Подготовительной операцией к фосфатированию является полная очистка поверхности металла от любых загрязнений — ржавчины, окалины, жировых и масляных пятен, остатков лакокрасочного покрытия и др. Технологические операции по удалению загрязнений те же, что и при подготовке поверхности изделий к лакокрасочным покрытиям.
Подготовка к фосфатированию листовых кремнистых электротехнических марок стали [24] несколько отлична от обычной подготовки поверхности стальных изделий из-за необходимости удаления кремнистой оксидной пленки, покрывающей поверхность листов и лент после проката. Технологический процесс фосфатного покрытия в этом случае производят в такой последовательности: обезжиривание в горячем щелочном растворе; двойная промывка в горячей воде с целью удаления кремнистой пленки; травление в растворе соляной кислоты с добавкой 5% фтористоводородной кислоты (при 15—25° С с выдержкой 10—15 мин); промывка в холодной проточной воде; пассивирование погружением в растворе кальцинированной соды; двойная промывка в горячей воде; фосфатирование; промывка в холодной проточной воде; пассивирование в горячем 5—10%-ном растворе двухромовокислого калия в течение 10 мин; двойная промывка в горячей воде; сушка
Отмечается [28], что коррозионная устойчивость фосфатного покрытия у поверхности, обработанной гидропескоструйной или дробеметной очисткой, а также металлическим песком, на 25—35% выше, чем при ее обработкe травлением.
Участки, не подлежащие фосфатированию. изолируются резиновым клеем или хлорвиниловыми лаками.
Для стальных изделий известны следующие, применяемые в промышленности, способы фосфатирования: фосфатирование по нормальному и по ускоренному режимам, холодное и электролитическое фосфатирование.
При нормальном режиме используют раствор в воде солей препарата «мажеф» (ГОСТ 6193—52), представляющего собой дигидроартофосфат марганца и железа. Соответственно и фосфатная пленка на черных металлах состоит из нерастворимых фосфорнокислых солей марганца и железа, имеет пористую мелкокристаллическую структуру темно-серого цвета.
Процессу фосфатирования стальных
изделий [24] соответствуют реакции:
Фосфатная пленка состоит в основном из МnНРО4-3H2О и FeHPO4-3H2O. На анодных участках происходит растворение железа Fe—Fe2++2e, а на катодных — выделение водорода 2Н+ + 2<->2Н-H2.
Нормальная концентрация солей «мажеф» в растворе ванны 30— 33 кг/м3 при удельном расходе солей 120—140 г/м2 фосфатируемой поверхности. Рабочая температура ванны 96—98° С.
Выдержку изделий в ванне ведут до прекращения выделения водорода; последнее связано с самопроизвольным торможением процесса из-за роста толщины фосфатной пленки, препятствующей доступу фосфатирующего раствора к покрываемому металлу. Время выдержки зависит от назначения покрытия и марки стали: при антикоррозионном покрытии это время лежит в пределах 1—2 ч, при электроизоляционном покрытии 30—40 мин.
Толщина покрытия зависит от режима фосфатирования и характера подготовки поверхности к покрытию. Путем воздействия на химический состав фосфатирующего раствора представляется возможность изменять толщину пленки в широких пределах. Большие возможности регулирования толщины пленки представляют процесс электролитического фосфатирования.
Кислотность ванны, связанная с концентрацией в растворе соли «мажеф», является решающим фактором в процессе образования качественной фосфатной пленки, поэтому и основной контроль за нормальным ходом процесса фосфатирования состоит в контрольных проверках общей кислотности раствора: при кислотности выше нормальной раствор разбавляется водой, а при снижении кислотности — добавляют соли «мажеф». Подвеска изделий при размещении их в ванне должна предусматривать одинаковое свободное удаление возникающих на поверхности деталей пузырьков водорода.
Мелкие стальные детали (крепеж, шайбы и др.) фосфатируют в периодически встряхиваемых перфорированных корзинах, сетках и во вращающихся перфорированных стальных барабанах, обычно граненых. Емкость барабанов 40—50 кг деталей, частота вращения в растворе ванны 15— 25 об/ч с выдержкой покрываемых изделий, аналогичной выдержке в стационарных ваннах.
Для ускоренного режима в настоящее время разработаны десятки составов и режимов, сокращающих время фосфатирования до 15—20 мин. Для этого в ряде случаев в нормальный раствор солей «мажеф» вводят добавки азотнокислых солей щелочных металлов, меди, цинка или же препарат «мажеф» полностью заменяется кислыми фосфорнокислыми солями натрия, цинка, марганца.
Стальные оцинкованные детали и детали со сложной конфигурацией при наличии внутренних полостей фосфатируют цинкофосфатным ускоренным методом с рабочей температурой ванны 80—95° С и длительностью процесса 5—8 мин при газовыделении 1,5—2 мин.
Фосфатные пленки, полученные ускоренным методом, имеют малую толщину и пониженную коррозионную стойкость и преимущественно используются в виде грунтового слоя у лакокрасочных покрытий и в качестве изоляционного покрытия у жестей шихтованных магнитопроводов.
Травленые поверхности для холодного фосфатирования непригодны: для лого способа используются только Поверхности, обработанные стальным песком и т. п.
Фосфатные пленки имеют мелкокристаллическую структуру с удовлетворительной адгезией пленки и покрываемого металла.
