Rivestimenti di conversione al fosfato: tipologie, vantaggi e applicazioni

Rivestimento di fosfato nero

Vernici e rivestimenti in polvere Oggi vengono utilizzati su un gran numero di componenti in acciaio. Negli ultimi decenni, molti produttori si sono allontanati dalle finiture galvaniche a favore di rivestimenti organici. Questo cambiamento è avvenuto principalmente perché la verniciatura e la verniciatura a polvere sono più facili da applicare a grandi lotti di produzione e offrono una buona protezione generale dalla corrosione.

L'acciaio viene utilizzato praticamente per qualsiasi cosa tu veda. Verniciato o verniciato a polvere L'acciaio è il materiale di cui sono composti i carrelli della spesa, gli scaffali dei magazzini, le rastrelliere e altri componenti utilizzati per la produzione di veicoli. 

Inoltre, è possibile trovare applicazioni di vernice o verniciatura a polvere su attrezzature e strumenti utilizzati nell'edilizia, nei trasporti e persino nei prodotti di consumo. 

Tuttavia, la vernice non aderisce bene all'acciaio grezzo non preparato. Infatti, se la superficie dell'acciaio è pulita (priva di contaminazioni) e liscia, la vernice potrebbe creparsi, sfaldarsi o cadere fuori presto. Pertanto, la maggior parte dei produttori applica un processo all'acciaio prima di rivestirlo. Un metodo molto comune per preparare l'acciaio è quello di utilizzare rivestimento di conversione al fosfato.

Questo rivestimento Si forma un sottile strato cristallino sulla superficie dell'acciaio. Questo strato funge da "punto di adesione" per la vernice. Inoltre, contribuisce a migliorare la protezione dalla corrosione. 

Pertanto, la fosfatazione è uno dei pretrattamenti più comunemente utilizzati per la verniciatura o la verniciatura a polvere di una varietà di componenti in acciaio.

Che cos'è il rivestimento di conversione al fosfato?

Componenti metallici lavorati a CNC e rivestiti di fosfato

La fosfatazione è un trattamento chimico applicato all'acciaio dopo la pulizia. Il pezzo viene immerso in una soluzione fosfatica acida, che reagisce con la superficie metallica. Durante la reazione, si forma un sottile strato di fosfato direttamente sull'acciaio. Lo strato di fosfato si forma a partire dall'acciaio stesso. Una piccola parte del metallo di base si dissolve durante la reazione.

Questa leggera incisione fornisce un buon legame dello strato di fosfato alla superficie. A seconda del processo, il peso del rivestimento può variare notevolmente. Il peso del rivestimento può variare da Da 40 mg/ft² a 4000 mg/ft²Sebbene gli strati possano essere molto sottili, sono generalmente uniformi e ben aderenti all'acciaio. 

Reazione superficiale durante la fosfatazione

Una volta immerso l'acciaio pulito nel bagno di fosfato, la soluzione acida inizia a reagire con la superficie. Gli ioni metallici cominciano a dissolversi nel bagno e a combinarsi con i sali di fosfato. 

Ciò comporta la formazione di un deposito insolubile sul pezzo. Al microscopio, molti rivestimenti di fosfato appaiono cristallini. Tuttavia, alcuni dei rivestimenti più chiari presentano una dimensione dei cristalli inferiore, risultando quindi meno visibili.

Indipendentemente dalle dimensioni dei cristalli, il deposito si forma direttamente sulla superficie metallica. Grazie alla leggera incisione dell'acciaio durante il processo di fosfatazione, il rivestimento aderirà saldamente all'acciaio, pertanto non si staccherà facilmente. 

Perché si utilizza il rivestimento prima della verniciatura

L'acciaio grezzo non verniciato non offre una buona adesione della vernice a causa della sua superficie liscia. La scarsa adesione delle vernici porta a un deterioramento precoce. Il rivestimento fosfatico crea una microsuperficie più ruvida rispetto all'acciaio non verniciato. Di conseguenza, le vernici e i rivestimenti in polvere aderiscono molto meglio a questa superficie. 

Inoltre, il rivestimento fornisce un livello base di protezione dalla corrosione durante l'applicazione della finitura finale. Se lo si desidera, il rivestimento può anche trattenere oli, cere o antiruggine. 

Tipi comuni di rivestimenti fosfatici

Nell'industria odierna si utilizzano diversi sistemi di fosfatazione. Il fosfato di ferro è uno dei più comuni. Produce un rivestimento leggero. Viene spesso utilizzato prima della verniciatura di lamiere, elettrodomestici e altri componenti in acciaio. Il fosfato di zinco produce un rivestimento cristallino più spesso.

