Revêtement de conversion au phosphate : types, avantages et applications

Revêtement au phosphate noir

Peintures et revêtements en poudre De nombreuses pièces en acier sont aujourd'hui traitées par des revêtements. Ces dernières décennies, beaucoup de fabricants ont délaissé les finitions plaquées au profit des revêtements organiques. Ce changement s'explique principalement par la facilité d'application de la peinture et du revêtement en poudre pour les grandes séries de production, ainsi que par leur efficacité en matière de protection anticorrosion.

L'acier est utilisé pour presque tout ce que vous voyez. Peint ou thermolaqué L'acier entre dans la composition de votre chariot de supermarché, des étagères de votre entrepôt, des rayonnages de stockage et d'autres composants utilisés pour fabriquer des véhicules. 

De plus, on trouve des applications de peinture ou de revêtement en poudre sur les équipements et les outils utilisés dans la construction, les transports et même les produits de consommation. 

Cependant, la peinture n'adhère pas bien à l'acier brut non préparé. En fait, si la surface de l'acier est propre (exempte de contamination) et lisse, la peinture peut fissure, écaillage ou chute Le procédé est généralement arrêté prématurément. C'est pourquoi la plupart des fabricants appliquent un traitement à l'acier avant de le revêtir. Une méthode très courante de préparation de l'acier consiste à utiliser Revêtement de conversion au phosphate.

Ce revêtement Elle forme une fine couche cristalline à la surface de l'acier. Cette couche offre une surface d'adhérence à la peinture et contribue à améliorer la protection contre la corrosion. 

De ce fait, le revêtement phosphaté est l'un des prétraitements les plus couramment utilisés pour la peinture ou le revêtement en poudre sur diverses pièces en acier.

Qu'est-ce que le revêtement de conversion au phosphate ?

Pièces métalliques usinées CNC et revêtues de phosphate

Le phosphatage est un traitement chimique appliqué à l'acier après nettoyage. La pièce est immergée dans une solution acide de phosphate, qui réagit avec la surface du métal. Au cours de cette réaction, une fine couche de phosphate se forme directement sur l'acier. Cette couche se forme à partir de l'acier lui-même. Une petite partie du métal de base est dissoute pendant la réaction.

Cette légère gravure assure une bonne adhérence de la couche de phosphate à la surface. Selon le procédé, le poids du revêtement peut varier considérablement. Le poids du revêtement peut aller de 40 mg/pi² à 4000 mg/pi²Même si les couches sont très fines, elles sont généralement uniformes et adhèrent bien à l'acier. 

Réaction de surface lors de la phosphatation

Une fois l'acier nettoyé immergé dans le bain de phosphate, la solution acide commence à réagir avec sa surface. Les ions métalliques se dissolvent alors dans le bain et se combinent aux sels de phosphate. 

Il en résulte la formation d'un dépôt insoluble sur la pièce. À fort grossissement, de nombreux revêtements phosphatés apparaissent cristallins. Cependant, certains revêtements plus clairs présentent des cristaux de plus petite taille, ce qui les rend moins visibles.

Quelle que soit la taille des cristaux, le dépôt se forme directement sur la surface métallique. Grâce à une légère gravure de l'acier lors du processus de phosphatation, le revêtement adhère fortement à l'acier et ne se décolle donc pas facilement. 

Pourquoi utilise-t-on un revêtement avant de peindre ?

L'acier nu non revêtu n'offre pas une bonne adhérence de la peinture, en raison de sa surface lisse. Une mauvaise adhérence des revêtements de peinture entraîne une défaillance prématurée. Le revêtement phosphaté crée une micro-surface plus rugueuse que l'acier nu, ce qui permet une bien meilleure adhérence des peintures et des revêtements en poudre. 

De plus, le revêtement assure une protection anticorrosion de base pendant l'application de la finition finale. Il peut également, si nécessaire, retenir les huiles, les cires ou les produits antirouille. 

Types courants de revêtements phosphatés

Plusieurs systèmes de phosphatation sont utilisés aujourd'hui dans l'industrie. Le phosphate de fer est l'un des plus courants. Il produit un revêtement léger et est fréquemment utilisé avant la peinture des tôles, des appareils électroménagers et autres pièces en acier. Le phosphate de zinc, quant à lui, produit un revêtement cristallin épais.

