Staal fosfateren

[Beun]

Omdat ik een hekel heb aan roest wil ik een aantal onderdelen van mijn auto gaan fosfateren. Het idee is om conversiecoating van (mangaan) fosfaten aan te brengen op staal en gietijzer. Ik heb ooit scheikunde gehad op de middelbare school, maar dit blijkt onvoldoende om helemaal te begrijpen wat ik nou precies ga doen.

Ik kwam op het internet een DIY project tegen van een mede roestbestrijder met een recept en beschrijving van het "Hot dip manganese phosphatizing". Het bad zou bestaan uit Fosforzuur verdund tot 1% met gedemineraliseerd water, 5g/L Mangaancarbonaat en 2ml/L Salpeterzuur. Dit alles wordt verwarmd tot 90 graden waarna je je onderdelen er in kunt dompelen.

Na wat onderzoek kwam ik een aantal papers tegen die dit proces beschrijven. Hieruit heb ik het volgende af kunnen leiden:

• Het tertiaire fosfaatzout van mangaan (Mn₃(PO₄)₂) is schijnbaar het belangrijkst (waarom juist dit zout?). Een temperatuur van 90 graden en een pH van 2,57 bevorderen de neerslag hiervan op het substraat. Dit zout wordt gevormd door de volgende twee reacties:
  • H₃PO₄ H₂PO^4- +H⁺
  • 3Mn²⁺ +2H₂PO^4-Mn₃(PO₄)₂ +4H⁺
• Salpeterzuur is niet noodzakelijk in de reactie maar werkt als een katalysator door waterstofbelletjes op het oppervlak te voorkomen (hoe?)
• Bij een pH lager dan 2 komen er ijzerionen vrij (Fe Fe²⁺ + 2e^-) en slaat er ijzer(III)fosfaat neer (Fe²⁺+ PO₄^3- FePO₄ +e^-). Onder deze omstandigheden ontstaan er geen mangaanfosfaten. De coating wordt dan bruin/rood in plaats van zwart. Ook reageren de vrijgekomen electronen met de waterstofionen tot waterstof waardoor de pH waarde van de oplossing toeneemt (2H⁺ + 2e^- H₂).
• Ook kwam ik termen tegen als Free Acid (FA) en Total Acid (TA) die respectievelijk het vrij aantal waterstofdeeltjes en het totale aantal waterstofdeeltjes vertegenwoordigen. Deze waardes worden bepaald door een monster van het bad te titreren met 0.1N NaOH. Een verhouding van 1:6 (FA:TA) zou optimaal zijn voor de vorming van mangaanzouten.
• In verschillende bronnen kom ik de volgende samenstelling van het bad tegen:
  • 6.9 g/L Mangaancarbonaat
  • 6 ml/L Fosforzuur 85% (5,1cc bij 100%)
  • 1.5 ml/L Salpeterzuur 70% (1,05cc bij 100%)

Het doel van mijn research was om de optimale samenstelling van het bad te berekenen, maar mij viel dus gelijk op dat het recept dat ik tegenkwam significant anders is dan de consensus uit verschillende papers. Het eerstgenoemde recept bevat meer zuur en minder carbonaat waardoor de pH waarden onmogelijk hetzelfde kunnen zijn. Echter zie Ik op de afbeeldingen van de oorspronkelijke DIY variant goede resultaten. Nou weet ik niet welk recept ik moet gebruiken. Kan iemand mij op weg helpen met het rekenwerk hierachter? En wat is de beste manier om de TA, FA en pH van het bad te handhaven? volgens de papers is dit cruciaal. Bij voorbaat dank.

[gravimetrus]

Ik weet niet welke literatuur je al hebt geraadpleegd.
Als je Googled op "phosphating of metals" is er veel te vinden.
 
Vanzelfsprekend zullen er verschillende processen en recepturen bestaan.
Keuze zal dan vaak afhangen van kosten, soort metaal, staat van het metaal, schaal, energie en water verbruik, risico's, elektrostatisch proces, etc.
Wat het beste is voor oude (roestige) autodelen zou ik je zo niet kunnen zeggen.
 
Wellicht dat wat experimenteren nodig is om een goed/beste resultaat te kunnen behalen.
 
Verder:
Total Acid  (TA)

Nodig :

0.10 M NaOh oplossing

indicator: fenolfthaleine

1. Pipetteer 10 ml van je bad oplossing in een 250 ml erlenmeyer.

2. Verdun met ca 50 ml demiwater.

3. Voeg 5 druppels fenolfthaleine toe.

4. Titreer met de 0.1 M NaOH tot kleuromslag (kleurloos naar licht rose)
 
TA = loogverbruik in ml.

 

Free Acid  (FA)
Nodig :

0.10 M NaOh oplossing

indicator: broomfenolblauw
 
1. Pipetteer 10 ml van je bad oplossing in een 250 ml Erlenmeyer.

2. Verdun met ca 50 ml demiwater.

3. Voeg 5 druppels broomfenolblauw indicator toe.

4. Titreer met de 0.1 M NaOH tot kleuromslag (geel naar blauw)
FA = loogverbruik in ml.