К.т.н. Абрашов А.А., к.х.н. Григорян Н.С., д.т.н. Ваграмян Т.А.,

Мардашова Я.А., Папиров Р.В.

Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия

О совмещении стадий активации и осаждения покрытия

в технологиях фосфатирования

Фосфатные покрытия широко используются в различных отраслях промышленности в качестве адгезионных слоев под лакокрасочные покрытия, наносимые на металлические поверхности с целью защиты от коррозии, а в сочетании с маслом или другими ингибирующими пропитками также в качестве самостоятельных противокоррозионных покрытий [1-5].

Перед фосфатированием производится стадия активации фосфатируемых поверхностей погружением в водную суспензию т.н. активаторов фосфатирования, основными компонентами которых являются нерастворимые фосфаты титана, марганца и др. Активирующие суспензии являются мелкодисперсными системами, размеры частиц которых не превышают 3-5 мкм. Частицы дисперсной фазы, налипая на стадии активации на поверхность металла, становятся дополнительными центрами кристаллизации. Это приводит к уменьшению размеров кристаллов в 2-3 раза и за счет этого уплотнению фосфатных слоев, и повышению их сплошности и защитной способности, а также снижению массы фосфатного слоя и сокращению времени его формирования.

Благоприятно действуя на свойства фосфатных слоев, стадия активации, тем не менее, усложняет технологию фосфатирования.

Исключение стадии активации без ухудшения характеристик покрытия упростило бы технологический процесс нанесения фосфатных слоев.

В настоящей работе исследована возможность совмещения стадий активации и фосфатирования, а также влияние природы дисперсной фазы на защитные характеристики фосфатных покрытий.

В качестве дисперсной фазы были исследованы такие нерастворимые в воде соединения, как SiO₂; ZrO₂, TiO₂, TiPO₄, SiC и Al₂O₃, которые вводились непосредственно в фосфатирующие растворы.

В качестве растворов выбраны, широко применяющиеся в практике фосфатирования растворы адгезионного (КФ-14) и противокоррозионного (КФ-7) фосфатирования.

Установлено, что присутствие в растворе дисперсных фаз заметно влияет на динамику формирования фосфатного слоя. Формирование слоя в присутствии диоксида кремния и титана завершается за 6 минут, а в присутствии в ZrO₂ и SiC продолжительность процесса увеличивается до 10 минут. При использовании в качестве дисперсной фазы диоксида алюминия фосфатный слой вовсе не формируется.

Покрытия с наибольшей защитной способностью 210 сек формируются в присутствии SiO₂ или SiC. По защитной способности они в 5 раз превосходят покрытия, сформированные по традиционной технологии, т.е. с предварительной стадией активации.

Выявлено, что независимо от природы дисперсной фазы в интервале концентраций дисперсных фаз в растворе КФ-14 1-2 г/л формируются качественные фосфатные покрытия с наибольшей защитной способностью. Следует отметить, что в присутствии в растворе ZrO₂ и SiC осаждаются слои с требуемой для адгезионных фосфатных слоев массой 2-4 г/м² , а в присутствии SiO₂ и TiO₂ формируются слои с массой 5 и 9 г/м² , которые характеризуются более крупнокристаллической структурой, о чем свидетельствуют электронные фотографии.

В растворе противокоррозионного фосфатирования КФ-7 в присутствии диоксида циркония формирование покрытий завершается за 5 минут, а в присутствии остальных дисперсных фаз – за 10. Максимальной защитной способностью обладают слои, сформированные в присутствии в растворе частиц диоксида титана.

Установлено, что способ перемешивания рабочего раствора заметно влияет на защитные характеристики получаемых покрытий, и, независимо от природы дисперсной фазы, лучшим способом перемешивания во всех растворах является перемешивании кислородом воздуха. В этом случае в обоих растворах формируются слои с наибольшей ЗСА. Следует отметить, что отсутствие перемешивания, а также ультразвуковое перемешивание отрицательно сказывается как на защитной способности полученных покрытий, так и на массе фосфатного слоя и стравившегося металла.

Проведены коррозионные испытания промасленных противокоррозионных фосфатных покрытий в камере соляного тумана. Наибольшей стойкостью обладают покрытия, сформированные в присутствии в растворе частиц SiO₂ или TiO₂. Первые очаги коррозии появляются через 16 и 14 часов соответственно, что заметно превышает минимальное время (2 часа), регламентируемое международным стандартом ИСО 9227.

Проведены циклические коррозионные испытания (ASTM B117) окрашенных полиэфирной порошковой краской стальных образцов с фосфатным адгезионным подслоем, сформированным в присутствии SiO₂, ZrO₂, TiO₂ и SiC. Испытания показали, что ширина проникновения коррозии под ЛКП от места надреза во всех случаях не превышает 2,0 мм после 240 часов испытаний, т.е. фосфатные покрытия удовлетворяют требованиям, предъявляемым к адгезионным слоям.

Определена адгезия лакокрасочных покрытий с адгезионным фосфатным подслоем методом поперечных насечек с помощью тестера адгезии.

Установлено, что все покрытия обладают очень хорошей адгезией – класс 0 по стандарту ASTM D3359, которая не ухудшилась и после коррозионных испытаний

Таким образом, показано, что введение в растворы фосфатирования мелкодисперсных частиц диоксида или карбида кремния, а также диоксидов титана или циркония позволяет не только совместить стадию активации и фосфатирования, но улучшить характеристики получаемых фосфатных покрытий.

Литература:

1. Григорян Н.С., Акимова Е.Ф., Ваграмян Т.А. Фосфатирование: учеб. пособие. − М.: Глобус, 2008 − 144 с.

2. Абрашов А.А., Григорян Н.С., Ваграмян Т.А., Акимова Е.Ф. / Совершенствование растворов кристаллического фосфатирования // Гальванотехника и обработка поверхности. 2010. № 3. Т. ХVIII, С. 48-52.

3. Ваграмян Т.А., Григорян Н.С., Мазурова Д.В., Абрашов А.А., Акимова Е.Ф. / Фосфатирование. Современное состояние и перспективы развития в России // Коррозия: материалы, защита. 2011. № 2. С. 20-27.

4. Абрашов А.А., Розанова Д.И., Григорян Н.С., Ваграмян Т.А., Акимова Е.Ф., Колесников В.А., Аснис Н.А. / О возможности замены процессов хроматирования на процессы фосфатирования оцинкованной поверхности // Коррозия: материалы, защита. 2011. № 11. С. 44-48.

5. Абрашов А.А., Папиров Р.В., Григорян Н.С., Ваграмян Т.А. Разработка низкотемпературного процесса нанесения фосфатных покрытий. // Химическая промышленность сегодня. – М., 2012 – № 12, С. 7-12.