Процесс фосфатирования стали, процесс холодной толстослойной радужной пассивации цинка

Гидроабразивное фосфатирование

Гидроабразивная обработка считается одним из лучших способов защиты металла. Состав для обработки металла приготавливается на основе мягкой воды. Детали окунают на 10-15 минут в 10% раствор бихромата калия. Температура жидкости — от 70 до 80 градусов по Цельсию.

Далее проводится гидрофобизация пленки, для чего изделие на 7 минут кладется в 10% раствор кремнийорганической жидкости в бензине. После этого парам бензина дают испариться на открытом воздухе и отправляют металл на высушивание при 100 градусной температуре в течение часа.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ, КОНТРОЛЬ И КОРРЕКТИРОВАНИЕ ПАССИВИРУЮЩИХ РАСТВОРОВ

1. Для приготовления пассивирующего раствора на основе КП-2А основного бихромата хрома и хромового ангидрида применяют воду, соответствующую требованиям п. 2 табл. 18 настоящего стандарта.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

1.1. Для приготовления растворов на жесткой воде щелочность воды снижают до 2 «точек» введением 45%-ного раствора муравьиной кислоты Введение 1,0 см3 муравьиной кислоты на 100 см3 воды снижает щелочность на 1 «точку».

1.2. Количество миллилитров раствора соляной кислоты молярной концентрацией 0,1 моль/дм3, израсходованное на титрование 100 см3 воды с индикатором бромкрезоловым зеленым, выражают в условных единицах «точках».

2. При контроле растворов в процессе работы определяют рН и массовую концентрацию шестивалентного хрома.

2.1. Определение массовой концентрации шестивалентного хрома.

2.1.1. Приготовление 0,1 моль/дм3 раствора соли Мора.

40 г соли Мора растворяют в 20 см3 дистиллированной воды и переносят в колбу вместимостью 1000 см3, добавляют 50 см3 серной кислоты плотностью 1840 кг/м3 и доводят до метки дистиллированной водой. Молярность раствора соли Мора устанавливают ежедневно 20 см3 раствора двухромовокислого калия молярной концентрацией 0,033 моль/дм3, помещают в коническую колбу вместимостью 500 см3, добавляют 100 см3 дистиллированной воды 30 см3 раствора серной кислоты, разбавленной до соотношения 1:1, 5 м фосфорной кислоты и 6 капель индикатора (раствор 0,1 г фенилантраниловой кислоты и 0,3 г углекислого натрия в 100 см3 воды) и титруют раствором соли Мора молярной концентрацией 0,1 моль/дм3 до перехода фиолетовой окраски в зеленую.

2.1.2. Проведение анализа.

100 см3 предварительно охлажденного пассивирующего раствора переносят в колбу вместимостью 250 см3, доливают 30 см3 раствора серной кислоты (1:1) 5 см3 концентрированной фосфорной кислоты, 6 капель индикатора (раствор 0,l фенилантраниловой кислоты и 3 г углекислого натрия в 100 см3 дистиллированной воды) и титруют раствором соли Мора молярной концентрацией 0,1 моль/дм3 до перехода фиолетовой окраски раствора в зеленую.

Объем раствора соли Мора молярной концентрацией 0,1 моль/дм3, израсходованный на титрование 100 см3 пассивирующего раствора, определяет массовую концентрацию шестивалентного хрома в условных единицах «точках».

Одна условная «точка» массовой концентрации шестивалентного хрома в растворе КП-2А соответствует 0,113 кг/м состава КП-2А.

Одна условная «точка» массовой концентрации шестивалентного хрома в растворе основного бихромата хрома соответствует 0,113 кг/м3 состава основного бихромата хрома.

Одна условная «точка» массовой концентрации шестивалентного хрома в растворе хромового ангидрида соответствует 0,033 кг/м3 хромового ангидрида.

3. Корректирование пассивирующего раствора проводят по массовой концентрации шестивалентного хрома. Повышение кислотности на одну «точку» соответствует введению на 100 дм3 рабочего раствора: 7,8 см3 КП-2А 11 г основного бихромата хрома, 3,3 г хромового ангидрида.

2.1.2., 3. (Измененная редакция, Изм. № 1).

4. При снижении значения показателя рН пассивирующего раствора ниже 3.0 корректирование проводят 20%-ным раствором едкого натра до значений показателя рН 3,0-5,0.