Poids de revêtement pour revêtement de conversion au phosphate de zinc varient généralement de 100 à 1 000 mg/pi². Il offre une meilleure protection contre la corrosion et est couramment utilisé comme revêtement de prétraitement pour les systèmes de peinture automobile.

vis zinguées jaunes

Phosphate de manganèse Il produit le revêtement le plus épais. Le phosphate de manganèse est utilisé sur les pièces nécessitant une bonne rétention d'huile et une résistance à l'usure, telles que les engrenages, les composants d'armes à feu et les pièces de moteurs. Il est parfois utilisé en combinaison avec des traitements de surface avancés, tels que… oxydation par micro-arc, pour une protection supplémentaire.

Mode d'application des revêtements

La méthode d'application dépend du type de revêtement et de la ligne de production. Le phosphate de fer est souvent appliqué par pulvérisation ou par lavage en plusieurs étapes.

Ces méthodes sont typiques de celles utilisées dans les lignes de prétraitement des peintures. Zinc et manganèse finition phosphatée sont généralement appliquées à l'aide de bains d'immersion.

Les pièces restent dans le bain chauffé jusqu'à ce que la réaction ait suffisamment duré pour produire le revêtement souhaité. Tous les bains de phosphate fonctionnent en milieu acide et nécessitent de la chaleur pour que la réaction se poursuive. En fonctionnement normal, des boues se forment dans le bain comme sous-produit de la réaction. Ces boues doivent être éliminées périodiquement pour assurer le bon fonctionnement du bain.

Épaisseur typique des revêtements de conversion au phosphate

La quantité de revêtement adhérant au métal varie selon le type de revêtement. Son épaisseur influe sur la résistance à la corrosion et l'adhérence de la peinture (pour les produits revêtus), ainsi que sur les propriétés de rétention d'huile. 

En fonction du type de métal à revêtir et de l'application finale prévue, différents types de finitions phosphatées sont utilisés.

Revêtements épais de phosphate de zinc

anneaux filetés CNC zingués

Les revêtements épais de phosphate de zinc sont gris et cristallins. L'épaisseur du revêtement peut varier de 100 à 1000 mg/pi². Les revêtements épais sont plus denses que les revêtements légers ; cependant, ils restent quelque peu poreux.

Les huiles et les cires adhèrent très bien aux surfaces rugueuses de ces revêtements. De ce fait, ces revêtements sont souvent appliqués sur des pièces conçues pour fonctionner avec des lubrifiants. L'un des inconvénients de l'utilisation de revêtements épais au phosphate de zinc est que, s'ils sont manipulés avec négligence, ils peuvent s'écailler car ils forment des couches de cristaux les unes sur les autres.

Conseil pratique : Avant d’immerger l’acier dans la solution de phosphate de zinc, nettoyez soigneusement sa surface de toute trace de graisse et d’huile. La présence de résidus de graisse ou d’huile empêchera le revêtement d’adhérer correctement à l’acier.

Revêtements légers au phosphate de zinc

Les revêtements de phosphate de zinc plus légers se situent généralement dans la catégorie Plage d'épaisseur de 100 à 1 000 mg/ft². Ces revêtements sont généralement plus lisses et moins poreux que les revêtements plus épais.
Du fait de leur relative finesse et de leur surface lisse, ces revêtements sont le plus souvent appliqués avant la peinture ou le revêtement en poudre. 

Ces revêtements offrent une protection anticorrosion adéquate et une couche de base solide pour les applications de revêtement ultérieures, tout en n'ajoutant qu'une épaisseur minimale au revêtement global.

Revêtements de phosphate de fer

Les revêtements au phosphate de fer sont les plus minces des trois options de revêtement phosphaté. Généralement, leur épaisseur varie de 40 à 1 000 mg/pi². Contrairement aux revêtements de phosphate de zinc et de manganèse, qui forment une structure cristalline, les revêtements de phosphate de fer produisent une surface lisse, bleue ou irisée.

Les revêtements au phosphate de fer sont principalement utilisés comme sous-couche pour les peintures et comme prétraitement. Les huiles et les lubrifiants n'adhèrent pas bien à ces revêtements ; leur utilisation est donc déconseillée sur les pièces mobiles.

Conseil pratique : Comparativement aux applications de revêtements au phosphate de zinc et de manganèse, le contrôle du procédé de production de revêtements au phosphate de fer est considérablement plus simple. Les mesures de pH et de titrage sont nettement plus faciles à réaliser et à contrôler. De plus, les besoins en chauffage sont réduits, ce qui diminue les coûts énergétiques.

