«SERIE DE ARTICULOS DE TRATAMIENTO DE PIEZAS METÁLICAS POR FOSFATACIÓN»
Este es el primero de siete artículos que componen una guía de tratamiento de piezas metálicas por fosfatación. Se hablará acerca de los procesos de fosfatación, atendiendo especialmente al proceso de fosfatación multiorgánica. Expondrémos sus principales características y las ventajas que suponen para la industria y pequeñas empresas este tipo de tratamiento de piezas metálicas dado su bajo coste y su respeto al medio ambiente.
Fosfatación.
El tratamiento de piezas metálicas por fosfatación consiste en la transformación de su superficie en una capa no metálica de fosfatos metálicos de naturaleza diversa, donde el metal a proteger se convierte el mismo en parte del revestimiento, clasificándose dentro de los tratamientos de conversión, como el cromatizado, pavonado, etc.
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 varía la composición de la solución fosfatante, generalmente, se emplean fosfatos biacidos de cinc, 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.
Tratamiento de piezas metálicas por fosfatación
1.1 Proceso químico de formación de la 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 superfície 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 en el tratamiento de piezas metálicas, 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 iónes 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 tratamiento de la pieza metálica por 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.
El siguiente esquema ilustra simplificativamente la formulación de capa fosfática:
formulación de capa fosfática
Tipos de tratamiento de piezas metálicas por fosfatación
HAY TRES TIPOS DE FOSFATACIÓN
Existen tres tipos de fosfatación: amorfa , cristalina y multiorgánica
2.1 Fosfatación Amorfa
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).
2.2 Fosfatación Cristalina
La fosfatación cristalina se obtiene con fosfatos biácidos de cinc o manganeso, denominándose así por la estructura cristalina del deposito fosfático formado.
Dentro de la fosfatación cristalina y según la composición del baño se pueden 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.
2.3 Tratamiento de piezas metálicas por Fosfatación multiorganica
Dado que el tratamiento de piezas metálicas mediante la fosfatación Multiorgánica la vamos a tratar con más profundidad remitimos al siguiente artículo de la guía de fosfatado: Guía de fosfatación (II)
Artículos publicados:
