Fosfaatcoating is gemaakt van dunne kristallijne lagen van fosfaatverbindingen die hechten aan het oppervlak van het metalen substraat, en het wordt ook fosfaatconversiecoating genoemd, een chemische behandeling die wordt toegepast op stalen onderdelen die een dunne hechtende laag van ijzer, zink of mangaanfosfaten, om corrosieweerstand, smering te bereiken of als basis voor latere coatings of verflagen. De fosfaatkristallen zijn poreus en kunnen worden gevormd uit zink-, mangaan- of ijzerfosfaatoplossingen. Elk van de drie typen zorgt voor een fosfaatcoating met iets andere eigenschappen, zoals kristalgrootte en coatingdikte. Hierdoor kan een meer gespecialiseerde coating worden gekozen voor de specifieke toepassing die nodig is voor een deel van de structuur. Deze coatings worden meestal aangebracht op koolstofstaal, laaggelegeerd staal en gietijzer. De coating wordt gevormd door het substraat af te sponzen, te sproeien of onder te dompelen in een oplossing van verdund fosforzuur in combinatie met andere chemicaliën die helpen bij het coatingproces. Fosfaatcoatings kunnen ook worden aangebracht op zink, cadmium, aluminium, tin en gegalvaniseerd staal, maar zijn moeilijk aan te brengen op materiaal met hoge legeringen, die vaak immuun zijn voor het fosforzuur. De belangrijkste componenten van een fosfaatoplossing zijn:
√ Fosforzuur (H3PO4)
√Ionen (kationen) van tweewaardige metalen: Zn2 plus , Fe2 plus , Mn2 plus
√Accelerator – een oxiderend reagens (nitraat, nitriet, peroxide) dat de snelheid van het coatingproces verhoogt en de korrelgrootte van de afzetting vermindert.
Fosfateren is een van de meest voorkomende vormen van conversiecoating, ook wel fosfaatcoating, fosfatisering of fosfatisering genoemd. Het is ook bekend onder de handelsnaam Parkerizing, vooral wanneer het wordt toegepast op vuurwapens en ander militair materieel. Het vroegste werk over fosfateringsprocessen werd ontwikkeld door de Britse uitvinders William Alexander Ross, Brits octrooi 3119, in 1869, en door Thomas Watts Coslett, Brits octrooi 8667, in 1906. Coslett, uit Birmingham, Engeland, diende vervolgens een octrooi in gebaseerd op hetzelfde proces in Amerika in 1907, waarvoor in 1907 Amerikaans octrooi 870.937 werd verleend. Het leverde in wezen een ijzerfosfateringsproces op, waarbij fosforzuur werd gebruikt. Een verbeterde octrooiaanvraag voor mangaanfosfateren, grotendeels gebaseerd op dit vroege Britse ijzerfosfateerproces, werd in 1912 in de VS ingediend en in 1913 verleend aan Frank Rupert Granville Richards als Amerikaans octrooi 1.069.903.
Wat is het fosfaatproces?
Het proces maakt gebruik van de lage oplosbaarheid van fosfaten bij gemiddelde of hoge pH, en het bad is een oplossing van fosforzuur (H3PO4), die de gewenste ijzer-, zink- of mangaankationen en andere additieven bevat. Het zuur reageert met het ijzermetaal en produceert waterstof en ijzerkationen:
Fe plus 2 H3O plus → Fe2 plus plus H2 plus 2 H2O
De reactie die protonen verbruikt, verhoogt de pH van de oplossing in de onmiddellijke nabijheid van het oppervlak, totdat uiteindelijk de fosfaten onoplosbaar worden en erop worden afgezet. Door de zuur- en metaalreactie ontstaat plaatselijk ook ijzerfosfaat dat zich ook kan afzetten. Bij het afzetten van zinkfosfaat of mangaanfosfaat kan het extra ijzerfosfaat een ongewenste onzuiverheid zijn. Bij het inbrengen van een stalen plaat in de fosfateringsoplossing (bijvoorbeeld zinkfosfaat) vindt een topochemische reactie plaats waarbij de ijzeroplossing aan de op het substraat aanwezige micro-anoden door het in het bad aanwezige vrije fosforzuur op gang wordt gebracht. Verbruik van fosforzuur voor de reactie veroorzaakt een vermindering van de zuurgraad van de oplossing in de laag die grenst aan het metaaloppervlak. De oplosbaarheid van zinkfosfaat in de geneutraliseerde oplossing wordt verlaagd, wat resulteert in precipitatie van het zout en de afzetting ervan op het substraatoppervlak:
Wat is het verschil tussen mangaanfosfaat, zinkfosfaat en ijzerfosfaat?
