Фосфатно-конверсионное покрытие: виды, преимущества и области применения.

Черное фосфатное покрытие

Лакокрасочные и порошковые покрытия Сегодня такие покрытия используются на большом количестве стальных деталей. За последние несколько десятилетий многие производители отказались от гальванических покрытий и перешли на органические. Этот сдвиг произошел главным образом потому, что покраска и порошковая покраска проще в применении к крупным партиям продукции и хорошо подходят для общей защиты от коррозии.

Сталь используется практически во всех видимых вами изделиях. Окрашенный или с порошковым покрытием Из стали изготавливают тележки для покупок, складские стеллажи, полки для хранения и другие компоненты, используемые при производстве транспортных средств. 

Кроме того, вы найдете покрытия, нанесенные краской или порошковой краской, на оборудовании и инструментах, используемых в строительстве, транспорте и даже в потребительских товарах. 

Однако краска плохо держится на необработанной, сырой стали. На самом деле, если поверхность стали чистая (без загрязнений) и гладкая, краска может... треснуть, отслоиться или упасть Преждевременное снятие покрытия. Поэтому большинство производителей наносят на сталь технологический процесс перед нанесением покрытия. Очень распространенный метод подготовки стали — использование фосфатное конверсионное покрытие.

Это покрытие Образует тонкий кристаллический слой на поверхности стали. Этот слой служит «цепочкой», к которой может прикрепиться краска. Кроме того, этот слой способствует улучшению защиты от коррозии. 

Таким образом, фосфатное покрытие является одним из наиболее часто используемых методов предварительной обработки перед покраской или порошковой окраской различных стальных деталей.

 

Что такое фосфатное конверсионное покрытие?

Металлические детали с фосфатным покрытием, обработанные на станках с ЧПУ.

Фосфатное покрытие — это химическая обработка стали после очистки. Деталь погружают в кислый фосфатный раствор, который затем реагирует с поверхностью металла. В ходе реакции на стали образуется тонкий фосфатный слой. Фосфатный слой образуется непосредственно из стали. Небольшая часть основного металла растворяется в процессе реакции.

Это незначительное травление обеспечивает хорошее сцепление фосфатного слоя с поверхностью. В зависимости от процесса, масса покрытия может значительно варьироваться. Масса покрытия может составлять от... от 40 мг/фут² до 4000 мг/фут²Несмотря на то, что слои могут быть очень тонкими, они, как правило, однородны и хорошо прилегают к стали. 

Поверхностная реакция в процессе фосфатирования

После погружения очищенной стали в фосфатную ванну кислотный раствор начинает реагировать с поверхностью. Ионы металла начинают растворяться в ванне и соединяться с фосфатными солями. 

В результате на детали образуется нерастворимый осадок. При увеличении многие фосфатные покрытия выглядят кристаллическими. Однако некоторые более светлые покрытия имеют меньший размер кристаллов, что делает их менее заметными.

Независимо от размера кристаллов, осадок образуется непосредственно на поверхности металла. Благодаря небольшому травлению стали в процессе фосфатирования, покрытие прочно сцепляется со сталью. Поэтому оно не будет легко отслаиваться. 

Почему покрытие используется перед покраской?

Непокрытая сталь плохо сцепляется с краской. Это связано с гладкостью поверхности. Плохая адгезия лакокрасочных покрытий приводит к преждевременному выходу из строя. Фосфатное покрытие создает более шероховатую микроповерхность, чем непокрытая сталь. В результате краска и порошковые покрытия гораздо лучше прилипают к такой поверхности. 

Кроме того, покрытие обеспечивает базовый уровень защиты от коррозии во время нанесения финишного покрытия. При желании покрытие также может удерживать масла, воски или антикоррозионные средства. 

Распространенные типы фосфатных покрытий

В настоящее время в промышленности используется несколько систем фосфатирования. Одним из наиболее распространенных является фосфат железа. Он образует тонкое покрытие. Его часто используют перед покраской листового металла, бытовой техники и других изготовленных из стали деталей. Фосфат цинка образует толстое кристаллическое покрытие.

Вес покрытия для цинк-фосфатное конверсионное покрытие обычно варьируются от 100–1,000 мг/фут². Оно обеспечивает лучшую защиту от коррозии и широко используется в качестве предварительного покрытия для автомобильных лакокрасочных систем.

Винты с желтым цинковым покрытием

Фосфат марганца Получается самое толстое покрытие. Фосфат марганца используется для деталей, требующих удержания масла и износостойкости, таких как шестерни, компоненты огнестрельного оружия и компоненты двигателей. Иногда его используют в сочетании с передовыми методами обработки поверхности, такими как... микродуговое окисление, для дополнительной защиты.