Рецептов состава растворов для холодного фосфатирования (температура 20—40° С) достаточно много. Например, один из применяемых составов имеет следующие компоненты (в килограммах на кубический метр): соли «мажеф» 30; фосфорная кислота 0,1 —1,0, азотнокислый цинк 60; азотнокислый натрий 4—5. Выдержка времени 30—40 мин при комнатной температуре.
Метод электролитического фосфатирования используется преимущественно для нанесения фосфатного грунтового слоя. Питание ванны производится обычно трехфазным переменным током с напряжением на токопроводящих шинах 15—20 В, частотой 50 Гц. Детали подвешивают равномерно на всех трех полюсах на определенном расстоянии друг от друга. Рабочая температура ванны 60—70° С; выдержка времени 4—5 мин; плотность тока 4-5 А/дм2; состав раствора ванны (в килограммах на кубический метр): ортофосфорная кислота 22; окись цинка 9; тринатрий-фосфат 25.
Кроме перечисленных методов фосфатирования стальных изделий, фосфатирование больших поверхностей производят способом струйного распыления в закрытых камерах с продолжительностью процесса фосфатирования 5-6 мин при температуре 25—30° С.
Для обработки фосфатированием отдельных участков изделия применяют специальные пасты, наносимые на подготовленные поверхности с помощью кисти или ветоши, с выдержкой времени 40—60 мин при комнатной температуре. После этого пасту смывают водой и сушат.
Фосфатирование цветных металлов.
Непосредственно окраску цинковых и оцинкованных изделий лакокрасочными покрытиями производить нецелесообразно из-за низких адгезионных свойств цинка. Эффективной защитой цинка и цинковых покрытий от коррозии служит фосфатный грунтовой слой в сочетании с лакокрасочным покрытием. Исследованиями также установлено, что фосфатная пленка на оцинкованных деталях в 2—4 раза повышает коррозионную стойкость цинковых покрытий по сравнению с хроматным пассивированием.
Рекомендуется оцинкованные детали перед фосфатированием подвергать слабой гидропескообработке с последующей промывкой сначала мыльно-содовым раствором, а затем проточной горячей водой.
Фосфатирование ведут при температуре 28—33° С в растворе следующего состава (в килограммах на кубический метр): ортофосфорная кислота 20— 30; окись цинка 20—25; азотная кислота 20—30; нитрит натрия 1,5—2; выдержка времени 25—30 мин, последующая промывка производится в холодной воде; пассивирование — в 3—5%-ном растворе хромпика при температуре 70—80° С; промывка и сушка — сжатым воздухом с последующей сушкой в сушильном шкафу 100—120° С.
Фосфатирование алюминия применяют лишь для получения грунтового слоя под окраску, так как антикоррозионные свойства фосфатной пленки значительно ниже, чем у оксидной пленки алюминия.
Разработаны составы растворов [24], при которых получают мелкокристаллическую структуру и малую толщину фосфатной пленки. Процесс обычно ведут при температуре 70—80° С в течение 4—20 мин.
Применяют и электролитическое фосфатирование с таким же составом раствора, как и при обработке стальных изделий, с катодной плотностью тока 0,1—0,2 А/дм2 и температурой 10—30° С.
Контроль качества фосфатных покрытий.
Качество фосфатного покрытия оценивается внешним осмотром, погружением в 3%-ный раствор хлористого натрия, а также капельным методом.
Визуально производят сравнение с эталонами характера кристаллической структуры пленки (величина зерен и микропор), равномерности покрытия, отсутствия пятнистости.
При выдерживании в 3%-ном растворе хлористого натрия в течение 12 ч на поверхности не должно быть следов коррозии.
Коррозионную стойкость оценивают также по результатам испытаний при капельном способе. Каплю реагента, состоящего из 40 мл 0,4 и (мольный раствор) CuSO4, 20 мл 10%-ного раствора NaCl, 0,8 мл 0,1 и раствора НС1, наносят на обезжиренную поверхность фосфатного покрытия и следят за превращением голубого цвета капли в светло-зеленый, желтый или красный. Стойкость фосфатного покрытия приведена ниже:
Время до изменения цвета
капли, мин................. >5 <5 2—4 <1
Норма стойкости фосфатного
покрытия................... Высшая Нормальная Средняя Низкая
Ванны для обезжиривания используются стальные с обогревающим змеевиком, барботером для перемешивания сжатым воздухом обезжиривающего состава, с бортовой вентиляцией для отсоса паров воды. Ванны для травления в щелочи и электрообезжиривания аналогичны ваннам для обезжиривания, но без барботера.
Для травления в кислоте применяются стальные ванны с кислотоупорной облицовкой (винипласт, рольный свинец, резина). Ванны для травления в азотной кислоте могут иметь футеровку алюминием.
Ванны для холодной и горячей промывки стальные, при горячей промывке используется барботер для питания ванны острым паром.
Ванны для горячего фосфатирования стальные (нержавеющая сталь 1Х18Н9Т) с кислотоупорной облицовкой (диабазовые плитки, твердая резина) и обогревающим змеевиком из нержавеющей или кислотоупорной стали, применяются также бортовой отсос и теплоизоляция всего корпуса ванны.
Ванны для холодного фосфатирования — стальные с винипластовой футеровкой и бортовым отсосом.
