Фосфатное конверсионное покрытие
Фосфатное конверсионное покрытие — это химическая обработка стальных деталей, в результате которой создается тонкий липкий слой железа , цинка или марганца фосфатов для достижения коррозионной стойкости, смазки или в качестве основы для последующих покрытий или окраски. [1] [2] [3] Это один из наиболее распространенных типов конверсионного покрытия . Этот процесс еще называют фосфатированием , фосфатированием , [4] фосфатирование , или фосфатирование . Он также известен под торговым названием Parkerizing , особенно применительно к огнестрельному оружию и другой военной технике . [5] : 393
Фосфатное покрытие обычно получают путем нанесения на стальную деталь разбавленного раствора фосфорной кислоты , возможно, с растворимыми солями железа, цинка и/или марганца. Раствор можно наносить губкой, распылением или погружением. [6] Фосфатные конверсионные покрытия также можно наносить на алюминий , цинк , кадмий , серебро и олово . [7] [8]
История
[ редактировать ]Фосфатирование огнестрельного оружия было обнаружено примерно в 1910 году, когда было обнаружено, что поверхность стали, если ее заменить фосфатом, приобретает значительную коррозионную стойкость. [5] : 393 До 1940-х годов он был очень популярен в США, пока не были введены более современные, но похожие методы отделки металла. [5] : 393
Типы
[ редактировать ]Основными типами фосфатных покрытий являются марганец, железо и цинк. [9]
- Покрытия из фосфата марганца используются как для обеспечения коррозионной стойкости, так и для смазывающей способности и наносятся только погружением.
- Покрытия из фосфата железа обычно используются в качестве основы для дальнейших покрытий или окраски и наносятся путем погружения или распыления.
- Покрытия из фосфата цинка используются для обеспечения коррозионной стойкости, в качестве слоя, удерживающего смазку, а также в качестве основы для краски/покрытия, а также могут наноситься путем погружения или распыления. Их также можно наносить на оцинкованную сталь . [1] [6]
Процесс
[ редактировать ]В этом процессе используется низкая растворимость фосфатов при среднем или высоком pH . Ванна представляет собой раствор ортофосфорной кислоты ( H 3 PO 4 ), содержащий желаемые катионы железа, цинка или марганца и другие добавки. [10] Кислота реагирует с металлическим железом с образованием водорода и катионов железа:
- Fe + 2 Н
33О +
→ Фе 2+
+ Ч
2 + 2 ч
22О
Реакция, потребляющая протоны, повышает pH раствора в непосредственной близости от поверхности, пока в конечном итоге фосфаты не станут нерастворимыми и не осядут на ней. Реакция кислоты и металла также приводит к локальному образованию фосфата железа , который также может откладываться. При нанесении фосфата цинка или фосфата марганца дополнительный фосфат железа может оказаться нежелательной примесью.
В ванну часто входит окислитель, например нитрит натрия ( NaNO 2 ), чтобы расходовать газообразный водород ( H
2 ) — который в противном случае образовал бы на поверхности слой крошечных пузырьков, замедляя реакцию. [10]
Главному этапу фосфатирования может предшествовать «активационная» ванна, в результате которой титана . на поверхности образуются мельчайшие частицы соединений [10]
Характеристики фосфатного покрытия зависят от его кристаллической структуры , а также от его толщины. Плотная микрокристаллическая структура с низкой пористостью обычно лучше всего подходит для защиты от коррозии или последующей окраски. Крупнозернистая структура, пропитанная маслом, может быть лучшей по износостойкости. Этими факторами можно управлять, варьируя концентрацию, состав, температуру и время ванны. [6]
Парковка
[ редактировать ]
Паркеризация — это метод защиты стальной поверхности от коррозии и повышения ее устойчивости к износу за счет нанесения химического фосфатного конверсионного покрытия. Обычно его применяли к огнестрельному оружию. [5] : 393 Паркеризация обычно считается улучшенным процессом фосфатирования цинка или марганца , а не улучшенным процессом фосфатирования железа, хотя некоторые используют термин «паркеризация» как общий термин для нанесения фосфатирующих (или фосфатирующих) покрытий, которые включают процесс фосфатирования железа.
Склеивание , фосфатирование и фосфатирование — это другие термины, связанные с процессом паркеризации, но они часто использовались для отделки деталей автомобилей, поскольку при этом на поверхности получалось более мелкое зерно. [5] : 394 Это также известно как травление в контексте кованого железа и стали . [11]
Паркеризация обычно используется на огнестрельном оружии как более эффективная альтернатива воронению , которое представляет собой ранее разработанное химическое конверсионное покрытие . Он также широко используется в автомобилях для защиты незавершенных металлических деталей от коррозии.
Процесс паркеризации нельзя использовать для защиты цветных металлов, таких как алюминий , латунь или медь , но вместо этого его можно использовать для химической полировки или травления. Аналогично его нельзя применять к сталям, содержащим большое количество никеля , или к нержавеющей стали . Пассивацию можно использовать для защиты других металлов.
