1. Общие сведения

Фосфатирование — один из распространенных методов защиты металлов от коррозии. Сущность данного метода заключается в созда­нии на поверхности защищаемого металла пленки нерастворимых фосфатов. Фосфатные покрытия после дополнительной обработки маслами, лаками или красками надежно защищают металлы от коррозии.

Фосфатные покрытия обладают высоким электросопротивлением и выдерживают напряжение в пределах от 300 до 500 в. По твер­дости фосфатная пленка превосходит медь и латунь, но она мягче стали. Растворимость фосфатной пленки в воде при комнатной температуре составляет около 1,5 мГ/л, при 90° — 10,6 мГ/л. В кис­лотах и щелочах фосфатные покрытия неустойчивы. Фосфатные по­крытия выдерживают кратковременный нагрев до 400—500°, при более высокой температуре защитная способность покрытия сни­жается. Защитная способность обычных фосфатных покрытий выше, чем у оксидных пленок, получаемых при щелочном оксидировании стали. Фосфатные покрытия применяются для защиты от коррозии, для уменьшения трения и для электроизоляции. Кроме того, фосфат­ные покрытия служат очень хорошим грунтом для нанесения лако­красочных покрытий.

2. Фосфатирование черных металлов

Фосфатирование может вестись химическим или электролити­ческим путем. Существует несколько способов химического фосфати­рования черных металлов: нормальный, ускоренный, струйный и так называемое холодное фосфатирование.

Химическое фосфатирование

Нормальное фосфатирование

Для получения фосфатных покрытий применяют нагретые до кипе­ния разбавленные растворы первичных фосфатов двухвалентных металлов: марганца, железа, цинка и кадмия. При растворении

в горячей воде происходит гидролиз первичных фосфатов на вторич­ные и третичные соединения и на свободную фосфорную кислоту. При погружении в такой раствор стальных изделий железо бурно реагирует с фосфорной кислотой и на поверхности изделия кристал­лизуется слой нерастворимых фосфатов. Как только пленка станет сплошной, взаимодействие железа с раствором прекращается, что легко наблюдать по прекращению выделения водорода. Температура раствора при фосфатировании должна поддерживаться на уровне 96—98°. Осадки, полученные при низших температурах, имеют грубо­кристаллическую структуру, а применение более высоких температур приводит к загрязнению покрытия шламом. Продолжительность фосфатирования при указанной температуре составляет 0,5—2 часа. Концентрация исходной соли, применяемой для фосфатирования (препарата Мажеф, ГОСТ 6193—52), составляет примерно 32—35 Пл.

Фосфатирование производится в железных ваннах, снабженных паровым или электрическим обогревом.

Для снижения расхода энергии на нагрев ванны поверхность раствора покрывают слоем пушечного сала толщиной в 3—5 мм. Расплавленная смазка вместе с тем предохраняет раствор от испаре­ния. Неполадки, встречающиеся при нормальном фосфатировании, приведены в табл. 138.

Таблица 138

Неполадки при нормальном фосфатировании черных металлов

Признаки неполадок	Причины возникновения	Способы устранения
Тонкая светло-серая просвечивающая фос­фатная пленка Крупнокристалличе­ское строение фосфат­ной пленки; понижен­ная стойкость против коррозии Неравномерная пят­нистая пленка Пониженная стой­кость фосфатной пленки против коррозии	Недостаточная продолжи­тельность фосфатирования Травление деталей перед форматированием а) Плохая подготовка деталей перед фосфатирова­нием б) Материал деталей — высоколегированная сталь а) Низкая концентрация Мажефа б) Низкая температура раствора в) Неправильное соотно­шение между общей и сво­бодной кислотностью	Увеличить продолжи­тельность фосфатирова­ния Заменить травление пескоструйной обработ­кой а) Улучшить очистку поверхности деталей б) Применить специ­альный раствор а) Повысить концен­трацию Мажефа до 30 Г!л б) Повысить темпера­туру раствора до 97— 99° в) Откорректировать раствор

Ускоренное фосфатирование

Нормальному фосфатированию присущи некоторые недостатки: большая продолжительность процесса, высокая температура нагрева раствора и необходимость ведения процесса в узком интервале тем­ператур. Для устранения этих недостатков был разработан и получил широкое промышленное применение процесс ускоренного фосфати­рования. Состав и режим работы ванны ускоренного фосфатирования

приводятся ниже.

Препарат Мажеф {Ц([|^ТО₄)₂ ^{30 Г,Л}

Азотнокислый нинк 2п(1\Ю₃)₂-6Н₂0 60 »

Азотнокислый натрий 1ЧаЫ0₃ 4—5 »

Фосфорная кислота Н₃Р0₄ 0,1—1,0 »

Рабочая температура ванны 92—96°, продолжительность процесса 8—10 мин.