5. Корректирование пассивирующего раствора основного бихромата хрома проводят по массовой концентрации шестивалентного хрома, исходя из того, что введение 22,3 г основного бихромата хрома на 100 дм3 пассивирующего раствора повышает массовую концентрацию шестивалентного хрома на одну «точку».

6. Химический состав моно- и триэтаноламина в процессе работы контролируют в соответствии с нормативно-технической документацией на состав. Смену раствора не проводят. Необходима корректировка, которая зависит уноса раствора с изделием.

(Измененная редакция. Изм. № 3).

7. Корректирование растворов для пассивирования высоколегированных стaлей проводят концентрированными растворами компонентов.

Цинк-фосфатирование

При цинк-фосфатировании на поверхности происходит формирование слоя гопеита (Zn3(PO4)2 . 4H2O), однако слой всегда содержит и железосодержащий цинк-фосфат, фосфофилит (Zn2Fe(PO4)2 . 4H2O).

В процессе фосфатирования протекают следующие химические реакции:

Реакция травления: Feo + 2H+ → Fe2+ + 2[Ho]

Деполяризация: 2[Ho] + [O]→H2O

Образование слоя:

3Zn2+ + 6H2PO4- + 4H2O→Zn3(PO4)2 x 4H2O (ГОПЕИТ)+ H3PO4

2Zn2++ Fe2+ + 6H2PO4- + 4H2O → Zn2Fe(PO4)2 x4H2O (ФОСФОФИЛИТ) + 4H3PO4

Образование шлама: 2Fe2+ + 4H2PO4- + [O] + H2O → 2FePO4 x 2H2O + 2H3PO4

В реакциях деполяризации и образования шлама кислород является ускорителем фосфатирующих ванн. Ускоритель всегда представляет собой сильный окислитель, в случаях, когда фосфатирующий концентрат содержит так называемый внутренний ускоритель.

Толщину, массу, структуру цинк-фосфатного слоя, прежде всего, определяет применяемый тип ускорителя. Объем настоящей статьи не позволяет провести детальную характеристику отдельных процессов фосфатирования, поэтому рассмотрим только типы фосфатов наиболее соответствующие процессу обработки резьбовых соединений.

На основании требований к механическим свойствам и противокоррозионной защиты резьбы, наиболее оптимальными являются покрытия с высоким весом и с относительно высоким содержанием гопеита.

Эти два фактора содержат противоречия, поскольку покрытие высокой удельной массы можно достичь так называемым фосфатированием со стороны железа (т.е. с буферной добавкой) без дополнительного ускорителя.

Основной характеристикой этого процесса является то, что в качестве ускорителя выступает нитрат, содержащийся в самом растворе фосфатирования, концентрация которого в фосфатирующих составах, разработанных специально для этих целей, всегда выше, чем в остальных случаях, когда применяется и иной ускоритель (нитрит, хлорат и т.п.). Ионы нитрата в реакциях деполяризации окисляют ионы водорода, образуя воду, но являются недостаточно сильными окислителями для реакций окисления ионов железа(II) в ионы железа(III) в реакциях травления.

Вследствие этого в ваннах не образуется фосфатный шлам (фосфат железа(III)), а в процессе фосфатирования возрастает содержание растворенного железа(II). За счет содержания в растворе растворенного железа(II) возрастает риск формирования фосфатного слоя, в котором фосфофилит становится преобладающим, что приводит к ухудшению механических свойств. Для решения этой проблемы мы значительно повысили содержание цинка в фосфатирующем материале, разработанного для этой цели, обеспечивая этим соответствующую высокую долю гопеита. В процессе фосфатирования в побочных реакциях из нитрата может образоваться нитрит, который может стать помехой процесса фосфатирования:

NO3– + 2Ho → NO2– + H2O NO2– + 3 Ho + H+ → 1/2 N2 + 2 H2O

Эти побочные реакции мешают эксплуатации рабочего раствора и управляемости процессом, поэтому применяют специальную добавку для разложения образующегося нитрита.

На основе изложенного выше мы разработали трехкомпонентный фосфатирующий концентрат:

– METAPHOS ZN 510.2 Prep для приготовления фосфатирующего раствора; – METAPHOS ZN 510.2 Alim для корректировки фосфатирующего раствора, поддержки концентрации; – METASTARTER N – добавка для разложения нитрита.

Вышеназванные материалы полностью готовы к применению.

Оба материала в сбалансированных пропорциях содержат соответствующие компоненты и обеспечивают хорошую управляемость, стабильность в эксплуатации фосфатирующего и образования фосфатного покрытия.