1. Mangaanfosfaterende coating:
Het is de hardste, meest roestvertragende, gladde, uniforme en slijtvaste fosfaatcoating. Het vormt een kristallijn absorberend oppervlak en is ideaal voor ondergronden die bestand moeten zijn tegen slijtage, zoals lagers, bussen, drukringen en bevestigingsmiddelen. Mangaanfosfaatcoatingmiddel smeert ook het behandelde oppervlak, waardoor het een geschikte fosfaatcoating is voor de auto-industrie: Glijdende en bewegende motor- en transmissiedelen profiteren van de smerende werking van mangaan. Er is geen topcoat nodig en de coating wordt vaak afgewerkt met een was of olie om de eigenschappen te verbeteren. Mangaanfosfaatcoating wordt aangebracht wanneer slijtvastheid en anti-vreteigenschappen vereist zijn, en het bezit ook het vermogen om olie vast te houden, wat de antifrictie-eigenschappen verder verbetert en corrosieweerstand aan de gecoate onderdelen verleent.
2. IJzerfosfaatcoating
Het is de meest economische optie door onderdompeling of spray. Het wordt toegepast wanneer een sterke hechting van een volgende verflaag vereist is. In tegenstelling tot de oplossingen voor zinkfosfaat- en mangaanfosfaatcoatings, waarin de metaalionen een bestanddeel van de samenstelling zijn, worden in ijzerfosfaatoplossingen ijzerionen geleverd door het oplossende substraat. Staal, zink en aluminium zijn allemaal geschikte ondergronden voor ijzerfosfaatcoating en het is de meest flexibele optie als het gaat om het type ondergrond. De prijs van ijzerfosfateren is duidelijk lager dan de kosten van zink- en mangaanfosfateren, en ijzerfosfateren is, net als Zn, een veelgebruikte primer voor poedercoating. Het is echter lang niet zo duurzaam, hoewel corrosieweerstand en hechting dicht bij elkaar liggen. Daarom wordt ijzerfosfaatcoating alleen aanbevolen voor projecten die geen extreem hoge kwaliteit vereisen en binnen een laag budget moeten worden gerealiseerd. Met andere woorden, het is niet geschikt voor de meeste offshore- en maritieme projecten die continu worden blootgesteld aan de elementen. De voor de hand liggende voordelen zijn:
√ Laagste productiekosten voor fosfateren,
√Ontvet normaal olieachtige oppervlakken bij lage temperaturen,
√Lage onderhoudskosten
√ Aflakken:Poeder coating, vloeibare verf
3. Zinkfosfaatcoating
Het is de meest gebruikelijke van alle fosfateringsmethoden voor staal en ijzer door onderdompeling of spray. Het is niet zo corrosiebestendig of smerend als mangaan, maar de corrosiebestendigheid kan worden verbeterd door verschillende topcoats. Het zinkfosfatatieproces heeft het vermogen om het metaaloppervlak om te zetten in een niet-metalen, polykristallijne coating die ijzer-, mangaan-, nikkel- en zinkfosfaten bevat die een hoge alkalische weerstand bieden. Het heeft de voorkeur als verfbasis met uitstekende hechting voor poederverf, elektroforetische coatings of vloeibare verf en biedt superieure corrosiebescherming, en zinkfosfaatcoating wordt beschouwd als de best mogelijke primer voor poeders en vloeibare verf, naast verzinken. Het zinkfosfaterende coatingmiddel zorgt voor een veel lichtere coating dan mangaan en is daarom gunstig voor projecten waarbij het gewicht van het metaal niet mag worden aangetast. Deze coating is ook de meest voorkomende oplossing voor het gronden van metaal voor poedercoatings nadat de ondergrond is gezandstraald. Het is iets duurder dan ijzerfosfateren, maar biedt ook een betere kwaliteit voor een langere levensduur. Zinkfosfaat wordt gebruikt om corrosiebestendige coatings te produceren die doorgaans worden aangebracht als onderdeel van een galvaniseerproces of als een primerpigment. Het reageert matig met water en is zuuroplosbaar met zinkbronnen, waardoor het een goede vochtbestendigheid en galvanische substitutie-eigenschappen heeft.
