ХОЛОДНОЕ ФОСФАТИРОВАНИЕ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ МАРКИ Ст3. Фосфатирование стали

Фосфатирование металла в домашних условиях

Большинство домашних умельцев стремятся освоить как можно больше самых разных операций, и в этом случае не лишним будет самостоятельно научиться проводить фосфатирование, что позволит обеспечить эффективную защиту металлических поверхностей.

Фосфатирование, как правило, выполняется на промышленных предприятиях и позволяет образовать на металлической поверхности достаточно тонкий, однако хорошо сцепленный с основанием заготовки, слой пленки.

Данный слой в этом случае состоит из фосфорнокислых химических соединений, в состав которых входят такие элементы, как фосфаты железа, а также марганца и цинка.

Технология нанесения позволяет сделать этот слой цинка толщиной в пределах пяти микрометров.

Несмотря на то, что для того, чтобы выполнить фосфатирование, необходимо иметь определенное оборудование и различные химические реагенты, при правильном подходе и соблюдении определенных технологических этапов данную операцию можно выполнить в домашних условиях.

По своей сути, фосфатирование позволяет организовать защиту металлической поверхности от воздействия коррозии, что достаточно востребовано в быту.

Освоить фосфатирование непосредственно в домашних условиях сможет при желании каждый мастер, конечно, если будет знать некоторые тонкости и нюансы процесса.

Особенности фосфатирования

Основное и главное предназначение фосфатирования — это обеспечение эффективной защиты металлических поверхностей непосредственно от воздействия коррозийных процессов.

Данная технология активно и повсеместно используется в таких промышленных сферах, как судостроение и автостроение, а также многих других отраслях.

Защита от коррозии

Кроме этого, он достаточно популярен и в быту, где при помощи него покрывают защитной пленкой самые разные приспособления и детали. Технология фосфатирования металлических поверхностей преследует, главным образом, две цели.

В первую очередь, как уже было сказано выше, при помощи данного метода выполняется коррозионная защита, которая существенно повышает срок службы любого металлического изделия.

Кроме этого, при помощи фосфатирования удается значительно улучшить адгезию разных типов лакокрасочных покрытий непосредственно к самой окрашиваемой поверхности.

Выполнять данную защиту рекомендуется при любом окрашивании металлической поверхности. У фосфатного покрытия очень высокий показатель пористости.

За счет этого, наносимый на металлическую поверхность любой лакокрасочный состав, достаточно глубоко проникает во внутренние поры фосфатной пленки, что и обуславливает, главным образом, высокие адгезические свойства данного типа покрытия.

Следует отметить и то, что образованная таким образом пленка, пассирует металлическое основание и переводит его в состояние, которое можно условно назвать коррозийно-пассивным.

Все это приводит к тому, что защитные свойства покрытия, на котором было проведено фосфатирование с последующим окрашиванием, в несколько раз превосходят по своим характеристикам защитные свойства поверхности, на которую было проведено нанесение лакокрасочного состава без предварительной подготовки.

Использование при данном методе цинка позволяет сделать такое покрытие еще более качественным и эффективным.

Характеристики фосфатирования

Данный метод защиты особенно актуален для всевозможных черных металлов, использование которых планируется в достаточно жестких условиях. Следует отметить, что такая обработка различных видов цветных металлов, в том числе и цинка проводится значительно реже.

Суть данного метода заключается, главным образом, в проведении специальной обработки различных типов металлических поверхностей определенными фосфорнокислыми растворами с обязательным добавлением цинка.

Видео:

За счет такой специфической обработки на поверхности особым образом образуется пленка по сплошному типу из фосфатов самых разных металлов, в том числе и цинка, которые в обязательном порядке должны иметь либо аморфную, либо кристаллическую структуру.

В этом случае следует отметить, что максимально высокие антикоррозийные свойства имеют те фосфатные составы, которые готовятся из фосфатных растворов одновременно нескольких групп металлов.

В этом случае для приготовления необходимой смеси допускается применение уже готовых жидких концентратов.

По своей сути, образование такого типа покрытия на поверхности металла является достаточно сложным физико-химическим процессом.

Отсюда можно сделать вывод, что в тот момент, когда происходит контакт самого фосфатирующего состава непосредственно с поверхностью стали, начинают протекать электрохимические процессы.

Само растворение железа в этом случае происходит на анодных участках, соответственно, на катодных участках поверхности металла восстанавливаются ионы водорода.

Кроме этого, непосредственно на поверхности самого изделия из стали, в так называемом приэлектродном пространстве, начинает расти величина рН, при этом среда в этом пространстве становится щелочной.

Сама фосфатная пленка образуется за счет осаждения на поверхности металла фосфат-ионов, а также гидрофосфат-ионов.

Прочность самого покрытия с поверхность металла обеспечивается за счет кристаллохимических связей, границы которых определяет линия фосфатирования.

Общие свойства покрытий

Следует отметить, что любой фосфатный раствор должен обязательно готовиться с добавлением цинка.

В этом случае состав более качественно закрепляется на самом основании металла. При этом процессе в некоторых случаях могут образовываться самые разные соли, которые, как правило, выпадают в виде осадка.

Во время приготовления состава солевой осадок следует периодически удалять. Готовое покрытие на основе фосфатов должно обладать определенными свойствами.

Видео:

В первую очередь, покрытии металла должно быть минимальное количество сквозных пор. Кроме этого, его структура обязательно должна быть мелкокристаллической.

Также следует обращать внимание и на удельную массу пленки, которая не должна быть выше показателя в три грамма на квадратный метр.

В настоящее время используется несколько различных способов фосфатирования. В первую очередь, следует отметить нормальное фосфатирование, которое проводится при температурах, близких к температурам кипения.

Данный способ дает возможность получать пленку с толщиной до семи микрометров, однако в некоторых отдельных случаях снижаются механические свойства обрабатываемого материала.

Также очень часто обработка стали проводится при помощи холодного фосфатирования, при котором пленка имеет минимальную толщину, а соответственно обладает низкими защитными свойствами.

Также выполнить защиту можно ускоряя фосфатирование, при этом в состав вводят специальный ускоритель, что существенно снижает общее время процесса. В любом случае, когда выполняется линия фосфатирования все основание металла очищают от продуктов коррозии и всевозможных жировых отложений при помощи различных групп растворителей.

Проведение фосфатирования в домашних условиях

Несмотря на относительную сложность процесса, при определенных условиях выполнить химическое фосфатирование, допустим, стали можно и в домашних условиях. Легче всего провести данный процесс по ускоренному типу.

Для этого потребуется для начала правильно приготовить соответствующий состав. Необходимо будет в определенных пропорциях взять специальный препарат, который носит название мажеф и азотнокислый тип цинка.

Далее смесь тщательно перемешивается и нагревается до температуры, близкой к температуре кипения. После этого обрабатываемое изделие из металла на пятнадцать минут погружается в раствор.

Выдерживание в растворе

Наносить лакокрасочное покрытие на обработанную заготовку можно только после полного ее высыхания.

