Le revêtement de phosphate est constitué de fines couches cristallines de composés de phosphate qui adhèrent à la surface du substrat métallique, et il est également appelé revêtement de conversion de phosphate qui est un traitement chimique appliqué aux pièces en acier qui crée une fine couche adhérente de fer, zinc ou phosphates de manganèse, pour obtenir une résistance à la corrosion, une lubrification ou comme base pour des revêtements ou des peintures ultérieurs. Les cristaux de phosphate sont poreux et peuvent être formés à partir de solutions de phosphate de zinc, de manganèse ou de fer. Chacun des trois types fournit un revêtement de phosphate avec des propriétés légèrement différentes, telles que la taille des cristaux et l'épaisseur du revêtement. Cela permet de sélectionner un revêtement plus spécialisé pour l'application particulière requise pour une partie de la structure. Ces revêtements sont généralement appliqués sur l'acier au carbone, l'acier faiblement allié et la fonte. Le revêtement est formé en épongeant, en pulvérisant ou en immergeant le substrat dans une solution d'acide phosphorique dilué combiné avec d'autres produits chimiques qui aident au processus de revêtement. Les revêtements de phosphate peuvent également être appliqués sur le zinc, le cadmium, l'aluminium, l'étain et l'acier galvanisé, mais sont difficiles à appliquer sur des matériaux fortement alliés, qui sont souvent insensibles à l'acide phosphorique. Les principaux composants d'une solution de phosphatation sont :
√ Acide phosphorique (H3PO4)
√Ions (cations) de métaux bivalents : Zn2 plus , Fe2 plus , Mn2 plus
√Accélérateur - un réactif oxydant (nitrate, nitrite, peroxyde) augmentant la vitesse du processus de revêtement et réduisant la granulométrie du dépôt.
La phosphatation est l'un des types de revêtement de conversion les plus courants, également appelé revêtement de phosphate, phosphatation ou phosphatation. Il est également connu sous le nom commercial Parkerizing, en particulier lorsqu'il est appliqué aux armes à feu et autres équipements militaires. Les premiers travaux sur les procédés de phosphatation ont été développés par les inventeurs britanniques William Alexander Ross, brevet britannique 3119, en 1869, et par Thomas Watts Coslett, brevet britannique 8667, en 1906. Coslett, de Birmingham, Angleterre, a ensuite déposé un brevet basé sur ce même procédé en Amérique en 1907, qui a obtenu le brevet américain 870 937 en 1907. Il a essentiellement fourni un procédé de phosphatation au fer, utilisant de l'acide phosphorique. Une demande de brevet améliorée pour la phosphatation au manganèse basée en grande partie sur ce premier procédé britannique de phosphatation au fer a été déposée aux États-Unis en 1912 et délivrée en 1913 à Frank Rupert Granville Richards en tant que brevet américain 1 069 903.
Qu'est-ce que le procédé de phosphatation ?
Le procédé tire parti de la faible solubilité des phosphates à pH moyen ou élevé, et le bain est une solution d'acide phosphorique (H3PO4), contenant les cations fer, zinc ou manganèse souhaités et d'autres additifs. L'acide réagit avec le fer métallique produisant de l'hydrogène et des cations de fer :
Fe plus 2 H3O plus → Fe2 plus plus H2 plus 2 H2O
La réaction consommant des protons élève le pH de la solution à proximité immédiate de la surface, jusqu'à ce que les phosphates deviennent finalement insolubles et se déposent dessus. La réaction acide et métal crée également localement du phosphate de fer qui peut également se déposer. Lors du dépôt de phosphate de zinc ou de phosphate de manganèse, le phosphate de fer supplémentaire peut être une impureté indésirable. Lorsqu'un panneau en acier est introduit dans la solution de phosphatation (par exemple du phosphate de zinc), il se produit une réaction topochimique dans laquelle la dissolution du fer est initiée au niveau des micro-anodes présentes sur le substrat par l'acide phosphorique libre présent dans le bain. La consommation d'acide phosphorique pour la réaction provoque une réduction de l'acidité de la solution dans la couche adjacente à la surface métallique. La solubilité du phosphate de zinc dans la solution neutralisée est abaissée, ce qui entraîne la précipitation du sel et son dépôt à la surface du substrat :
Quelle est la différence entre le phosphate de manganèse, le phosphate de zinc et le phosphate de fer ?
