Phosphatieren

 
Das Ziel der Phosphatierung ist die Bildung einer Phosphatschicht an der Metalloberfläche. Zunächst wird das Bauteil gebeizt, um die natürliche Oxidschicht auf dem Metall zu entfernen. Dabei lösen sich Metall-Kationen unter Wasserstoffentwicklung.
 
Danach folgt das Bad in einer Phosphatlösung und schwer lösliche Phosphate werden ausgefällt. Je nach Zusammensetzung der Lösung bildet sich nun eine Eisen-, Mangan- oder Zinkphosphatschicht. Das Verfahren kann ggfs. wiederholt werden. Es gibt die schichtbildende und die nicht schichtbildende Phosphatierung.
 

Nicht schichtbildende Phosphatierung

 
Die nicht schichtbildende Phosphatierung wird so bezeichnet, weil keine Metall-Kationen aus der Phosphatlösung ins behandelte Metall übergehen. Stattdessen stammen sämtliche Kationen zur Schichtbildung aus dem Werkstoff selbst. Das erlaubt eine hohe Maßhaltigkeit, bietet aber einen geringeren Korrosionsschutz als die schichtbildende Phosphatierung.
 

Schichtbildende Phosphatierung

 
Bei der schichtbildenden Variante der Phosphatierung können ebenfalls Kationen aus dem Grundmetall an der Schichtbildung beteiligt sein, aber der Großteil der Metall-Kationen stammt aus der Phosphatlösung. Bei Passteilen muss die zusätzliche Schicht, die hunderte Nanometer bis wenige Mikrometer betragen kann, eingeplant werden.
 

Metalle und Arten

 

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal bei der Phosphatierung ist das Metall, das zum Schichtaufbau beiträgt – am häufigsten sind das Eisen, Zink oder Mangan. Je nach gewünschten Eigenschaften können auch zwei oder drei dieser Metalle gleichzeitig aufgebracht werden.

 

Eisen

Die Eisenphosphatierung dient zum Korrosionsschutz und als Grundlage zur Lackierung von Bauteilen wie zum Beispiel Blechen. Sie gilt als die einfachste und günstigste Variante, weil die Aktivierung und die Phosphatierung im selben Arbeitsschritt erfolgen. Zur Eisenphosphatierung sind Temperaturen von 25 °C bis 65 °C notwendig und ein bei pH- Wert zwischen 4 und 6. Eisenphosphatschichten wiegen zwischen 0,2 g/m² und 0,8 g/m². Die Eisenphosphatierung eignet sich für Werkstücke aus Eisen, Aluminium und Zink.

 

Zink

Bei der Zinkphosphatierung muss die Metalloberfläche vorbehandelt werden, um eine feinkristalline Zinkphosphatschicht zu erreichen. Dazu erfolgt zunächst ein Bad mit Titansalzen. Dem darauffolgenden Bad bei 35 °C bis 80 °C und pH-Werten von 2,2 bis 3,2 wird Nickel zugesetzt. Bei diesem Verfahren bilden sich Poren auf der Metalloberfläche, die Öle zum Korrosionsschutz besonders gut aufnehmen. Auch die Lackhaftung auf blankem und verzinktem Stahl verbessert sich. Die Zinkphosphatschicht sieht matt aus und ist hellgrau bis mittelgrau. Sie wiegt 1,5 g/m² bis bis 30 g/m².

 

Mangan

Die Manganphosphatierung findet bei Temperaturen von 90 °C bis 95 °C und einem ph- Wert zwischen 2,2 und 2,4 statt. Manganphosphatschichten wiegen zwischen 10 g/m² und 25 g/m². Sie bieten reibungsreduzierende Eigenschaften, einen guten Korrosionsschutz und eine hohe Aufnahmefähigkeit für Öl – ideal zum Einsatz bei Getrieben oder Gleitlagern. Mit ihrer dunkelgrauen bis schwarzen Farbe und ihrem seidig-matten Aussehen wird die Manganphosphatierung auch zur optischen Aufwertung von Handfeuerwaffen eingesetzt.

 

INFO: Schichtdicke
Die Zusammensetzung der Phosphatlösung bestimmt die Dicke der Konversionsschicht. Während Phosphatierungen mit Mangan oder Zink bis zu 2 μm dick sein können, betragen Eisenphosphatierungsschichten in der Regel nur einige hundert Nanometer.

 

 

Weitere Metalle und Arten

Die Trikationenphosphatierung beschreibt eine Zink-Nickel-Mangan-Phosphatierung. Natriumnitrat, Natriumnitrit, Natriumfluorid und Kalzium sind weitere Zusätze, die häufig zur Phosphatierung genutzt werden. Seltener ist die Verwendung von Titan, Zirkonium und Kupfersulfat. Auf Nickel wird wegen seiner gesundheitsgefährdenden Eigenschaften größtenteils verzichtet.

