Die Phosphatbeschichtung besteht aus dünnen kristallinen Schichten von Phosphatverbindungen, die an der Oberfläche des Metallsubstrats haften, und wird auch als Phosphatumwandlungsbeschichtung bezeichnet, bei der es sich um eine chemische Behandlung handelt, die auf Stahlteile aufgebracht wird und eine dünne Haftschicht aus Eisen, Zink oder Eisen erzeugt Manganphosphate, zur Erzielung von Korrosionsbeständigkeit, Schmierung oder als Grundlage für nachfolgende Beschichtungen oder Lackierungen. Die Phosphatkristalle sind porös und können aus Zink-, Mangan- oder Eisenphosphatlösungen gebildet werden. Jeder der drei Typen liefert eine Phosphatbeschichtung mit leicht unterschiedlichen Eigenschaften wie Kristallgröße und Beschichtungsdicke. Dies ermöglicht die Auswahl einer spezialisierteren Beschichtung für die spezielle Anwendung, die für einen Teil der Struktur erforderlich ist. Diese Beschichtungen werden normalerweise auf Kohlenstoffstahl, niedriglegierten Stahl und Gusseisen aufgetragen. Die Beschichtung wird durch Schwammen, Sprühen oder Eintauchen des Substrats in eine Lösung aus verdünnter Phosphorsäure in Kombination mit anderen Chemikalien, die den Beschichtungsprozess unterstützen, gebildet. Phosphatbeschichtungen können auch auf Zink, Cadmium, Aluminium, Zinn und verzinktem Stahl aufgetragen werden, sind aber schwierig auf hochlegiertem Material aufzubringen, das oft immun gegen die Phosphorsäure ist. Die Hauptbestandteile einer Phosphatierungslösung sind:
√ Phosphorsäure (H3PO4)
√Ionen (Kationen) zweiwertiger Metalle: Zn2 plus , Fe2 plus , Mn2 plus
√Beschleuniger – ein Oxidationsmittel (Nitrat, Nitrit, Peroxid), das die Geschwindigkeit des Beschichtungsprozesses erhöht und die Korngröße der Abscheidung verringert.
Das Phosphatieren ist eine der häufigsten Arten der Konversionsbeschichtung, die auch als Phosphatbeschichtung, Phosphatierung oder Phosphatierung bezeichnet wird. Es ist auch unter dem Handelsnamen Parkerizing bekannt, insbesondere wenn es auf Schusswaffen und andere militärische Ausrüstung angewendet wird. Die frühesten Arbeiten zu Phosphatierungsprozessen wurden von den britischen Erfindern William Alexander Ross, britisches Patent 3119, im Jahr 1869 und von Thomas Watts Coslett, britisches Patent 8667, im Jahr 1906 entwickelt. Coslett aus Birmingham, England, reichte anschließend ein Patent ein basierend auf demselben Verfahren in Amerika im Jahr 1907, dem 1907 das US-Patent 870.937 erteilt wurde. Es stellte im Wesentlichen ein Eisenphosphatierungsverfahren unter Verwendung von Phosphorsäure bereit. Eine verbesserte Patentanmeldung für die Manganphosphatierung, die größtenteils auf diesem frühen britischen Eisenphosphatierungsverfahren basiert, wurde 1912 in den USA eingereicht und 1913 an Frank Rupert Granville Richards als US-Patent 1.069.903 erteilt.
Was ist ein Phosphatierungsprozess?
Das Verfahren nutzt die geringe Löslichkeit von Phosphaten bei mittlerem oder hohem pH-Wert, und das Bad ist eine Lösung aus Phosphorsäure (H3PO4), die die gewünschten Eisen-, Zink- oder Mangankationen und andere Zusätze enthält. Die Säure reagiert mit dem Eisenmetall unter Bildung von Wasserstoff und Eisenkationen:
Fe plus 2 H3O plus → Fe2 plus plus H2 plus 2 H2O
Die Protonen verbrauchende Reaktion erhöht den pH-Wert der Lösung in unmittelbarer Nähe der Oberfläche, bis schließlich die Phosphate unlöslich werden und sich darauf ablagern. Die Säure- und Metallreaktion erzeugt auch lokal Eisenphosphat, das ebenfalls abgelagert werden kann. Bei der Abscheidung von Zinkphosphat oder Manganphosphat kann das zusätzliche Eisenphosphat eine unerwünschte Verunreinigung sein. Beim Einbringen eines Stahlblechs in die Phosphatierungslösung (z. B. Zinkphosphat) findet eine topochemische Reaktion statt, bei der die Eisenauflösung an den auf dem Substrat vorhandenen Mikroanoden durch die im Bad vorhandene freie Phosphorsäure initiiert wird. Der Verbrauch von Phosphorsäure für die Reaktion verursacht eine Verringerung des Säuregehalts der Lösung in der Schicht neben der Metalloberfläche. Die Löslichkeit von Zinkphosphat in der neutralisierten Lösung wird verringert, was zu einer Ausfällung des Salzes und seiner Abscheidung auf der Substratoberfläche führt:
Was ist der Unterschied zwischen Manganphosphat, Zinkphosphat und Eisenphosphat?