Revêtements de phosphate de manganèse

partie revêtue de phosphate de magnésium

Les revêtements de phosphate de manganèse sont plus épais que les revêtements de phosphate de fer et de zinc. Généralement, l'épaisseur des revêtements de phosphate de manganèse varie de 1,000 à 1 000 mg/pi². Le revêtement est noir, grossier et très cristallin.

Grâce à sa structure cristalline épaisse et grossière, le revêtement retient extrêmement bien les lubrifiants et les huiles antirouille. Ce revêtement offre également un faible coefficient de frottement, ce qui contribue à prévenir le grippage et l'usure des pièces mobiles telles que les engrenages, les arbres et les roulements.

Conseil pratique : Les revêtements produits par le procédé au phosphate de manganèse sont souvent appliqués aux composants mobiles ou rotatifs, notamment ceux où la protection contre la corrosion et la résistance à l'usure sont essentielles.

Adhérence du revêtement et caractéristiques de surface

Tous les revêtements phosphatés adhèrent fortement à l'acier. La porosité et la rugosité de surface varient selon qu'il s'agisse d'un revêtement épais ou fin. Les revêtements épais sont généralement plus poreux et rugueux que les revêtements fins ; ils retiennent donc mieux les huiles. En revanche, les revêtements fins sont plus lisses et favorisent une meilleure adhérence de la peinture.

Rétention d'huile et de lubrifiant

Les revêtements de zinc et de manganèse absorbent les huiles et les cires en raison de leur structure cristalline. À l'inverse, le phosphate de fer n'absorbe ni les huiles ni les lubrifiants. C'est pourquoi les revêtements de phosphate de manganèse sont souvent privilégiés pour les pièces mobiles ou soumises à des charges.

Contrôle de processus

Les revêtements au phosphate de fer sont les plus faciles à contrôler des trois types de revêtements. Seuls de simples tests de pH et de titrage sont nécessaires pour surveiller le processus. Il est nécessaire de contrôler la teneur en acide total, en acide libre et en fer des revêtements de phosphate de zinc et de manganèse. Le maintien d'un rapport acide total/acide libre adéquat est essentiel à la qualité des revêtements.

Indicateurs de couleur

• Zinc lourd : gris, légèrement rugueux
• Zinc clair : gris, plus lisse
• Phosphate de fer : bleu à irisé
• Phosphate de manganèse : noir, granuleux

Comparaison des revêtements à base d'oxyde noir et de phosphate

bride en acier revêtue d'oxyde noir

Bien que les revêtements à base d'oxyde noir et de phosphate soient tous deux largement utilisés pour protéger les surfaces métalliques, leurs applications diffèrent fondamentalement. Ils conviennent à une grande variété d'applications spécifiques. Pour choisir le revêtement approprié à un composant donné, il est utile de comprendre leurs différences.

Composition

Le oxyde noir pour acier Elle ajoute une fine couche d'oxyde de fer. En revanche, les revêtements phosphatés forment du zinc, du manganèse ou du phosphate de fer, qui réagissent chimiquement avec la surface du métal.

Interet

L'oxyde noir est principalement utilisé pour l'aspect esthétique et la protection contre la corrosion légère. Il améliore également la lubrification lorsqu'il est mélangé à des huiles. Les revêtements phosphatés sont principalement utilisés comme base pour la peinture ou les revêtements en poudre. Ils offrent également une protection supplémentaire contre la corrosion et l'usure.

Résistance à la corrosion et à l'usure

L'oxyde noir n'offre qu'une protection minimale contre la corrosion. L'application d'huile ou de produits d'étanchéité est généralement nécessaire pour prévenir la rouille. Les revêtements phosphatés offrent une meilleure protection contre la corrosion, notamment les phosphates de zinc et de manganèse. Le phosphate de manganèse améliore également la résistance à l'usure et assure une bonne rétention des lubrifiants.

Finition de surface

L'oxyde noir produit un fini sombre, lisse et brillant. Les revêtements phosphatés produisent un fini mat ou satiné. Ces finis sont légèrement plus rugueux que ceux obtenus avec l'oxyde noir. Cette rugosité favorise l'adhérence des peintures et autres revêtements.

Epaisseur de revêtement

L'oxyde noir est extrêmement fin, allant de 0.0002 à 0.0006 pouces. Les revêtements phosphatés sont nettement plus épais, allant d'environ 0.0002 à 0.002 pouces. L'épaisseur du revêtement phosphaté dépend du type de revêtement appliqué.