Ранняя история
[ редактировать ]Разработка процесса была начата в Англии и продолжена семьей Паркер в США . Термины Parkerizing , Parkerize и Parkerized являются технически зарегистрированными торговыми марками Henkel Adhesives Technologies эта терминология в значительной степени перешла в общее употребление в США, хотя в течение многих лет . Впервые этот процесс был широко использован при производстве огнестрельного оружия для армии США во время Второй мировой войны . [12]
Самая ранняя работа по процессам фосфатирования была разработана британскими изобретателями Уильямом Александром Россом (британский патент 3119) в 1869 году и Томасом Уоттсом Кослеттом (британский патент 8667) в 1906 году. Кослетт из Бирмингема, Англия , впоследствии подал патент, основанный на этом же методе. процесс в Америке в 1907 году, на который в 1907 году был выдан патент США 870 937. По сути, он представлял собой процесс фосфатирования железа с использованием фосфорной кислоты .
Усовершенствованная заявка на патент на фосфатирование марганца, основанная во многом на этом раннем британском процессе фосфатирования железа, была подана в США в 1912 году и выдана в 1913 году Фрэнку Руперту Грэнвиллу Ричардсу под номером патента США 1 069 903 .
Кларк В. Паркер приобрел права на американские патенты Кослетта и Ричардса и экспериментировал на семейной кухне с этими и другими составами, устойчивыми к ржавчине. Конечным результатом стало то, что Паркер вместе со своим сыном Вайманом К. Паркером, работая вместе, основал в 1915 году компанию Parker Rust-Proof Phosphating Company of America.
Затем в 1919 году Р. Д. Колкухун из американской компании Parker Rust-Proof Phosphating Company подал еще одну заявку на патент на улучшенное фосфатирование. Этот патент был выдан в 1919 году под номером патента США № 1,311,319 на улучшенную технологию фосфатирования марганца (паркеризации).
Аналогичным образом, Бейкер и Дингман из компании Parker Rust-Proof Company в 1928 году подали патент на улучшенный процесс фосфатирования марганца (паркеризации), который сократил время обработки до 1/3 первоначального времени , . которое потребовалось для нагрева раствора до температуры в точно контролируемом диапазоне от 500 до 550 °F (от 260 до 288 °C) Этот патент был выдан как патент США № 1761186 в 1930 году.
Фосфатирование марганца, даже несмотря на эти усовершенствования процесса, по-прежнему требовало использования дорогих и труднодоступных соединений марганца. Впоследствии компания Parker разработала альтернативную технологию, позволяющую использовать более простые в получении соединения с меньшими затратами за счет использования фосфатирования цинка вместо фосфатирования марганца. Патент на этот процесс фосфатирования цинка (с использованием стратегических соединений , которые оставались доступными в Америке во время войны) был предоставлен изобретателю Ромигу из American Chemical Paint Company в 1938 году как патент США 2 132 883 , незадолго до потери легкого доступа к соединениям марганца. произошедшее во время Второй мировой войны .
В некоторой степени аналогично усовершенствованному процессу фосфатирования марганца, открытому Бейкером и Дингманом, аналогичный улучшенный метод был найден и для улучшенного процесса фосфатирования цинка. Это усовершенствование было обнаружено Дарси из компании Parker Rust Proof, который в феврале 1941 года подал заявку на патент США № 2 293 716 , который был выдан в августе 1942 года и который усовершенствовал процесс фосфатирования цинка (паркеризации). Он обнаружил, что добавление меди снижает требуемую кислотность по сравнению с требуемой, а также добавление хлората к уже использованным нитратам дополнительно позволяет проводить процесс при гораздо более низкой температуре в диапазоне от 115 до 130 °F (46 до 54 °C), что дополнительно снижает затраты на проведение процесса. Благодаря этим улучшениям процесса конечным результатом стало то, что низкотемпературный (энергоэффективный) процесс фосфатирования цинка (паркеризация) с использованием стратегических материалов, к которым Соединенные Штаты имели свободный доступ, стал наиболее распространенным процессом фосфатирования, использовавшимся во время Второй мировой войны для защитить американские военные материалы, такие как огнестрельное оружие и самолеты, от ржавчины и коррозии.
Более поздние события
[ редактировать ]
Glock Ges.mbH , австрийский производитель огнестрельного оружия, использует черный процесс паркеризации в качестве верхнего покрытия к процессу Тенифер для защиты затворов пистолетов производимых ими . После применения процесса Tenifer наносится черная отделка Parkerized, и затвор защищен, даже если отделка Parkerized сотрется. Таким образом, паркеризация становится методом защитной и декоративной отделки, который используется по сравнению с другими базовыми улучшенными методами защиты металла.
Различные подобные рецепты паркеризации на кухне с плитой время от времени распространяются в изданиях по оружию, а комплекты для паркеризации продаются крупными дистрибьюторами запчастей для оружия, такими как Brownells.