1. Revêtement de phosphatation au manganèse
C'est le revêtement de phosphate le plus dur, le plus antirouille, lisse, uniforme et résistant à l'abrasion. Il forme une surface absorbante cristalline et est idéal pour les substrats qui doivent être résistants à l'abrasion tels que les roulements, les bagues, les rondelles de butée et les fixations. L'agent de revêtement au phosphate de manganèse lubrifie également la surface traitée, ce qui en fait un revêtement de phosphate approprié pour l'industrie automobile : les pièces de moteur et de transmission coulissantes et mobiles bénéficient de l'effet lubrifiant du manganèse. Il ne nécessite pas de couche de finition et le revêtement est souvent fini avec une cire ou une huile pour améliorer les propriétés. Le revêtement de phosphate de manganèse est appliqué lorsque la résistance à l'usure et les propriétés anti-grippage sont requises, et il possède également la capacité de retenir l'huile, ce qui améliore encore les propriétés anti-friction et confère une résistance à la corrosion aux pièces revêtues.
2. Revêtement de phosphate de fer
C'est l'option la plus économique par immersion ou pulvérisation. Il est appliqué lorsqu'une forte adhérence d'une peinture ultérieure est requise. Contrairement aux solutions pour revêtements de phosphate de zinc et de phosphate de manganèse, dans lesquelles les ions métalliques sont un constituant de la composition, dans les solutions de phosphate de fer, les ions de fer sont fournis par le substrat dissolvant. L'acier, le zinc et l'aluminium sont tous des substrats appropriés pour le revêtement de phosphate de fer, et c'est l'option la plus flexible en ce qui concerne le type de substrat. Le prix de la phosphatation au fer est nettement inférieur aux coûts du service de phosphatation au zinc et au manganèse, et la phosphatation au fer, comme le Zn, est un apprêt courant pour le revêtement en poudre. Cependant, il est de loin moins durable même si la résistance à la corrosion et l'adhérence sont proches l'une de l'autre. Par conséquent, le revêtement au phosphate de fer n'est recommandé que pour les projets qui ne nécessitent pas une qualité extrêmement élevée et doivent être réalisés avec un petit budget. En d'autres termes, il ne convient pas à la plupart des projets offshore et marins qui sont continuellement exposés aux éléments. Les avantages évidents sont :
√ Coût de production de phosphatation le plus bas,
√Dégraisse les surfaces normalement grasses à basse température,
√Faible coût d'entretien
√ Manteaux :revêtement en poudre, peinture liquide
3. Revêtement de phosphate de zinc
C'est la plus courante de toutes les méthodes de prétraitement de phosphatation de l'acier et du fer par immersion ou pulvérisation. Il n'est pas aussi résistant à la corrosion ou lubrifiant que le manganèse, mais les performances de résistance à la corrosion peuvent être améliorées par différentes couches de finition. Le processus de phosphatation au zinc a la capacité de convertir la surface métallique en un revêtement polycristallin non métallique contenant des phosphates de fer, de manganèse, de nickel et de zinc qui offrent une résistance alcaline élevée. Il est préféré comme base de peinture offrant une excellente adhérence pour la peinture en poudre, les revêtements électrophorétiques ou la peinture liquide et offre une protection supérieure contre la corrosion, et le revêtement de phosphate de zinc est considéré comme le meilleur apprêt possible pour les poudres et les peintures liquides, à côté de la galvanisation. L'agent de revêtement de phosphatation au zinc crée un revêtement beaucoup plus léger que le manganèse et est donc avantageux pour les projets où le poids du métal ne doit pas être affecté. Ce revêtement est également la solution la plus courante pour apprêter le métal pour les revêtements en poudre après le sablage du substrat. Elle est légèrement plus chère que la phosphatation au fer, mais elle offre également une meilleure qualité pour une durée de vie plus longue. Le phosphate de zinc est utilisé pour produire des revêtements résistants à la corrosion qui sont généralement appliqués soit dans le cadre d'un processus de galvanoplastie, soit comme pigment primaire. Il réagit modérément avec l'eau et est soluble dans l'acide avec les sources de zinc, ce qui lui permet d'avoir une bonne résistance à l'humidité et des propriétés de substitution galvanique.