Résistance à la température

L'oxyde noir présente une meilleure résistance à la chaleur. Il peut supporter des températures allant jusqu'à 500 ° C. Les revêtements phosphatés sont moins résistants à la chaleur et ne doivent être utilisés que dans des applications à basse température.

Adhésion et lubrification

Ces deux types de revêtements constituent d'excellentes bases pour l'application d'huiles ou de peintures. Cependant, l'oxyde noir améliore considérablement la lubrification, notamment par l'ajout d'huiles ou de cires. Le phosphate de manganèse possède une capacité naturelle à retenir les lubrifiants grâce à sa structure cristalline.

Application

L'oxyde noir peut être appliqué par bain chimique ou par bain alcalin chaud. Le revêtement phosphaté s'applique par immersion des pièces dans une solution de phosphate. Les procédés de fabrication peuvent également inclure des étapes de pulvérisation.

Coûts et considérations environnementales

L'oxyde noir est généralement moins cher. Cependant, il utilise davantage de produits chimiques dangereux. Le revêtement phosphaté est plus coûteux. Cependant, il nécessite un processus de fabrication plus complexe et des couches plus épaisses. Il est considéré comme plus respectueux de l'environnement. Toutefois, un traitement des eaux usées est nécessaire.

Applications typiques

Oxyde noir:

• Attaches
• Outils
• Armes à feu
• Composants d'outils de coupe
• Composants électroniques (principalement pour l'apparence et la protection contre la corrosion légère)

Revêtement Phosphaté :

• Composants automobiles
• Engrenage
• Bearings
• Arbres à cames
• Matériel militaire
• Appareils ménagers (principalement pour la protection contre la corrosion, les propriétés adhésives des peintures et revêtements, et la rétention des lubrifiants)

Tableau comparatif de référence

Consultez également notre guide : enrobage d'alodine.

Matériaux adaptés au revêtement phosphaté

Les revêtements phosphatés sont efficaces sur divers métaux. Ils améliorent résistance à la corrosion, adhérence de la peinture et protection contre l'usureVous trouverez ci-dessous une liste concise des métaux couramment revêtus et de leurs applications typiques.

Matériaux communs

• Acier au carbone
• Acier à outils
• Alliages d'aluminium
• Acier Inoxydable

Applications et industries typiques

Applications industrielles des revêtements phosphatés

Les produits métalliques revêtus d'une couche de phosphate seront protégés contre la corrosion. De plus, l'adhérence de la peinture sera améliorée sur ces produits. Enfin, un revêtement de phosphate peut offrir une meilleure protection contre l'usure excessive. 

Ce revêtement permet également une meilleure adhérence des lubrifiants à la surface métallique, ce qui est utile dans de nombreuses applications mécaniques.

Chacune des industries mentionnées a utilisé la phosphatation différemment :

Industrie automobile

Le moteur, la suspension et d'autres pièces du châssis sont généralement phosphatés. Ce traitement phosphaté protège ces pièces contre la corrosion et assure une bonne adhérence de la peinture. De plus, il réduit l'usure des pièces mobiles telles que les engrenages et les arbres à cames.

Industrie aérospaciale

Les composants en aluminium et en acier utilisés dans les systèmes aérospatiaux sont parfois phosphatés avant d'être peints. Ce revêtement améliore la résistance à la corrosion et favorise l'adhérence de la peinture sur les pièces structurelles et mécaniques. 

La phosphatation contribue également à protéger les fixations et les composants de précision contre l'usure de surface lors des opérations d'entretien et de maintenance.

Machinerie industrielle

Les pièces des machines industrielles, notamment les engrenages, les roulements et les outils, reçoivent un revêtement phosphaté. Ce revêtement permet de réduire l'usure. De plus, il prévient le grippage et assure la lubrification pendant le fonctionnement.

Appareils Ménagers

Les pièces en acier et en aluminium des appareils électroménagers, tels que les lave-linge, les sèche-linge et les réfrigérateurs, reçoivent un revêtement phosphaté. Ce revêtement sert à améliorer l'adhérence de la peinture et à inhiber la corrosion.

Production de fils et de tubes

Lors du tréfilage des fils et des tubes, ceux-ci reçoivent un revêtement phosphaté. Ce revêtement réduit la friction et favorise la rétention du lubrifiant.

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