1. Mangan-Phosphatierungsbeschichtung
Es ist die härteste, rostbeständigste, glatteste, gleichmäßigste und abriebfesteste Phosphatbeschichtung. Es bildet eine kristalline absorbierende Oberfläche und ist ideal für Substrate, die abriebfest sein müssen, wie Lager, Buchsen, Druckscheiben und Befestigungselemente. Manganphosphat-Überzugsmittel schmiert zudem die behandelte Oberfläche und ist damit eine geeignete Phosphatbeschichtung für die Automobilindustrie: Gleitende und bewegliche Motor- und Getriebeteile profitieren von der Schmierwirkung von Mangan. Es ist kein Decklack erforderlich, und die Beschichtung wird häufig mit einem Wachs oder Öl veredelt, um die Eigenschaften zu verbessern. Eine Manganphosphatbeschichtung wird aufgetragen, wenn Verschleißfestigkeit und Anti-Fress-Eigenschaften erforderlich sind, und sie besitzt auch die Fähigkeit, Öl zurückzuhalten, was die Anti-Reibungs-Eigenschaften weiter verbessert und den beschichteten Teilen Korrosionsbeständigkeit verleiht.
2. Eisenphosphatbeschichtung
Es ist die wirtschaftlichste Option durch Eintauchen oder Sprühen. Es wird angewendet, wenn eine starke Haftung eines nachfolgenden Anstrichs erforderlich ist. Im Gegensatz zu den Lösungen für Zinkphosphat- und Manganphosphatbeschichtungen, bei denen die Metallionen Bestandteil der Zusammensetzung sind, werden bei Eisenphosphatlösungen Eisenionen durch das sich auflösende Substrat bereitgestellt. Stahl, Zink und Aluminium sind alle geeignete Substrate für die Eisenphosphatbeschichtung, und es ist die flexibelste Option, wenn es um die Art des Substrats geht. Der Preis für die Eisenphosphatierung ist deutlich niedriger als die Kosten für die Zink- und Manganphosphatierung, und die Eisenphosphatierung ist wie Zn eine gängige Grundierung für die Pulverbeschichtung. Es ist jedoch bei weitem nicht so langlebig, obwohl Korrosionsbeständigkeit und Haftung nahe beieinander liegen. Daher ist eine Eisenphosphatierung nur für Projekte zu empfehlen, die keine extrem hohe Qualität erfordern und mit geringem Budget realisiert werden müssen. Mit anderen Worten, es ist für die meisten Offshore- und Meeresprojekte, die ständig den Elementen ausgesetzt sind, nicht geeignet. Die offensichtlichen Vorteile sind:
√ Niedrigste Produktionskosten für die Phosphatierung,
√Entfettet normalerweise ölige Oberflächen bei niedriger Temperatur,
√Niedrige Wartungskosten
√ Decklacke:Pulverbeschichtung, flüssige Farbe
3. Zinkphosphatbeschichtung
Es ist das gebräuchlichste aller phosphatierenden Vorbehandlungsverfahren für Stahl und Eisen durch Tauchen oder Sprühen. Es ist nicht so korrosionsbeständig oder schmierfähig wie Mangan, aber die Korrosionsbeständigkeitsleistung kann durch verschiedene Decklacke verbessert werden. Das Zinkphosphatierungsverfahren hat die Fähigkeit, die Metalloberfläche in eine nichtmetallische, polykristalline Beschichtung umzuwandeln, die Eisen-, Mangan-, Nickel- und Zinkphosphate enthält, die eine hohe Alkalibeständigkeit bieten. Es wird bevorzugt als Lackbasis mit hervorragender Haftung für Pulverlacke, Elektrotauchlacke oder Nasslacke verwendet und bietet einen hervorragenden Korrosionsschutz, und die Zinkphosphatbeschichtung gilt neben der Verzinkung als die bestmögliche Grundierung für Pulver- und Nasslacke. Das Beschichtungsmittel Zinkphosphatierung erzeugt eine viel leichtere Beschichtung als Mangan und ist daher vorteilhaft für Projekte, bei denen das Gewicht des Metalls nicht beeinträchtigt werden darf. Diese Beschichtung ist auch die gebräuchlichste Lösung zum Grundieren von Metall für Pulverbeschichtungen, nachdem der Untergrund sandgestrahlt wurde. Es ist etwas teurer als die Eisenphosphatierung, bietet aber auch eine bessere Qualität für eine längere Lebensdauer. Zinkphosphat wird zur Herstellung von korrosionsbeständigen Beschichtungen verwendet, die typischerweise entweder als Teil eines Galvanisierungsprozesses oder als Grundierungspigment aufgetragen werden. Es reagiert mäßig mit Wasser und ist mit Zinkquellen säurelöslich, wodurch es eine gute Feuchtigkeitsbeständigkeit und galvanische Substitutionseigenschaften aufweist.
