вироби в електропромисловості та приладобудуванні.
Обмежившись цим далеко неповним переліком областей застосування фосфатирования, необхідно додати, що його здійснення не пов'язане з витратою дорогих матеріалів, із залученням кваліфікованої робочої сили і будь-якого складного обладнання. Особливо цінним є здатність фосфатной плівки замінювати роль грунту під лакофарбові покриття. Все це робить процес відносно дешевим і пояснює його широке поширення.
Фосфатирование здійснюється методом занурення в розчин кислих солей фосфорнокислого заліза і марганцю, іноді цинку. Сіль ця відома під назвою мажеф (марганець, залізо, фосфор). Нижче наводиться приблизний склад солі мажеф,%:
Водний розчин цієї солі піддається гідролізу
Me (H2 PO4) 2 ↔ Me НPO4 + H3 PO4.
При нагріванні до температури кипіння гідроліз йде далі
5Ме (H2 PO4) 2 ↔2МеНPO4 + Ме3 (PO4) 2 + 6H3 PO4.
Як відомо, при взаємодії заліза з фосфорною кислотою утворюються одно-, дво- і тризаміщені фосфати і виділяється водень:
Fe + 2H3 PO4 → Fe (H2 PO4) 2 + H2,
Fe + Fe (H2 PO4) 2 → 2FeHPO4 + H2,
Fe + 2FeHPO4 → Fe3 (PO4) 2 + H2.
Паралельно може йти дисоціація
3Fe (H2 PO4) 2 ↔ Fe3 (PO4) 2 + 4H3 PO4.
Однозаміщені фосфати добре розчинні у воді, двохзаміщені важко розчиняються, а тризаміщені практично не розчиняються. Останні два з'єднання і є основою фосфатной плівки, що формується на поверхні оброблюваних виробів.
Для запобігання дисоціації однозамещенного фосфату і випадання нерозчинної трифосфата розчин повинен містити вільну фосфорну кислоту. При зануренні в розчин залізо взаємодіє з фосфорною кислотою і концентрація її у поверхні металу зменшується, рівновага реакції порушується і на металі виділяється осад дво- і трехзамещенний фосфатів. Новоутворена при дисоціації монофосфата фосфорна кислота відновлює кислотність розчину біля поверхні металу, що створює умови для подальшого перебігу процесу. У міру зростання фосфатного шару поверхню металу ізолюється від впливу розчину, швидкість фосфатирования через деякий час зменшується і процес закінчується, що помітно по припиненню виділення бульбашок водню.
Процес фосфатування протікає особливо ефективно при температурі 90-100 ° С. Прискорення процесу досягається при введенні азотнокислим або азотисто-кислих солей, що є деполяризаторами; при цьому різко скорочується частка процесу, що протікає з виділенням водню.
Захисна здатність фосфатних плівок, отриманих в присутності прискорювачів (так званих прискореним фосфатуванням), нижче, ніж плівок, отриманих без прискорювачів. Тому прискорене фосфатирование переважно застосовують для створення (заміни) грунту під лакофарбові покриття, або для отримання електроізоляційних фосфатних плівок.
Холодне фосфатирование можна здійснювати шляхом збільшення концентрації вільної фосфорної кислоти і введення солей азотної, азотистої і плавиковою кислот.
Товщина фосфатних плівок залежить від режиму і складу розчину, а також від способу підготовки поверхні оброблюваних виробів. На полірованої сталі в звичайних розчинах утворюються мелкокристаллические плівки товщиною 2-4 мкм. При крупнокристалічного будові забезпечується більш тривалий доступ розчину до металу і формуються плівки товщиною 10-15 мкм, а іноді і більше. У розчинах для холодного фосфатування виходять плівки товщиною до 6 мкм. Розмір фосфатіруемих виробів змінюється незначно з тієї причини, що поряд з ростом плівки розміри дещо зменшуються в результаті травлення в фосфорної кислоти і в кислих фосфорнокислий солях.
Найчастіше і з кращим ефектом фосфатується вироби з вуглецевої і малолегованої стали і чавуну. Високолеговані фосфатується насилу, кольорові метали фосфатується порівняно рідко.