El presente artículo, hace referencia a los distintos tipos de fosfatación que se encuentran en el mercado sus diferentes usos, aplicaciones y e instalaciones necesarias para su aplicación.
La fosfatación de los metales consiste en la transformación de su superficie en una capa no metálica de fosfatos metálicos de naturaleza diversa.
La solución o baño de fosfatación consiste en un fosfato biácido complejo, de algún metal soluble; su formula genérica se puede representar por (PO4H2)2Me y que por reacción química con el metal a fosfatar, favorecido por unas condiciones apropiadas de temperatura, concentración y acelerado con catalizadores especiales, va neutralizando sus hidrógenos hasta convertirse en un fosfato neutro insoluble en agua, de estructura porosa – absorbente y fuertemente anclado al metal con unas propiedades anticorrosivas y de resistencia al roce, que hacen de la fosfatación un tratamiento muy importante para la industria metalúrgica en general.
Según las aplicaciones y exigencias requeridas, la composición de la solución fosfatante varía. Generalmente, se emplean fosfatos biacidos de zinc, manganeso o sodio, junto con acelerantes de reacción como nitratos, nitritos, cloratos y ciertos productos orgánicos (todos ellos oxidantes) y sales de níquel, cromo, cobre, cobalto, titanio, etc. Que actúan como catalizadores o afinadores de capa.
Proceso de formación de capa fosfática
La superficie del acero está formada por infinidad de pilas galvánicas que permanecen inactivas hasta encontrar un medio electroquímico que ponga en contacto las áreas anódicas – catódicas y se hagan efectivas las diferencias de potencial existentes.
- Las áreas anódicas son constituidas por el mismo metal y ocupan la mayor parte de la superficie del metal base.
- Las áreas catódicas son, por lo general, impurezas de metales más nobles, son áreas muy pequeñas comparadas con las anódicas, por lo que la densidad de corrosión por unidad de superficie, se hace lo suficientemente elevada para permitir la descarga de los iones hidrógenos.
En la operación de fosfatado, la acidez proveniente del ácido fosfórico, produce en principio, ataque y disolución del metal en las áreas anódicas y a la vez la descarga de los iones hidrógenos en las áreas catódicas.
Un desprendimiento de hidrogeno en las áreas catódicas produce una polarización de estas áreas catódicas y una pasivación de las áreas anódicas.
En este momento la superficie del acero aparece con una ligera tonalidad azul – violeta, es lo que conocemos como fosfatación amorfa o fosfatación al hierro, pues la ligerísima capa está formada por fosfatos de hierro.
Al estar las áreas catódicas polarizadas se interrumpe la reacción electroquímica con lo cual se paraliza el proceso de fosfatado; la adicción o presencia en el baño de productos oxidantes, produce la despolarización de los cátodos, permitiendo que el proceso de fosfatado continúe.
Los productos oxidantes presentes en el baño de fosfatado provocan en los ánodos una oxidación de los iones ferrosos a férricos que en forma de fosfato férrico se precipitan al fondo de la cuba.(lodos formados por la fosfatación)
En los cátodos la acción despolarizante por efecto de los productos oxidantes y la aportación de iones metálicos (cinc, manganeso) se produce una elevación del PH hasta alcanzar el punto de solubilidad del fosfato de metal (cinc, manganeso) que precipita y anida en forma cristalina donde se ha producido la descarga de un ión hidrogeno
Según sea el oxidante empleado, así como la formulación del baño de fosfatación, habrá mas o menos presencia de fosfatos de hierro en la capa de fosfatado obtenida, lo que unido a la actuación de los catalizadores o afinadores de grano, hará que la cristalización sea mas fina o más gruesa.
A medida que el proceso de fosfatación llega a un límite, empieza un equilibrio de disolución y nueva cristalización, que se produce por la disolución de los cristales en el medio ácido del baño, saturación en la capa límite y nueva cristalización, cerrando mas la porosidad y favoreciendo la inter-cristalización.
