Phosphatieren – Verfahren, Vor- und Nachteile
Das Phosphatieren ist ein Verfahren der Oberflächentechnik, welches die Randschicht einer metallischen Oberfläche mit einer wässrigen Phosphat-Lösung verändert. Trotz seiner hohen Umweltunverträglichkeit wird die Behandlung noch häufig genutzt, um die Korrosionseigenschaften, elektrische Isolation und die Verschleißbeständigkeit zu verbessern.
Beim Phosphatieren werden die Werkstücke in eine wässrige Elektrolytlösung getaucht, die freie Ortho-Phosphorsäure, Phosphate, Zink, Kalzium, Natrium oder Mangan und Beschleuniger enthält. Die Behandlung findet bei vielen metallischen Werkstoffen Anwendung, wie zum Beispiel unlegierte Stähle, Zink, Magnesium und Aluminium. Das Verfahren ist nur für unedle Werkstoffe geeignet, da das Anlösen des Werkstoffes erforderlich ist.
Das Verfahren des Phosphatierens
Vor dem Phosphatieren müssen Werkstücke gebeizt werden, um eine saubere Oberfläche zu erhalten. Im Anschluss des Beizangriffs werden die Bauteile mittels tauchen, aufstreichen oder sprühen mit der Phosphatlösung benetzt. Durch eine chemische Reaktion ist die Phosphatschicht fest mit dem unedlen Metall verankert. Diese Schicht enthält viele Hohlräume und Kapillaren, welche Öle und Schmierstoffe optimal aufnehmen kann und somit für eine sehr gute Schmierwirkung sorgt. Das Aufnahmevermögen verleiht der Schicht ebenfalls die Eigenschaft, Korrosionsschutz zu gewährleisten und als Haftgrund für Farben und Lacke zu dienen.
Man unterscheidet zwischen nicht-schichtbildener und schichtbildener Phosphatierung.
- Schichtbildene Phosphatierung: Kationen stammen aus der Phosphatlösung
- Nicht-schichtbildene Phosphatierung: Kationen stammen aus dem Grundwerkstoff
Gängige Arten des Phosphatierens sind:
- Dünnschicht
- Eisen-Phosphat (Beizen von Aluminium und Stahl)
- Zink-Phosphat (Vorbehandlung von nachfolgender Beschichtung)
- Dickschicht (Ca-Phosphat)
Im Vergleich zum Eisen-Phosphat, bietet das Zink-Phosphat einen höheren Korrosionsschutz.
Vorteile der Phosphatierung
Aufgrund der guten Haftung auf metallischen Oberflächen und den Eigenschaften der Konversionsschicht ist das Phosphatieren eine weit verbreitete Oberflächenbehandlung. Das Verfahren ist relativ simpel und kostengünstig und die Randschicht weist gute Werkstoffeigenschaften auf:
Optimaler Haftgrund
Durch das Phosphatieren wird ein sehr guter Haftgrund für weitere Oberflächenbehandlungen gebildet. Es ist also eine Vorbehandlung für den weiteren Korrosionsschutz. Es gewährt eine mikroporöse/mikrokapillare Schichtstruktur, welche gute Bedingungen für die Verankerung weiterer Behandlungen ist.
Temporärer Korrosionsschutz
Metalloberflächen, welche mittels Phosphatierung behandelt werden, können bessere Korrosionseigenschaften aufweisen als der Grundwerkstoff, wenn dieser korrosionsanfällig ist. Die Konversionsschicht ist allerdings nur temporär. Zinkphosphatierungen weisen einen besseren Korrosionsschutz auf als Eisenphosphatierungen. Außerdem werden beschädigte Schichten kaum von Korrosion durchdrungen.
Elektrischer Widerstand
Phosphate haben einen hohen elektrischen Widerstand. Aus diesem Grund eignen sich phosphatierte Metalle besonders gut zur Isolation.
Nachteile des Verfahrens
Phosphate gelten als besonders umweltunfreundlich. Aus diesem Grund müssen Abfälle des Verfahrens als Sondermüll korrekt entsorgt werden. Aufgrund des Preises und des einfachen Verfahrens werden sie allerdings immer noch häufig verwendet, zum Beispiel für Automobillackierungen oder Schrauben.
Nach dem Phosphatieren sollten keine Wärmebehandlungen mehr erfolgen, da die Schicht die Bildung von Delta-Ferrit bei erhöhten Temperaturen begünstigt. Das Phosphatieren eignet sich nicht als Schutz vor Verschleiß. Geprüfte Verfahren wie BORINOX® oder BoroCoat® sind als Behandlungen zur nachweislichen Verbesserung des Verschleißschutzes besser geeignet.
