Холодное химическое фосфатирование стальной втулки
Вопрос.
Уважаемый Владимир Иванович!
Подскажите, пожалуйста, рецепт холодного химического фосфатирования для втулки длиной 110 мм с наружным диаметром 74мм и внутренним диаметром 60мм стали марки С-60 ГОСТ 10230-75* при массовом производстве. Покрытие наносится с целью повышения коррозийной стойкости данного металла.
В связи с организацией производства данной втулки просим Вас ускорить ответ.
С уважением, инженер-технолог Коняев Иван.
Ответ.
Несмотря на кажущуюся простоту, процесс холодного фосфатирования достаточно сложный и зависит от многих факторов. Дело в том, что фосфатирующий раствор должен находиться в равновесном состоянии и даже незначительные отклонения состава раствора и режимов от рекомендуемых значений выводят его из равновесия, что обычно сопровождается либо выпадением шлама, либо снижением скорости роста фосфатной плёнки.
Для начала я рекомендую Вам приобрести новое учебное пособие по фосфатированию и изучить его. В этой книге имеется много полезной информации. Книга является при-ложением к журналу «Гальванотехника и обработка поверхности».
Фосфатирование: учеб. пособие/ Н.С. Григорян, Е.Ф. Акимова, Т.А. Ваграмян. : Глобус, 2008.– 144 с.
А сейчас несколько слов по существу вопроса.
Не имея полной информации о состоянии гальванического производства на Вашем предприятии, о возможностях приобретения дополнительного оборудования (фильтровальные установки, деминерализаторы и др.) затруднительно дать заочно однозначные рекомендации по выбору фосфатирующего раствора. Но некоторую информацию к размышлению я приведу.
Для фосфатирования с целью повышения коррозионной стойкости в настоящее время разработано и успешно применяются несколько фосфатирующих концентратов.
В частности: КФ-3, КФ-7, КФЭ-1 и КФЭ-3.
В таблице приведены основные характеристики этих растворов.
Состав | Температура, °С | Свободная кислотность, точки | Масса фосфатного слоя, г/см3 |
КФ-3 | 50 – 55 | 0,3 – 1,1 | 3 – 5 |
КФЭ-3 | 55 – 65 | 1,9 – 2,5 | 6 – 12 |
КФ-7 | 70 – 80 | 4,0 – 4,3 | 5 – 15 |
КФЭ-1 | 95 – 98 | 9 – 12 | 15 – 30 |
Обратите внимание на соотношение рабочей температуры и свободной кислотности (это очень важно для принятия решения по выбору раствора фосфатирования).
Из данных, приведённых в таблице, видно, что понижение температуры неизбежно связано с понижением свободной кислотности и снижением удельной массы фосфатного слоя.
Для надёжной антикоррозионной защиты требуются слои с массой 10 – 30 г/м2.
Из таблицы видно, что масса фосфатного слоя прямопропорционально связана с температурой раствора и величиной свободной кислотности. К сожалению, данная закономерность не в пользу низкотемпературных растворов.
Каждый из растворов, приведённых в таблице, имеет свои недостатки и достоинства.
Достоинства низкотемпературных растворов:
- Меньшие затраты энергоносителя на разогрев и поддержание рабочей температуры.
- Невысокое испарение (требуется менее мощная вентиляция).
- Структура фосфатного слоя более плотная и мелкокристаллическая.
Недостатки низкотемпературных растворов:
- Более низкая масса фосфатного слоя, меньшие защитные свойства.
- Технология нанесения фосфатных покрытий из низкотемпературных растворов более сложная и чувствительна к колебаниям параметров процесса.
- Очень низкая свободная кислотность.
В этих растворах вследствие низкой свободной кислотности (без её регулярной корректировки) уже после нескольких загрузок наблюдается более сильное шламообразование, которое приводит к появлению белого налёта на поверхности фосфатной плёнки, снижению её защитных свойств, переходу основных ценных компонентов раствора (однозамещённых фосфатов) в шлам.
Из-за малого количества свободной фосфорной кислоты выпадающий шлам не растворяется и не переходит обратно в однозамещённые фосфаты. Для удаления шлама желательна частая или непрерывная фильтрация раствора фосфатирования.
Растворы с низкой свободной кислотностью более прихотливы в работе. Эти растворы требуют более частого анализа и частой корректировки кислотности. Они более чувствительны к солям жёсткости. По этой причине предшествующую промывку желательно проводить в деионизированной воде. Сами растворы фосфатирования и растворы активации тоже желательно готовить на деионизированной воде.
- Низкотемпературные растворы требуют более высокой культуры производства.
Низкотемпературные растворы очень экономичны с точки зрения затрат тепловой энергии. Они незаменимы при струйной обработке, т.к. распыление растворов с температурой 98°С приводит к недопустимо сильному парообразованию. Несомненно, что будущее за низкотемпературными растворами фосфатирования.
Высокотемпературные растворы благодаря высокой свободной кислотности менее склонны к шламообразованию. В нерабочее время, когда раствор охлаждается, равновесие гидролиза однозамещённых фосфатов смещается влево и шлам, выпадающий в процессе фосфатирования, частично растворяясь - регенерируется. Кроме того, высокотемпературные растворы легче переносят соли жесткости, поэтому можно ограничиться использованием водой питьевого качества. При покрытии методом погружения высокотемпературные растворы допускают большую плотность загрузки в ванне фосфатирования, что имеет большое значение при большой производственной программе.
Как видите, выбор зависит от условий эксплуатации фосфатируемых деталей (требуемой толщины покрытия) и возможностей Вашего предприятия обеспечить всё то, что требуется для нормальной работы низкотемпературных растворов.
Можно, например, выбрать средний вариант – КФ-7.
В этом растворе при умеренной температуре (70°С) и достаточно высокой кислотности можно получать оптимальную толщину фосфатного слоя и мороки со шламообразованием будет меньше.
Необходимо отметить, что растворов фосфатирования с температурой ниже 50°С вообще не существует, т.к. в этом случае раствор фосфатирования должен будет иметь щелочную реакцию, а это приведёт к смещению равновесия гидролиза вправо настолько, что весь растворимый однозамещённый фосфат перейдёт в трёхзамещённый и полностью выпадет в шлам.
Доц. В.И. Мамаев
01.06.2010