{"id":282,"date":"2019-03-11T11:56:48","date_gmt":"2019-03-11T10:56:48","guid":{"rendered":"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/?p=282"},"modified":"2025-01-13T10:16:09","modified_gmt":"2025-01-13T09:16:09","slug":"phosphatieren-eisen-zink-mangan","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/phosphatieren-eisen-zink-mangan\/","title":{"rendered":"Phosphatieren mit Eisen, Zink und Mangan"},"content":{"rendered":"

\u00ab Phosphatierverfahren im \u00dcberblick \u00bb<\/h2>\n

Mit dem Begriff Phosphatieren werden Verfahren der Oberfl\u00e4chentechnik bezeichnet, mit denen auf Metalloberfl\u00e4chen aus Eisen, Zink oder Aluminium definierte Schutzschichten erzeugt werden. Diese Schichten sind elektrisch isolierend. Sie tragen zum Korrosionsschutz<\/a>, zur Verbesserung der Lackhaftung oder zur Verringerung von Verschlei\u00df bei. Der vorgesehene Einsatz der Metallteile und die Art des Metalls bestimmen, welche dieser Aufgaben erf\u00fcllt werden sollen und welche Mittel eingesetzt werden.<\/strong><\/p>\n

Grundlagen des Phosphatierens<\/h2>\n

Phosphate<\/h3>\n

Phosphate sind Salze der Phosphors\u00e4ure. Phosphors\u00e4ure besteht aus drei Wasserstoffionen und einem Phosphation. Die chemische Formel lautet H3<\/sub>PO4<\/sub>. Bei der Bildung der Salze werden ein, zwei oder alle Wasserstoffionen durch andere Ionen ersetzt. Entsprechend entstehen prim\u00e4re, sekund\u00e4re oder terti\u00e4re Phosphate. Einige Phosphate sind in Wasser schwer oder gar nicht l\u00f6slich. Werden sie bei einer chemischen Reaktion in einer w\u00e4ssrigen L\u00f6sung gebildet, fallen sie als feste Stoffe aus. Dieser Vorgang wird beim Phosphatieren f\u00fcr die Herstellung von Konversionsschichten genutzt. Eine Konversionsschicht entsteht durch die chemische Umwandlung der oberfl\u00e4chennahen Werkstoffbereiche.<\/p>\n

\"konversionsverfahren\"<\/a><\/p>\n

Aktivierung<\/h3>\n

Um ein Metall zu phosphatieren, wird es zun\u00e4chst aktiviert. Das bedeutet, es wird in einen Zustand versetzt, der es zu einer chemischen Reaktion bef\u00e4higt. Durch den Kontakt des Werkstoffs mit einem sauren oder alkalischen Medium l\u00f6sen sich Metallionen aus der Oberfl\u00e4che. Sie k\u00f6nnen dann mit Bestandteilen der L\u00f6sung Verbindungen eingehen. H\u00e4ufig werden f\u00fcr die Aktivierung verd\u00fcnnte Phosphors\u00e4ureverbindungen oder spezielle Verbindungen, die wie Impfkristalle wirken, verwendet.<\/p>\n

Schichtbildung<\/h3>\n

Die gel\u00f6sten Metallionen reagieren mit den Bestandteilen der Behandlungsl\u00f6sung. Beim Phosphatieren entstehen Phosphate, die sich zu Kristallgittern ordnen und auf der Oberfl\u00e4che absetzen. Die Kristalle wachsen solange, bis ihr Wachstum durch benachbarte Kristalle gebremst wird. Sie bilden eine dichte Schutzschicht, die verhindert, dass weitere Ionen des Werkstoffs in die L\u00f6sung \u00fcber gehen. Bei starker Vergr\u00f6\u00dferung \u00e4hnelt die \u00e4u\u00dfere Kontur dieser Schicht einem mit feinem Kies bestreuten Untergrund. Die Zusammensetzung der Phosphatschicht h\u00e4ngt von den Bestandteilen der Behandlungsl\u00f6sung und von den Reaktionsbedingungen ab.<\/p>\n