Способ нанесения покрытий

Способ нанесения зависит от типа наносимого покрытия и конкретной производственной линии. Фосфат железа часто наносится с помощью распылительной системы или многоступенчатых линий мойки.

Эти методы типичны для линий предварительной обработки краски. Цинк и марганец. фосфатное покрытие Как правило, их применяют с использованием погружных емкостей.

Детали остаются в нагретой ванне до тех пор, пока не пройдет достаточно времени для образования желаемого покрытия в результате реакции. Все фосфатные ванны работают в кислой среде и требуют нагрева для поддержания реакции. В процессе нормальной работы в ванне в качестве побочного продукта реакции образуется осадок. Этот осадок необходимо периодически удалять для обеспечения надлежащего функционирования ванны.

 

Типичная толщина фосфатных конверсионных покрытий

Толщина покрытия, прилипающего к металлу, может варьироваться в зависимости от его типа. Толщина покрытия может влиять на коррозионную стойкость и адгезию краски (для изделий с покрытием), а также на маслоудерживающие свойства. 

В зависимости от типа покрываемого металла и предполагаемого конечного применения используются различные виды фосфатного покрытия.

Толстые цинкофосфатные покрытия

Цинковые резьбовые кольца, изготовленные на станке с ЧПУ.

Тяжелые цинк-фосфатные покрытия имеют серый кристаллический цвет. Толщина покрытия может варьироваться от... 100–1000 мг/фут². Толстые покрытия плотнее тонких, однако они остаются несколько пористыми.

Масла и воски очень хорошо прилипают к шероховатым поверхностям этих покрытий. Благодаря этому свойству, такие покрытия часто наносят на детали, предназначенные для работы со смазочными материалами. Недостатком использования толстых цинк-фосфатных покрытий является то, что при неосторожном обращении они могут отслаиваться, поскольку образуют слои кристаллов друг на друге.

Практический совет: Перед погружением стали в раствор фосфата цинка тщательно очистите поверхность стали от жира и масла. Если на поверхности стали останутся остатки жира или масла, покрытие не сможет должным образом сцепиться со сталью.

Светло-цинково-фосфатные покрытия

Более светлые цинк-фосфатные покрытия обычно относятся к категории Диапазон толщины 100-1,000 мг/фут². Эти покрытия, как правило, более гладкие и менее пористые, чем более толстые покрытия.
Благодаря своей относительной тонкости и гладкости, эти покрытия чаще всего наносятся перед покраской или порошковой окраской. 

Эти покрытия обеспечивают адекватную защиту от коррозии и прочный базовый слой для последующих нанесений, при этом они лишь незначительно увеличивают общую толщину покрытия.

Покрытия из фосфата железа

Покрытия из фосфата железа являются самыми тонкими из трех вариантов фосфатных покрытий. Как правило, толщина таких покрытий составляет от... 40–80 мг/фут². В отличие от покрытий из фосфатов цинка и марганца, которые образуют кристаллическую структуру, покрытия из фосфата железа создают гладкую, синюю или переливающуюся поверхность.

Основное применение покрытий из фосфата железа — в качестве базового слоя для покраски и предварительной обработки. Масла и смазочные материалы плохо прилипают к этим покрытиям; их не рекомендуется использовать на движущихся частях.

Практический совет: По сравнению с нанесением покрытий из фосфатов цинка и марганца, контроль процесса производства покрытий из фосфатов железа значительно проще. Измерение и контроль pH, а также титрование значительно упрощаются. Кроме того, снижаются требования к нагреву, что уменьшает энергозатраты.

Покрытия из фосфата марганца

Деталь с покрытием из фосфата магния

Покрытия из фосфата марганца толще, чем покрытия из фосфата железа и цинка. Как правило, толщина покрытий из фосфата марганца составляет от... 1,000–4,000 мг/фут². Покрытие чёрное, шероховатое и обладает высокой степенью кристалличности.

Благодаря своей толстой, крупнокристаллической структуре покрытие очень хорошо удерживает смазочные материалы и антикоррозионные масла. Это покрытие также обеспечивает низкий коэффициент трения, что помогает предотвратить заедание и износ движущихся частей, таких как шестерни, валы и подшипники.

Практический совет: Покрытия, полученные методом фосфатирования марганца, часто наносятся на движущиеся или вращающиеся компоненты, особенно на те, где защита от коррозии и износостойкость имеют решающее значение.

Адгезия покрытия и характеристики поверхности

Все фосфатные покрытия обладают прочным сцеплением со сталью. Пористость и шероховатость поверхности покрытий различаются в зависимости от того, используется ли толстое или тонкое покрытие. Толстые покрытия, как правило, более пористые и шероховатые, чем тонкие; следовательно, они лучше удерживают масла. С другой стороны, тонкие покрытия более гладкие и лучше подходят для адгезии краски.