 

Merkmale und Vorteile

• Haftvermittler: die Phosphatschicht ist fest verankert auf dem Grundmetall
• Hoher Korrosionsschutz: Poren und Kapillaren sorgen für eine hohe Aufnahmefähigkeit von Korrosionsschutzölen und -lacken
• Hohe Gleitfähigkeit: Verminderung von Reibung und Verschleiß
• Optik je nach Verfahren einstellbar: feinkristalline bis grobkristalline Struktur, hellgraue bis schwarze Farbe
• Isolierung: Phosphatschichten bieten einen hohen Isolationswiderstand
• Rostbeständigkeit: beschädigte Schichten sind kaum rostanfällig

 

 

Die Phosphatierung wird häufig bei Stahl angewendet, aber auch bei Aluminium sowie bei verzinkten und cadmierten Stählen. Sie dient in erster Linie zur Vorbereitung auf eine Beschichtung. Da die Phosphatschicht sehr gut auf metallischen Oberflächen haftet und ihre Poren oder Kapillaren die perfekte Grundlage für Öle, Fette und Lacke bilden, wird sie als Haftvermittler eingesetzt.

 

Phosphatieren als Korrosionsschutz

Die Phosphatschicht selbst bietet bereits einen Korrosionsschutz, der beispielsweise durch Wachsen oder Einölen zusätzlich verbessert werden kann. Zudem ist die Schicht rostbeständig und kann eine Unterrostung weitestgehend verhindern. Die Zinkphosphatierung ist korrosionsbeständiger als die Eisenphosphatierung.

 

Verbesserung der Gleiteigenschaften durch Phostphatschichten

Phosphatieren verbessert die Gleiteigenschaften von Werkstücken. Vor allem Zinkphosphatschichten werden für die Kaltumformung von Stahl genutzt. Sie reagieren mit Alkaliseifen zu Zinkseifen, die höheren Temperaturen standhalten und ein ideales Schmierstoffsystem bilden.

 

Um ein Festfressen von Werkstücken bei Schmierstoffmangel zu vermeiden, kommen zudem häufig Manganphosphatschichten zum Einsatz. Sie können den Verschleiß an den Reibeflächen mindern.

 

Elektrische Eigenschaften

Phosphatschichten eignen sich hervorragend zur Isolierung, da sie bei geringer Dicke einen hohen elektrischen Widerstand bieten. Sie kommen zum Beispiel bei Elektroblechen für Magnetkerne zum Einsatz.

 

Phosphatschichten bieten einen höheren Korrosionsschutz als Brünierschichten, da ihre unregelmäßige Kontur Korrosionsschutzölen und -fetten eine bessere Haftung bietet als die amorphen Brünierungsoberflächen.

 

Die Brünierung eignet sich besonders gut für Präzisionsteile, da sie eine hohe Maßhaltigkeit vorzuweisen hat, weil sich die Schicht innerhalb der Bauteiloberfläche bildet. Bei der schichtbildenden Phosphatierung muss hingegen die Schichtdicke berücksichtigt werden, die auf der Oberfläche entsteht.

 

Für das Gelingen der Phosphatierung ist die genaue Abstimmung zwischen Temperaturen, Reaktionszeiten, Chemikalien und deren Konzentration essenziell. Dank jahrelanger Praxiserfahrung in der Badführung und moderner Anlagen können wir für die exakte Bestimmung dieser Parameter garantieren. Wir stellen sicher, dass Ihr Grundwerkstoff nicht beschädigt wird, und richten die Dicke der Phosphatierungsschicht, die Kristallgrößen und die Oberflächenhaftung ganz nach dem Einsatzzweck Ihrer Werkstücke aus. Verlassen Sie sich auf einen kompetenten Partner für maximale Qualität.

 

 

Maximale Werkstückgröße:
1.800 x 320 x 500 mm

 

 

Wir freuen uns, dass Sie Ihre Werkstücke bei Härtha phosphatieren lassen wollen. Übermitteln Sie uns im ersten Schritt bitte folgende Angaben:

• Werkstoffbezeichnung
• Ggfs. Angaben zu vorangegangenen Wärmebehandlungen
• Ggs. Angaben zur gewünschten Schichtstärke (in μm)

 

 

Unsere Standortübersicht verrät Ihnen, wo wir das Phosphatieren und viele weitere Verfahren bei Ihnen in der Nähe anbieten.