El recobriment de fosfat està format per capes fines cristal·lines de compostos de fosfat que s'adhereixen a la superfície del substrat metàl·lic, i també s'anomena recobriment de conversió de fosfat, que és un tractament químic aplicat a peces d'acer que crea una fina capa adherida de ferro, zinc o fosfats de manganès, per aconseguir resistència a la corrosió, lubricació o com a base per a posteriors recobriments o pintura. Els cristalls de fosfat són porosos i es poden formar a partir de solucions de zinc, manganès o fosfat de ferro. Cadascun dels tres tipus proporciona un recobriment de fosfat amb propietats lleugerament diferents, com ara la mida del cristall i el gruix del recobriment. Això permet seleccionar un recobriment més especialitzat per a l'aplicació particular requerida per a una part de l'estructura. Aquests recobriments s'apliquen generalment a l'acer al carboni, l'acer de baix aliatge i el ferro colat. El recobriment es forma esponjant, polvoritzant o submergint el substrat en una solució d'àcid fosfòric diluït combinat amb altres productes químics que ajuden al procés de recobriment. Els recobriments de fosfat també es poden aplicar a zinc, cadmi, alumini, estany i acer galvanitzat, però són difícils d'aplicar en materials amb aliatges alts, que sovint són immunes a l'àcid fosfòric. Els components principals d'una solució de fosfatació són:
√ Àcid fosfòric (H3PO4)
√Ions (cations) de metalls bivalents: Zn2 més , Fe2 més , Mn2 més
√Accelerador: un reactiu oxidant (nitrat, nitrit, peròxid) que augmenta la velocitat del procés de recobriment i redueix la mida del gra del dipòsit.
La fosfatació és un dels tipus més comuns de recobriment de conversió que també s'anomena recobriment de fosfat, fosfatització o fosfatització. També es coneix amb el nom comercial Parkerizing, especialment quan s'aplica a armes de foc i altres equips militars. El treball més primerenc sobre processos de fosfatació va ser desenvolupat pels inventors britànics William Alexander Ross, patent britànica 3119, el 1869, i per Thomas Watts Coslett, patent britànica 8667, el 1906. Coslett, de Birmingham, Anglaterra, va presentar una patent posteriorment. basat en aquest mateix procés a Amèrica el 1907, a la qual se li va concedir la patent dels EUA 870.937 el 1907. Bàsicament proporcionava un procés de fosfatació de ferro, utilitzant àcid fosfòric. Una sol·licitud de patent millorada per a la fosfatació de manganès basada en gran part en aquest primer procés britànic de fosfatació de ferro es va presentar als EUA el 1912 i es va emetre el 1913 a Frank Rupert Granville Richards com a patent dels EUA 1.069.903.
Què és el procés de fosfatació?
El procés aprofita la baixa solubilitat dels fosfats a pH mitjà o alt, i el bany és una solució d'àcid fosfòric (H3PO4), que conté els cations de ferro, zinc o manganès desitjats i altres additius. L'àcid reacciona amb el metall de ferro produint hidrogen i cations de ferro:
Fe més 2 H3O més → Fe2 més més H2 més 2 H2O
La reacció que consumeix protons augmenta el pH de la solució a les proximitats immediates de la superfície, fins que finalment els fosfats es tornen insolubles i es dipositen sobre ella. La reacció àcid i metall també crea localment fosfat de ferro que també es pot dipositar. Quan es diposita fosfat de zinc o fosfat de manganès, el fosfat de ferro addicional pot ser una impuresa no desitjada. Quan s'introdueix un panell d'acer a la solució de fosfatació (per exemple fosfat de zinc), té lloc una reacció topoquímica en la qual s'inicia la dissolució del ferro en els microànodes presents al substrat per l'àcid fosfòric lliure present al bany. El consum d'àcid fosfòric per a la reacció provoca una reducció de l'acidesa de la solució a la capa adjacent a la superfície metàl·lica. La solubilitat del fosfat de zinc en la solució neutralitzada es redueix, donant lloc a la precipitació de la sal i la seva deposició a la superfície del substrat:
Quina diferència hi ha entre el fosfat de manganès, el fosfat de zinc i el fosfat de ferro?
1. Revestiment de fosfat de manganès
És el recobriment de fosfat més dur, resistent a l'òxid, llis, uniforme i resistent a l'abrasió. Forma una superfície d'absorció cristal·lina i és ideal per a substrats que necessiten ser resistents a l'abrasió, com ara coixinets, casquilles, volanderes d'empenta i elements de fixació. L'agent de recobriment de fosfat de manganès també lubrica la superfície tractada, convertint-lo en un recobriment de fosfat adequat per a la indústria de l'automòbil: les peces de motor i transmissió lliscants i mòbils es beneficien de l'efecte lubricant del manganès. No requereix una capa superior, i el recobriment sovint s'acaba amb una cera o oli per millorar les propietats. El recobriment de fosfat de manganès s'aplica quan es requereix resistència al desgast i propietats anti-color, i també té la capacitat de retenir l'oli, la qual cosa millora encara més les propietats antifricció i confereix resistència a la corrosió a les peces recobertes.
