травление, нейтрализация, очистка стоков - Алюфиниш

ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ

карта сайта пишите нам
© 2009-2017 «Алюфиниш Рус» – анодирование алюминия

140005, г. Люберцы, ул. Комсомольская, д. 15 а, 11 этаж
тел. +7 (495) 232-64-43 (многоканальный)

Фосфатирование

Фосфатирование – процесс получения покрытий на изделиях из цветных и черных металлов, в результате которого ионы обрабатываемой поверхности становятся частью образующейся на ней плёнки, состоящей в основном из нерастворимых солей фосфорной кислоты.

Фосфатированию подвергаются: чугун, низколегированные и углеродистые стали, кадмий, цинк, медь и её сплавы, алюминий. Фосфатированию плохо поддаются высоколегированные стали. Пленка фосфатов не только предотвращает коррозию металла, но и является отличным грунтом под лакокрасочные покрытия. Она не только повышает адгезию краски к металлу, но и существенно замедляет подпленочную коррозию при повреждении краски, поэтому часто используется в автомобильной промышленности

Фосфатирование с последующим нанесением лакокрасочного покрытия является эффективным, надежным и сравнительно недорогим методом защиты металлической поверхности от коррозии. Состоит метод защиты в создании труднорастворимой поверхностной пленки солей железа и цинка.

Возникновение такой пленки всегда связано с реакцией травильной коррозии металла. Техническое и экономическое значение имеют такие методы фосфатирования с использованием водных растворов, которые могут быть осуществлены путем орошения изделий или их погружения в соответствующие растворы.

В зависимости от механизма формирования фосфатных покрытий различают т.н. «некроющее фосфатирование» и «фосфатирование с образованием плёнки». Строго говоря, такая классификация не является однозначно корректной, поскольку плёночные покрытия образуются в обоих случаях. Однако, по сравнению с покрытиями, полученными по второму механизму, пленки «некроющего фосфатирования», как правило, значительно тоньше.

Результат и качество фосфатирования зависят от большого числа влияющих факторов — например, первичного материала, очистки, процесса ополаскивания, а также используемого контрольного оборудования.

Фосфатирование с образованием плёнки

Такой тип фосфатирования подразумевает образование кристаллических покрытий. Примерами могут служить процессы, проводимые обработкой растворами, содержащими: цинковый фосфат, цинково-железный фосфат и цинково-марганцевый фосфат.

В случае взаимодействия стальной поверхности с цинкфосфатным раствором, результирующее уравнение химической реакции можно записать следующим образом: Fe + 5Zn(H2PO4)2 → Zn3(PO4)2↓ + Zn2Fe(PO4)2↓+ 6H3PO4 + H2

Образовавшиеся нерастворимые соли, кристаллизуясь, захватывают по 4 молекулы воды, образуя гопеит Zn3(PO4)2*4H2О и фосфофиллит Zn2Fe(PO4)2*4H2О, которые в основном и формируют покрытие. На отдельных участках поверхности образуются центры кристаллизации, поверхность металла постепенно покрывается кристаллами, растущими до взаимного смыкания. Затем доступ раствора к металлу прекращается, что приводит к окончанию роста слоя. Критерием завершённости процесса является прекращение роста массы плёнки. Практическая ценность фосфатных слоёв максимальны, когда их рост прекратился.

Отметим, что в действительности процесс образования фосфатного слоя значительно сложнее. Согласно «теории растворения и первичной пассивации металлов» поверхность рассматривают как совокупность анодных и катодных участков, а растворение металла является результатом совместного протекания анодной ионизации металла и катодного восстановления окислительного компонента агрессивной среды.

В силу ряда причин, продолжительность образования фосфатного слоя может достигать 40 – 60 минут и более. Наиболее эффективные способы ускорения основаны на использовании соединений-ускорителей, вводимых непосредственно в фосфатирующий раствор.

Так называемые ускорители являются, как правило, окислителями. Они, в частности, устраняют механическое блокирование поверхности металла пузырьками водорода. Окислители заменяют реакцию образования водорода на другие процессы, непосредственно участвуя в электродных превращениях на границе металл/раствор.

Наиболее распространёнными ускорителями являются нитраты, нитриты, хлораты и молибдаты.

Для того чтобы фосфатированное изделие обладало оптимальными свойствами для дальнейшего нанесения порошкового лакового покрытия, должны быть выполнены следующие требования:

Фосфатное покрытие должно иметь на всей поверхности обработанного изделия равномерную тонкокристаллическую структуру и тем самым постоянный низкий вес, соотнесенный с единицей площади поверхности.

Это может быть достигнуто в частности следующим:

Выбор подходящего метода фосфатирования, соответствующего используемому органическому покрытию, а также металлическому составу изделия

Соблюдение установленных условий проведения метода фосфатирования на отдельных участках предварительной обработки — таких, как температура электролита, концентрация компонентов, время обработки, напор при орошении изделия или условия движения потоков в электролите.