Esta reacción de equilibrio, viene dada, por la relación ácido fosfórico combinado (acidez total) y ácido fosfórico libre (acidez libre), que debe permanecer en unos limites de acuerdo a la formulación especifica de cada baño.
ESQUEMA FORMACIÓN DE CAPA FOSFÁTICA
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- Metal + solución fosfatante)
- Sales de fosfato solubles (aumento del PH)
- Sales de fosfato insoluble (capa fosfática)
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Existen tres tipos de fosfatación: amorfa , cristalina y multiorganica.
La fosfatación amorfa se obtiene con fosfatos biacidos, generalmente de sodio, siendo el deposito fosfático muy liso, de coloraciones irisadas azul-violeta y con un peso de capa que oscila de 0.2 a 1 gr/ m².
Técnicamente la capa formada está constituida básicamente por VIVIANITA cuya formula es Fe3 (PO4)2 . 8 H2O.
En realidad la capa fosfática es de naturaleza más compleja pudiendo estimar como una combinación del tipo Fe3 O4,Fe3 (PO4) 2 . 8 H2O, Fe HPO4 . H2O.
Su campo de aplicación concreto es el de tratamiento previo a la pintura, proporcionando a esta mayor adherencia y protección anticorrosiva, admitiendo cualquier tipo de pintura ( liquida y polvo )y sistemas de aplicación ( inmersión, pulverización y electrodeposición).
Fosfatación Cristalina
La fosfatación cristalina se obtiene con fosfatos biacidos de cinc o manganeso, denominándose así por la estructura cristalina del depósito fosfático formado
Dentro de la fosfatación cristalina y según la composición del baño se puede obtener diversos tipos de fosfatado, de características fisico-químicas diferentes, según la misión posterior a desarrollar.
De la variación de acelerantes, catalizadores y condiciones de trabajo (concentración, temperatura, tiempo, etc.) se obtienen capas de fosfato de 1,5 a 20 gr/m² con estructuras cristalinas distintas y propiedades así mismo distintas.
Su coloración es gris claro a oscuro casi negro en el fosfatado al manganeso.
El siguiente esquema químico, muestra la reacción de ataque y de formación del revestimiento:
Ataque ácido a la superficie metálica
1-Oxidación Anódica
2-Redución Catódica
3-Con intervención del acelerante
FORMACIÓN DE LA CAPA
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- 2 Zn2+ + Fe2+ + 2 H2PO -4 + 4H2O ———> Zn2 . Fe (PO4)2 + 4H2O+ 4H+(FOSFOLITA)
- 3 Zn2+ +2H2PO4 – + 4H2O ——-> Zn3 (PO4)2 , 4H2O +4H+(HOPELITA)
- 5 Mn2+ + 5Fe2+ +4H2PO4 – +H2O ——–> (Mn Fe )5 H2 (PO4)4 . 4H2O +6H+(HURELITA)
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La fosfatación cristalina según las exigencias finales requeridas en el material tratado, recibe el nombre de
a) Fosfatación microcristalina:
De peso de capa baja ( 1.5 á 3 gr/m2 ) a partir generalmente de fosfatos biácidos de cinc o de cinc-calcio, aplicados sobre materiales ferrosos como preparación previa al pintado por electroforésis ( anaforésis ó cataforesis ) que como en el caso del pintado por sistemas convencionales aumenta la adherencia de la pintura sobre el metal y su poder anticorrosivo. Su principal campo de aplicación es en el sector de automoción (automóvil y camión) y en piezas que se exijan un gran grado de calidad, principalmente anticorrosivo.