За счет фосфатирования удается значительно повысить защитные свойства практически любого металлического покрытия, в том числе и стали. При этом данная операция без каких-либо проблем может быть проведена и в домашних условиях.

В этом случае главное соблюдать прописанные пропорции и выполнять соответствующие рекомендации. Также при использовании данного метода защиты металлических оснований, необходимо выполнять правила техники безопасности.

rezhemmetall.ru

Свойства и области применения фосфатных покрытий | Фосфатирование

Благодаря хорошей адгезии фосфатирование широко применяют для грунтования под лакокрасочные покрытия в различных областях машиностроения — автомобильной, судостроительной, сельскохозяйственной и др. Иногда фосфатированию подвергают различные крепежные детали с последующим пропитыванием смазочными веществами, поскольку фосфатирование не приводит к изменению размеров.

Фосфатные покрытия не смачиваются расплавленными металлами; это свойство нередко используется в металлургической промышленности и машиностроении. Кроме того, эти покрытия обладают электроизоляционными свойствами, что позволяет применять фосфатированные изделия в электропромышленности и приборостроении.

Ограничившись этим далеко неполным перечнем областей применения фосфатирования, необходимо добавить, что его осуществление не связано с затратой дорогих материалов, с привлечением квалифицированной рабочей силы и какого-либо сложного оборудования. Особенно ценным является способность фосфатной пленки заменять роль грунта под лакокрасочные покрытия. Все это делает процесс относительно дешевым и объясняет его широкое распространение.

Фосфатирование осуществляется методом погружения в раствор кислых солей фосфорнокислого железа и марганца, иногда цинка. Соль эта известна под названием МАЖЕФ (марганец, железо, фосфор). Ниже приводится примерный состав соли МАЖЕФ, %:

Водный раствор этой соли подвергается гидролизу Me (h3PO4)2 ↔ Me НPO4 + h4PO4.

При нагревании до температуры кипения гидролиз идет дальше 5Ме(h3PO4)2 ↔2МеНPO4 + Ме3(PO4)2 + 6h4PO4.

Как известно, при взаимодействии железа с фосфорной кислотой образуются одно-, двух- и трехзамещенные фосфаты и выделяется водород: Fe + 2h4PO4→Fe(h3PO4)2 + h3, Fe + Fe (h3PO4)2 → 2FeHPO4 + h3, Fe + 2FeHPO4 → Fe3(PO4)2 + h3.

Параллельно может идти диссоциация 3Fe(h3PO4)2 ↔ Fe3(PO4)2 + 4h4PO4.

Однозамещенные фосфаты хорошо растворимы в воде, двухзамещенные трудно растворяются, а трехзамещенные практически не растворяются. Последние два соединения и являются основой фосфатной пленки, формирующейся на поверхности обрабатываемых изделий.

Для предотвращения диссоциации однозамещенного фосфата и выпадения нерастворимого трифосфата раствор должен содержать свободную фосфорную кислоту. При погружении в раствор железо взаимодействует с фосфорной кислотой и концентрация ее у поверхности металла уменьшается, равновесие реакции нарушается и на металле выделяется осадок двух- и трехзамещенных фосфатов. Образовавшаяся при диссоциации монофосфата фосфорная кислота восстанавливает кислотность раствора у поверхности металла, что создает условия для дальнейшего протекания процесса. По мере роста фосфатного слоя поверхность металла изолируется от воздействия раствора, скорость фосфатирования через некоторое время уменьшается и процесс заканчивается, что заметно по прекращению выделения пузырьков водорода.

Процесс фосфатирования протекает особенно эффективно при температуре 90—100° С. Ускорение процесса достигается при введении азотнокислых или азотисто-кислых солей, являющихся деполяризаторами; при этом резко сокращается доля процесса, протекающего с выделением водорода.

Защитная способность фосфатных пленок, полученных в присутствии ускорителей (так называемых ускоренным фосфатированием), ниже, чем пленок, полученных без ускорителей. Поэтому ускоренное фосфатирование преимущественно применяют для создания (замены) грунта под лакокрасочные покрытия, или для получения электроизоляционных фосфатных пленок.

Холодное фосфатирование можно осуществлять путем увеличения концентрации свободной фосфорной кислоты и введения солей азотной, азотистой и плавиковой кислот.

Толщина фосфатных пленок зависит от режима и состава раствора, а также от способа подготовки поверхности обрабатываемых изделий. На полированной стали в обычных растворах образуются мелкокристаллические пленки толщиной 2—4 мкм. При крупнокристаллическом строении обеспечивается более продолжительный доступ раствора к металлу и формируются пленки толщиной 10—15 мкм, а иногда и больше. В растворах для холодного фосфатирования получаются пленки толщиной до 6 мкм. Размер фосфатируемых изделий меняется незначительно по той причине, что наряду с ростом пленки размеры несколько уменьшаются в результате травления в фосфорной кислоте и в кислых фосфорнокислых солях.

Чаще и с лучшим эффектом фосфатируются изделия из углеродистой и малолегированной стали и чугуна. Высоколегированные стали фосфатируются с трудом, цветные металлы фосфатируются сравнительно редко.

www.stroitelstvo-new.ru

Фосфатирование - ЭлектроХимия

Главная » Архив библиотека » Прочее » Фосфатирование

Свойства и области применения фосфатных покрытий

Фосфатирование представляет собой процесс обработки металлических изделий растворами кислых фосфорнокислых солей с образованием на поверхности защитной солевой пленки из нерастворимых фосфатов. Фосфатная пленка выполняет свое основное назначение - защиту от коррозии только в сочетании с лакокрасочными покрытиями или масляной пленкой, что объясняется хорошими адгезионными свойствами, сама по себе она пориста. Благодаря хорошей адгезии фосфатирование широко применяют для грунтования под лакокрасочные покрытия в различных областях машиностроения - автомобильной, судостроительной, сельскохозяйственной и др. Иногда фосфатированию подвергают различные крепежные детали с последующим пропитыванием смазочными веществами, поскольку фосфатирование не приводит к изменению размеров. Фосфатные покрытия не смачиваются расплавленными металлами; это свойство нередко используется в металлургической промышленности и машиностроении. Кроме того, эти покрытия обладают электроизоляционными свойствами, что позволяет применять фосфатированные изделия в электропромышленности и приборостроении.

Фосфатировапие осуществляется методом погружения в раствор кислых солей фосфорнокислого железа и марганца, иногда цинка. Соль эта известна под названием МАЖЕФ (марганец, железо, фосфор). Ниже приводится примерный состав соли МАЖЕФ, %:

Водный раствор этой соли подвергается гидролизу

Me (Η2ΡΟ4)2 Me HРО4 + Η3ΡΟ4

При нагревании до температуры кипения гидролиз идет дальше

5Ме(Н2РО4)2 2МеНРО4 + Ме3(РО4)2 + 6Η3ΡΟ4

Как известно, при взаимодействии железа с фосфорной кислотой образуются одно-, двух- и трехзамещенные фосфаты и выделяется водород:

Fe + 2h4PO4 >> Fe(h3PO4)2 + Η2,

Fe + Fe(h3PO4)2 >> 2FeHPO4 +Η2,

Fe + 2FeHPO4 >> Fe3(PO4)2 + h3.

