Recubrimientos de conversión de fosfato: tipos, beneficios y aplicaciones

Recubrimiento de fosfato negro

Pinturas y recubrimientos en polvo Actualmente se utilizan en gran cantidad de piezas de acero. En las últimas décadas, muchos fabricantes han abandonado los acabados galvanizados y han optado por recubrimientos orgánicos. Este cambio se debe principalmente a que la pintura y el recubrimiento en polvo son más fáciles de aplicar a grandes lotes de producción y ofrecen una buena protección contra la corrosión en general.

El acero se utiliza para casi todo lo que vemos. Pintado o con recubrimiento en polvo El acero está presente en los carritos de la compra, las estanterías de los almacenes, los estantes de almacenamiento y otros componentes utilizados para fabricar vehículos. 

Además, encontrará aplicaciones de pintura o recubrimiento en polvo en equipos y herramientas utilizados en la construcción, el transporte e incluso en productos de consumo. 

Sin embargo, la pintura no se adhiere bien al acero crudo y sin preparar. De hecho, si la superficie del acero está limpia (libre de contaminación) y lisa, la pintura puede agrietarse, descascararse o caerse se apaga temprano. Por lo tanto, la mayoría de los fabricantes aplican un proceso al acero antes de recubrirlo. Un método muy común de preparación del acero es mediante el uso Recubrimiento de conversión de fosfato.

Este recubrimiento Se forma una fina capa cristalina sobre la superficie del acero. Esta capa proporciona una superficie antideslizante para la pintura. Además, contribuye a mejorar la protección contra la corrosión. 

Por ello, el recubrimiento de fosfato es uno de los pretratamientos más utilizados para la pintura o el recubrimiento en polvo de diversas piezas de acero.

¿Qué es el recubrimiento de conversión de fosfato?

Piezas metálicas mecanizadas por CNC con recubrimiento de fosfato

El recubrimiento de fosfato es un tratamiento químico que se aplica al acero después de la limpieza. La pieza se sumerge en una solución ácida de fosfato, que reacciona con la superficie del metal. Durante la reacción, se forma una fina capa de fosfato directamente sobre el acero. Esta capa se forma a partir del propio acero, disolviéndose una pequeña porción del metal base.

Este ligero grabado proporciona una buena unión de la capa de fosfato a la superficie. Dependiendo del proceso, el peso del recubrimiento puede variar mucho. El peso del recubrimiento puede variar desde De 40 mg/ft² a 4000 mg/ft²Aunque las capas sean muy finas, generalmente son uniformes y están bien adheridas al acero. 

Reacción superficial durante la fosfatación

Una vez que el acero limpio se sumerge en el baño de fosfato, la solución ácida comienza a reaccionar con la superficie. Los iones metálicos comienzan a disolverse en el baño y a combinarse con las sales de fosfato. 

Esto da como resultado la formación de un depósito insoluble en la pieza. Bajo el microscopio, muchos recubrimientos de fosfato parecen cristalinos. Sin embargo, algunos de los recubrimientos más claros presentan un tamaño de cristal menor, lo que los hace menos visibles.

Independientemente del tamaño del cristal, el depósito se forma directamente sobre la superficie metálica. Debido al ligero grabado del acero durante el proceso de fosfatado, el recubrimiento se adhiere firmemente al acero. Por lo tanto, no se desprende fácilmente. 

Por qué se utiliza el recubrimiento antes de pintar.

El acero desnudo sin recubrimiento no ofrece una buena adherencia de la pintura. Esto se debe a la lisura de su superficie. Una mala adherencia de los recubrimientos de pintura provoca un deterioro prematuro. El recubrimiento de fosfato crea una microsuperficie más rugosa que el acero sin recubrimiento. Como resultado, las pinturas y los recubrimientos en polvo se adhieren mucho mejor a esta superficie. 

Además, el recubrimiento proporciona un nivel básico de protección contra la corrosión mientras se aplica el acabado final. Si se desea, el recubrimiento también puede retener aceites, ceras o productos antioxidantes. 

Tipos comunes de recubrimientos de fosfato

Actualmente, la industria utiliza diversos sistemas de fosfatado. El fosfato de hierro es uno de los más comunes, ya que produce un recubrimiento ligero. Se utiliza frecuentemente antes de pintar chapas metálicas, electrodomésticos y otras piezas de acero fabricadas. El fosfato de zinc produce un recubrimiento cristalino grueso.