Пленки, полученные из ванн ускоренного фосфатирования, характеризуются относительно малой толщиной слоя и пониженной коррозионной стойкостью. Детали после ускоренного фосфатирова­ния обрабатывают в растворе двухромовокислого калия и сушат. Полученные таким образом пленки являются хорошим грунтом для последующего нанесения лакокрасочных покрытий.

Одной из разновидностей ускоренного фосфатирования является струйное фасфатирование, при котором рабочий рас­твор распыляется по предварительно подготовленной поверхности металлических изделий. Технологический процесс струйного фосфа­тирования, по данным автозавода им. Лихачева, сводится к следую­щему. Детали обезжиривают в содовом растворе при температуре 75—80° в течение 1—3 мин., промывают в горячей и теплой воде и подают на струйное фосфатирование. В состав раствора входят

Однозамещенный фосфат цинка 2п(Н₂Р0₄)₂ 14 Г/л

Азотнокислый натрий ЫаМ0₃ 28 »

Углекислая медь СиС0₃ 0,06 »

Распыление производится при температуре раствора 55—65° в течение одной-двух минут. Затем изделия промывают в теп­лой воде, обрабатывают в растворе хромовых солей, промывают в конденсатной воде и сушат при температуре 160—180°.

Холодное фосфатирование

Пленки, полученные в растворах, не требующих подогрева, также характеризуются относительно малой толщиной и, как пра­вило, применяются в качестве грунта под окраску.

В настоящее время предложено большое количество рецептов растворов для холодного фосфатирования. Состав некоторых упо­требительных ванн и режим их работы приведены в табл. 139.

Таблица 139

Состав и режим работы ванн холодного фосфатирования

Наименование компонентов	Содержание в Г/л в растворах
	№ 1	№ 2	№ 3	№ 4
МяжеА Мажеф Мп (Н2р04)2 Азотнокислый цинк 2п (N03)2-61-120 Фтористый натрий №Р Монофосфат цинка 2п (Н2Р04)2 Нитрит натрия №N03 Ортофосфорная кислота Н3Р04 Окись цинка 2пО	25—30 35—40 5—10	80—100 60—70 0,3—1,0	6 100 2	1—2 80—85 18—21
Общая кислотность (рН или число «точек»)	—	75—95 «точек»	75—80 «точек»	рН=2,7— 3,2
Продолжительность процесса в мин.	40	15—25	30—40	15—20

Для приготовления раствора № 1 в ванну загружают расчетное количество Мажефа и после кипячения и отстаивания добавляют азотнокислый цинк и фтористый натрий. Последний предварительно растворяется в небольшом количестве кипящей воды. Монофосфат цинка, входящего в состав ванны № 2, готовят в цеховых условиях путем добавления к ортофосфорной кислоте расчетного количества окиси цинка.

При приготовлении растворов № 2 и 3 сначала растворяют моно­фосфат цинка, затем к полученному раствору добавляют остальные компоненты по рецепту. Раствор № 4 готовится добавлением к орто­фосфорной кислоте сначала окиси цинка, затем нитрита натрия.

Электрохимическое фосфатирование

Электрохимическое фосфатирование может производиться с при­менением переменного или постоянного тока. Пленки, полученные под действием тока, используются как грунт под окраску.

Недостатком этого способа фосфатирования является необходи­мость установки в цехе дополнительного оборудования. Кроме того, ванны имеют малую рассеивающую способность, что затрудняет полу­чение равномерных фосфатных пленок на изделиях сложной формы. Оба эти фактора ограничивают применение данного способа.

Для фосфатирования с применением переменного тока рекомен­дуются следующий состав и режим работы:

Ортофосфорная кислота 22 Г/л

Окись цинка 9 »

Тринатрийфосфат 25 »

Температура раствора 65—70°, плотность тока 2—3 а!дм}, про­должительность процесса 15—20 мин.

Ванна питается трехфазным током напряжением 15—20 в. Детали завешивают на трех шинах, так, чтобы они не соприкасались между собой и со стенками ванны Для фосфатирования с применением постоянного тока предложен следующий состав и режим работы:

Мажеф 60—80 Г/л

Азотнокислый цинк 50—100 »

Окись цинка 3—10 »

Фтористый натрий 2—10 »

Температура раствора 20—30°, катодная плотность тока 0,3— 0,5 а/дм², продолжительность процесса 10—15 мин. Изделия заве­шивают на катодных штангах. В качестве анодов применяют пластины цинка. Напряжение на ванне составляет 10—15 в.