Pesi di rivestimento per rivestimento di conversione al fosfato di zinco in genere vanno da Da 100 a 1,000 mg/ft². Offre una migliore protezione dalla corrosione ed è comunemente utilizzato come rivestimento di pretrattamento per i sistemi di verniciatura automobilistica.

viti zincate gialle

fosfato di manganese produce il rivestimento più pesante. Il fosfato di manganese viene utilizzato su parti che richiedono ritenzione dell'olio e resistenza all'usura, come ingranaggi, componenti di armi da fuoco e componenti del motore. A volte viene utilizzato in combinazione con trattamenti superficiali avanzati, come ossidazione a microarco, per una protezione aggiuntiva.

Come vengono applicati i rivestimenti

Il metodo di applicazione dipende dal tipo di rivestimento da applicare e dalla specifica linea di produzione. Il fosfato di ferro viene spesso applicato tramite un sistema a spruzzo o linee di lavaggio a più stadi.

Questi metodi sono tipici di quelli che si trovano nelle linee di pretrattamento delle vernici. Zinco e manganese finitura fosfatata vengono generalmente applicati utilizzando vasche di immersione.

I pezzi rimangono nel bagno riscaldato finché non trascorre un tempo sufficiente affinché la reazione produca il rivestimento desiderato. Tutti i bagni di fosfatazione operano in condizioni acide e richiedono calore per sostenere la reazione. Durante il normale funzionamento, nella vasca si forma del fango come sottoprodotto della reazione. Questo fango deve essere rimosso periodicamente per garantire il corretto funzionamento della vasca.

Spessore tipico dei rivestimenti di conversione al fosfato

La quantità di rivestimento che aderisce al metallo può variare a seconda del tipo. Lo spessore del rivestimento può influenzare la resistenza alla corrosione e l'adesione della vernice (per i prodotti rivestiti), nonché le caratteristiche di ritenzione dell'olio. 

A seconda del tipo di metallo da rivestire e dell'applicazione finale prevista, vengono utilizzati diversi tipi di finiture al fosfato.

Rivestimenti pesanti di fosfato di zinco

Anelli filettati CNC zincati

I rivestimenti spessi di fosfato di zinco sono grigi e cristallini. Lo spessore del rivestimento può variare da Da 100 a 1000 mg/ft². I rivestimenti spessi sono più densi di quelli più leggeri; tuttavia, rimangono comunque in qualche modo porosi.

Oli e cere aderiscono molto bene alle superfici ruvide di questi rivestimenti. Grazie a questa caratteristica, questi rivestimenti vengono spesso applicati a componenti progettati per funzionare con lubrificanti. Uno svantaggio dell'utilizzo di rivestimenti spessi di fosfato di zinco è che, se maneggiati con noncuranza, possono scheggiarsi perché formano strati di cristalli uno sopra l'altro.

Consiglio pratico: prima di immergere l'acciaio nella soluzione di fosfato di zinco, pulire accuratamente la superficie dell'acciaio da ogni traccia di grasso e olio. Se sulla superficie dell'acciaio sono presenti residui di grasso o olio, il rivestimento non aderirà correttamente all'acciaio.

Rivestimenti leggeri al fosfato di zinco

I rivestimenti di fosfato di zinco più leggeri rientrano in genere nella categoria Intervallo di spessore da 100 a 1,000 mg/ft². Questi rivestimenti sono generalmente più lisci e meno porosi rispetto ai rivestimenti più pesanti.
Essendo relativamente sottili e lisci, questi rivestimenti vengono spesso applicati prima della verniciatura o della verniciatura a polvere. 

Questi rivestimenti offrono un'adeguata protezione dalla corrosione e una solida base per le successive applicazioni di rivestimento, aggiungendo al contempo uno spessore minimo al rivestimento complessivo.

Rivestimenti di fosfato di ferro

I rivestimenti di fosfato di ferro sono i più sottili tra le tre opzioni di rivestimento fosfatico. In genere, gli spessori dei rivestimenti variano da Da 40 a 80 mg/ft². A differenza dei rivestimenti di fosfato di zinco e manganese, che formano una struttura cristallina, i rivestimenti di fosfato di ferro producono una superficie liscia, blu o iridescente.

L'uso principale dei rivestimenti al fosfato di ferro è come strato di base per le vernici e come pretrattamento. Oli e lubrificanti non aderiscono bene a questi rivestimenti; pertanto, non sono raccomandati per le parti in movimento.

Consiglio pratico: Rispetto alle applicazioni di rivestimento con fosfato di zinco e manganese, il controllo del processo di produzione di rivestimenti con fosfato di ferro è considerevolmente più semplice. Sia le misurazioni del pH che quelle della titolazione sono significativamente più facili da misurare e controllare. Inoltre, il fabbisogno di riscaldamento è ridotto, con conseguente diminuzione dei costi energetici.

