Главная | Обратная связь

Фосфатные и оксидные защитные пленки

Большинство металлов в атмосферных условиях покрыты оксидными пленками. Однако эти пленки не всегда обеспечивают защиту от коррозии.

Методами химической и электрохимической обработки можно создать на поверхности фосфатные или оксидные покрытия, который обладают высокой адсорбционной способностью, электроизоляционными свойствами, повышенной твердостью и износостойкостью. При дополнительной обработке пассивирующими растворами, смазочными или лакокрасочными материалами значительно повышается коррозионная стойкость металлов и сплавов.

 

 

Фосфатирование

Технология процесса фосфатирования проста. Фосфатирование применяют для черных и цветных металлов и оно состоит в образовании малорастворимых фосфатов железа, марганца или цинка. Основан метод на свойствах солей фосфорной кислоты. Фосфорная кислота — Н₃РО₄ — может образовывать три вида солей:

· однозамещенные - дигидрофосфаты ;

· двухзамещенные - моногидрофосфаты ;

· трехзамещенные - фосфаты Ме₃ (РО₄)₂ (где Mе - двухвалентный металл).

В воде растворяются только фосфаты аммония и щелочных металлов. Двух- и трехзамещенные фосфаты железа, марганца и цинка малорастворимы. Следовательно, если создать условия для их образования, то они будут оставаться на поверхности металла.

При взаимодействии металла с фосфорной кислотой первоначально образуются дигидрофосфаты:

 

Me + 2Н₃РО₄ = Ме(Н₂РО)₂ + Н₂

 

При снижении концентрации фосфорной кислоты получают вторичные и третичные соли:

Ме(Н₂РО₄)₂ → МеНРО4 + Н₃РО₄

 

ЗМе(Н₂РО₄)₂ → Ме₃(РО4)2 + 4Н₃РО₄

 

В образовании фосфатной пленки участвуют продукты взаимодействия фосфорной кислоты с металлом и вещества, входящие в состав раствора для фосфатирования.

Предполагается, что образованию фосфатной пленки предшествуют реакции ионизации железа:

 

Fe →Fe²⁺ + 2е

и выделение водорода:

 

2Н+ + 2е →Н₂ ↑

 

Железо, переходящее в раствор, связывает фосфорную кислоту и равновесие реакций смещается вправо. Выпадающие в осадок ди- и трифосфаты кристаллизуются на поверхности стального изделия, образуя плотную кристаллическую пленку [11].

Фосфатирование заканчивается после того, как вся поверхность покроется сплошной пленкой, и выделение водорода прекратится.

Фосфатные пленки обладают хорошей адгезией, имеет высокоразвитую шероховатую поверхность. Они являются хорошим грунтом для нанесения лакокрасочных покрытий и пропитывающих смазок. Фосфатирование используют для изделий, которые эксплуатируют в морской воде, в тропических районах. Недостатком фосфатных пленок является низкая прочность и эластичность. Они имеют короткий срок эксплуатации.

 

Оксидирование

Оксидирование — это процесс образования оксидных пленок на поверхности металлических изделий.

Современный метод оксидирования — химическая и электрохимическая обработка деталей в щелочных растворах.

Электрохимическое оксидирование ведут в растворе 4 %-го едкого натра при 65-120°С и анодной плотности тока от 2,5 до 10 А/дм2. Продолжительность анодной обработки не превышает 60 минут.

Качественное покрытие состоит из магнитной окиси железа, получающейся в результате последовательных превращений:

 

Fe→ Na₂FeО₂→ Na₂Fe₂О₄ →Fe₃О₄

 

Оксидирование черных металлов носит также название воронения. Его осуществляют в растворе состава (г/л): NaOH — 600-700; NaNO₂ - 200-250; NaNО3 — 50-100. Температура — 135-145 °С, время 30-90 мин. В процессе происходит растворение железа с образованием соединений Na2FeО2 и Na₂Fe₂О₄, из которых образуется поверхностная пленка оксида железа — Fе₃О₄:

Na₂FeО₂ + Na₂Fe₂О₄ + 2Н₂О = Fe₃О₄ + 4NaOH

 

Оксидная пленка на малоуглеродистой стали имеет глубокий черный цвет, а на высокоуглеродистых сталях — черный с сероватым оттенком. Для повышения антикоррозионных свойств оксидированное изделие погружают на 2-3 мин в горячий 2-3 %-й раствор мыла, а затем на 5-10 мин в минеральное трансформаторное или машинное масло при температуре 105-120 °С. После этой операции поверхность покрытия становится блестящей, с равномерной черной окраской. Возможно оксидирование и магниевых сплавов — в хромовокислых электролитах с последующим нанесением лакокрасочных покрытий. Толщина оксидных пленок составляет 0,8-1,5 мкм.

Противокоррозионные свойства поверхностной пленки оксидов невысоки, поэтому область применения этого метода ограничена. Основное назначение его — декоративная отделка. Почти все стрелковое оружие и ряд точных приборов подвергают воронению, в результате чего изделия приобретают красивый черный цвет. Воронение используют и в том случае, когда необходимо сохранить исходные размеры изделия, так как оксидная пленка составляет всего 1,0-1,5 микрона [12].

 

Пассивирование

Для защиты от коррозии применяют метод пассивирования - обработка металла в растворах хроматов или нитратов.

Для пассивирования оцинкованных изделий применяю раствор: 8-10 мл/л H₂SО₄ и Na₂Cr₂О₇∙2H₂0 — 200 г/л. Время обработки 5-30с. От времени обработки зависит окраска пленки. При выдержке 5 с. цвет пленки радужный с зеленоватым оттенком, а масса пленки составляет 0,9-1,2 г/м². При дальнейшем увеличении времени цвет меняется от желтого до коричневого.

Для пассивирования алюминия используют раствор бихромата калия (200 г/л) и 2 мл/л HF.

Пассивация меди в хроматных растворах дает особенно хорошие результаты при защите изделий, соприкасающихся с парами SО₂ и растворами нейтральных солей. Стальные детали можно обрабатывать в 60-90%-м растворе нитрита натрия. В результате они не ржавеют в течение двух лет [12].

 

Анодирование

 

Анодирование — это процесс образования оксидных пленок на поверхности алюминия. В обычных условиях на поверхности алюминия присутствует тонкая пленка оксидов AI₂O₃ или AI₂O₃ х nН₂О, которая не может защитить его от коррозии. Под воздействием окружающей среды алюминий покрывается слоем рыхлых белых продуктов коррозии. Процесс искусственного образования толстых оксидных пленок может быть проведен химическим и электрохимическими способами.

Пленки, образующиеся при анодной обработке алюминия, обладают достаточной толщиной и рядом ценных свойств. Они защищают металл от коррозии и являются хорошим подслоем под лакокрасочные покрытия. Анодные пленки на алюминии обладают большим сопротивлением к истиранию, имеют высокое омическое сопротивление и хорошо окрашиваются, что позволяет придать изделиям из анодированного алюминия красивый вид. Для анодного окисления используют два типа электролитов.

В растворах слабых кислот (борная, винная, лимонная) и их солей оксидная пленка не растворяется. В этом случае получают беспористые, плотные, не проводящие электрический ток покрытия толщиной до 1 мкм. Такие пленки используют в качестве электроизоляционных покрытий в производстве конденсаторов.

Электролиты второго типа содержат растворы серной, хромовой н щавелевой кислот, в которых происходит частичное растворение оксидной пленки алюминия. В этих электролитах получают пористые пленки толщиной от 1 до 50 мкм [12].

На практике анодирование алюминия и его сплавов производят в растворах серной кислоты концентрацией 180-200 г/л, хромового ангидрида

(3 %-го) и щавелевой кислоты (3-10%-й) с плотностью тока 80-200 А/м2, при напряжении до 24 В в течение 15-60 мин. Катоды выполняются из свинца или стали марки 12X18Н9Т.

Для повышения защитных свойств изделие после оксидирования обрабатывают паром или горячей водой и далее в горячих растворах хроматов и бихроматов. При обработке паром в порах пленки образуется и гидроксид алюминия, а в хромовых растворах - более стойкие соединения типа (АlO)₂СrO₄.

Оксид образуется на поверхности алюминия в результате анодного окисления:

 

2А1 + 3Н₂О = А1₂О₃ + 6Н+ + 6е

 

Он состоит из двух слоев: плотного барьерного слоя толщиной 0,01-0,1 мкм, расположенного непосредственно на поверхности металла, и внешнего пористого слоя толщиной до 200-400 мкм.

Химическое оксидирование алюминия и его сплавов осуществляют в щелочных хромистых растворах состава (г/л): Na₂CrО₄ — 15; NaOH — 2,5 и Na₂CО₃ — 50 при температуре 90-95 °С в течение 5-10 мин. Образуются пленки толщиной 3-4 мкм с невысокими механическими и диэлектрическими свойствами. Процесс простой, быстрый и не требует специального оборудования.