In den meisten Betrieben, in denen die Korrosionsbeständigkeit der fertigen Werkstücke besonders hoch sein muss, werden Konversionsschichten mit Zinkphosphat aufgebracht. Dieser Ansatz ist in Drahtziehereien, der Automobilindustrie und in bestimmten Bereichen der Geräte- und Elektronikindustrie weit verbreitet. In ähnlicher Weise wird die Zinkphosphatierung häufig von den Streitkräften vorgeschrieben, insbesondere für Geräte, die rauen Umgebungen ausgesetzt sein können. Die Vorbehandlung von Metallen mit einer Zinkphosphat-Konversionsschicht erfolgt im Wesentlichen in drei Schritten: Reinigen und Aktivieren der Metalloberfläche, Aufbringen der Konversionsschicht und Versiegeln/Nachpassivieren. Die Vorteile der Zinkphosphatbeschichtung sind:
√ Vermeidung von Abrieb durch Reibung vor Umformprozessen wie Kaltziehen, Kaltschmieden, Tiefziehen.
√Erhöhen Sie die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit durch Schutzschmierung.
√Korrosionsbeständigkeit (in Kombination mit anderen Beschichtungen), nahtloser, glatter und dünner Film.
√Geeignet für verschiedene Decklacke: Ölschichten, Korrosionsschutzwachs oder Schmiermittel (z. B. Fluorpolymere) verschiedene Arten von Pulverbeschichtungen.
√Bietet hervorragende Haftung für Pulverlack, elektrophoretische Beschichtungen oder Flüssiglack und elektrische Isolierung.
√Ideale Vorbehandlung für raue Umgebungen wie Offshore oder verschmutzte Industriegebiete.
Die Zinkphosphatierverfahren vonverzinkt, feuerverzinktodersherardisiertProdukte sind
√ Einrichten
√Entfetten und Reinigen der Oberfläche
√Aktivierung
√Zinkphosphatierung
√Spülen
√Passivierung
√Trocknen
Das Aufbringen einer Zinkphosphatbeschichtung führt zu einer Schicht aus unlöslichen, kristallinen Phosphaten (1-20μ), die eine poröse Schicht bildet, die aus Hopeite, Phosphophyllit und anderen Zinkphosphatverbindungen besteht, die sich mit der Feuerverzinkungsschicht Zink verbinden Plattierungsbeschichtung oder sherardisierte Beschichtung durch das oben erwähnte Verfahren. Da die Zinkphosphatbeschichtung farblos ist, entstehen ihre Grautöne durch Reflexionen. Dies bedeutet, dass das Fell nicht durch UV-Strahlen angegriffen wird; von jeglichen Bedenken hinsichtlich der Witterungsbeständigkeit befreit. Darüber hinaus ermöglicht die hohe Porosität der Zinkphosphatbeschichtung die Induktion von Kohlendioxid und Wasserpartikeln in die Atmosphäre, wodurch sie reagieren können, um eine Beschichtung aus basischem Zinkcarbonat zu bilden, die als Grautöne erscheint, die sich mit der Zeit absetzen.
Wir müssen jedoch wissen, dass Phosphatbeschichtungen zwar eine gute Haftung und einen gewissen Barriereschutz bieten, aber wenn die Beschichtung beschädigt wird, beginnt die Korrosion schnell an der offenen Metalloberfläche, da schwerlösliche Phosphate im Vergleich zu Chromaten nicht genügend Hemmkraft besitzen und daher nicht können sorgen für die Selbstheilung der beschädigten Zone. Dennoch kann ein Selbstheilungseffekt beobachtet werden, wenn die Phosphatbeschichtung lösliche Phosphate enthält, die aus der Beschichtung auslaugen und an den Fehlstellen ausfallen können, wie von Aramaki (2003) gezeigt wurde.