Dans la plupart des opérations où la résistance à la corrosion des pièces finies doit être particulièrement élevée, des revêtements de conversion sont appliqués à l'aide de phosphate de zinc. Cette approche est largement utilisée dans les tréfileries, l'industrie automobile et dans certains secteurs de l'électroménager et de l'électronique. De même, la phosphatation au zinc est souvent prescrite par les armées, notamment pour les équipements pouvant être exposés à des environnements sévères. Le prétraitement des métaux avec un revêtement de conversion au phosphate de zinc comporte trois étapes principales : nettoyage et activation de la surface métallique, application de la couche de conversion et scellement/post-passivation. Les avantages du revêtement de phosphate de zinc sont :
√ Empêcher l'abrasion causée par le frottement avant les processus de formage des métaux tels que l'étirage à froid, le forgeage à froid, l'emboutissage profond.
√Augmentez la résistance à l'usure et à la corrosion avec une lubrification protectrice.
√Résistance à la corrosion (en combinaison avec d'autres revêtements), film sans soudure, lisse et fin.
√Convient pour différentes couches de finition : couches d'huiles, cire anticorrosion ou lubrifiants (tels que les fluoropolymères) différents types de revêtement en poudre.
√Fournit une excellente adhérence pour la peinture en poudre, les revêtements électrophorétiques ou la peinture liquide et l'isolation électrique.
√Prétraitement idéal pour les environnements sévères comme l'offshore ou les zones industrielles polluantes.
Les procédés de phosphatation au zinc dezingué, galvanisé à chaudoushérardiséles produits sont
√ Mise en place
√Dégraissage et nettoyage de la surface
√Activation
√Phosphatation de zinc
√Rinçage
√Passivation
√Séchage
L'application d'un revêtement de phosphate de zinc donne une couche de phosphates cristallins insolubles (1-20μ), qui crée une couche poreuse composée d'hopéite, de phosphophyllite et d'autres composés de phosphate de zinc qui se combinent avec la couche de galvanisation à chaud, le zinc couche de placage ou couche shérardisée par le processus mentionné ci-dessus. Le revêtement de phosphate de zinc étant incolore, ses tons gris sont le résultat de reflets. Cela signifie que le pelage n'est pas affecté par les rayons ultraviolets ; le dispensant de tout souci de résistance aux intempéries. De plus, la haute porosité du revêtement de phosphate de zinc permet l'induction de dioxyde de carbone et de particules d'eau dans l'atmosphère, lui permettant de réagir pour former une couche de carbonate de zinc basique qui apparaît lorsque les tons gris se déposent avec le temps.
Cependant, nous devons savoir que même si les revêtements de phosphate offrent une bonne adhérence et une certaine barrière de protection, lorsque le revêtement est endommagé, la corrosion progresse rapidement sur la surface métallique ouverte car les phosphates à faible solubilité ne possèdent pas suffisamment de pouvoir inhibiteur par rapport aux chromates et ne peuvent donc pas assurer l'auto-guérison de la zone endommagée. Néanmoins, un effet d'auto-guérison peut être observé lorsque le revêtement de phosphate comprend des phosphates solubles qui peuvent s'échapper du revêtement et précipiter aux sites défectueux, comme cela a été démontré par Aramaki (2003).