\n

Die Oberfl\u00e4chenbehandlung unterscheidet zwischen schichtbildenden und nicht schichtbildenden Verfahren. Bei dem nicht schichtbildenden Vorgehen liefert die Behandlungsl\u00f6sung nur das Phosphation, das sich mit den Ionen aus dem Werkstoff verbindet. Die schichtbildenden Reagenzien bringen dar\u00fcber hinaus weitere Metallionen, wie Zink, Kalzium, Nickel, Magnesium, Titan oder Mangan mit.<\/p>\n<\/blockquote>\n

Verfahrenstechnische Umsetzung<\/h2>\n

Die verfahrenstechnische Umsetzung erfolgt durch Spritzen der Behandlungsl\u00f6sung auf die Werkstoffoberfl\u00e4che oder durch Tauchen der Teile in B\u00e4der. Dabei entscheiden die Reaktionsbedingungen \u00fcber die Zusammensetzung, Form und Dicke der Konversionsschicht. Zu den Reaktionsbedingungen geh\u00f6ren, die Konzentrationen der Bestandteile der Behandlungsl\u00f6sung, der pH-Wert und die Temperatur. Eine weitere Einflussgr\u00f6\u00dfe ist die Verweilzeit, in der die Behandlungsl\u00f6sung und die Oberfl\u00e4che miteinander in Kontakt sind. Eine Anlage zum Phosphatieren besteht aus mehreren Stationen, die die Teile durchlaufen. Zu Beginn der Arbeiten muss die Oberfl\u00e4che von anhaftenden Korrosionsprodukten, Zunder und \u00d6len oder Fetten gereinigt werden, damit sich eine gleichm\u00e4\u00dfige Beschichtung ausbilden kann.<\/p>\n

Dabei geschieht meistens gleichzeitig die Aktivierung des Werkstoffs. Nach dem Phosphatierungsprozess m\u00fcssen die Teile gr\u00fcndlich gesp\u00fclt werden. Andernfalls w\u00fcrden Reste der Behandlungsl\u00f6sung antrocknen und Salzkrusten bilden. Der letzte Schritt ist die Sp\u00fclung mit vollentsalztem Wasser. Auf der Grundlage der eingesetzten Wirkstoffe wird bei den Phosphatierverfahren zwischen Eisenphosphatieren, Zinkphosphatieren und Manganphosphatieren unterschieden.<\/p>\n

\"niedrigtemperatur-zinkphosphatierung\"<\/a><\/p>\n

Eisenphosphatierung<\/h3>\n

Die Eisenphosphatierung<\/a> wird eingesetzt, um Bleche und andere Bauteile gegen Korrosion zu sch\u00fctzen und eine Grundlage f\u00fcr die Lackierung<\/a> zu erzeugen. Mit dieser Art des Phosphatierens lassen sich Eisen, Zink und Aluminium behandeln. Da die Aktivierung und die Phosphatierung in einem Arbeitsgang von statten gehen k\u00f6nnen, ist diese Art der Beschichtung besonders kosteng\u00fcnstig und flexibel. Die Beschichtung erfolgt bei Temperaturen zwischen 25 \u00b0C und 65 \u00b0C bei pH-Werten von 4 bis 6. Es bilden sich Schichten mit einem Gewicht von 0,2 bis 0,8 g\/m\u00b2.<\/p>\n

\"eisenphosphatierung\"<\/a><\/p>\n

Zinkphosphatierung<\/h3>\n

Die Zinkphosphatierung<\/a> eignet sich f\u00fcr Teile aus Eisen, verzinktem Eisen und Aluminium. Die Schichten bilden einen noch h\u00f6heren Korrosionsschutz als diejenigen, die durch die Eisenphosphatierung erzeugt werden. An der Schichtbildung sind Zink, Kalzium und zuweilen auch Eisen, Nickel oder Mangan beteiligt. Das Verfahren wird bei Temperaturen von 35 bis 80 \u00b0C und pH-Werten von 2,2 bis 3,2 durchgef\u00fchrt. Die Zinkphosphatniederschl\u00e4ge erreichen Gewichte von 1,5 bis 30 g\/m\u00b2.<\/p>\n