Удержание масла и смазки

Как цинковые, так и марганцевые покрытия впитывают масла и воски благодаря своей кристаллической структуре. Напротив, фосфат железа не впитывает масла и смазочные материалы. По этой причине марганцево-фосфатные покрытия часто предпочтительнее использовать для движущихся или несущих нагрузку деталей.

Контроль над процессом

Покрытия из фосфата железа проще всего контролировать из трех типов покрытий. Для мониторинга процесса достаточно простых тестов на pH и титрования. Необходимо контролировать общее содержание кислоты, свободной кислоты и железа в цинково-марганцевых фосфатных покрытиях. Поддержание правильного соотношения общей и свободной кислоты имеет решающее значение для сохранения качества покрытий.

Цветные индикаторы

• Тяжелый цинк: серый, слегка шероховатый
• Светлый цинк: серый, более гладкий.
• Фосфат железа: от синего до переливающегося
• Фосфат марганца: черный, крупнозернистый

Сравнение покрытий из черного оксида и фосфатов

стальной фланец с покрытием из черного оксида

Хотя как черное оксидное, так и фосфатное покрытия широко используются для защиты металлических поверхностей, они применяются совершенно по-разному. Они подходят для широкого спектра конкретных применений. Для выбора правильного покрытия для конкретного компонента полезно понимать их различия.

Состав

чёрное оксидирование стали Добавляется тонкий слой оксида железа. С другой стороны, фосфатные покрытия образуют цинк, марганец или фосфат железа, которые вступают в химическую реакцию с поверхностью металла.

Цель

Основное применение черного оксида — улучшение внешнего вида и защита от легкой коррозии. Он также улучшает смазывающие свойства при смешивании с маслами. Фосфатные покрытия в основном используются в качестве основы для красок или порошковых покрытий. Они также обеспечивают дополнительную защиту от коррозии и износа.

Устойчивость к коррозии и износу

Черное оксидное покрытие обеспечивает лишь минимальную защиту от коррозии. Для предотвращения ржавчины обычно требуются масла или герметики. Фосфатные покрытия обеспечивают улучшенную защиту от коррозии, особенно цинковое и марганцевое фосфатирование. Марганцевое фосфатирование также повышает износостойкость и хорошо удерживает смазочные материалы.

Чистота поверхности

Черное оксидирование придает покрытию темный, гладкий и глянцевый вид. Фосфатные покрытия дают матовое или сатиновое покрытие. Эти покрытия немного шероховатее, чем то, которое получается при использовании черного оксида. Эта шероховатая поверхность способствует улучшению адгезии краски или покрытия.

Толщина покрытия

Черный оксид имеет чрезвычайно тонкую структуру, толщина которой составляет от... От 0.0002 до 0.0006 дюйма. Фосфатные покрытия значительно толще, их толщина составляет приблизительно От 0.0002 до 0.002 дюйма. Толщина фосфатного покрытия зависит от типа наносимого покрытия.

Температурное сопротивление

Черное оксидное покрытие обладает повышенной термостойкостью. Оно может выдерживать температуру до 500 ° C. Фосфатные покрытия обладают меньшей термостойкостью и должны использоваться только в условиях низких температур.

Адгезия и смазывающие свойства

Оба типа покрытий являются отличной основой для нанесения масел или красок. Однако оксид черного цвета значительно улучшает смазывающие свойства, особенно при добавлении масел или восков. Фосфат марганца обладает естественной способностью удерживать смазочные материалы благодаря своей кристаллической структуре.

Области применения

Черное оксидное покрытие может наноситься с помощью химической ванны или горячей щелочной ванны. Фосфатное покрытие может наноситься путем погружения компонентов в фосфатный раствор. Производственные процессы также могут включать этапы распыления.

Стоимость и экологические соображения

Черное оксидное покрытие, как правило, дешевле. Однако при его нанесении используется больше опасных химических веществ. Фосфатное покрытие дороже. Однако оно требует более сложного производственного процесса и более толстых слоев. Считается более безопасным для окружающей среды. Однако требуется очистка сточных вод.

Типичные применения

Черная окись:

• Крепеж
• Инструменты
• Огнестрельное оружие
• Компоненты режущего инструмента
• Электронные компоненты (в основном для улучшения внешнего вида и защиты от незначительной коррозии)

Фосфатное покрытие:

• Автомобильные Компоненты
• Gears
• Подшипников
• Распредвалы
• Военная техника
• Бытовая техника (в основном для защиты от коррозии, улучшения адгезионных свойств красок и покрытий, а также для удержания смазочных материалов).