2. Revestiment de fosfat de ferro
És l'opció més econòmica per immersió o polvorització. S'aplica quan es requereix una forta adherència d'una pintura posterior. A diferència de les solucions per a recobriments de fosfat de zinc i fosfat de manganès, en què els ions metàl·lics són un constituent de la composició, a les solucions de fosfat de ferro els ions de ferro són proporcionats pel substrat de dissolució. L'acer, el zinc i l'alumini són substrats adequats per al recobriment de fosfat de ferro, i és l'opció més flexible pel que fa al tipus de substrat. El preu de la fosfatació de ferro és clarament inferior als costos del servei de fosfatació de zinc i manganès, i la fosfatació de ferro, com el Zn, és una imprimació habitual per al recobriment en pols. No obstant això, no és tan durador encara que la resistència a la corrosió i l'adhesió estan a prop l'una de l'altra. Per tant, el recobriment de fosfat de ferro només es recomana per a projectes que no requereixen una qualitat extremadament alta i s'han de realitzar amb un pressupost baix. En altres paraules, no és adequat per a la majoria de projectes marins i en alta mar que estan exposats contínuament als elements. Els beneficis evidents són:
√ Cost de producció de fosfatació més baix,
√Desgreixa superfícies normalment grasses a baixa temperatura,
√Baix cost de manteniment
√ Capes superiors:recobriment en pols, pintura líquida
3. Revestiment de fosfat de zinc
És el més comú de tots els mètodes de pretractament de fosfatació per a acer i ferro per immersió o polvorització. No és tan resistent a la corrosió ni lubricant com el manganès, però el rendiment de la resistència a la corrosió es pot millorar amb diferents capes superiors. El procés de fosfatació de zinc té la capacitat de convertir la superfície metàl·lica en un recobriment no metàl·lic i policristalí que conté ferro, manganès, níquel i fosfats de zinc que proporcionen una alta resistència alcalina. Es prefereix com a base de pintura que ofereix una excel·lent adherència per a pintura en pols, recobriments electroforètics o pintura líquida i ofereix una protecció superior contra la corrosió, i el recobriment de fosfat de zinc es considera la millor imprimació possible per a pols i pintures líquides, al costat de la galvanització. L'agent de recobriment de fosfatació de zinc crea un recobriment molt més lleuger que el manganès i, per tant, és beneficiós per a projectes on el pes del metall no s'ha de veure afectat. Aquest recobriment també és la solució més comuna per a la imprimació de metall per a recobriments en pols després que el substrat s'hagi polit amb sorra. És una mica més car que el fosfat de ferro, però també ofereix una millor qualitat per a una vida útil més llarga. El fosfat de zinc s'utilitza per produir recobriments resistents a la corrosió que s'apliquen normalment com a part d'un procés de galvanoplastia o com a pigment d'imprimació. Reacciona moderadament amb l'aigua i és soluble en àcids amb fonts de zinc, la qual cosa li permet tenir una bona resistència a la humitat i propietats de substitució galvànica.
En la majoria d'operacions on la resistència a la corrosió de les peces acabades ha de ser especialment alta, els recobriments de conversió s'apliquen amb fosfat de zinc. Aquest enfocament s'utilitza àmpliament en els treballs de trefilatge, la indústria de l'automòbil i en determinats sectors de les indústries d'electrodomèstics i electrònica. De la mateixa manera, els serveis armats solen especificar la fosfatació de zinc, especialment per a equips que poden estar exposats a entorns severs. Hi ha tres passos principals en el pretractament de metalls amb un recobriment de conversió de fosfat de zinc: neteja i activació de la superfície metàl·lica, aplicació de la capa de conversió i segellat/post-passivació. Els avantatges del recobriment de fosfat de zinc són:
√ Prevenció de l'abrasió causada per la fricció abans dels processos de conformació de metalls com ara estirat en fred, forja en fred, embutició profunda.
√Augmenta la resistència al desgast i la resistència a la corrosió amb lubricació protectora.
√Resistència a la corrosió (en combinació amb altres recobriments), pel·lícula sense costures, llisa i fina.
√Apte per a diferents acabats: capes d'olis, cera anticorrosió o lubricants (com fluoropolímers) diferents tipus de recobriment en pols.
√Proporciona una excel·lent adherència per a pintura en pols, recobriments electroforètics o pintura líquida i aïllament elèctric.
√Pretractament ideal per a entorns severs com ara en alta mar o zones industrials contaminants.
Els processos de fosfatació de zinczincat, galvanitzat en calentoxerarditzatels productes són
√ Configuració
√Desgreixatge i neteja de la superfície
√Activació
√Fosfat de zinc
√Esbandida
√Passivació
√Assecat
L'aplicació del recobriment de fosfat de zinc dóna com a resultat una capa de fosfats cristal·lins insolubles (1-20μ), que crea una capa porosa composta d'esperança, fosfofil·lita i altres compostos de fosfat de zinc que es combinen amb la capa de galvanització en calent, zinc. capa de revestiment o capa de sherard mitjançant el procés esmentat anteriorment. Com que el recobriment de fosfat de zinc és incolor, els seus tons grisos són el resultat dels reflexos. Això vol dir que el pelatge no es veu afectat pels raigs ultraviolats; eximint-lo de qualsevol preocupació de resistència a la intempèrie. A més, l'alta porositat del recobriment de fosfat de zinc permet la inducció de partícules de diòxid de carboni i aigua a l'atmosfera, la qual cosa li permet reaccionar per formar una capa de carbonat de zinc bàsic que apareix a mesura que els tons grisos s'assenten amb el temps.
Tanmateix, hem de saber que tot i que els recobriments de fosfat proporcionen una bona adherència i una certa protecció de barrera, quan el recobriment es fa malbé, la corrosió avança ràpidament a la superfície metàl·lica oberta perquè els fosfats de baixa solubilitat no tenen prou poder inhibidor en comparació amb els cromats i, per tant, no poden. proporcionar una autocuració de la zona danyada. No obstant això, es pot observar un efecte d'autocuració quan el recobriment de fosfat inclou fosfats solubles que poden filtrar-se del recobriment i precipitar als llocs defectuosos, com va demostrar Aramaki (2003).