Использование
[ редактировать ]Грунтовка под покраску
[ редактировать ]Фосфатные покрытия также широко используются в качестве эффективной подготовки поверхности для дальнейшего нанесения покрытия и/или покраски, обеспечивая превосходную адгезию и электрическую изоляцию. [6]
Коррозионная стойкость
[ редактировать ]Фосфатные покрытия часто используются для защиты стальных деталей от ржавления и других видов коррозии. Однако они несколько пористые, поэтому такое использование требует пропитки покрытия маслом, краской или каким-либо другим герметизирующим веществом. В результате образуется плотно прилегающий диэлектрический (электроизоляционный) слой, способный защитить деталь от электрохимической и подкрасочной коррозии. [6]
Износостойкость
[ редактировать ]Покрытия из цинка и марганца используются для облегчения разрушения компонентов, подверженных износу. [1] и помочь предотвратить раздражение . [6]
Смазка
[ редактировать ]Хотя покрытие из фосфата цинка само по себе является несколько абразивным , его можно превратить в смазочный слой для операций холодной штамповки путем обработки стеаратом натрия ( мылом ). Мыло реагирует с кристаллами фосфата, образуя очень тонкий нерастворимый и гидрофобный слой стеарата цинка , который помогает удерживать непрореагировавший стеарат натрия даже при сильной деформации детали, например, при волочении проволоки . [1] [13]
См. также
[ редактировать ]- Хроматное конверсионное покрытие
- Горячее цинкование
- Железный столб Дели
- Ювелирные изделия
- Фосфат марганца(II)
- Порошковая покраска
- Санкорит
- Отправлять
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д «Фосфаты цинка и марганца» . www.parkerhq.com . Паркер Ржавчина из Кливленда . Проверено 30 сентября 2014 г.
- ^ «Фосфатирование. Улучшенная защита от коррозии» . Surfacepretreatment.com . Архивировано из оригинала 16 июля 2011 г.
- ^ TSN Санкара Нараянан (2005): «[Предварительная обработка поверхности фосфатными конверсионными покрытиями - обзор Предварительная обработка поверхности фосфатными конверсионными покрытиями - обзор]» Rev.Adv.Mater.Sci , том 9, страницы 130-177.
- ^ В. Майзель (1986): «Исследования фосфатирования стали и продуктов ее коррозии». Глава промышленного применения эффекта Мёссбауэра . дои : 10.1007/978-1-4613-1827-9_15
- ^ Jump up to: а б с д и Данлэп, Рой Ф. (2003). Оружейное дело: руководство по проектированию, изготовлению, переделке и модернизации огнестрельного оружия: для любителей и профессиональных оружейников, а также пользователей современного огнестрельного оружия (2-е изд.). Гаррисберг, Пенсильвания: ISBN Stackpole Co. 0-8117-0770-9 . OCLC 59667928 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Джим Дюфур (2006): Введение в металлургию , 5-е издание, страницы IX 11–12.
- ^ Джозеф Эдвардс (1997): Системы покрытия и обработки поверхности металлов . ООО "Отделочные публикации" ISBN 0-904477-16-9
- ^ Дж. Скар, М. Уолтер и Д. Олбрайт (1997): «Безхроматные конверсионные покрытия для литья под давлением магния». ' , https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/970324/ DOI: https://doi.org/10.4271/970324 Ссылка: Скар Дж., Уолтер М. и Олбрайт Д., SAE International, Технический документ 970324. дои : 10.4271/970324
- ^ «Фосфатное покрытие: фосфат цинка, железа или марганца» . United Plating, Inc. Архивировано из оригинала 17 июля 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с Стауффер, Дж. Л. (1993). Проектирование и внедрение систем отделочной обработки: Руководство по параметрам продукции, покрытиям, процессам и оборудованию . МСП. стр. 132–134. ISBN 9780872634343 .
- ^ Файффер, Дж. (18 июля 1933 г.). «Травление кованого железа и стали фосфорной кислотой» . 1-й Всемирный нефтяной конгресс, Лондон, Великобритания, июль 1933 г. (WPC-1122).
- ^ «Только факты» . Кальван.com . Проверено 12 апреля 2014 г.
- ^ «Фосфатная проволока» . Архивировано из оригинала 28 февраля 2009 года . Проверено 3 января 2009 г.
Источники
[ редактировать ]- MIL-HDBK-205, Фосфатное и вороненое покрытие черных металлов : стандартный обзор фосфатных и вороненых покрытий
- Будински, Кеннет Г. (1988), Разработка поверхности для повышения износостойкости , Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси : Прентис Холл, стр. 48
- Брими, Марджори А. (1965), Электрофинишная обработка , Нью-Йорк, Нью-Йорк : American Elsevier Publishing Company, Inc., стр. 62–63 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Henkel Surface Technologies — нынешний владелец Parco-Lubrite (процесс фосфатирования марганца) и других антикоррозийных покрытий Parkerizing. (Parco является зарегистрированной торговой маркой Henkel Surface Technologies.)
- Coral Chemical Company — нынешний владелец Coral Eco Treat (процесс покрытия конверсионным ванадием)
- Parker Rust-Proof из Кливленда — последний оставшийся из четырех первоначальных лицензиатов цехов Parker Chemical, в настоящее время предлагает услуги фосфатирования.