Fosfatazione tricationica

La fosfatazione tricationica è un trattamento chimico di conversione delle superfici metalliche che si è sviluppato per soddisfare le crescenti esigenze di resistenza alla corrosione e di preparazione delle superfici per successivi rivestimenti. Questo processo utilizza una combinazione di fosfati di zinco, nichel e manganese per creare un rivestimento protettivo e durevole sui metalli.

Il processo di fosfatazione ha le sue origini nei primi del Novecento, quando vennero sviluppati i primi trattamenti chimici per migliorare la resistenza alla corrosione dell'acciaio. La fosfatazione allo zinco è stata una delle prime tecniche utilizzate, ma con l'evoluzione delle esigenze industriali, è nata la necessità di migliorare ulteriormente le proprietà dei rivestimenti fosfatanti. Negli anni '60 e '70, la fosfatazione tricationica è stata sviluppata come una soluzione avanzata, incorporando nichel e manganese insieme allo zinco, per fornire un rivestimento ancora più resistente e performante.

Campi di Applicazione

La fosfatazione tricationica è ampiamente utilizzata in vari settori industriali, tra cui:

• Industria Automobilistica: per trattare componenti del telaio, carrozzerie e parti del motore.
• Industria degli Elettrodomestici: per proteggere superfici metalliche esposte a umidità e agenti chimici.
• Industria della Costruzione: per prevenire la corrosione di strutture metalliche e componenti architettonici.
• Industria Militare e Aerospaziale: per migliorare la durabilità e la resistenza alla corrosione di componenti critici.

Processo

Preparazione della Superficie

Sgrassaggio (Vasca 1)

Questa fase iniziale serve a rimuovere oli, grassi e altre contaminazioni organiche dalla superficie del metallo. Vengono impiegate soluzione alcaline (idrossido di sodio o di potassio dal 2 al 5%) assieme a tensioattivi per migliorare l'efficacia dello sgrassaggio.

Risciacquo con Acqua (Vasca 2)

Vengono rimossi i residui alcalini con l'impiego di acqua demineralizzata, per prevenire la contaminazione delle fasi successive.

Decapaggio (Vasca 3)

Necessario a rimuovere ossidi e ruggine dalla superficie metallica e a renderla reattiva per i passaggi successivi. Si utilizza acido cloridrico o acido fosforico (5-15%) assieme a inibitori di corrosione per proteggere il metallo base.

Risciacquo con Acqua (Vasca 4)

Vengono rimossi i residui acidi con l'impiego di acqua demineralizzata.

Fosfatazione

Attivazione (Vasca 5)

Si preparazione la superficie per una crescita uniforme del rivestimento di fosfato, utilizzando una soluzione a base di titanio o molibdato (0.1-0.5%).

Fosfatazione Tricationica (Vasca 6)

Viene formato il rivestimento di fosfato sulla superficie del metallo, tramite fosfati di zinco, nichel e manganese, in soluzione di acido fosforico:

• Fosfato di zinco: 1-2%
• Fosfato di nichel: 0.1-0.3%
• Fosfato di manganese: 0.05-0.2%
• Additivi: acceleratori come nitrati o clorati.
• Modificatori di cristallizzazione: acido citrico e tartarico. 

Post-Trattamento

Risciacquo con Acqua (Vasca 7)

Vengono rimossi i residui di fosfatazione con l'impiego di acqua demineralizzata.

Passivazione (Vasca 8)

Viene migliorata la resistenza alla corrosione e l'aderenza della vernice.

Si impiega una soluzione a base di cromati o silicati, in percentuale da 0.5 a 2%.

Risciacquo Finale (Vasca 9)

Vengono rimossi i residui di passivazione con l'impiego di acqua demineralizzata.

Asciugatura (Vasca 10)

Forno con aria ventilata tra 80-120°C, per il tempo necessario alla completa rimozione di umidità.

Innovazioni

L'impiego delle nanotecnologie nella fosfatazione tricationica rappresenta un'importante evoluzione in questo campo. Tali tecnologie mirano a migliorare la qualità, la uniformità e la funzionalità del rivestimento di fosfato, oltre a ridurre l'impatto ambientale del processo. Di seguito, alcuni esempi di nanotecnologie utilizzate o in sviluppo:

Nanoparticelle di Ossidi Metallici

L'aggiunta di nanoparticelle di ossidi metallici, come il biossido di titanio (TiO2) o l'ossido di zinco (ZnO), alla soluzione di fosfatazione può migliorare le proprietà del rivestimento, in termini di aumento della resistenza alla corrosione di adesione della vernice.

Le nanoparticelle agiscono come nucleanti, promuovendo la formazione di cristalli di fosfato più piccoli e uniformi, che coprono meglio la superficie del metallo.

Nano-Silice

La nano-silice (SiO2) può essere incorporata nella soluzione di fosfatazione. Essa migliora la durezza e la resistenza all'usura del rivestimento fosfatante. Le particelle di nano-silice si integrano nella matrice del fosfato, creando una struttura più compatta e resistente.

Nanoparticelle di Cerio

Le nanoparticelle di cerio (CeO2) possono essere utilizzate come additivi nelle soluzioni di fosfatazione, offrendo eccellenti proprietà anticorrosione e riducendo la necessità di additivi a base di cromo, che sono tossici. e nanoparticelle formano uno strato protettivo supplementare sulla superficie metallica, impedendo la propagazione della corrosione.

Nanoparticelle di Carbonio

Inclusione di grafene o nanotubi di carbonio nella soluzione di fosfatazione. Migliorano la conduttività elettrica e la resistenza meccanica del rivestimento, rafforzando la matrice del fosfato e migliorano le proprietà elettriche del rivestimento, rendendolo utile per applicazioni specifiche. 

Conclusioni

Il processo di fosfatazione tricationica è essenziale per migliorare le proprietà superficiali dei metalli, garantendo resistenza alla corrosione, aderenza delle vernici e riduzione dell'usura. La corretta esecuzione di ogni fase, dallo sgrassaggio iniziale a tutti i passaggi di fosfatazione, garantisce un rivestimento uniforme e di alta qualità, che permette di raggiungere standard elevativi di resistenza in nebbia salina, riuscendo a superare anche le 1000 ore con un singolo di strato di vernice e senza bisogno di primer.

Per contro, la complessità del processo, la lunghezza dell'impianto, la manutenzione, le frequenti analisi analitiche, i costi di gestione e la pericolosità dei chimici utilizzati, rendono questo trattamento sempre meno in espansione, grazie soprattutto alle moderne nanotecnologie che stanno velocemente sostituendo i vecchi pretrattamenti.