Bij de meeste bewerkingen waar de corrosieweerstand van afgewerkte werkstukken bijzonder hoog moet zijn, worden conversiecoatings aangebracht met zinkfosfaat. Deze aanpak wordt veel gebruikt in de draadtrekken, de auto-industrie en in bepaalde sectoren van de apparaten- en elektronica-industrie. Evenzo wordt zinkfosfatatie vaak gespecificeerd door de strijdkrachten, vooral voor apparatuur die kan worden blootgesteld aan zware omgevingen. Bij de voorbehandeling van metalen met een zinkfosfaatconversiecoating zijn er drie hoofdstappen: reinigen en activeren van het metaaloppervlak, aanbrengen van de conversielaag en sealen/napassiveren. De voordelen van zinkfosfaatcoating zijn:
√ Voorkomen van slijtage veroorzaakt door wrijving vóór metaalvormingsprocessen zoals koudtrekken, koudsmeden, dieptrekken.
√Verhoog de slijtvastheid en corrosieweerstand met beschermende smering.
√Corrosiebestendigheid (in combinatie met andere coatings), naadloos, gladde en dunne film.
√Geschikt voor verschillende aflaklagen: olielagen, anti-corrosie was of smeermiddelen (zoals fluorpolymeren) verschillende soorten poedercoating.
√Biedt uitstekende hechting voor poederverf, elektroforetische coatings of vloeibare verf en elektrische isolatie.
√Ideale voorbehandeling voor zware omgevingen zoals offshore of vervuilend industrieel gebied.
De zinkfosfateringsprocessen vanverzinkt, thermisch verzinktofgeserardiseerdproducten zijn
√ Instellen
√Ontvetten en reinigen van het oppervlak
√Activering
√Zink Fosfateren
√Spoelen
√Passivering
√Drogen
De toepassing van een zinkfosfaatcoating resulteert in een laag van onoplosbare, kristallijne fosfaten (1-20μ), die een poreuze laag creëert die is samengesteld uit hopeiet, fosfofylliet en andere zinkfosfaatverbindingen die worden gecombineerd met de thermisch verzinkte laag, zink plating coat of sherardized coat door middel van het bovengenoemde proces. Omdat de zinkfosfaatcoating kleurloos is, zijn de grijstinten het resultaat van reflecties. Dit betekent dat de vacht niet wordt aangetast door ultraviolette stralen; het vrijwaren van alle zorgen over weersbestendigheid. Bovendien maakt de hoge porositeit van de zinkfosfaatcoating de inductie van koolstofdioxide en waterdeeltjes in de atmosfeer mogelijk, waardoor deze kan reageren om een laag basisch zinkcarbonaat te vormen die verschijnt als de grijstinten die na verloop van tijd bezinken.
We moeten echter weten dat, hoewel fosfaatcoatings een goede hechting en enige barrièrebescherming bieden, wanneer de coating beschadigd raakt, de corrosie snel begint op het open metalen oppervlak, omdat fosfaten met een lage oplosbaarheid niet voldoende remmend vermogen hebben in vergelijking met chromaten en dus niet kunnen zorgen voor zelfgenezing van de beschadigde zone. Niettemin kan een zelfherstellend effect worden waargenomen wanneer de fosfaatcoating oplosbare fosfaten bevat die uit de coating kunnen uitlogen en neerslaan op de defecte plaatsen, zoals werd aangetoond door Aramaki (2003).
