Fosfatkonverteringsbeläggning

Den här artikeln handlar om allmän metallytbehandling. För fossiliseringsprocessen, se fosfatisk fossilisering .

Fosfatkonverteringsbeläggning är en kemisk behandling som appliceras på ståldelar som skapar ett tunt vidhäftande lager av järn- , zink- eller manganfosfater , för att uppnå korrosionsbeständighet , smörjning eller som en grund för efterföljande beläggningar eller målning . Det är en av de vanligaste typerna av konverteringsbeläggning . Processen kallas även fosfatbeläggning , fosfatisering , fosfatisering eller fosfatering . Det är också känt under handelsnamnet Parkerizing , speciellt när det appliceras på skjutvapen och annan militär utrustning .

En fosfatbeläggning erhålls vanligtvis genom att på ståldelen applicera en utspädd lösning av fosforsyra , eventuellt med lösliga järn-, zink- och/eller mangansalter. Lösningen kan appliceras genom svampning, sprutning eller nedsänkning. Fosfatkonverteringsbeläggningar kan också användas på aluminium , zink , kadmium , silver och tenn .

Typer

De huvudsakliga typerna av fosfatbeläggningar är mangan, järn och zink.

  • Manganfosfatbeläggningar används både för korrosionsbeständighet och smörjning och appliceras endast genom nedsänkning.
  • Järnfosfatbeläggningar används vanligtvis som bas för ytterligare beläggningar eller målning och appliceras genom nedsänkning eller genom sprutning.
  • Zinkfosfatbeläggningar används för korrosionsbeständighet, som ett smörjmedelshållande lager, och som en färg/beläggningsbas och kan även appliceras genom nedsänkning eller sprutning. De kan även appliceras på galvaniserat stål .

Bearbeta

Processen drar fördel av den låga lösligheten av fosfater vid medium eller högt pH . Badet är en lösning av fosforsyra ( H 3 PO 4 ), som innehåller önskade järn-, zink- eller mangankatjoner och andra tillsatser. Syran reagerar med järnmetallen och producerar väte och järnkatjoner:

Fe H2
+ H2O
2 +
_ _ H3O +
→ Fe2 +
+ 2

Den reaktion som förbrukar protoner höjer pH i lösningen i omedelbar närhet av ytan, tills fosfaterna till slut blir olösliga och avsätts över den. Syra- och metallreaktionen skapar också järnfosfat som också kan avsättas. Vid avsättning av zinkfosfat eller manganfosfat kan det ytterligare järnfosfatet vara en oönskad förorening.

Badet innehåller ofta ett oxidationsmedel, såsom natriumnitrit ( NaNO 2 ), för att förbruka vätgasen ( H
2 ) - som annars skulle bilda ett lager av små bubblor över ytan, vilket saktar ner reaktionen.

Det huvudsakliga fosfateringssteget kan föregås av ett "aktiveringsbad" som skapar små partiklar av titanföreningar på ytan.

Prestandan hos en fosfatbeläggning beror på dess kristallstruktur såväl som dess tjocklek. En tät mikrokristallin struktur med låg porositet är vanligtvis bäst för korrosionsbeständighet eller efterföljande målning. En grovkornig struktur impregnerad med olja kan vara bäst för slitstyrka. Dessa faktorer kan kontrolleras genom att variera badets koncentration, sammansättning, temperatur och tid.

Parkerizing

För vintermen, se Robert M. Parker, Jr.
En zinkparkerad civil .45 ACP Springfield Armory, Inc. M1911-A1 pistol

Parkerisering är en metod för att skydda en stålyta från korrosion och öka dess motståndskraft mot slitage genom applicering av en kemisk fosfatkonverteringsbeläggning. Parkerisering anses vanligtvis vara en förbättrad zink- eller manganfosfateringsprocess , och inte som en förbättrad järnfosfateringsprocess, även om vissa använder termen parkerisering som en generisk term för applicering av fosfaterings- (eller fosfatiserings-) beläggningar som inkluderar järnfosfateringsprocessen. Bonderisering , fosfatering och fosfatering är andra termer som är förknippade med Parkeriseringsprocessen. och i Det har också varit känt som betning samband med smidesjärn stål .

Parkerisering används ofta på skjutvapen som ett effektivare alternativ till blåning , som är en tidigare utvecklad kemisk omvandlingsbeläggning . Det används också flitigt på bilar för att skydda ofärdiga metalldelar från korrosion.

Parkeriseringsprocessen kan inte användas på icke-järnmetaller som aluminium , mässing eller koppar . Det kan inte heller appliceras på stål som innehåller en stor mängd nickel eller på rostfritt stål . Passivering kan användas för att skydda andra metaller.

Tidig historia

Utvecklingen av processen startade i England och fortsatte av familjen Parker i USA . Termerna Parkerizing , Parkerize och Parkerized är alla tekniskt registrerade varumärken i USA som tillhör Henkel Adhesives Technologies , även om terminologin i stort sett har övergått till allmän användning under många år. Processen användes först i stor skala vid tillverkning av skjutvapen för USA:s militär under andra världskriget .

Det tidigaste arbetet med fosfateringsprocesser utvecklades av brittiska uppfinnarna William Alexander Ross, brittiskt patent 3119, 1869, och av Thomas Watts Coslett, brittiskt patent 8667, 1906. Coslett, Birmingham, England, lämnade därefter in ett patent baserat på detta . process i Amerika 1907, som beviljades US-patent 870 937 1907. Det gav i huvudsak en järnfosfateringsprocess med användning av fosforsyra .

En förbättrad patentansökan för manganfosfatering baserad till stor del på denna tidiga brittiska järnfosfateringsprocess lämnades in i USA 1912 och utfärdades 1913 till Frank Rupert Granville Richards som US Patent 1,069,903 .

Clark W. Parker förvärvade rättigheterna till Cosletts och Richards amerikanska patent och experimenterade i familjens kök med dessa och andra rostbeständiga formuleringar. Det slutliga resultatet var att Clark W. Parker, tillsammans med sin son Wyman C. Parker, som arbetade tillsammans, startade Parker Rust-Proof Phosphating Company of America 1915.

RD Colquhoun från Parker Rust-Proof Phosphating Company of America lämnade sedan in ytterligare en förbättrad fosfateringsansökan 1919. Detta patent utfärdades 1919 som US-patent 1 311 319 för en förbättrad manganfosfateringsteknik (parkering).

av - Proof Company in ett förbättrat patent på manganfosfatering (Parkerizing) 1928 som minskade bearbetningstiden till 1⁄3 den ursprungliga tid som hade krävts genom att värma lösningen till en temperatur i exakt kontrollerat område på 500 till 550 °F (260 till 288 °C). Detta patent utfärdades som US Patent 1 761 186 1930.

Manganfosfatering, även med dessa processförbättringar, krävde fortfarande användningen av dyra och svåra att erhålla manganföreningar. Därefter utvecklades en alternativ teknik av Parker Company för att använda lättare att erhålla föreningar till lägre kostnad genom att använda zinkfosfatering i stället för manganfosfatering. Patentet för denna zinkfosfateringsprocess (med användning av strategiska föreningar som skulle förbli tillgängliga i Amerika under ett krig) beviljades till uppfinnaren Romig från American Chemical Paint Company 1938 som US-patent 2 132 883 , strax före förlusten av enkel tillgång till manganföreningar som inträffade under andra världskriget .

Något analogt med de förbättrade förbättringar av manganfosfateringsprocessen som upptäcktes av Baker och Dingman, fann man en liknande förbättrad metod för en förbättrad zinkfosfatering också. Denna förbättring upptäcktes av Darsey från Parker Rust Proof Company, som lämnade in ett patent i februari 1941, vilket beviljades i augusti 1942, US Patent 2,293,716 , som förbättrade zinkfosfatiseringsprocessen (parkering) ytterligare. Han upptäckte att tillsats av koppar minskade surhetskravet över vad som hade krävts, och att även tillsats av ett klorat till de nitrater som redan användes skulle dessutom göra det möjligt att köra processen vid en mycket lägre temperatur i intervallet 115 till 130 °F (46) till 54 °C), vilket minskar kostnaderna för att driva processen ytterligare. Med dessa processförbättringar blev slutresultatet att en lågtemperatur (energieffektiv) zinkfosfateringsprocess (Parkerisering), med användning av strategiska material som USA hade lätt tillgång till, blev den vanligaste fosfateringsprocessen som användes under andra världskriget för att skydda amerikanskt krigsmaterial som skjutvapen och flygplan från rost och korrosion.

Senare utveckling

Glock 17 pistol med svart Parkerized topplack

Glock Ges.mbH , en österrikisk tillverkare av skjutvapen, använder en svart parkeriseringsprocess som ett täckskikt till en Tenifer -process för att skydda glidarna på pistolerna de tillverkar. Efter applicering av Tenifer-processen appliceras en svart Parkerized-finish och rutschbanan skyddas även om Parkerized-finishen skulle slitas av. Använd på detta sätt blir Parkerizing därmed en skyddande och dekorativ efterbehandlingsteknik som används framför andra underliggande förbättrade tekniker för metallskydd.

Traditionella järnfosfat-, zinkfosfat- och manganfosfatbeläggningar för kemisk omvandling, inklusive parkeriseringsvariationer, har alla kritiserats under de senaste åren för att ha introducerat fosfater i ytvattensystem, vilket uppmuntrat den snabba tillväxten av alger (övergödning ) . Som ett resultat av detta har nya, framväxande teknikalternativ till traditionella fosfatbeläggningar börjat se begränsad användning, för att ersätta alla fosfatbeläggningar, inklusive Parkerizing. Majoriteten av dessa nyare konverteringsbeläggningar är fluorozirkoniumbaserade. Den mest populära av dessa fluorozirkoniumbaserade omvandlingsbeläggningar, som introducerades 2005, innehåller övergångsmetallen vanadin . Denna nya, mer miljövänliga beläggning kallas för en vanadatomvandlingsbeläggning . Förutom vanadatbeläggningar arsenatbeläggningar teoretiskt ge liknande skydd, med risk för att vara en hälsorisk för människor och djur. Det återstår att se om dessa, eller andra nya kemiska omvandlingsbeläggningar, i slutändan kommer att ersätta traditionell fosfatering och Parkerisering.

Olika liknande recept för spishällkök Parkerizing cirkulerar ibland i pistolpublikationer, och Parkerizing-kit säljs av stora distributörer av vapendelar som Brownells.

Används

Målning primer

Fosfatbeläggningar används också ofta som en effektiv ytförberedelse för ytterligare beläggning och/eller målning, vilket ger utmärkt vidhäftning och elektrisk isolering.

Korrosionsbeständighet

Fosfatbeläggningar används ofta för att skydda ståldelar mot rost och andra typer av korrosion. De är dock något porösa, så denna användning kräver impregnering av beläggningen med olja, färg eller något annat tätande ämne. Resultatet är ett tätt vidhäftande dielektriskt (elektriskt isolerande) skikt som kan skydda delen från elektrokemisk och underlackerad korrosion.

Slitstyrka

Zink- och manganbeläggningar används för att hjälpa till att bryta in komponenter som är utsatta för slitage och hjälpa till att förhindra skador .

Smörjning

Medan en zinkfosfatbeläggning i sig själv är något nötande , kan den förvandlas till ett smörjande skikt för kallformningsoperationer genom behandling med natriumstearat ( tvål ). Tvålen reagerar med fosfatkristallerna och bildar ett mycket tunt olösligt och hydrofobt zinkstearatskikt , som hjälper till att hålla kvar det oreagerade natriumstearatet även under extrem deformation av delen, såsom vid tråddragning .

Se även

  1. ^ a b c d "Zink- och manganfosfater" . www.parkerhq.com . Parker Rostskyddad från Cleveland . Hämtad 2014-09-30 .
  2. ^ "Fosfatering; Avancerat korrosionsskydd" . surfacepretreatment.com . Arkiverad från originalet 2011-07-16.
  3. ^ TSN Sankara Narayanan (2005): "[Ytförbehandling av fosfasomvandlingsbeläggningar - En recension Ytförbehandling med fosfatomvandlingsbeläggningar - En recension]" Rev.Adv.Mater.Sci , volym 9, sidorna 130-177.
  4. ^ W. Meisel (1986): "Studier av fosfatiseringen av stål och dess korrosionsprodukter". Kapitel av industriella tillämpningar av Mössbauer-effekten . doi : 10.1007/978-1-4613-1827-9_15
  5. ^ a b c d e f Jim Dufour (2006): An Introduction to Metallurgy , 5:e upplagan, sidorna IX 11–12.
  6. ^   Joseph Edwards (1997): Beläggning och ytbehandlingssystem för metaller . Finishing Publications Ltd. ISBN 0-904477-16-9
  7. ^ J. Skar, M. Walter och 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 Citat: Skar, J., Walter, M. och Albright, D., "," SAE International, Technical Paper 970324 doi : 10.4271/970324
  8. ^ "Fosfatbeläggning: zink-, järn- eller manganfosfat" . United Plating, Inc. Arkiverad från originalet 2011-07-17.
  9. ^ a b c   Stauffer, JL (1993). Finishing Systems Design and Implementation: En guide för produktparametrar, beläggningar, processer och utrustning . SME. s. 132–134. ISBN 9780872634343 .
  10. ^ Pheiffer, J. (18 juli 1933). "Betning av smidesjärn och stål med hjälp av fosforsyra" . 1st World Petroleum Congress, London, Storbritannien, juli 1933. (WPC-1122).
  11. ^ "Bara fakta" . Calvan.com . Hämtad 12 april 2014 .
  12. ^ Rekommendationer för US Environmental Protection Agency
  13. ^ "Tråddragningsfosfat" . Arkiverad från originalet den 28 februari 2009 . Hämtad 3 januari 2009 .

Källor

  • MIL-HDBK-205, fosfat- och svartoxidbeläggning av järnmetaller : en standardöversikt över fosfat- och svartoxidbeläggningar (blånande)
  • Budinski, Kenneth G. (1988), Surface Engineering for Wear Resistance , Englewood Cliffs, New Jersey : Prentice Hall, sid. 48
  • Brimi, Marjorie A. (1965), Electrofinishing , New York, New York : American Elsevier Publishing Company, Inc., s. 62–63 .

externa länkar

  • Henkel Surface Technologies — Nuvarande ägare till Parco-Lubrite (en manganfosfateringsprocess) och andra Parkerizing rostskyddsbeläggningar. (Parco är ett registrerat varumärke som tillhör Henkel Surface Technologies.)
  • Coral Chemical Company — Nuvarande ägare av Coral Eco Treat (vanadinomvandlingsbeläggningsprocess)
  • Parker Rust-Proof of Cleveland —Sista återstående av de fyra ursprungliga licenstagarna av Parker Chemical, erbjuder för närvarande fosfateringstjänster
Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Phosphate_conversion_coating&oldid=1139148524 "