Параметры эксплуатации фосфатирующей ванны:

Концентрация: 140 г/л METAPHOS ZN 510.2 Prep. 1 г/л METASTARTER N

Общая кислотность: 70±5 точек Содержание железа(II): 4±1 г/л Температура: 80±5oС Время обработки: 3 — 15 минут

Однако, эти параметры только ориентировочные, в зависимости от условий эксплуатации оборудова¬ния, от марок обрабатываемых сталей наши специалисты могут предложить параметры, отличающиеся от приведенных выше.

Процесс фосфатирования – это не одноэтапный процесс, он состоит из предварительных и последовательных операций, которые важны не менее самой стадии фосфатирования.

В табл. № 1 приведены основные операции процесса фосфатирования:

Таблица 1

Обезжиривание является важнейшей операцией, поскольку покрытие соответствующего качества образуется только на чистой, обезжиренной поверхности металла. В процессе нарезания резьбы применяют смазочно-охлаждающие эмульсии, которые впоследствии высыхают на поверхности. На этот слой масла часто налипают механические загрязнения (порошок окалины, пыль и др.).

Удаление этого загрязнения может быть осуществлено сильнощелочными обезжиривателями, которые, наряду с неорганическими веществами, содержат значительные количества поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Тип применяемых ПАВ зависит от метода обезжиривания, однако, в связи с тем, что обезжиривание обычно производится методом погружения, наряду с неионогенными (этоксилированные жирные спирты) ПАВ мы почти всегда применяем аминосодержащие анионные ПАВ для обеспечения соответствующего эмульгирования масла.

Некоторые наши заказчики при фосфатировании муфт и резьбовых соединений труб применяют струйный метод фосфатирования, при этом не требуется применение анионных ПАВ.

После каждой химической обработки, за исключением активации, следуют одна или две операции промывки для удаления с поверхности остатков химических материалов, обеспечивая эффективность последующих химических операций. Обычно для промывки применяют техническую или водопроводную воду, к качеству которой предъявляются определенные требования.

Кислотное травление требуется только в том случае, если поверхность, подлежащая фосфатированию, покрыта ржавчиной. Муфты изготовляются на металлорежущих станках, поэтому на их внутренней поверхности отсутствует окалина. Внешняя поверхность обычно покрыта окалиной, однако, эта поверхность не подлежит фосфативанию, поэтому удаление с неё оксидов не обязательно.

На практике очень редко применяют травление, поскольку капиталовложения на оборудование и затраты на охрану окружающей среды очень высоки. Намного проще предупредить образование ржавчины на поверхностях, обработанных резанием (например, применяя качественную смазочно-охлаждающую жидкость), нежели внедрить операцию кислотного травления.

Активирование имеет чрезвычайно большое значение для обеспечения образования соответствующего кристаллического фосфатного покрытия. На практике активация представляет собой операцию промывки с применением раствора химического материала, после которой сразу следует операция фосфатирования.

Активирующие составы содержат компоненты, которые ведут к формированию на поверхности так называемых центров кристаллизации. Этим обеспечивают одновременно равномерное начало роста кристаллов фосфата, что приводит к образованию большого количества мелких кристаллов, которые полностью перекрывают поверхность. Пористость такого покрытия обеспечивает впитывание большего количества масла.

Фосфатирование и его важнейшие факторы детально рассмотрены выше.

Фосфатированная и промытая поверхность еще не обеспечивает необходимую противокоррозионную защиту. Поэтому необходимо произвести соответствующую последующую обработку для уплотнения пор фосфатного покрытия.

Последующая обработка зависит от типов резьбы и маркок сталей, потребностей покупателей, от традиций данного предприятия, однако, обычно это промасливание или пассивация органическим продуктом.

Для этой цели МеталХем рекомендует специальное противокоррозионное масло (PROTECT 1882), которое применяется в виде 58% водной эмульсии, которую наносят на поверхность, обеспечивая соответствующее уплотнение пор.

В том случае, если применение маслосодержащих эмульсий нежелательно, мы рекомендуем наносить 1-2 % водный раствор пассиватора, содержащий амино-спирты.

Химическая обработка стали

Химическое фосфатирование — это окунание металла в специальные химические составы, в результате чего на его поверхности появляется защитная пленка.

