Vés al contingut

Fosfatació

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Pistola Glock 17 amb una capa de recobriment negra Parkerized

La fosfatació[1] és un tractament químic aplicat a peces d'acer que crea una fina capa adherida de ferro, zinc o fosfats de manganès, per aconseguir resistència a la corrosió, lubricació o com a base per a posteriors recobriments o capes de pintura.[2][3][4] És un dels tipus més comuns de recobriment per conversió.

Normalment s'obté un recobriment de fosfat aplicant a la part d'acer una solució diluïda d'àcid fosfòric, possiblement amb sals solubles de ferro, zinc i/o manganès. La solució es pot aplicar amb esponja, polvorització o immersió.[5] Els recobriments de conversió de fosfats també es poden utilitzar en alumini, zinc, cadmi, plata i estany.[6][7]

Tipus

[modifica]

Els principals tipus de recobriments de fosfat són el manganès, el ferro i el zinc.[8]

  • Els recobriments de fosfat de manganès s'utilitzen tant per a la resistència a la corrosió com per a la lubricitat i només s'apliquen per immersió.
  • Els recobriments de fosfat de ferro s'utilitzen normalment com a base per a més recobriments o pintura i s'apliquen per immersió o per polvorització.
  • Els recobriments de fosfat de zinc s'utilitzen per a la resistència a la corrosió, com a capa de retenció de lubricants i com a base de pintura/revestiment i també es poden aplicar per immersió o polvorització. També es poden aplicar a acer galvanitzat.[2][5]

Procés

[modifica]

El procés aprofita la baixa solubilitat dels fosfats en líquids de pH mitjà o alt. El bany és una solució d'àcid fosfòric, que conté els cations de ferro, zinc o manganès desitjats i altres additius.[9] L'àcid reacciona amb el metall de ferro produint hidrogen i cations de ferro.

Fe + 2 H
3
O+
Fe2+
+ H
2
+ 2 H
2
O

La reacció que consumeix protons augmenta el pH de la solució a les proximitats immediates de la superfície, fins que finalment els fosfats es tornen insolubles i es dipositen sobre ella. La reacció àcid i metall també crea localment fosfat de ferro que també es pot dipositar. Quan es diposita fosfat de zinc o fosfat de manganès, el fosfat de ferro addicional pot ser una impuresa no desitjada.

El bany sovint inclou un oxidant, com el nitrit de sodi (NaNO
2
), per tal de consumir el gas hidrogen (H
2
), que d'altra manera formaria una capa de petites bombolles sobre la superfície, alentint la reacció.[9]

L'etapa principal de fosfatació pot anar precedida d'un bany "d'activació" que crea partícules diminutes de compostos de titani a la superfície.[9]

El rendiment d'un recobriment de fosfat depèn de la seva estructura cristal·lina així com del seu gruix. Una estructura microcristal·lina densa amb una porositat baixa sol ser la millor per a la resistència a la corrosió o la pintura posterior. Una estructura de gra gruixut impregnada d'oli pot ser la millor per a la resistència al desgast. Aquests factors es poden controlar variant la concentració, la composició, la temperatura i el temps del bany.[5]

Història

[modifica]

El desenvolupament del procés es va iniciar a Anglaterra i va continuar per la família Parker als Estats Units. Els termes Parkerizing, Parkerize i Parkerized són totes marques comercials registrades tècnicament als Estats Units de Henkel Adhesives Technologies, tot i que la terminologia ha passat en gran part a un ús genèric durant molts anys. El procés es va utilitzar per primera vegada a gran escala en la fabricació d'armes de foc per a l'exèrcit dels Estats Units durant la Segona Guerra Mundial.[10]

El primer treball sobre processos de fosfatació va ser desenvolupat pels inventors britànics William Alexander Ross, patent britànica 3119, el 1869, i per Thomas Watts Coslett, patent britànica 8667, el 1906. Coslett, de Birmingham, Anglaterra, va presentar posteriorment una patent basada en aquest mateix procés a Amèrica el 1907, que va rebre una patent[11] el 1907. Bàsicament proporcionava un procés de fosfatació de ferro, utilitzant àcid fosfòric.

Una sol·licitud de patent millorada per a la fosfatació de manganès basada en gran part en aquest primer procés britànic de fosfatació de ferro es va presentar als EUA el 1912, i es va emetre el 1913 a Frank Rupert Granville Richards com a patent.[12]

Parkerització

[modifica]
Una Pistola M1911-A1 amb Parkeritzat de zinc

Parkerització és un mètode per protegir una superfície d'acer de la corrosió i augmentar la seva resistència al desgast mitjançant l'aplicació d'un recobriment de conversió química de fosfat. La parkerització es considera generalment un procés de fosfatació de zinc o manganès millorat, i no un procés de fosfatació de ferro millorat, encara que alguns utilitzen el terme parkerització com a terme genèric per aplicar recobriments de fosfatació que inclouen el procés de fosfatació de ferro. Bonderització, fosfatació són altres termes associats amb el procés de Parkerizing. També s'ha conegut com a decapat en el context del ferro i l'acer forjat.[13]

Usos

[modifica]

Pintura imprimació

[modifica]

Els recobriments de fosfat també s'utilitzen habitualment com a preparació de superfícies per a un posterior recobriment i/o pintura, proporcionant una excel·lent adherència i aïllament elèctric.[5]

Resistencia a la corrosió

[modifica]

Els recobriments de fosfat s'utilitzen sovint per protegir les peces d'acer contra l'oxidació i altres tipus de corrosió. No obstant això, són una mica porosos, de manera que aquest ús requereix impregnar el recobriment amb oli, pintura o alguna altra substància de segellat. El resultat és una capa dielèctrica (aïllant elèctricament) fortament adherida que pot protegir la peça de la corrosió electroquímica i de la pintura inferior.[5]

Resistència al desgast

[modifica]

Els recobriments de zinc i manganès s'utilitzen per ajudar a trencar els components subjectes a desgast [2] i ajudar a prevenir la irritació.[5]

Lubricació

[modifica]

Tot i que un recobriment de fosfat de zinc per si mateix és una mica abrasiu, es pot convertir en una capa lubricant per a operacions de conformació en fred mitjançant un tractament amb estearat de sodi (sabó). El sabó reacciona amb els cristalls de fosfat formant una capa d' estearat de zinc insoluble i hidròfoba molt prima, que ajuda a contenir l'estearat de sodi sense reaccionar fins i tot sota una deformació extrema de la peça, com en el trefilatge.[2][14]

Referències

[modifica]
  1. «Optimot. Consultes lingüístiques».
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 «Zinc and Manganese Phosphates». Parker Rust-Proof of Cleveland. Arxivat de l'original el 2016-01-10.
  3. «Phosphating ; Advanced Corrosion Protection». surfacepretreatment.com. Arxivat de l'original el 2011-07-16.
  4. T.S.N. Sankara Narayanan (2005): "[Surface pretreatment by phosphate conversion coatings - A review Surface pretreatment by phosphate conversion coatings - A review]" Rev.Adv.Mater.Sci, volume 9, pages 130-177.
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 Jim Dufour (2006): An Introduction to Metallurgy, 5th edition, pages IX 11–12.
  6. Joseph Edwards (1997): Coating and Surface Treatment Systems for Metals. Finishing Publications Ltd. ISBN 0-904477-16-9
  7. J. Skar, M. Walter, and D. Albright (1997): "Non-Chromate Conversion Coatings for Magnesium Die Castings". https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/970324/ DOI: https://doi.org/10.4271/970324 Citation: Skar, J., Walter, M., and Albright, D., "," SAE International, Technical Paper 970324 doi:10.4271/970324
  8. «Phosphate Coating: Zinc, Iron or Manganese Phosphate». United Plating, Inc.. Arxivat de l'original el 2011-07-17.
  9. 9,0 9,1 9,2 Stauffer, J.L. Finishing Systems Design and Implementation: A Guide for Product Parameters, Coatings, Process, and Equipment. SME, 1993, p. 132–134. ISBN 9780872634343. 
  10. «Just The Facts». Calvan.com. [Consulta: 12 abril 2014].
  11. Fosfatació a l'USPTO (anglès)
  12. Fosfatació a l'USPTO (anglès)
  13. Pheiffer, J. 1st World Petroleum Congress, London, UK, July 1933., WPC-1122, 18-07-1933.
  14. «Wire Drawing Phosphate». Arxivat de l'original el 28 febrer 2009. [Consulta: 3 gener 2009].

Fonts

[modifica]
  • MIL-HDBK-205, Phosphate & Black Oxide Coating of Ferrous Metals: a standard overview on phosphate and black oxide (bluing) coatings
  • W. Meisel (1986): "Studies of the Phosphatization of Steel and its Corrosion Products". Chapter of Industrial Applications of the Mössbauer Effect. doi:10.1007/978-1-4613-1827-9_15

Enllaços externs

[modifica]
  • Henkel Surface Technologies : propietari actual de Parco-Lubrite (un procés de fosfatació de manganès) i altres recobriments Parkerizing per prevenir l'oxidació. (Parco és una marca comercial registrada de Henkel Surface Technologies.)
  • Coral Chemical Company: propietari actual de Coral Eco Treat (procés de recobriment de conversió de vanadi)
  • Parker Rust-Proof de Cleveland : l'últim que queda dels quatre titulars de llicències originals de la botiga de treball de Parker Chemical, actualment ofereix serveis de fosfatació