Параллельно может идти диссоциация

3Fe(h3PO4)2 Fe3(PO4)2 + 4Η3ΡΟ4. Однозамещепные фосфаты хорошо растворимы в воде, двухзамещепные трудно растворяются, а трехзамещенные практически не растворяются.

Последние два соединения и являются основой фосфатной пленки, формирующейся на поверхности обрабатываемых изделий. Для предотвращения диссоциации однозамещенного фосфата и выпадения нерастворимого трифосфата раствор должен содержать свободную фосфорную кислоту. При погружении в раствор железо взаимодействует с фосфорной кислотой и концентрация ее у поверхности металла уменьшается, равновесие реакции нарушается и на металле выделяется осадок двух- и трехзамещенных фосфатов. Образовавшаяся при диссоциации монофосфата фосфорная кислота восстанавливает кислотность раствора у поверхности металла, что создает условия для дальнейшего протекания процесса. По мере роста фосфатного слоя поверхность металла изолируется от воздействия раствора, скорость фосфатирования через некоторое время уменьшается и процесс заканчивается, что заметно по прекращению выделения пузырьков водорода.

Процесс фосфатирования протекает особенно эффективно при температуре 90—100° С. Ускорение процесса достигается при введении азотнокислых или азотистокислых солей, являющихся деполяризаторами; при этом резко сокращается доля процесса, протекающего с выделением водорода. Защитная способность фосфатных пленок, полученных в присутствии ускорителей (так называемых ускоренным фосфатированием), ниже, чем пленок, полученных без ускорителей. Поэтому ускоренное фосфатирование преимущественно применяют для создания (замены) грунта под лакокрасочные покрытия, или для получения электроизоляционных фосфатных пленок. Холодное фосфатирование можно осуществлять путем увеличения концентрации свободной фосфорной кислоты и введения солей азотной, азотистой и плавиковой кислот. Толщина фосфатных пленок зависит от режима и состава раствора, а также от способа подготовки поверхности обрабатываемых изделий. На полированной стали в обычных растворах образуются мелкокристаллические пленки толщиной 2—4 мкм. При крупнокристаллическом строении обеспечивается более продолжительный доступ раствора к металлу и формируются пленки толщиной 10—15 мкм, а иногда и больше. В растворах для холодного фосфатирования получаются пленки толщиной до 6 мкм. Размер фосфатируемых изделий меняется незначительно по той причине, что наряду с ростом пленки размеры несколько уменьшаются в результате травления в фосфорной кислоте и в кислых фосфорнокислых солях. Чаще и с лучшим эффектом фосфатируются изделия из углеродистой и малолегированной стали и чугуна. Высоколегированные стали фосфатируются с трудом, цветные металлы фосфатируются сравнительно редко.

Химическое фосфатирование углеродистой стали

В ванну загружают соль МАЖЕФ из расчета 32— 35 г/л, заливают водой и, периодически помешивая, кипятят в течение 15—20 мин. Затем нагрев прекращают, определяют и корректируют кислотность раствора. Некоторый избыток препарата берут потому, что в процессе кипячения часть его разлагается. Общую кислотность раствора определяют титрованием по фенолфталеину. На титрование 10 мл раствора должно пойти 28—30 мл децинормального раствора NaOH. Свободную кислотность определяют в присутствии индикатора метилоранжа. На титрование 10 мл пробы должно пойти 3—4 мл децинормального раствора NaOH. Количество щелочи, пошедшей на титрование, условно выражают в точках. Общая кислотность фосфатирующего раствора должна соответствовать 28—30 точкам, а свободная кислотность 3—4 точкам. Отношение общей кислотности к свободной составляет 7—10. Фосфатирование производят при температуре 97—98° С. Продолжительность процесса в зависимости от состава обрабатываемого материала и способа подготовки его поверхности составляет 60—120 мин. Окончание процесса определяют по прекращению выделения пузырьков водорода, после чего изделия дополнительно выдерживают в ванне в течение 10—15 мин для кристаллизации пленки. Расход препарата МАЖЕФ на фосфатирование 1 м2 поверхности металла составляет 120—140 г. Как было указано, в этом растворе не удается получать фосфатные пленки нужного качества при наличии в стали (в значительных количествах) таких легирующих компонентов, как хром, медь, вольфрам, кремний и ванадий, Корректирование ванны осуществляют по показаниям кислотности. При повышенной кислотности ванну разбавляют водой, при пониженной общей кислотности в ванну вводят соль МАЖЕФ.

Количество соли МАЖЕФ, которое необходимо добавить в ванну для получения общей кислотности, равной 30 точкам, определяют по формуле

где V - объем раствора в ванне, л; n - число точек фосфатирующего раствора по анализу.

После добавления в ванну соли МАЖЕФ раствор кипятят в течение 20—30 мин, а затем понижают температуру до 96—98° С и продолжают фосфатировать. Повышенное содержание свободной кислоты уменьшают, добавляя в раствор углекислый марганец.

Вредно сказывается наличие в растворе примесей алюминия, мышьяка, свинца, сульфитов и хлоридов. Ионы хлора допускаются лишь в следах, ионы SO3(2-) не свыше 0,3%. При содержании в растворе 0,066—0,1 г/л Α12Ο3 продолжительность фосфатирования увеличивается, пленки получаются неоднородными, с пониженной стойкостью против коррозии. Отрицательно сказывается на качестве фосфатных пленок наличие в растворе 0,03 г/л свинца; 0,05% мышьяка приводят к появлению на пленке красноватых пленок. При наличии таких примесей раствор необходимо заменить. Недоброкачественные фосфатные пленки могут быть удалены в 10—15%-ном растворе соляной кислоты или в 15—20%-ном горячем растворе NaOH. При повторном фосфатировании получаются более крупнокристаллические пленки с пониженной защитной способностью.

Ускоренное фосфатирование

Для фосфатировання с целью защиты от коррозии низколегированных и электротехнических сталей рекомендуют растворы следующих составов, г/л:

В обоих растворах продолжительность фосфатирования 10—20 мин при температуре 96—98° С для раствора 1 и 55—65° С для раствора 2.

Фосфатирование без специальной очистки поверхности изделий можно осуществлять путем введения в раствор оксалата цинка, который удаляет ржавчину в процессе формирования фосфатной пленки.

Раствор содержит:

33—35 г/л монофосфата цинка,
49—53 г/л азотнокислого цинка,
13—14 г/л фосфорной кислоты,
0,1 г/л оксалата цинка.

Общая кислотность 65—80 точек, свободная кислотность 12-—15 точек, температура раствора 92—98° С, продолжительность обработки 15—40 мин.