La capa formada está constituida por HOPIETA cuya formula es: Zn3 (PO4) 2 . 4H2O
b) Fosfatación cristalina:
Previo pintura de peso de capa suave ( 2.5 – 5 gr/ m²) a partir de fosfatos biacidos de cinc y aplicado sobre materiales ferrosos y de cinc, como preparación previa de estos materiales antes del pintado convencional de infinidad de artículos electrodomésticos, (frigoríficos, lavadoras, cocinas, calentadores, etc.) mobiliario, accesorios del automóvil, etc.
c) Fosfatación cristalina antioxidante:
De peso de capa medio ( 6 – 10 gr/m²) a partir de fosfatos biacidos de cinc y aplicado sobre materiales ferrosos, con posterior acabado de aceites o teñidos, tales como tornilleria, piezas roscadas,ferreteria, frenos, armamento, marina, etc.
d) Fosfatación cristalina deformación
De peso de capa alta (10 – 20 gr/m²) a partir de fosfatos biacidos de cinc, aplicados sobre materiales ferrosos, para toda la fabricación de deformación en frío: Trefilado del alambre, estirado del tubo, embutición y extrusión.
EN LOS CASOS a) b) c) LAS CAPAS FROMADAS PUEDEN SER:
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- 2 FOSFOLITA —— Zn2 Fe (PO4)2 . 4H2O
- 3 SCHOLCITA ——- Ca Zn2 (PO4)2 . 2H2O
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La fosfatación Multiorgánica , es un sistema base disolvente que incorpora a la formula un polímero de alto peso molecular confiriendo a la superficie no solo una conversión de fosfatado amorfo , fosfatación al hiero o zinc , sino que es recubierta por una película de polímero de naturaleza lipofilica , que con radicales ácidos aporta a la superficie una protección antihumedad y anticorrosiva mucho mas resistente que las fosfatación amorfa convencionales.
El proceso se realiza en una sola etapa tanto la eliminación de posibles contaminantes existentes en la superficie, como la reacción de fosfatación amorfa vista anteriormente , pero al tratarse de una reacción en base solvente , esta se realiza en mucho menor tiempo y de forma mucho mas eficaz , consiguiendo en un periodo de tiempo mucho menor obtener la película de fosfato, que es recubierta por el polímero dándole una gran dureza superficial, una resistencia a la corrosión una buena adherencia de pinturas sobre este sistema , y mejorando considerablemente las propiedades físico químicas de las pinturas.
Los sistemas de fosfatación orgánica son procesos ecológicos perfectamente armonizados con el medio ambiente .
Es importante resaltar que la fosfatación multiorgánica es un sistema de fosfatado orgánico que no contiene compuestos aromáticos clorados ni fluorocarbonos, por lo que no es necesario el etiquetado de compuesto toxico según la normativa Europea.
Además de la mera gestión ambiental, debe hacerse hincapié en la sencillez del proceso que permite el desengrase y fosfatado de metales en una sola operación a temperatura ambiente por una instalación simple y totalmente mecanizado
Estos procesos permiten el desengrasar y fosfatar superficies metálicas mediante una operación monoestadio y en frio.
Una de las principales características de la fosfatación multiorgánica es la capacidad, que tiene el fosfato polimérico de incorporar los contaminantes oleosos de las piezas a tratar en su propia estructura macromolecular
Los aceites se disuelven en el disolvente durante el tratamiento y el polímero incorpora dichos aceites a su estructura mientras el fosfato realiza el proceso de fosfatación .
En la fase de secado se origina una película con una estructura tridimensional causado por la macromolécula del polímero a través de de la cual los contaminante y aceites son absorbido por dicha estructura lo que permite incorporar a dicha macromolécula un grado de contaminante oleosos que no exceda de 1,5 gramos / m².
Para saber más acerca de la fosfatación, te animamos a que leas la segunda parte de la gGUÍA DE LA FOSFATACIÓN , donde explicamos las diferentes formas de aplicaciones que existen en el mercado y las instalaciones necesarias para cada una de éstas, o visitar directamente nuestro CATÁLOGO, donde podréis ver los diferentes productos de los que dispone DALMAR.
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