Pesos de recubrimiento para recubrimiento de conversión de fosfato de zinc típicamente van desde De 100 a 1,000 mg/ft². Proporciona una mejor protección contra la corrosión y se utiliza habitualmente como recubrimiento de pretratamiento para sistemas de pintura de automóviles.

Tornillos amarillos cincados

Fosfato de manganeso produce el recubrimiento más grueso. El fosfato de manganeso se utiliza en piezas que requieren retención de aceite y resistencia al desgaste, como engranajes, componentes de armas de fuego y componentes de motores. A veces se utiliza en combinación con tratamientos superficiales avanzados, como oxidación por microarco, para protección adicional.

Cómo se aplican los recubrimientos

El método de aplicación depende del tipo de recubrimiento que se aplique y de la línea de producción específica. El fosfato de hierro se suele aplicar mediante un sistema de pulverización o líneas de lavado multietapa.

Estos métodos son típicos de los que se encuentran en las líneas de pretratamiento de pintura. Zinc y manganeso acabado fosfatado Generalmente se aplican mediante tanques de inmersión.

Las piezas permanecen en el baño caliente hasta que transcurre el tiempo suficiente para que la reacción produzca el recubrimiento deseado. Todos los baños de fosfato funcionan en condiciones ácidas y requieren calor para mantener la reacción. Durante el funcionamiento normal, se forma lodo en el baño como subproducto de la reacción. Este lodo debe eliminarse periódicamente para que el baño funcione correctamente.

Espesor típico de los recubrimientos de conversión de fosfato

La cantidad de recubrimiento que se adhiere al metal puede variar según el tipo. El espesor del recubrimiento puede afectar la resistencia a la corrosión y la adherencia de la pintura (en productos recubiertos), así como las características de retención de aceite. 

En función del tipo de metal que se va a recubrir y de la aplicación final prevista, se utilizan diferentes tipos de acabados fosfatados.

Recubrimientos de fosfato de zinc de alta densidad

Anillos roscados CNC cincados

Los recubrimientos gruesos de fosfato de zinc son grises y cristalinos. El espesor del recubrimiento puede variar desde 100 a 1000 mg/ft². Los recubrimientos gruesos son más densos que los ligeros; sin embargo, siguen siendo algo porosos.

Los aceites y las ceras se adhieren muy bien a las superficies rugosas de estos recubrimientos. Debido a esta característica, estos recubrimientos se suelen aplicar a piezas diseñadas para funcionar con lubricantes. Una desventaja del uso de recubrimientos gruesos de fosfato de zinc es que, si se manipulan sin cuidado, pueden desprenderse debido a que forman capas de cristales superpuestas.

Consejo práctico: Antes de sumergir el acero en la solución de fosfato de zinc, limpie a fondo la superficie para eliminar cualquier resto de grasa o aceite. Si quedan residuos de grasa o aceite en la superficie del acero, el recubrimiento no se adherirá correctamente.

Recubrimientos ligeros de fosfato de zinc

Los recubrimientos de fosfato de zinc más ligeros suelen estar dentro del rango de Rango de espesor de 100 a 1,000 mg/ft². Estos recubrimientos suelen ser más lisos y menos porosos que los recubrimientos más gruesos.
Debido a que son relativamente delgados y lisos, estos recubrimientos se aplican con mayor frecuencia antes de la pintura o el recubrimiento en polvo. 

Estos recubrimientos proporcionan una protección adecuada contra la corrosión y una base sólida para las aplicaciones de recubrimiento posteriores, sin añadir apenas espesor al recubrimiento total.

Recubrimientos de fosfato de hierro

Los recubrimientos de fosfato de hierro son los más delgados de las tres opciones de recubrimiento de fosfato. Por lo general, los recubrimientos varían desde De 40 a 80 mg/ft². A diferencia de los recubrimientos de fosfato de zinc y manganeso, que forman una estructura cristalina, los recubrimientos de fosfato de hierro producen una superficie lisa, azul o iridiscente.

El uso principal de los recubrimientos de fosfato de hierro es como capa base para pinturas y como pretratamiento. Los aceites y lubricantes no se adhieren bien a estos recubrimientos, por lo que no se recomiendan para piezas móviles.

Consejo práctico: En comparación con las aplicaciones de recubrimientos de fosfato de zinc y manganeso, el control del proceso para producir recubrimientos de fosfato de hierro es considerablemente más sencillo. Tanto el pH como la titulación son mucho más fáciles de medir y controlar. Además, se reducen los requisitos de calentamiento, lo que disminuye los costos energéticos.