Оксалат цинка готовят исходя из азотнокислого цинка и щавелевокислого натрия. При смешивании растворов этих солей выпадает осадок щавелевокислого цинка, который отфильтровывают, сушат и затем применяют для приготовления фосфатирующего раствора.

Ускоренное фосфатирование стали в растворах цинковых солей дает пленки с лучшей защитной способностью, чем фосфатирование в растворах соли МАЖЕФ.

Такой раствор содержит:

35—37 г/л монофосфата цинка,
52—54 г/л азотнокислого цинка,
15—16 г/л фосфорной кислоты.

Общая кислотность составляет 60—75 точек, свободная кислотность 12—15 точек. Температура раствора 85—95° С, продолжительность фосфатирования 15— 20 мин.

В процессе работы раствор корректируют, добавляя концентрат, содержащий 470—500 г/л азотнокислого цинка, 460—480 г/л монофосфата цинка, 170— 180 г/л фосфорной кислоты и воды до общего объема 1 л.

Черные фосфатные пленки с улучшенными защитными свойствами получают последовательной обработкой деталей в двух растворах. Первый раствор содержит 1 г/л кальцинированной соды, 23 г/л фосфорнокислого закисного железа, 8 г/л окиси цинка, 32 г/л ортофосфорной кислоты. Общая кислотность не менее 56 точек, свободная 8—14 точек. Температура раствора 92—97° С, продолжительность фосфатирования 10 мин. После промывки в указанном растворе и в воде детали погружают на 5 мин в 9%-ный раствор калиевого хромпика при 80—95° С. Снова промывают, обрабатывают в мылыно-содовом растворе, промывают в горячей воде и погружают в ванну для второго фосфатирования. Этот раствор содержит 150 г/л азотнокислого цинка, 30 г/л соли МАЖЕФ, 3 г/л углекислой соды. Общая кислотность не менее 80 точек, свободная кислотность 1,5—3,5 точек. Температура раствора 50—60° С, продолжительность обработки 10—15 мин. После второго фосфатирования детали погружают на 2—3 мин в горячий мыльно-содовый раствор, затем пленку сушат и пропитывают минеральным маслом.

Холодное фосфатирование

При температуре 20-40° С и определенном режиме можно фосфатировать в растворах следующих составов, г/л: Для приготовления раствора 1 в ванну загружают необходимое количество соли МАЖЕФ и после кипячения и отстаивания добавляют азотнокислый цинк и фтористый натрий. Для повышения кислотности раствора на одну точку добавляют 1—1,5 г соли МАЖЕФ, 2—3 г азотнокислого цинка и 0,02—0,03 г фтористого натрия. Для приготовления раствора 2 используют концентрат, содержащий 75—80 г/л монофосфата цинка, 700—750 г/л азотнокислого цинка, 150—160 г/л фосфорной кислоты, 37—40 г/л кальцинированной соды и воды д0 объема 1 л. Для получения 100 л рабочего раствора к 85 л воды добавляют при перемешивании 12 л концентрата 1,6 л раствора едкого натра (280—300 г/л), после чего вводят недостающее до 100 л количество воды и 30—40 г азотисто-кислого натрия. Если pΗ приготовленной ванны ниже требуемого значения, добавляют раствор едкого натра.

Технология фосфатирования

Лучшим методом подготовки поверхности к фосфатированию является гидроабразивная обработка. Не рекомендуется обезжиривание изделий в щелочных растворах и еще в меньшей степени травление в кислотах. Не обработанная абразивами поверхность при прочих равных условиях имеет фосфатную пленку с пониженной коррозионной стойкостью.

Фосфатирующие растворы рекомендуется готовить на конденсате или умягченной воде. Крупные стальные детали загружают в ванну на стальных подвесках, мелкие — в перфорированных корзинах или на сетках. Для повышения стойкости стальных деталей против коррозии их обрабатывают в течение 5—15 мин в 5—10%-ном растворе бихромата калия или натрия при температуре 70—80° С Повышение защитной способности дает гидрофобизация фосфатных пленок; фосфатированные детали погружают на 5—7 мин в 10%-ный раствор гидрофобизирую-щей кремнеорганической жидкости ГКЖ-94 в бензине Б-70, после чего выдерживают их на воздухе до испарения следов бензина, а затем сушат при ПО—100°С в течение 40—50 мин. Гидрофобизированные фосфатные пленки не смачиваются водой и по стойкости против коррозии не уступают лакокрасочным покрытиям.

echemistry.ru

ХОЛОДНОЕ ФОСФАТИРОВАНИЕ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ МАРКИ Ст3

ВВЕДЕНИЕ

Применение растворов фосфорной кислоты при кислотной обработке нагнетательных скважин и нефтепромыслового оборудования имеет определенные преимущества, поскольку в этом случае в широкой области рН возможна пассивация железа труднорастворимыми фосфатами [1]. Однако эффективная защита металлов и сплавов в растворах фосфорной кислоты может быть достигнута только при дополнительном введении в рабочие растворы соответствующих ингибиторов. Ингибиторы можно применять как самостоятельные средства борьбы с коррозией металлов, а также в совокупности с маслами, катодной защитой, лакокрасочными и конверсионными покрытиями.

Из известного спектра конверсионных покрытий для нашего случая рациональным является формирование на поверхности стали антикоррозионного фосфатного покрытия. Фосфатирование является сложным физико-химическим процессом и получение коррозионностойких фосфатных покрытий (ФП) зависит от ряда факторов: состава фосфатирующих растворов, природы металла, температуры, состояния поверхности обрабатываемого металла, вида последующей обработки фосфатных пленок и др. [2-7].

Известно, что фосфатирование углеродистых сталей проводят в основном при повышенной температуре [8]. Поэтому целью настоящего исследования является разработка фосфатирующих растворов из дешевого сырья отечественного производства, позволяющего получать антикоррозионные фосфатные покрытия на углеродистых сталях при низких температурах.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

В качестве исследуемого материала использовалась углеродистая сталь марки Ст3. Перед фосфатированием и электрохимическими измерениями стальные электроды подвергались шлифовке мелкозернистой шкуркой, обезжиривались этиловым спиртом, затем промывались дистиллированной водой.

Изучение процесса фосфатирования стали проводилось в растворах на основе цинк-фосфат-содержащего (ЦФС) и цинк-нитрат-содержащего (ЦНС) сырья (0.65 М Zn2+ + 0.3 М PO43‒ + 1.0 М NO3‒, рН = 1.95) с различными добавками при температуре (25±1)ºС. Электрохимические исследования проводились в модельных растворах, имитирующих по содержанию фосфатов, нитратов, модифицирующих добавок и кислотности фосфатирующий раствор (0.3 М Н3РО4 + 1.0 М НNO3 + NaOH, pH = 1.95).

Использовался комплекс различных экспериментальных методов: потенциодинамический (1В/мин), методы определения массы растворившегося металла (m) и массы фосфатной пленки (р) [9], капельный метод определения защитных свойств ФП (γ) [10], электронная микроскопия (MIRA 2LMU, х5000), метод импедансной спектроскопии (измерительный комплекс «Autolab»; для обработки результатов которой применялась программа ZView) и др. В качестве электрода сравнения применялся насыщенный хлоридсеребряный электрод. В работе все потенциалы даны относительно стандартного водородного электрода.