Кладем в ванну соль МАЖЕФ, исходя из пропорции 35 граммов на литр воды. Заливаем жидкость, доводим ее до кипения и держим в таком состоянии 20 минут. Далее снимаем емкость с огня для определения и правки (в случае необходимости) уровня кислотности.

Состав изготавливается с избытком, так как в ходе нагревания часть его улетучивается. Уровень общей кислотности устанавливается методом титрования по фенолфталеину. Для титрования 10 миллилитров раствора уйдет 30 миллилитров децинормального состава гидроксида натрия. Свободная кислотность выяснятся при наличии индикатора метилоранжа.

Для титрования 10-миллилитровой пробы нужно 4 миллилитра децинормального раствора гидроксида натрия. Количество щелочи, затраченной на титрование, обозначается в точках. Показатели нормы кислотности: общая — 28-30 точек, свободная — 3-4 точки (то есть соотношение разных видов кислотности между собой может колебаться от 7 до 10).

Фосфатирование осуществляется при температуре 98 градусов по Цельсию в течение 1-2 часов.

Работу можно считать законченной, когда прекращается пузырение водорода. Далее металл выдерживается в емкости на протяжении 10-15 минут. Это нужно, чтобы произошла кристаллизация пленки.

Норма расхода МАЖЕФ на фосфатирование квадратного метра поверхности может колебаться от 120 до 140 граммов. Уровень кислотности корректируется водой или добавлением соли МАЖЕФ. Конкретное количество соли, необходимое для достижения показателя кислотности на уровне 30 точек, можно рассчитать по формуле:

A (кг) = (30-n)*V/1000

Переменная V означает объем, а n — количество точек раствора. Если в стали имеется большая доля легирующих компонентов (меди, хрома, ванадия), получить пленку надлежащего качества не получится. Снижает качество работы присутствие в растворе компонентов алюминия, свинца, мышьяка, а также хлоридных и сульфидных примесей. Доля ионов хлора не должна превышать 0,3%.

Чтобы приготовить 100 литров рабочего раствора, к 85 литрам воды добавляем 12 литров концентрата едкого натра (300 граммов на литр), а затем доливаем воду до уровня 100 литров. Также засыпаем 40 граммов азотисто-кислого натрия. Если показатель кислотности оказывается меньше необходимого, понемногу добавляем едкий натр.

Введение

Антикоррозионный грунт по металлу (с фосфатом цинка и железной слюдкой) Грункор Fe3О4, 20 кг, ведро

Представляет собой суспензию пигментов, наполнителей и антикоррозионных добавок в растворе модифицированной алкидной смолы в смеси органических растворителей.

Применяется для антикоррозионной защиты черных металлов. Содержит в своем составе фосфатные ингибиторы коррозии и железооксидную слюдку, которые создают барьерный эффект защиты металла от воздействия коррозионно-активных сред в течение всего периода службы, что позволяет увеличить эксплуатацию лакокрасочного покрытия на длительный срок.

Способ применения:

Грункор Fe3O4 перед нанесением перемешать, наносить на сухую, очищенную от грязи, масел и рыхлой ржавчины поверхность распылителем, кистью или валиком в один-два слоя.

Для более надежной и длительной защиты окрашиваемого изделия, рекомендуется механическая или абразивоструйная подготовка металла до степени St3/Sa2.

При необходимости грунт до рабочей вязкости разбавить Р-универсалом, сольвентом, ксилолом.

• Температурный режим нанесения от: 0 до +50 ºС.
• Время высыхания до степени 3 при температуре +20°С — 2 часа, нанесение финишного слоя эмали проводить не ранее, чем через 6-8 часов.
• Для увеличения общей толщины лакокрасочного покрытия допускается нанесение грунтовки в 2 слоя с промежуточной сушкой 3-4 часа.
• Максимальная толщина единовременного нанесения составляет 60-80 мкм сухой пленки.
• Эксплуатация антикоррозионной грунтовки Грункор Fe3O4, как самостоятельного покрытия возможна не ранее, чем через 24 часа после нанесения.

Расход: Расход грунта 150-180г/м², при толщине одного слоя 60-80 мкм.

Меры предосторожности:

При проведении внутренних работ, а также после их окончания тщательно проветрить помещение. Использовать индивидуальные средства защиты.

Хранение:

Не нагревать! Беречь от огня! Состав хранить в прочно закрытой таре, предохраняя от действия тепла и прямых солнечных лучей.

Гарантийный срок хранения в заводской упаковке – 12 месяцев со дня изготовления.

Технические характеристики: