Fosfatazione dei metalli: Conoscenze per acquirenti e ingegneri
La fosfatazione è uno dei processi di trattamento chimico superficiale più utilizzati nel settore dei metalli, ma anche uno dei più sottovalutati. Se conoscete le differenze tra la fosfatazione dello zinco, del manganese e del ferro, potete prendere decisioni migliori in materia di approvvigionamento ed evitare costose rilavorazioni.
Che cos'è la fosfatazione?
Durante la fosfatazione, la superficie metallica reagisce con il fosfato in un bagno acido.
Reagisce chimicamente con la superficie del pezzo.
Si forma uno strato di conversione cristallino o amorfo. Questo strato è costituito da fosfati metallici. È saldamente legato al materiale di base, non solo applicato.
Lo strato di fosfato in sé è praticamente non conduttivo. Tuttavia, la sua struttura microporosa consente il passaggio di corrente al substrato. Questo lo rende ideale come pretrattamento per la verniciatura catodica ad immersione e la verniciatura a polvere. È un ostacolo alla saldatura a resistenza: la giunzione avviene prima della fosfatazione.
Il processo è un rivestimento di conversione. A differenza dei processi galvanici, non viene applicato alcun materiale estraneo. Al contrario, il materiale di base viene trasformato in un composto protettivo. I materiali adatti sono principalmente l'acciaio e la ghisa, ma anche lo zinco e l'alluminio in misura limitata, a seconda della variante di processo.
In sintesi: A cosa serve la fosfatazione?
- Protezione dalla corrosione (da sola o come sottosmalto)
- Fondo di incollaggio prima della verniciatura, della verniciatura a polvere o della verniciatura catodica ad immersione
- Aiuto al rodaggio e riduzione dell'attrito per le parti in movimento
- Preparazione alla formatura a freddo (trafilatura, estrusione a freddo)
Fosfatazione: Il processo spiegato
La qualità del rivestimento fosfatico dipende in larga misura dal pretrattamento. Oli, incrostazioni, ruggine o grasso anticorrosione presenti sulla superficie del pezzo impediscono la formazione di un rivestimento uniforme. Le tipiche fasi di pretrattamento sono
A seconda dell'applicazione, la fosfatazione è seguita da
- Passivazione (senza cromo(VI) secondo RoHS/REACH)
- Oliatura o ceratura (soprattutto con fosfatazione al manganese)
- Verniciatura, verniciatura catodica, verniciatura a polvere o verniciatura a umido
- Forno di essiccazione per sistemi di verniciatura
Fosfatazione: Vantaggi e svantaggi
| Vantaggi | Svantaggi |
| Efficienza dei costi rispetto ai processi galvanici | Nessuna protezione anticorrosione indipendente a lungo termine senza post-trattamento |
| Eccellente adesione della vernice, migliore dell'acciaio nudo | I fanghi di fosfato come rifiuti pericolosi - pianificazione dei costi di smaltimento |
| Stabile dal punto di vista dimensionale: nessuna variazione dimensionale rilevante del componente. | Non è adatto a tutti i materiali (acciaio inox, rame, metalli non ferrosi). |
| Facilmente scalabile - possibilità di prodotti a tamburo e a rack | Sensibile ai processi: il pretrattamento deve essere rispettato in modo preciso |
| Adatto a molte geometrie grazie all'applicazione per immersione - per le cavità si raccomanda la consultazione con il verniciatore | Breve intervallo di tempo tra la fosfatazione e la verniciatura |
| Multifunzionale: protezione dalla corrosione, primer e tribologia in un unico prodotto | Durezza limitata dello strato - non sostituisce la cromatura dura o la nitrurazione |
⚠️ Nota importante: infragilimento da idrogeno negli acciai ad alta resistenza
Il decapaggio acido può causare infragilimento da idrogeno negli acciai ad alta resistenza (Rm > 1000 MPa), come molle, viti di classe 10.9/12.9 o acciai per cuscinetti a rulli. VDA 235-104, DIN EN ISO 9588 e ISO 4042 pertanto prescrivono il rinvenimento a 190-230 °C.
La durata è di 2-24 ore. Il rinvenimento deve essere effettuato entro 4 ore dal trattamento. In alternativa, un numero sempre maggiore di Sistemi a scaglie di zinco (Geomet, Delta-Protekt), che non richiedono una colorazione acida.
Fosfatazione: Confronto tra i processi
Fosfatazione allo zinco
La fosfatazione dello zinco è il processo di fosfatazione più utilizzato.
Il processo avviene a una temperatura compresa tra 30 e 60 °C. In questo modo si forma uno strato di fosfato di zinco grigio e cristallino sulla superficie dell'acciaio. Secondo la norma DIN EN ISO 9717, lo strato è specificato come massa per unità di superficie in g/m²:
- 1,5-4,5 g/m² (circa 1-4 µm) come pretrattamento KTL nell'industria automobilistica
- 5-10 g/m² (circa 3-8 µm) per la protezione dalla corrosione con post-trattamento con olio o cera
- fino a 20 g/m² per la formatura a freddo
La fosfatazione classica con zinco è stata per decenni lo standard del settore. È ancora ampiamente utilizzata negli impianti esistenti. Oggi, nei nuovi impianti, i processi a film sottile a base di zirconio e silano (ad es. Bonderite M-NT, Oxsilan, TecTalis) sostituiscono spesso la classica tricazione a zinco. Pretrattamento con fosfato di zinco.
La dimensione dei cristalli dello strato di fosfato di zinco può essere controllata in modo specifico. Gli strati a grana fine sono creati da acceleratori, additivi al nichel o al manganese e sono ideali come primer per vernici. I cristalli più grossi sono più adatti per le operazioni di formatura o come supporto per i lubrificanti.
Fosfatazione del manganese
La fosfatazione al manganese avviene ad una temperatura compresa tra 88 e 98 °C. Si tratta di una temperatura notevolmente superiore a quella della fosfatazione dello zinco o del ferro. Si forma uno strato di fosfato di manganese di colore grigio scuro o nero.
Lo strato ha una struttura chiaramente porosa. Lo strato è specificato come massa per unità di superficie:
- 7-30 g/m² (circa 5-20 µm) in standard industriale
- fino a circa 25 µm in casi speciali
Non è consigliabile uno spessore maggiore dello strato. Il Strato di fosfato di manganese diventa fragile a partire da circa 25 µm e perde la sua forza adesiva.
I pori dello strato di fosfato di manganese assorbono molto bene l'olio. Questo fa sì che Fosfatazione al manganese la prima scelta per i componenti altamente sollecitati. Le parti della trasmissione, gli alberi a gomito, gli alberi a camme, le fasce elastiche e le parti delle armi da fuoco beneficiano della combinazione di un aiuto al rodaggio e di un legame permanente con l'olio.
Senza una nuova oliatura, la protezione dalla corrosione è limitata. Per questo motivo, i componenti fosfatati al manganese vengono quasi sempre trattati con un olio anticorrosione.
Fosfatazione del ferro
La fosfatazione del ferro avviene a temperature più basse (40-70 °C). È molto più facile da gestire rispetto ai processi con zinco o manganese. Lo strato risultante è molto sottile e non cristallino (amorfo). Lo spessore dello strato è specificato come massa per unità di superficie:
- 0,2-1,0 g/m² (circa 0,2-1 µm)
Questo strato sottile offre da solo solo una protezione moderata contro la corrosione. Il suo principale campo di applicazione è la preparazione alla successiva verniciatura. Viene utilizzato quando non si richiedono requisiti molto elevati per la protezione dalla corrosione.
La fosfatazione del ferro è spesso utilizzata in linee di produzione di massa (ad esempio, per elettrodomestici o telai di mobili). Un vantaggio è che i costi operativi sono bassi. L'acqua di processo può essere trattata più facilmente rispetto ai bagni di zinco o manganese.
Fosfatazione dei metalli: Tutti i materiali
Non tutti i metalli sono ugualmente adatti alla fosfatazione. L'idoneità dipende dalla capacità del materiale di formare uno strato di conversione stabile con la soluzione fosfatante. Il fattore decisivo è il contenuto di ferro nel materiale di base.
1. fosfatazione dell'acciaio - ✅ Molto adatto
L'acciaio e l'acciaio strutturale sono le applicazioni classiche per la fosfatazione: tutti e tre i processi funzionano in modo affidabile e forniscono qualità di rivestimento riproducibili.
La fosfatazione allo zinco viene utilizzata come primer prima della verniciatura catodica ad immersione, della verniciatura a polvere o della verniciatura ad umido. La fosfatazione al manganese è adatta per componenti altamente sollecitati come alberi, ruote dentate e molle. La fosfatazione al ferro è l'opzione più economica per i componenti prodotti in serie con successiva verniciatura.
Per gli acquirenti, l'acciaio da fosfatazione è il caso più semplice: nessuna modifica del processo, nessuna chimica speciale del bagno, pieno controllo del processo.
2. fosfatazione della ghisa - ✅ Molto adatto
La ghisa ha un comportamento chimico simile all'acciaio e può essere facilmente fosfatata. La fosfatazione al manganese è particolarmente indicata per Blocchi motore, canne cilindri, carter, componenti della catena di distribuzione e parti della pompa.
Lo strato scuro che assorbe l'olio protegge dall'usura e dalla corrosione dell'ingresso. La struttura della colata, un po' più ruvida, richiede uno sgrassaggio e un pretrattamento accurati. Questo perché i residui di distaccante del processo di fusione possono compromettere la qualità del rivestimento.
3. Fosfatazione dell'acciaio - ✅ Ben si presta
L'acciaio zincato - zincato a caldo o elettrozincato - può essere fosfatato, ma richiede una chimica del bagno adatta. La concentrazione di acido deve essere ridotta in modo da non intaccare eccessivamente la superficie dello zinco. Lo strato di fosfati che ne deriva funge da eccellente primer prima della verniciatura e migliora significativamente la forza adesiva rispetto alle parti zincate nude. Nell'industria automobilistica, l'acciaio galvanizzato fosfatato è una combinazione collaudata per i più elevati requisiti di protezione dalla corrosione.
4. fosfatazione dell'alluminio - ⚠️ Condizionatamente adatto
L'alluminio può essere utilizzato nei moderni Bagni di fosfatazione allo zinco multimetallo (tricatione Zn-Ni-Mn) con aggiunta di fluoruro vengono anche lavorati. Questo è l'attuale stato dell'arte nella produzione di carrozzerie. Senza fluoruro, l'alluminio si scioglie nel bagno acido e destabilizza la chimica del bagno.
La fosfatazione del ferro puro come promotore di adesione economico prima della verniciatura a polvere o a umido è possibile, ma sempre più atipica. Oggi si utilizzano più frequentemente Rivestimenti di conversione a base di zirconio/silano, passivazione di cromo(III) o anodizzazione - soprattutto per i requisiti di protezione dalla corrosione più elevati.
Gli acquirenti devono informare in anticipo il verniciatore se l'alluminio e l'acciaio devono essere mescolati in un unico lotto.
5. Fosfatazione di zinco in pressofusione - ⚠️ Condizionatamente adatto
La pressofusione di zinco si comporta come l'alluminio: solo la fosfatazione del ferro è adatta all'uso pratico, e solo come fondo di verniciatura. La superficie dei pezzi pressofusi è spesso irregolare. Ciò è dovuto a soffiature, linee di separazione e residui di agenti distaccanti. Un pretrattamento accurato è quindi particolarmente importante.
In presenza di elevati requisiti di protezione dalla corrosione, lo zinco pressofuso non è un materiale ideale per la fosfatazione. In questo caso, si consiglia la zincatura o la verniciatura senza fosfatazione.
6. fosfatizzazione del magnesio - ❌ Non è più comune.
Il magnesio è utilizzato nella pratica industriale Quasi mai fosfatato in modo classico. I metodi classici, come il metodo DOW-7 (MIL-M-3171), sono oggi ampiamente superati.
L'ossidazione elettrolitica al plasma (PEO/MAO) è lo stato dell'arte. Viene offerto, ad esempio, come rivestimento di ossido di mag, cheronite o tagnite. Sono inclusi anche i rivestimenti di conversione del cromo(III).
Ne sono un esempio Magpass-Coat e SurTec 650 per il magnesio. I processi di conversione a base di zirconio sono utilizzati anche come primer per vernici.
Chiunque abbia bisogno di rivestire componenti in magnesio deve rivolgersi in particolare agli specialisti della passivazione PEO/MAO o Cr(III). Le aziende di fosfatazione tradizionali non sono l'interlocutore giusto.
7. fosfatazione dell'acciaio inossidabile - ❌ Non adatto
L'acciaio inossidabile non può essere fosfatato in modo efficace. Lo strato naturale di ossido di cromo (strato passivo), che conferisce all'acciaio inossidabile la sua protezione dalla corrosione, impedisce la reazione chimica con la soluzione fosfatante.
Rompere questo strato attraverso un pretrattamento aggressivo è tecnicamente possibile, ma non economicamente conveniente. E distrugge le proprietà di corrosione del materiale.
La passivazione chimica è il processo di finitura superficiale standard per l'acciaio inossidabile. Oggi si preferisce l'acido citrico secondo la norma ASTM A967.
8. fosfatazione di rame, ottone e bronzo - ❌ Non idoneo
I materiali di rame reagiscono in modo troppo forte e incontrollato nel bagno di fosfatazione. I fosfati di rame che ne derivano destabilizzano il bagno e portano a rivestimenti inutilizzabili.
Per rame, ottone e bronzo si utilizzano invece processi galvanici come la stagnatura, la nichelatura e la doratura. Si utilizza anche la laccatura diretta senza fosfatazione.
Gli acquirenti devono prestare particolare attenzione agli assemblaggi misti di materiali in acciaio e rame: Le parti in rame non devono entrare nel bagno di fosfatazione.
Fosfatazione vs. altri metodi di protezione dalla corrosione
Quando la fosfatazione è la scelta giusta? E quando è meglio usare la zincatura, la passivazione o i rivestimenti organici?
La fosfatazione è ideale se il rivestimento deve essere applicato come un Soluzione di sistema con lacca o olio è destinato. E non come protezione anticorrosione a sé stante.
Il rivestimento da solo non è in grado di resistere a un'esposizione prolungata all'umidità. La protezione si ottiene in combinazione con uno strato di finitura o con un olio anticorrosione di alta qualità.
Spesso è superiore ai rivestimenti di zinco galvanizzato in termini di forza adesiva e proprietà tribologiche.
Rispetto alla passivazione, la fosfatazione offre strati più spessi e migliori proprietà meccaniche. Rispetto alla galvanoplastica, non è necessario utilizzare metalli pesanti e preziosi, riducendo così i costi e i requisiti ambientali.
Norme e specifiche pertinenti
I seguenti standard sono di fondamentale importanza per i committenti e i progettisti quando i servizi di fosfatazione sono oggetto di una gara d'appalto o vengono specificati i disegni:
- DIN EN ISO 9717:2018-03 - Rivestimenti a conversione fosfatica su metalli (norma principale; ha sostituito la precedente DIN 50942)
- AMS 2480 - Fosfatazione dello zinco come primer di verniciatura (aerospaziale)
- AMS 2481 - Fosfatazione pesante (manganese/zinco) per la protezione dall'usura e dal rodaggio (aerospaziale, tecnologia della difesa)
- MIL-DTL-16232G - Specifica militare statunitense per rivestimenti a conversione di fosfato (tipo M = manganese, tipo Z = zinco, classe 1-4); attiva e valida
- DIN EN ISO 9227:2017-07 - Test in nebbia salina (NSS, AASS, CASS) per valutare la protezione dalla corrosione
- Standard di lavoro specifici per gli OEM (ad es. standard Volkswagen TL, standard BMW GS) - vincolante per i fornitori del settore automobilistico; l'OEM specifica lo standard di riferimento esatto nel portale dei fornitori.
L'offerta deve sempre indicare la massa di rivestimento richiesta (g/m²). Indicare anche il processo (zinco, manganese o ferro).
Specificare anche il post-trattamento. Specificare anche i requisiti di protezione dalla corrosione. Ad esempio, un test in nebbia salina in conformità alla norma DIN EN ISO 9227.
Lista di controllo per gli acquirenti: requisiti per i rivestimenti in appalto
- Certificazione secondo DIN EN ISO 9001 o specifica del settore (IATF 16949 per il settore automobilistico)
- Controllo del bagno comprovato e parametri di processo documentati
- Apparecchiature di prova interne per lo spessore del rivestimento (XRF o sezione trasversale) e la resistenza alla corrosione
- Esperienza con la variante di processo richiesta (zinco / manganese / ferro)
- Certificazione ambientale e comprovata chimica del bagno conforme alla normativa REACH
- Riferimenti dal nostro settore o per geometrie di pezzi comparabili
- Informazioni chiare sui tempi di consegna e sulle dimensioni minime dei lotti
Quanto costa la fosfatazione? Fattori che influenzano gli acquirenti
La fosfatazione è uno dei trattamenti superficiali più economici. I costi unitari sono influenzati da diversi fattori:
Geometria del pezzo e spessore della parete: Le cavità complesse richiedono un maggiore sforzo di processo per una bagnatura completa.
Dimensioni del lotto: La fosfatazione è particolarmente indicata per le grandi serie e per i pezzi prodotti in serie - i prodotti in rack o in barile riducono notevolmente i costi unitari.
Scelta della procedura: La fosfatazione al manganese è più costosa di quella al ferro a causa delle temperature più elevate e della manutenzione del bagno.
Sforzo di pretrattamento: Le parti fortemente contaminate o arrugginite aumentano i costi dei processi di pulizia e decapaggio.
Trattamento di follow-up: Un'ulteriore oliatura, passivazione o verniciatura diretta hanno un impatto significativo sui costi complessivi.
Costi ambientali e di smaltimento: I bagni di fosfato producono fanghi (fanghi di fosfato) che devono essere smaltiti come rifiuti pericolosi - costi che i rivestimentisti devono mettere in conto
Fosfatazione: industrie e applicazioni
La fosfatazione è uno dei pochi processi superficiali che si è affermato saldamente nella produzione di serie in tutti i settori industriali. La combinazione di costi ridotti, elevata velocità di processo e multifunzionalità lo rende la prima scelta.
Questo vale per tutti i casi in cui l'acciaio deve essere rivestito in grandi quantità.
| Industria | Componenti tipici | Procedura | Obiettivo primario |
| Automotive | Carrozzeria, molle, parti della trasmissione | Zinco, manganese | Primer KTL, rodaggio |
| Costruzione di macchinari | Alberi, alloggiamenti, impianti idraulici | Zinco, manganese | Protezione dalla corrosione, tribologia |
| Tecnologia di difesa | Parti di armi, serrature | Manganese | Protezione dall'usura, ottica |
| Aerospaziale | Componenti strutturali, elementi di fissaggio | Zinco, manganese | Protezione dalla corrosione secondo AMS |
| Elettrodomestici | Parti in lamiera, alloggiamento | Ferro | Fondo per verniciatura (in polvere) |
| Arredamento / Costruzione | Mobili, profili e telai in acciaio | Ferro | Primer per verniciatura, produzione |
| Parti standard / viti | Viti, molle, parti stampate | Manganese, zinco | Merce in fusti, prezzo all'ingrosso |
Fosfatazione a FACTUREE
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