Особенно важную роль для получения фосфатных покрытий с тонкокристаллической структурой играет активация металлической поверхности перед фосфатированием. С помощью предварительной обработки изделия специальными водными растворами, содержащими фосфат титана, на металлической поверхности возникают особенно благоприятные условия для дальнейшего фосфатирования. Увеличивается число мест, где могут возникнуть центры кристаллизации, в результате этого при последующем фосфатировании кристаллизация проходит в форме гораздо более плотной сетки, чем это имело бы место без предварительной активации поверхности. Достигается также более быстрое формирование плотного фосфатного слоя замкнутой структуры, причем можно получить в конце процесса очень малый размер кристаллов и тем самым оптимально малую толщину фосфатного слоя.

Коррозионные свойства покрытия напрямую зависят от грамотной подготовки металлической поверхности фосфатированного изделия. Например, следует тщательно смыть все водорастворимые вещества.

Чтобы предотвратить высыхание на поверхности металла используемой для ополаскивания воды, а также перенос на поверхность посторонних веществ из других ванн, необходимо на последнем этапе ополаскивания использовать полностью деминерализированную воду.

Дополнительное ополаскивание фосфатированных поверхностей содержащими хромовую кислоту водными растворами может обеспечить заметно более высокую коррозионную защиту окрашенных изделий. По причинам, связанным с соблюдением законов об охране окружающей среды и гигиеной труда, были разработаны новые, не содержащие хрома и хромовой кислоты ополаскивающие растворы для дополнительного ополаскивания фосфатированных поверхностей, представляющие собой экологическую альтернативу ранее использовавшимся хромовым растворам. Эти системы в большинстве случаев созданы на основе титановых и/или циркониевых соединений.

Аморфное фосфатирование («некроющее фосфатирование»)

Термин «аморфное», в данном типе фосфатирования подчёркивает очень слабо выраженную кристаллическую структуру образующегося слоя.

Как уже было сказано выше, исторически сложившееся определение «некроющее» не отражает реальную ситуацию. Основной отличительной чертой в данном случае является тот факт, что процесс проводят в растворах фосфатов щелочных металлов или аммония (без применения солей тяжелого металла). Поскольку такие фосфаты хорошо диссоциированны в водных растворах, катион не вносит вклад покрытие.

Так как создаваемый на поверхности стали слой состоит в основном из фосфата железа, этот метод очень часто называют также «железным фосфатированием».

Механизм образования слоя условно разделяют на два этапа реакции:

  • реакция травления и коррозии
  • реакция слоеобразования

Реакция травления — например, на стальной металлической поверхности: Fe + 4NaH2PO4 → Fe(H2PO4)2 + 2Na2HPO4 + H2

Первичный фосфат железа (II) в свою очередь может вступать в следующие реакции:
2Fe(H2PO4)2 + 2Na2HPO4 + 1/2О2 → 2FePO4 + 4NaH2PO4 + H2O
2Fe(H2PO4)2 + 4Na2HPO4 + 3/2О2 + H2O → 2Fe(OН)3 + 8NaH2PO4

Наряду с названными здесь типами слоев можно обнаружить и другие фазы. Это, например, железо(II)-фосфат оксид железа (II). На цинковых поверхностях получают тонкие покровные слои цинкового фосфата, в то же время на алюминии слоеобразования не происходит. Рабочие растворы для аморфного фосфатирования содержат, как правило, от 2 до 20 г/л гидрофосфата аммония или щелочей. Для регулирования величины pH используется фосфорная кислота. Наряду с фосфатами эти растворы содержат также окислители, чтобы ускорить процесс слоеобразования. Наиболее часто используемыми окислителями являются хлораты, броматы, нитраты, молибдаты или нитриты. Кислые растворы щелочных фосфатов используются, как правило, вместе с поверхностно-активными веществами (тензидами). Эти растворы обладают очень хорошим обезжиривающим действием. Концентрация ПАВ составляет от 0,1 до 1 г/л.

Железное фосфатирование находит наиболее частое применение в связи с достаточно простым способом использования и сравнительно низкой стоимостью в отношении затрат на технологическое оборудование как средство предварительной обработки перед нанесением лаковых покрытий на сталь. Для фосфатирования используются однокамерные и многокамерные моечные установки (установки поточного типа). Масса покрытия на единицу поверхности составляет , составляющему от 0,1 до 1,0 г/м2

Преимущества этого метода предварительной обработки можно вкратце изложить следующим образом:

  • очень хорошие свойства в отношении коррозионной защиты на стали;
  • возможность автоматического дозирования на основе величины pH
  • простое регулирование и контроль состояния ванны с помощью величины pH, по концентрации и электропроводности.

Обезжиривание и железное фосфатирование возможно проводить комбинированно в одну технологическую операцию, в результате чего отпадает необходимость в отдельном предварительном щелочном обезжиривании.

Чтобы полностью использовать преимущества этой предварительной обработки в отношении коррозионной защиты, необходим заключительный этап ополаскивания деминерализированной водой (электропроводность < 50 мкСм/см). Кроме того, необходимо при наличии высоких требований к показателям коррозионной защиты проводить пассивацию получаемого слоя железного фосфата с использованием не содержащих хром пассивирующих растворов.