Сравнительная таблица

Факторы	Черная окись	Фосфатное покрытие
Слой	Оксид железа	Цинк, марганец или фосфат железа
Цель	Легкая коррозия, внешний вид	Защита от коррозии, лакокрасочная основа
Толщина	Очень тонкий	Более толстый, толщина варьируется в зависимости от типа.
Surface	Гладкая, глянцевая	Матовый, шероховатый
Носить	Средняя	Хорошо, особенно марганец.
маслянистость	Требуется масло/воск	Естественным образом удерживает масло/воск.
Области применения	Химическая ванна	Окуните или опрыскайте в фосфатном растворе.
Общего пользования	Инструменты, крепежные изделия, огнестрельное оружие	Автомобильные запчасти, шестерни, бытовая техника

Также ознакомьтесь с нашим руководством: алодиновое покрытие.

 

Материалы, подходящие для фосфатного покрытия

Фосфатные покрытия хорошо подходят для различных металлов. Они улучшают их свойства. коррозионная стойкость, адгезия краски и защита от износаНиже приведён краткий список металлов, которые обычно покрывают защитным слоем, и типичных областей их применения.

Общие материалы

• Углеродистая сталь
• Инструментальная сталь
• Алюминиевые сплавы
• Нержавеющая сталь

Типичные области применения и отрасли

Материал	Примеры оценок	Общие случаи использования
Углеродистая сталь	AISI 4140, AISI 4130	Опоры двигателя, детали подвески
Инструментальная сталь	Н13, Д2	Кронштейны, инструментальные вставки
алюминий	6061, 7075	Детали шасси, облегченные кронштейны
Нержавеющая сталь	СУС304, СУС316Л	Крепежные изделия, детали машин

Промышленное применение фосфатных покрытий

Металлические изделия, покрытые фосфатным покрытием, будут защищены от коррозии. Кроме того, металлические изделия, покрытые фосфатным покрытием, будут обладать улучшенной адгезией краски. Металлические изделия, покрытые фосфатом, могут обеспечить лучшую защиту от чрезмерного износа. 

Покрытие также обеспечивает лучшее сцепление смазочных материалов с металлической поверхностью, что полезно во многих областях применения в механике.

В каждой из перечисленных отраслей фосфатирование применяется по-разному:

Автомобильная промышленность:

Двигатель, подвеска и другие детали шасси обычно подвергаются фосфатированию. Фосфатное покрытие этих деталей защищает от коррозии и обеспечивает хорошую адгезию краски. Кроме того, фосфатное покрытие снижает износ движущихся частей, таких как шестерни и распределительные валы.

Аэрокосмическая промышленность:

Алюминиевые и стальные компоненты, используемые в аэрокосмических системах, иногда покрывают фосфатным составом перед покраской. Это покрытие улучшает коррозионную стойкость и повышает сцепление краски с конструктивными и механическими деталями. 

Фосфатирование также помогает защитить крепежные элементы и прецизионные компоненты от износа поверхности во время эксплуатации и технического обслуживания.

Промышленное оборудование

Детали промышленного оборудования, включая шестерни, подшипники и инструменты, покрываются фосфатным покрытием. Фосфатное покрытие снижает износ. Кроме того, фосфатное покрытие предотвращает заедание и поддерживает смазку во время работы.

Бытовая техника

Стальные и алюминиевые детали бытовой техники, такой как стиральные машины, сушилки и холодильники, покрываются фосфатным покрытием. Эти покрытия используются для улучшения адгезии краски и предотвращения коррозии.

Производство проволоки и труб

В процессе волочения проволоки и труб они покрываются фосфатным покрытием. Фосфатное покрытие снижает трение и способствует удержанию смазки.

Boda Tech: Услуги по финишной обработке, которым вы можете доверять.

Boda Tech помогает вам производить высококачественные детали с высокой точностью и надежностью. Наши услуги по финишной обработке и... обработка металла на заказ Благодаря предоставляемым услугам каждый компонент соответствует требуемым стандартам прочности, долговечности и качества поверхности. Мы тесно сотрудничаем с вами, чтобы превратить ваши проекты в готовые к использованию детали, которые демонстрируют отличные эксплуатационные характеристики в реальных условиях. Мы предлагаем широкий спектр услуг по финишной обработке, включая анодирование, термообработку, полировку и пескоструйную обработку. Каждая деталь тщательно обрабатывается в соответствии с вашими требованиями и обеспечивает необходимые характеристики для ваших задач.

Свяжитесь с компанией Boda Tech сегодня, чтобы обсудить ваш проект и узнать, как мы можем помочь вам добиться лучших результатов в производстве.