Phosphorsäure: Formel und Anwendungsgebiete
Phosphorsäure ist eine Säure des Elements Phosphor. Die Phosphorsäure-Formel lautet H3PO4. In der industriellen Nutzung kommt die Säure beispielsweise bei der Herstellung von Düngemitteln, Waschmitteln oder Rostentfernern zum Einsatz, in der Medizin als pharmazeutischer Hilfsstoff.
In der Oberflächentechnik ist die Phosphorsäure wichtiger Bestandteil, um auf Metalloberflächen aus Stahl, Eisen, Zink oder Aluminium feinkristalline und wasserunlösliche Schutzschichten zu erzeugen. Diese Verfahren werden als Phosphatierung bezeichnet. Sie beugen Korrosion vor, verbessern die Lackhaftung, bauen Reibungskräfte ab und verringern den Verschleiß. Und nicht zuletzt haben alle Phosphatschichten einen hohen elektrischen Widerstand und dienen somit auch zur elektrischen Isolation des Werkstücks. Da die erzeugte Phosphatschicht sehr gut haftet, wird sie häufig als Basis für Beschichtungen verwendet.
Phosphatierungen sind in vielen Bereichen an der Tagesordnung: Sie findet beispielsweise in der der Automobilbranche, der Luft- und Raumfahrt, dem Werkzeugbau oder der Medizintechnik Anwendung.
Phosphatierungsarten zur Behandlung von Oberflächen
Die Schutzwirkung beim Phosphatieren wird durch eine schwerlösliche Metallphosphatschicht auf der Oberfläche ausgebildet. Der Vorgang erfolgt bei Temperaturen von 35 bis 95 Grad und dauert bei einigen Verfahren nur Sekunden, je nach Behandlungslösung jedoch maximal 15 Minuten. Zu unterscheiden sind verschiedene Phosphatierungsarten, insbesondere Eisenphosphatierung, Zinkphosphatierung und Manganphosphatierung:
- Die Eisenphosphatierung wird verwendet, um Blechen und anderen Bauteilen Schutz gegen Korrosion zu verleihen und die Lackhaftung zu verbessern. Sie eignet sich vornehmlich als grundierender Zwischenschritt vor anderen Beschichtungsprozessen. Dieses Verfahren ist vergleichsweise kostengünstig und unkompliziert, da das zu behandelnde Eisen, Zink oder Aluminium zuvor nicht in einen reaktionsfähigen Zustand versetzt werden muss. Diese sogenannte Aktivierung findet zusammen mit der Phosphatierung in einem Arbeitsschritt statt.
- Die Zinkphosphatierung sorgt durch den enthaltenen Zinkanteil für einen verbesserten Korrosionsschutz im Vergleich zur Eisenphosphatierung. Darüber hinaus ist Zinkphosphat als Gleitschicht geeignet. Dieses Verfahren wird für Bauteile aus Eisen, verzinktem Eisen und Aluminium verwendet.
- Die Manganphosphatierung wird vornehmlich bei Stahl eingesetzt und als Schicht für Gleitlager verwendet, da sie Reibungen reduziert und Öle gut aufnimmt. So profitieren beispielsweise Motoren und Getriebe von diesem Verfahren, das in der Regel von einem nachgestellten Ölbad ergänzt wird. Auch der Korrosionsschutz ist gut.
Auch wenn die Phosphatierung in jedem Fall eine Schutzschicht erzeugt, wird grundlegend zwischen schichtbildender und nicht schichtbildender Phosphatierung unterschieden. Bei der nicht schichtbildenden Variante stammen die Metall-Kationen, die maßgeblich für die Schichtbildung sind, aus dem bearbeiteten Werkstoff selbst und nicht aus der Phosphat-Lösung.
Säurebehandlung per Tauchbad oder im Spritzverfahren
Die Phosphatierung erfolgt in der Regel über eine Säurebehandlung, entweder im Spritz- oder im Tauchverfahren, wobei Letztere die gängigere Vorgehensweise ist. Dabei werden die Bauteile nacheinander in eine Reihe verschiedener Bäder getaucht. Zunächst muss die Oberfläche gereinigt und entfettet, gegebenenfalls auch noch gebeizt und aktiviert werden. Die Beschichtung erfolgt dann im Phosphatierbad. Abschließend werden die Teile gespült.
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