Recubrimientos de fosfato de manganeso

Pieza recubierta de fosfato de magnesio

Los recubrimientos de fosfato de manganeso son más gruesos que los recubrimientos de fosfato de hierro y zinc. Generalmente, los recubrimientos de fosfato de manganeso varían desde De 1,000 a 4,000 mg/ft². El recubrimiento es negro, áspero y altamente cristalino.

Gracias a su estructura cristalina gruesa y rugosa, el recubrimiento retiene excepcionalmente bien los lubricantes y los aceites anticorrosivos. Además, proporciona un bajo coeficiente de fricción, lo que ayuda a prevenir el desgaste y el rozamiento en piezas móviles como engranajes, ejes y cojinetes.

Consejo práctico: Los recubrimientos producidos mediante el proceso de fosfato de manganeso se aplican a menudo a componentes que se mueven o giran, especialmente aquellos en los que la protección contra la corrosión y la resistencia al desgaste son fundamentales.

Adherencia del recubrimiento y características de la superficie

Todos los recubrimientos de fosfato se adhieren fuertemente al acero. La porosidad y la rugosidad superficial de los recubrimientos varían según se trate de un recubrimiento grueso o ligero. Los recubrimientos gruesos suelen ser más porosos y rugosos que los ligeros; por lo tanto, retienen mejor los aceites. Por otro lado, los recubrimientos ligeros son más lisos y ofrecen una mejor adherencia para la pintura.

Retención de aceite y lubricante

Los recubrimientos de zinc y manganeso absorben aceites y ceras debido a su estructura cristalina. Por el contrario, el fosfato de hierro no absorbe aceites ni lubricantes. Por esta razón, los recubrimientos de fosfato de manganeso suelen ser los preferidos para su uso en piezas móviles o sometidas a carga.

Control del Proceso

Los recubrimientos de fosfato de hierro son los más fáciles de controlar de los tres tipos de recubrimiento. Solo se requieren pruebas sencillas de pH y titulación para monitorear el proceso. Es necesario controlar el contenido total de ácido, ácido libre y hierro de los recubrimientos de fosfato de zinc y manganeso. Mantener la proporción correcta entre el ácido total y el ácido libre es fundamental para preservar la calidad de los recubrimientos.

Indicadores de color

• Zinc pesado: gris, ligeramente rugoso
• Zinc claro: gris, más liso
• Fosfato de hierro: de azul a iridiscente
• Fosfato de manganeso: negro, grueso

Comparación de recubrimientos de óxido negro y fosfato

Brida de acero con recubrimiento de óxido negro

Si bien los recubrimientos de óxido negro y de fosfato se han utilizado ampliamente para proteger superficies metálicas, se emplean de maneras completamente diferentes. Son adecuados para una amplia variedad de aplicaciones específicas. Para seleccionar el recubrimiento correcto para un componente en particular, comprender sus diferencias será de gran ayuda.

Composición

El óxido negro para acero Añade una fina capa de óxido de hierro. Por otro lado, los recubrimientos de fosfato forman zinc, manganeso o fosfato de hierro, que reaccionan químicamente con la superficie del metal.

Propósito

El óxido negro se utiliza principalmente para mejorar la apariencia y ofrecer protección contra la corrosión leve. Además, mejora la lubricidad al combinarse con aceites. Los recubrimientos de fosfato se utilizan principalmente como base para pinturas o recubrimientos en polvo. También proporcionan protección adicional contra la corrosión y el desgaste.

Resistencia a la corrosión y al desgaste

El óxido negro ofrece una protección mínima contra la corrosión. Generalmente se necesitan aceites o selladores para prevenir la oxidación. Los recubrimientos de fosfato proporcionan una mejor protección contra la corrosión, especialmente con fosfato de zinc y manganeso. El fosfato de manganeso también mejora la resistencia al desgaste y retiene bien los lubricantes.

Acabado de la superficie

El óxido negro produce un acabado oscuro, liso y brillante. Los recubrimientos de fosfato producen un acabado mate o satinado. Estos acabados son ligeramente más rugosos que los producidos por el óxido negro. Esta superficie rugosa ayuda a mejorar la adherencia de la pintura o los recubrimientos.

Espesor del recubrimiento

El óxido negro es extremadamente delgado, con un rango de 0.0002 a 0.0006 pulgadas. Los recubrimientos de fosfato son significativamente más gruesos, con un rango de aproximadamente 0.0002 a 0.002 pulgadas. El espesor del recubrimiento de fosfato depende del tipo de recubrimiento que se aplique.