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В таблица 1 приведены результаты фосфатирования стали в растворах на основе универсальной цинк-фосфатной системе, разработанной на кафедре физической химии СГУ для холодного фосфатирования ряда металлов и сплавов группы железа [11], в сравнении с результатами фосфатирования стали в одном из наиболее часто используемых в промышленности фосфатирующем составе типа КФ-7 (раствор 1, табл. 1), предусматривающем проведение процесса фосфатирования при повышенной температуре (tфосф= 45-50оС).

Качество образующихся покрытий оценивалось на основании визуального осмотра пленки и определения массы фосфатного покрытия (р) и коррозионной стойкости (γ).

Таблица 1. Составы фосфатирующих растворов и характеристики полученных в них фосфатных покрытий на Ст3 (время фосфатирования 30мин, t=25оС)

№	Состав раствора	pH	р, г/м2	γ, с
1	Концентрат КФ-7 – 28 мл/л Гидроксид натрия (20%) – 45 мл/л Окислитель (10%) – 1.5-2 мл/л Температура фосфатирования – 45-50оС	1.9	8.2	90
2	ЦНС сырье — 200 г/л ФС сырье — 40 г/л Неорганическая солевая добавка (НСД-1) – 15 г/л	1.7	8.5	90
3	ЦНС сырье — 200 г/л ФС сырье – 40 г/л Неорганическая солевая добавка (НСД-1) – 15 г/л Солевая добавка В(СД-В) – 9 г/л	1.6	6.6	85
4	ЦНС сырье – 150 г/л ЦФС сырье – 45 г/л	2.0	7.0	90

Анализ вышеприведенных данных позволил выделить в качестве лучших растворов составы 1, 2 и 4 (табл. 1) на основе цинк-фосфат-содержащего и цинк-нитрат-содержащего сырья отечественного производства. Раствор 2 (табл. 1), в отличие от состава КФ-7, хотя и позволял получать фосфатные покрытия с достаточной защитной способностью на стали при комнатной температуре, но был сложен в приготовлении. Для устранения этого недостатка был разработан более технологичный фосфатирующий состав на основе цинк-фосфат-нитрат-содержащего сырья отечественного производства (раствор 4 (табл. 1)).

В этом растворе была изучена кинетика формирования фосфатного покрытия на Ст3 при стандартной подготовке поверхности и температуре фосфатирования 25оС.

Кинетика формирования фосфатного покрытия

на стали марки Ст3

Как показывают приведенные на рисунке 1 данные, уже в первые минуты фосфатирования наблюдается формирование ФП, о чем свидетельствуют изменение массы растворившегося сплава (m, г/м2), массы фосфатного покрытия (р, г/м2) и смещение потенциала (Е, В) в область положительных значений.

Рисунок 1 — Изменение массы растворившегося металла (1), потенциала (2), массы (3) и коррозионной стойкости (4) фосфатных покрытий, полученных на Ст3 в цинк-нитрат-фосфатном растворе (раствор 4, табл. 1)

Это дает основание для предположения, что на поверхности сплава при погружении его в фосфатирующий раствор, согласно современной теории фосфатирования, разработанной для черных, а затем развитой для некоторых цветных металлов [2, 7, 12-14], протекают электрохимические процессы анодного растворения сплава:

Me – ze- → Mez+, E0 Fe/Fe2+ = -0.440 В (3)

и катодного восстановления окислителей, присутствующих в растворе.

Значение стационарного потенциала стали Ст3, устанавливающегося в процессе фосфатирования, составляло -0.284 В. При таком потенциале в системе термодинамически возможно протекание на стальных электродах следующих катодных процессов, идущих с поглощением ионов водорода и вызывающих увеличение рН приэлектродного слоя:

Н3О+ + е— →1/2H + Н2О, Ер = -0.026 В (4)

О2 + 4Н+ + 4е— → 2Н2О, Ер = 1.220 В (5)

NO3— + 3H+ + 2e— → HNO2 + h3O, Eo = 0.940 В (6)

NO3— + 10H+ + 8e— → Nh5+ + 3h3O, Eo = 0.870 В. (7)

Именно электрохимические процессы, лежащие в основе фосфатирования, подготавливают условия для образования и формирования структуры фосфатного слоя, т.е. для процесса его кристаллизации.

Увеличение рН приэлектродного слоя и образование фосфатов обрабатываемой стали сдвигает равновесие солеобразующей реакции 3Zn(h3PO4)2 = Zn3(PO4)2 + 4h4PO4 в сторону образования труднорастворимых фосфатов, вызывая интенсивный рост ФП.

Первоначальный период фосфатирования стали отличается синхронным изменением скорости роста ФП и скорости растворения фосфатируемого металла, что подтверждает электрохимическую природу процесса фосфатирования.

К первой минуте фосфатирования масса фосфатного покрытия (р, г/м2) достигает 1.8 г/м2, масса растворившегося сплава составляет 0.2 г/м2 (рисунок 1). Дальнейший рост фосфатной пленки, ее совершенствование в течение 2-х – 5-ти мин. фосфатирования, приводит к увеличению массы фосфатного покрытия до 3.5 г/м2, а массы растворившегося сплава – до 0.7 г/м2. При фосфатировании от 5 до 10 минут происходит дальнейшее увеличение массы фосфатного покрытия, массы растворившегося металла и коррозионной стойкости, но со значительно меньшей скоростью.

Кроме того, наблюдается резкое смещение потенциала в область положительных значений. При увеличении продолжительности фосфатировании от 10 до 30 минут резких скачков потенциала не прослеживается. После 20 минут происходит стабилизация потенциала и массы фосфатного покрытия, коррозионная стойкость изменяется незначительно. К этому периоду формирование фосфатных покрытий на Ст3 практически заканчивается. К 25-30 минутам масса фосфатного покрытия составляет 7.0 г/м2, коррозионная стойкость достигает максимального значения (γ=90 с).

Микроструктура и элементный состав поверхности

фосфатных покрытий на стали марки Ст3

Полученная в растворе 4 (табл. 1) фосфатная пленка была равномерная, крупнокристаллическая с направленной ориентацией и четко выраженной огранкой (см. рисунок 2).

Рисунок 2 – Микроструктура фосфатных покрытий, полученных на стали марки Ст3 в цинк-фосфатном растворе 4 (табл. 1) при различных временах фосфатирования (мин): а — 3 , б — 10, в — 30 (MIRA 2LMU)

На фотографиях микроструктуры поверхности ФП уже в первые минуты фосфатирования наблюдается большое число первоначальных зародышей кристаллизации, рисунок 2,а. Основное формирование фосфатной пленки практически заканчивается к 20-30 минутам фосфатирования. Для этой стадии фосфатирования характерен рост кристаллов, их смыкание и образование сплошного кристаллического покрытия, рисунок 2,в. Результаты элементного анализа поверхности фосфатного покрытия, полученного в растворе 4 (табл. 1) приведены в таблице 2.