Rivestimenti di fosfato di manganese

Parte rivestita di fosfato di magnesio

I rivestimenti di fosfato di manganese sono più spessi sia dei rivestimenti di fosfato di ferro che di quelli di fosfato di zinco. In generale, i rivestimenti di fosfato di manganese variano da Da 1,000 a 4,000 mg/ft². Il rivestimento è nero, ruvido e altamente cristallino.

Grazie alla sua struttura cristallina spessa e grossolana, il rivestimento trattiene in modo eccellente lubrificanti e oli antiruggine. Questo rivestimento offre inoltre un basso coefficiente di attrito, che contribuisce a prevenire grippaggio e usura su parti in movimento come ingranaggi, alberi e cuscinetti.

Consiglio pratico: I rivestimenti prodotti mediante il processo al fosfato di manganese vengono spesso applicati a componenti mobili o rotanti, in particolare a quelli in cui la protezione dalla corrosione e la resistenza all'usura sono fondamentali.

Caratteristiche di adesione e di superficie del rivestimento

Tutti i rivestimenti fosfatici aderiscono fortemente all'acciaio. La porosità e la rugosità superficiale dei rivestimenti variano a seconda che si tratti di un rivestimento spesso o leggero. I rivestimenti spessi sono generalmente più porosi e ruvidi di quelli leggeri; pertanto, trattengono meglio gli oli. D'altra parte, i rivestimenti leggeri sono più lisci e più adatti all'adesione della vernice.

Ritenzione di olio e lubrificante

Sia i rivestimenti di zinco che quelli di manganese assorbono oli e cere a causa della loro struttura cristallina. Al contrario, il fosfato di ferro non assorbe oli e lubrificanti. Per questo motivo, i rivestimenti di fosfato di manganese sono spesso preferiti per l'utilizzo su parti mobili o portanti.

Controllo del Processo

I rivestimenti a base di fosfato di ferro sono i più facili da controllare tra i tre tipi di rivestimento. Per monitorare il processo sono sufficienti semplici test di pH e titolazione. È necessario monitorare il contenuto di acidità totale, acidità libera e ferro nei rivestimenti di fosfato di zinco e manganese. Mantenere il corretto rapporto tra acidità totale e acidità libera è fondamentale per preservare la qualità dei rivestimenti.

Indicatori di colore

• Zinco pesante: grigio, leggermente ruvido
• Zinco chiaro: grigio, più liscio
• Fosfato di ferro: da blu a iridescente
• Fosfato di manganese: nero, grossolano

Confronto tra rivestimenti all'ossido nero e alla fosfatazione

Flangia in acciaio con rivestimento in ossido nero

Sebbene sia l'ossido nero che la fosfatazione siano ampiamente utilizzati per proteggere le superfici metalliche, il loro impiego è completamente diverso. Sono adatti a una vasta gamma di applicazioni specifiche. Per scegliere il rivestimento corretto per un determinato componente, è utile comprenderne le differenze.

Composizione

Migliori ossido nero per acciaio aggiunge un sottile strato di ossido di ferro. D'altra parte, i rivestimenti fosfatici formano zinco, manganese o fosfato di ferro, che reagiscono chimicamente con la superficie metallica.

Missione

L'ossido nero viene utilizzato principalmente per migliorare l'aspetto estetico e offrire una leggera protezione dalla corrosione. Inoltre, se combinato con gli oli, migliora la lubrificazione. I rivestimenti fosfatici, invece, vengono utilizzati principalmente come base per vernici o rivestimenti in polvere. Offrono anche un'ulteriore protezione dalla corrosione e dall'usura.

Resistenza alla corrosione e all'usura

L'ossido nero offre solo una protezione minima contro la corrosione. In genere sono necessari oli o sigillanti per prevenire la ruggine. I rivestimenti al fosfato offrono una migliore protezione contro la corrosione, in particolare con fosfato di zinco e di manganese. Il fosfato di manganese migliora anche la resistenza all'usura e trattiene bene i lubrificanti.

Finitura di superficie

L'ossido nero produce una finitura scura, liscia e lucida. I rivestimenti fosfatici producono una finitura opaca o satinata. Queste finiture sono leggermente più ruvide di quelle prodotte dall'ossido nero. Questa superficie ruvida contribuisce a migliorare l'adesione di vernici o rivestimenti.

Spessore del rivestimento

L'ossido nero è estremamente sottile, con una gamma di Da 0.0002 a 0.0006 pollici. I rivestimenti fosfatici sono significativamente più spessi, con uno spessore che varia da circa Da 0.0002 a 0.002 pollici. Lo spessore del rivestimento fosfatico dipende dal tipo di rivestimento applicato.