Resistencia a la temperatura

El óxido negro tiene mayor resistencia al calor. El óxido negro puede soportar temperaturas de hasta 500 ° C. Los recubrimientos de fosfato son menos resistentes al calor y solo deben utilizarse en aplicaciones de baja temperatura.

Adhesión y lubricidad

Ambos tipos de recubrimientos son excelentes bases para la aplicación de aceites o pinturas. Sin embargo, el óxido negro proporciona mejoras significativas en la lubricidad, principalmente al añadir aceites o ceras. El fosfato de manganeso tiene la capacidad natural de retener lubricantes debido a su estructura cristalina.

Aplicación

El óxido negro se puede aplicar mediante baño químico o baño alcalino caliente. El recubrimiento de fosfato se puede aplicar sumergiendo los componentes en una solución de fosfato. Los procesos de producción también pueden incluir etapas de pulverización.

Costo y consideraciones ambientales

El óxido negro suele ser menos costoso. Sin embargo, utiliza productos químicos más peligrosos. El recubrimiento de fosfato es más caro. No obstante, requiere un proceso de fabricación más complejo y capas más gruesas. Se considera más seguro para el medio ambiente. Sin embargo, requiere tratamiento de aguas residuales.

Aplicaciones principales

Óxido negro:

• Sujetadores
• Accesorios
• Las armas de fuego
• Componentes de herramientas de corte
• Componentes electrónicos (principalmente para mejorar la apariencia y ofrecer protección contra la corrosión leve).

Revestimiento de fosfato:

• Componentes automotrices
• Engranajes
• Rodamientos
• Árboles de levas
• Hardware militar
• Electrodomésticos (principalmente para protección contra la corrosión, propiedades adhesivas para pinturas y recubrimientos, y retención de lubricantes)

Tabla comparativa de referencia

Lea también nuestra guía: revestimiento de alodina.

Materiales aptos para recubrimiento de fosfato

Los recubrimientos de fosfato funcionan bien en una variedad de metales. Mejoran resistencia a la corrosión, adherencia de la pintura y protección contra el desgasteA continuación se presenta una lista concisa de metales comúnmente recubiertos y sus aplicaciones típicas.

Materiales Comunes

• Acero al Carbón
• Herramienta de acero
• Aleaciones de aluminio
• Acero Inoxidable

Aplicaciones e industrias típicas

Aplicaciones industriales de los recubrimientos de fosfato

Los productos metálicos recubiertos con fosfato estarán protegidos contra la corrosión. Además, estos productos tendrán una mejor adherencia de la pintura. El recubrimiento de fosfato puede ofrecer una mayor protección contra el desgaste excesivo. 

El recubrimiento también permite que los lubricantes se adhieran mejor a la superficie metálica, lo cual resulta útil en muchas aplicaciones mecánicas.

Cada una de las industrias mencionadas ha utilizado el fosfatado de manera diferente:

Industria automotriz:

El motor, la suspensión y otras piezas del chasis suelen estar fosfatadas. El recubrimiento fosfatado protege contra la corrosión y proporciona una buena adherencia de la pintura. Además, reduce el desgaste de las piezas móviles, como los engranajes y los árboles de levas.

Industria aeroespacial:

Los componentes de aluminio y acero utilizados en sistemas aeroespaciales a veces se recubren con fosfato antes de pintarlos. Este recubrimiento mejora la resistencia a la corrosión y optimiza la adherencia de la pintura en las piezas estructurales y mecánicas. 

El fosfatado también ayuda a proteger los elementos de fijación y los componentes de precisión del desgaste superficial durante el servicio y el mantenimiento.

Maquinaria Industrial

Las piezas de la maquinaria industrial, como engranajes, cojinetes y herramientas, reciben recubrimientos fosfatados. Estos recubrimientos reducen el desgaste y, además, previenen el agarrotamiento y mantienen la lubricación durante el funcionamiento.

Electrodomésticos

Las piezas de acero y aluminio de los electrodomésticos, como lavadoras, secadoras y refrigeradores, reciben recubrimientos fosfatados. Estos recubrimientos se utilizan para mejorar la adherencia de la pintura e inhibir la corrosión.

Producción de alambre y tubería

Durante el proceso de trefilado de alambres y tubos, estos reciben recubrimientos fosfatados. Dichos recubrimientos reducen la fricción y favorecen la retención del lubricante.

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