Таблица 2. Элементный состав фосфатного покрытия на стали Ст3, полученного в растворе 4 (табл. 4.1) при различной продолжительности фосфатирования (все результаты даны в мас. %).

Время фосфатирования, мин.	O	P	Fe	Zn
3	21.1	6.6	54.9	17.4
10	28.5	10.5	30.2	30.8
30	29.6	10.7	27.8	37.9

Для периода развитого пленкообразования действительно характерно увеличение содержания P и Zn (tфосф.=30мин) в фосфатном покрытии на Ст3 по сравнению с начальной стадией его формирования. Следовательно, основная масса ФП образуется по объемному механизму, т. е. через раствор. Учитывая, что в наших условиях фосфатирования (рН = 2) количество анионов вторичных и третичных фосфатов, которые непосредственно принимают участие в формировании фосфатной пленки, мало [15], можно предположить, что формирование средних фосфатов может происходить через стадию возникновения комплексного аниона и дальнейшей ассоциации его с ионами цинка:

Zn2+ + h3PO4— → [ZnPO4]— + 2H+ (8)

или

Zn 2+ + HPO42- → [ZnPO4]— + H+ (9)

Zn 2+ + 2[ZnPO4]— ↔ Zn3(PO4)2 (10)

Не исключено, что первичные пассивирующие слои образуются и по поверхностному механизму, т.е. за счет специфической адсорбции фосфат-ионов и взаимодействия их с металлом основы.

Таким образом, изучение кинетики процесса холодного фосфатирования стали марки Ст3 показало, что в целом процесс протекает по известному механизму, а разработанный фосфатирующий раствор позволяет при низких температурах получать фосфатные покрытия с высокими антикоррозионными свойствами.

ВЫВОДЫ

С помощью комплекса физико-химических методов (электрохимические методы, электронная микроскопия, методы определения элементного состава, массы фосфатного покрытия, коррозионной стойкости и др.) был изучен процесс холодного фосфатирования низкоуглеродистой стали марки Ст3 в универсальной цинк-фосфатной системе.
Показана возможность замены наиболее часто используемого в промышленности стандартного фосфатирующего состава типа КФ-7 на низкотемпературный (tфосф=18-25оС) цинк-фосфатный состав на основе материалов отечественного производства.
Подтверждена электрохимическая природа процесса фосфатирования. Скорость стационарного электрохимического процесса – растворение металла определяет скорость формирования ФП на исследуемых объектах.
Фосфатные покрытия, получаемые в оптимальных условиях по защитным свойствам соответствовали требованиям ГОСТ 9.401-91 ЕС3КС. Такие покрытия могут быть рекомендованы в качестве подслоя под лакокрасочные и другие виды покрытий, а также ингибирующие смазки.

Список литературы

Гутман Э. М., Низамов К. Р., Гетманский М. Д., Низамов Э. А. Защита нефтепромыслового оборудования от коррозии. М.: Недра, 1983, 152 с.
Хаин И. И. Теория и практика фосфатирования металлов. Л.: Химия. 1973. 312 с.
Оценка основных факторов, влияющих на фазовый состав и кристаллическую структуру цинкфосфатных покрытий на стали /

Р. А. Мачевская, Н. А. Бабакина, С. В. Музылев [и др.] // Исследования в области техники и технологии лакокрасочных покрытий. М.: НИИТЭХИМ, 1974. вып. 3. С. 3-9.

Подготовка поверхности цветных металлов методом фосфатирования / Л. К. Ильина, Р. М. Дворкина, Н. М. Трепак [и др.] // Лакокрасочные материалы и их применение. 1977. № 1. С. 27-29.
Круглова Л. Н., Мачевская Р. А. Влияние состояния поверхности стали на кинетику кристаллизации цинкфосфатных слоев // Лакокрасочные материалы и их применение. 1986. № 2. С. 37-40.
Покрытие пленочным ингибированным нефтяным составом для фосфатирования стали / Л. К. Ильина, Л. А. Лямина, М. М. Кучинская [и др.] // Физикохимия поверхности и защита материалов. 1991. Т. 27, № 3. С. 500-502.
Фосфатирование. Современное состояние и перспективы развития в России / Т. А. Ваграмян, Н. С. Григорян, Д. В. Мазурова [и др.] // Коррозия: материалы, защита. 2011. № 2. С. 20-27.
Гальванотехника: Справочник / Под ред. А. М. Гинберга, А. Ф. Иванова, Л. Л. Кравченко. М.: Металлургия, 1987. С. 477-480.
ГОСТ 9.402-2004. Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей к окрашиванию. М. 2004. 38 с. (Единая система защиты от коррозии и старения).
ГОСТ 9.302-88. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля. М. 1988. 38 с. (Единая система защиты от коррозии и старения).
Ильина Л. К., Кучинская М. М. Раствор для холодного фосфатирования стали // Исследования в области химических источников тока: Межвуз. науч. сб. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. 1979. вып. 6. С. 107-110.
Козлова Л. А., Окулов В. В. Фосфатирование. Теория и практика. Часть 3. Фосфатирование перед окраской // Гальванотехника и обработка поверхности. 2000. Т. 8, № 3. С. 40-48.
Грилихес С. Я. Оксидные и фосфатные покрытия металлов. Л.: Машиностроение. 1985. 280 с.
Роль электрохимических процессов при фосфатировании цветных металлов / Л. К. Ильина, Р. М. Дворкина, Н. М. Трепак [и др.]: Тез. докл. VIII Всесоюзной научно-технической конференции. Казань. 1973. С 104.
Флорианович Г. М. Механизм активного растворения металлов группы железа // Итоги науки и техники. Сер. Коррозия и защита от коррозии. – М.: ВИНИТИ, 1978, Т.6 — С.136-179.
ХОЛОДНОЕ ФОСФАТИРОВАНИЕ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ МАРКИ Ст3
Целью настоящего исследования является разработка фосфатирующих растворов из дешевого сырья отечественного производства, позволяющего получать антикоррозионные фосфатные покрытия на низкоуглеродистых сталях при низких температурах. Изучение кинетики процесса холодного фосфатирования стали марки Ст3 показало, что в целом процесс протекает по известному механизму, а разработанный фосфатирующий раствор на основе цинк-фосфатной системы позволяет при низких температурах (t=18-25оС) получать фосфатные покрытия с высокими антикоррозионными свойствами.
Written by: Казаринов Иван Алексеевич, Аль Нуаими Адиба Али Махммод, Трепак Наталия Михайловна, Исайчева Людмила Анатольевна
Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
Date Published: 12/22/2016
Edition: euroasian-science.ru_25-26.03.2016_3(24)
Available in: Ebook

euroasia-science.ru

фосфатирование стали – холодное, горячее, фосфатные покрытия

Современная химическая технология противокоррозионной защиты металлов, такая как фосфатирование металла представляет собой процесс создания специальной пленки на поверхности металла, которая защищает металл от коррозии. В большинстве случаев фосфатированию подвергают цинковые изделия, низколегированную и углеродистую сталь. Защитная пленка образуется из нерастворимых солей – фосфатов марганца, железа или цинка. Такое покрытие отличается долговечностью и прочностью.