Resistenza alla temperatura

L'ossido nero ha una maggiore resistenza al calore. L'ossido nero può resistere a temperature fino a 500 ° C. I rivestimenti fosfatici sono meno resistenti al calore e dovrebbero essere utilizzati solo in applicazioni a bassa temperatura.

Adesione e lubrificazione

Entrambi i tipi di rivestimento sono ottime basi per l'applicazione di oli o vernici. Tuttavia, l'ossido nero offre miglioramenti significativi in ​​termini di lubrificazione, soprattutto quando vengono aggiunti oli o cere. Il fosfato di manganese ha una naturale capacità di trattenere i lubrificanti grazie alla sua struttura cristallina.

Applicazione

L'ossidazione nera può essere applicata mediante un bagno chimico o un bagno alcalino caldo. Il rivestimento fosfatico può essere applicato immergendo i componenti in una soluzione di fosfato. I processi produttivi possono includere anche fasi di spruzzatura.

Considerazioni sui costi e sull'ambiente

L'ossido nero è generalmente meno costoso. Tuttavia, richiede l'utilizzo di sostanze chimiche più pericolose. La fosfatazione è più costosa. Tuttavia, richiede un processo di produzione più complesso e strati più spessi. È considerata più sicura per l'ambiente. Tuttavia, è necessario un trattamento delle acque reflue.

Applicazioni tipiche

Ossido nero:

• Elementi di fissaggio
• Strumenti
• Armi da fuoco
• Componenti per utensili da taglio
• Componenti elettronici (principalmente per l'aspetto estetico e la protezione da lieve corrosione)

Rivestimento fosfatico:

• Componenti automobilistici
• Marce
• Cuscinetti
• Alberi a camme
• Hardware militare
• Elettrodomestici (principalmente per la protezione dalla corrosione, le proprietà adesive per vernici e rivestimenti e la ritenzione del lubrificante)

Tabella di confronto di riferimento

Leggi anche la nostra guida: rivestimento in alodine.

Materiali adatti alla fosfatazione

I rivestimenti fosfatici funzionano bene su una varietà di metalli. Migliorano resistenza alla corrosione, adesione della vernice e protezione dall'usuraDi seguito è riportato un elenco conciso dei metalli comunemente rivestiti e delle relative applicazioni tipiche.

Materiali comuni

• Acciaio al carbonio
• Acciaio per utensili
• Leghe di alluminio
• Acciaio inossidabile

Applicazioni e settori tipici

Applicazioni industriali dei rivestimenti fosfatici

I prodotti metallici rivestiti con un trattamento al fosfato saranno protetti dalla corrosione. Inoltre, i prodotti metallici rivestiti con un trattamento al fosfato avranno una migliore adesione della vernice. I prodotti metallici rivestiti con fosfato possono offrire una migliore protezione contro l'usura eccessiva. 

Il rivestimento permette inoltre ai lubrificanti di aderire meglio alla superficie metallica, il che risulta utile in numerose applicazioni meccaniche.

Ciascuno dei settori elencati ha utilizzato la fosfatazione in modo diverso:

Industria automobilistica

Il motore, le sospensioni e altre parti del telaio sono in genere fosfatate. I rivestimenti fosfatati su queste parti proteggono dalla corrosione e garantiscono una buona adesione della vernice. Inoltre, i rivestimenti fosfatati riducono l'usura delle parti mobili come ingranaggi e alberi a camme.

Industria aerospaziale

I componenti in alluminio e acciaio utilizzati nei sistemi aerospaziali vengono talvolta rivestiti con fosfatazione prima della verniciatura. Il rivestimento migliora la resistenza alla corrosione e favorisce l'adesione della vernice su parti strutturali e meccaniche. 

La fosfatazione contribuisce inoltre a proteggere elementi di fissaggio e componenti di precisione dall'usura superficiale durante le operazioni di assistenza e manutenzione.

Macchinario industriale

Le parti dei macchinari industriali, inclusi ingranaggi, cuscinetti e utensili, vengono sottoposte a rivestimenti fosfatati. I rivestimenti fosfatati possono ridurre l'usura. Inoltre, prevengono il grippaggio e mantengono la lubrificazione durante il funzionamento.

Elettrodomestici

Le parti in acciaio e alluminio degli elettrodomestici, come lavatrici, asciugatrici e frigoriferi, vengono sottoposte a un trattamento di fosfatazione. Questi rivestimenti vengono utilizzati per migliorare l'adesione della vernice e per prevenire la corrosione.

Produzione di fili e tubi

Durante il processo di trafilatura di fili e tubi, questi vengono rivestiti con un trattamento di fosfatazione. Tale trattamento riduce l'attrito e favorisce la ritenzione del lubrificante.

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