\"zinkphosphatierung\"<\/a><\/p>\n

Manganphosphatierung<\/h3>\n

F\u00fcr eine Beschichtung von Oberfl\u00e4chen aus Stahl ist die Phosphatierung mit Mangan geeignet. Dabei werden nichtmetallische Trenn- und Verschlei\u00dfschichten erzeugt, die einen hervorragenden Einlaufschutz f\u00fcr Motoren und Getriebe bilden. Nach dem Manganphosphatieren werden die Teile in der Regel in ein \u00d6lbad getaucht. Manganphosphatschichten werden bei Temperaturen zwischen 90 und 95 \u00b0C erzeugt. Der pH-Wert liegt dabei im Bereich von 2,2 bis 2,4. Es werden Schichtgewichte von 10 bis 25 g\/m\u00b2 erreicht.<\/p>\n

Vergleich zu anderen Methoden der Oberfl\u00e4chentechnik \u2013 Br\u00fcnieren<\/h2>\n

Die Oberfl\u00e4chentechnik umfasst vielf\u00e4ltige Verfahren und Techniken, mit denen die Eigenschaften von Werkst\u00fcckoberfl\u00e4chen gezielt ver\u00e4ndert werden. Neben mechanischen Vorgehen, die mit einem Abtrag des Materials einhergeht und Beschichtungsverfahren, bei denen fremdes Material aufgetragen wird, findet Oberfl\u00e4chenbehandlung zur Erzeugung von Konversionsschichten ein gro\u00dfes Anwendungsgebiet.<\/p>\n

\n

Die bekanntesten Methoden aus dieser Gruppe sind das Chromatieren, das Phosphatieren, chromfreie Verfahren und das Br\u00fcnieren. Beispielhaft soll hier der Vergleich von Phosphatieren und Br\u00fcnieren erfolgen.<\/p>\n<\/blockquote>\n

Eigenschaften der Schutzschicht<\/h3>\n

Die Phosphatschichten sind feinkristallin und bestehen aus Eisen- Zink- oder Manganphosphat. Gelegentlich enthalten sie Anteile von Kalzium, Magnesium oder auch Nickel. Sie haben eine Dicke von bis zu 10 \u00b5m (im Einzelfall bis 20 \u00b5m). Das ist bei eng tolerierten Passungen zu ber\u00fccksichtigen. Die unregelm\u00e4\u00dfige Kontur der Schicht bewirkt, dass Korrosionsschutz\u00f6le gut haften bleiben und sich bei der Handhabung der Teile nicht abwischen lassen. Die Schichten, die bei der Br\u00fcnierung entstehen, sind amorph. Die Molek\u00fcle bilden ein ungeordnetes gleichm\u00e4\u00dfiges Gef\u00fcge. Sie bestehen aus Eisenoxiden.<\/p>\n

Die Schichtst\u00e4rken liegen bei ca. 1 \u00b5m. Da der Materialabtrag gleich dem Materialzuwachs ist, bestehen keine Probleme bei Passungen. Deshalb wird dieses Verfahren bei Werkzeugen, Maschinenteilen und Waffen angewendet, bei denen au\u00dfer dem Korrosionsschutz die Ma\u00dfhaltigkeit entscheidend ist. Die urspr\u00fcngliche Oberfl\u00e4chenstruktur des Werkstoffs bleibt erhalten. Der Korrosionsschutz einer Br\u00fcnierschicht ist geringer als der einer Zink- oder Manganphosphatschicht. \u00d6le zur Verbesserung des Korrosionsschutzes haften auf den glatten Fl\u00e4chen nur m\u00e4\u00dfig. Br\u00fcnierschichten sind dunkel-grau bis nahezu schwarz, aber auch mit Manganphosphatschichten werden sehr dunkle Schichten erhalten, die zudem gute Verschlei\u00dfeigenschaften zeigen.<\/p>\n

\"korrosionsschutz\"<\/a><\/p>\n

Prozessparameter<\/h3>\n

Das Phosphatieren erfolgt bei Temperaturen von 35 bis 95 \u00b0C. Die Einwirkdauer der Behandlungsl\u00f6sung liegt zwischen 2 und 15 Minuten, bei Inline-Verfahren auch deutlich darunter. Beim Br\u00fcnieren werden Temperaturen von 120 bis 150 \u00b0C ben\u00f6tigt. Das Arbeiten mit hochkonzentrierten Br\u00fcniersalzl\u00f6sungen (Hauptbestandteile sind \u00c4tznatron, Natriumnitrit und\/oder Natriumnitrat) bei den erforderlichen hohen Temperaturen stellt besondere Anforderungen an die Arbeitssicherheit. Die L\u00f6sung muss 5 bis 20 Minuten einwirken.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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