Фосфатирование стали

Фосфатирование на конвейере ЗАЗ Технология фосфатирования стали широко применяется на предприятиях автомобилестроения и металлообработки. В промышленном производстве сталь является самым востребованным материалом, а единственный способ защиты этого металла от разрушения – применение технологии фосфатирования низколегированной и легированной стали (как правило, с помощью цинкофосфатных растворов).

Перед фосфатированием металлическая поверхность очищается и обезжиривается. Затем обрабатывается раствором фосфата цинка, железа или марганца, смешанных с фосфорной кислотой. Различают обычное (нормальное), ускоренное, холодное и аморфное фосфатирование – в каждом отдельном случае технология и раствор подбирается индивидуально. Металл реагирует с кислотой и протравливается в несколько этапов. В процессе фосфатирования металла в зависимости от состава фосфатирующего раствора на металлической поверхности образуется пленка фосфатов толщиной 2 – 5мкм.

Главное достоинство фосфатной пленки состоит в том, что она обладает высокой коррозионной стойкостью во всех видах горючих, смазочных и органических маслах, в бензоле, толуоле и во всех газах, кроме сероводорода. Однако, в агрессивных средах (кислоты, щелочи), а также в воде (пресной и соленой) фосфатная пленка нестойка. Для повышения коррозионной устойчивости применяют дополнительную пропитку смазочными маслами или наносят лакокрасочное антикоррозионное покрытие.

Фосфатирование металла дает возможность защитить черные и цветные металлы от коррозии. Тем самым продлевается срок службы конструкций и сохраняется их внешний вид. Кроме защиты от коррозии, фосфатирование стали применяется в качестве основы под нанесение лаков, красок, клеев, масел, воска и т.д. Фосфатные покрытия обеспечивают отличную адгезию – они «связывают» органические покрытия с металлической поверхностью.

notehspb.ru

Фосфатирование - сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Фосфатирование - сталь

Cтраница 3

Операции 2-я и 3-я для деталей I и III групп, подлежащих покрытию металлами, применяются в случае очень сильного загрязнения поверхности деталей жирами. Для деталей I и II групп перед фосфатированием стали и оксидированием алюминия и его сплавов эти операции обязательны во всех случаях. Операции 4-я и 5-я для деталей 111 группы применяются при наличии на поверхности деталей окалины с целью экономии шлифовальных кругов. Операция 7-я применяется только для отливок. Операции 9-я и 10-я после обезжиривания и травления мелких деталей в барабанах необязательны. Операции 18-я и 19-я применяются только для отливок и деталей со сварными узлами в случае покрытия в цианистых электролитах. Операция 21-я применяется для улавливания дефицитных электролитов. Операция 25-я и 26-я применяются после хромирования и для сварных и литых деталей. [31]

Операции 2-я и 3-я для деталей I и III групп, подлежащих покрытию металлами, применяются в случае очень сильного загрязнения поверхности деталей жирами. Для деталей I и II групп перед фосфатированием стали и оксидированием алюминия и его сплавов эти операции обязательны во всех случаях. Операции 4-я и 5-я для деталей III группы применяются при наличии на поверхности деталей окалины с целью экономии шлифовальных кругов. Операция 7-я применяется только для отливок. Операции 9-я и 10-я после обезжиривания и травления мелких деталей в барабанах необязательны. Операции 18-я и 19-я применяются только для отливок и деталей со сварными узлами в случае покрытия в цианистых электролитах. Операция 21-я применяется для улавливания дефицитных электролитов. Операция 25-я и 26-я применяются после хромирования и для сварных и литых деталей. [32]

Оксидирование, фосфатирование и хро-матирование заключаются в создании на поверхности металла неорганической защитной пленки путем химической или электрохимической обработки деталей в специальных растворах. К этой категории покрытий относятся: оксидирование и фосфатирование стали, оксидирование и хроматирование меди и медных сплавов, цинка, олова, алюминия и алюминиевых сплавов. [33]

Оксидирование, ф осфатирование и хрома-тирование - это процессы, в результате которых на поверхности металла образуется неорганическая защитная пленка вследствие химической или электрохимической обработки деталей в специальных растворах. К этой категории покрытий относятся: оксидирование и фосфатирование стали, оксидирование и хроматирова-ние меди и медных сплавов, цинка, олова, алюминия и алюминиевых сплавов. [34]

Для получения мелкокристаллической структуры и сниже-ния массы фосфатного покрытия в ванну вместе с нитритом натрия иногда вводят 10 % - ный раствор сегнетовой соли. Уменьшение массы покрытия и размера кристаллов особенно важно при фосфатирований стали перед окраской методом электроосаждения. [35]

При этом технологический процесс фосфатирования алюминия аналогичен технологическому процессу фосфатирования стали. [36]

Обработка в фосфорной кислоте весьма благоприятно сказывается на адгезию противокоррозионного покрытия. Однако следует иметь в виду, что лучшие результаты по повышению защитных свойств могут быть достигнуты в том случае, если после операции травления и промывки осуществить фосфатирование стали. [38]

Немалое значение имеет защита стали от коррозии фосфатиро-ванием. Фосфатное покрытие, помимо того, что обладает самостоятельными защитными свойствами, хорошо промасливается и обеспечивает прекрасную адгезию лакокрасочных покрытий с основным металлом. Фосфатирование стали производилось до недавнего времени длительной обработкой ее в составе Мажеф, в результате чего на поверхности ее образовывалась пленка, состоящая из би-фосфатов и трифосфатов железа. [39]

Препарат, называемый мажефом ( марганец - железо - фосфор), является смесью кристаллогидратов монофосфатов ( диги-дроортофосфатов) марганца Мп ( Н2РО4) 2 и железа Ре ( Н2РО4Ь и свободной фосфорной кислоты. По внешнему виду это мелкокристаллический порошок белого цвета, который, согласно ГОСТ 6193 - 52, должен содержать 46 - 52 % Р2О5, не менее 14 % Мп, 0 3 - 3 % Fe и не более: 0 07 % водорастворимых сульфатов ( в пересчете на S03), 0 06 % СаО, 6 % не растворимых в воде веществ и 19 % влаги. Мажеф применяют для фосфатирования стали - нанесения защитного покрытия, предохраняющего сталь от коррозии. При погружении стального изделия в нагретый до 98 раствор мажефа происходит растворение железа с выделением водорода, а на поверхности металла осаждается плотный, прочный и не растворимый в воде кристаллический защитный слой фосфорнокислых солей серо-черного цвета. Когда этот слой достигает определенной толщины, дальнейшее растворение железа прекращается ( стр. [40]

Препарат, называемый мажефом ( марганец - железо - фосфор), является смесью кристаллогидратов монофосфатов ( диги-дроортофосфатов) марганца Мп ( Н2РО4) 2 и железа FetHaPO a и свободной фосфорной кислоты. По внешнему виду это мелкокристаллический порошок белого цвета, который, согласно ГОСТ 6193 - 52, должен содержать 46 - 52 % Р2О5, не менее 14 % Мп, 0 3 - 3 % Fe и не более: 0 07 % водорастворимых сульфатов ( в пересчете на 5Оз), 0 06 % СаО, 6 % не растворимых в воде веществ и 19 % влаги. Мажеф применяют для фосфатирования стали - нанесения защитного покрытия, предохраняющего сталь от коррозии. При погружении стального изделия в нагретый до 98 раствор мажефа происходит растворение железа с выделением водорода, а на поверхности металла осаждается плотный, прочный и не растворимый в воде кристаллический защитный слой фосфорнокислых солей серо-черного цвета. Когда этот слой достигает определенной толщины, дальнейшее растворение железа прекращается ( стр. [41]

При изготовлении крепежа использование фосфатирования дает такие же преимущества, как и при волочении проволоки. Фосфатирование повысило стойкость инструмента при высадке крепежных изделий примерно в 2 раза. Фосфатная пленка значительно уменьшает трение между контактирующими поверхностями, благодаря чему облегчается процесс высадки и повышается износостойкость холодно высадочного инструмента. Фосфатирование стали не только способствует облегчению процесса высадки, но и повышает стойкость инструмента и предотвращает заедание деталей в штампе. Фосфатирование рекомендуется применять при интенсивном нагружении обрабатываемого материала. Высказывается мнение [72], что фосфатирование перед высадкой целесообразно в технологическом отношении, а перед калибровкой - более производительно и позволяет устранить дополнительные внутрицеховые перевозки. [42]

Оксидирование производится в железной ванне, снабженной вытяжным устройством. Ванна должна быть заземлена и теплоизолирована. Изделия погружают в ванну на стальных подвесках или в проволочных корзинах. Температура раствора контролируется термометром, погруженным в ванну в железном чехле. На крупных предприятиях Советского Союза используются специальные автоматы типа ТОА ( ТФА) для оксидирования и фосфатирования стали. Сменная производительность этих автоматов в зависимости от типа составляет от 3 2 до 11 0 Т изделий. [44]

Страницы: 1 2 3 4

www.ngpedia.ru

ВОРОНЕНИЕ, ФОСФАТИРОВАНИЕ, ПАССИВИРОВАНИЕ И ТРАВЛЕНИЕ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Антикоррозионные и декоративные покрытия предохраняют сталь от ржавления. Используются различные способы покрытия стальных деталей, такие, как фосфатирование, оксидирование, химическое никелирование и т. п.

Воронение, как и оксидирование - покрытие стальной детали пленкой окислов, которая предотвращает коррозию металла. Вороненые детали имеют приятный цвет от синих до черных тонов.

При воронении деталь шлифуют и, если надо, полируют; затем тщательно обезжиривают промывкой в щелочах, прогревают до 60-70C. Затем деталь нагревают в печи до температуры 220-325С и протирают ветошью, смоченной конопляным маслом (другие растительные масла дают менее приятные цвета воронения). Ровная окраска поверхности получается только при равномерном прогреве детали.

После смазки деталь снова слегка прогревают и вытирают насухо.

Примечание. Закаленные детали, у которых температура отпуска ниже 220-325С, не воронятся во избежание потери ими механических свойств.

"Синение" стали. Стальным деталям можно придать красивый синий цвет. Для этого составляют два раствора: 140 г гипосульфита на 1л воды и 35г уксуснокислого свинца ("свинцовый сахар") также на 1л воды. Перед употреблением растворы смешивают и нагревают до кипения. Изделия предварительно очищают, полируют до блеска, после чего погружают в кипящую жидкость и держат до тех пор, пока не получат желаемого цвета. Затем деталь промывают в горячей воде и сушат, после чего слегка протирают тряпкой, смоченной касторовым или чистым машинным маслом. Детали, обработанные таким способом, меньше подвержены коррозии.

Фосфатирование. В процессе фосфатирования на поверхности стальной детали образуется защитная пленка, обладающая высокими антикоррозионными свойствами. Зачищенная, отполированная, обезжиренная и декапированная (в течение 1 мин. в 5% растворе серной кислоты) стальная деталь погружается в горячий раствор (35 г/л) мажефа (фосфорно-кислые соли марганца и железа). Температура раствора должна быть 97-99С.

Процесс проходит бурно, выделяется большое количество водорода. Через 1-1,5 ч выделение водорода прекращается, но деталь выдерживается в растворе еще 10-15 мин., после чего тщательно промывается горячей водой, сушится и смазывается маслом.

Лаки и краски очень хорошо ложатся на фосфатированные детали. Если по каким-либо причинам невозможно применить фосфатирование с подогревом, то используют процесс холодного фосфатирования. Фосфатные пленки при холодном фосфатировании менее качественны, однако хорошо идут как грунт под краску.

Существует масса растворов для холодного фосфатирования, например серия КФ (1, 2, 3, 12, 14), фосфатирование происходит при температуре 48-55C.

Пассивирование. Процесс пассивирования позволяет создать на поверхности стальной детали защитную пленку, препятствующую коррозии металла. Углеродистые стали пассивируют при комнатной температуре в 10% растворе калиевого хромпика в течение 60 мин.

Высокоэффективным является процесс пассивирования стальных деталей в 60-90% растворе нитрита натрия (температура 30-40С, время обработки до 20 мин.). Обработанные таким образом детали могут храниться, не ржавея, до двух лет.

Травление. Иногда возникает необходимость вытравить на стальной детали надпись (автолюбители маркируют таким образом некоторые детали перед сдачей автомобиля в сервис). Вот несколько рецептов составов для травления.

Для углеродистых и низколегированных сталей применяют 15% раствор серной кислоты. Температура раствора должна быть 50-70С, время обработки до 40 мин.

Высоколегированные стали травят в 20% растворе соляной кислоты при комнатной температуре. Время обработки до 15 мин. Поверхность детали покрывают горячим стеарином от свечи и по стеарину делают острым предметом необходимую надпись, после чего погружают в травильный раствор.

Для первого раствора можно применять вместо стеарина перхлорвиниловые краски или лаки с добавлением 5-8% талька. Можно поступить и наоборот - нанести на деталь надпись кислотоустойчивым лаком с помощью иглы от шприца подходящего диаметра, припаянной к обычному ученическому перу. Вокруг надписи нужно сделать что-то вроде валика из стеарина, внутрь которого налить травильный раствор. В этом случае надпись получится выпуклой.

Важно!

1. Не забывайте, что нужно вливать кислоту в воду, а не наоборот, иначе вода моментально закипит и образовавшимися брызгами может обжечь вам кожу.

2. При попадании кислоты на кожу нужно немедленно присыпать место ожога содой и промыть в проточной воде.

shkola-v-blog.ru