Phosphatierungen für Stahl, Zink und Eisen – Fragen und Antworten

Was bewirkt eine Phosphatschicht?

Die meisten Metalle reagieren mit der Luft, genauer gesagt mit Bestandteilen in der Luft, so dass sich eine dünne Schicht auf der Oberfläche bildet. Dadurch entstehen Salze. Allerdings sind diese Salze ein schlechter Haftgrund für Lacke und verhindern manchmal deren Verwendung ganz. Ausserdem hilft die Schicht kaum gegen die Witterung und andere äussere Einflüsse. Phosphatierungen erzeugen chemische Reaktionen mithilfe einer wässrigen Phosphat-Lösung auf der Metalloberfläche. Dadurch bilden sich Konversionsschichten aus Metallphosphaten, also kleine Phosphatmetalle. Diese Beschichtungen sind wesentlich rauer und eignen sich damit sehr gut dafür, dass weitere Schichten und vor allem Lackierungen auf dem Metall haften können. Sie dient aber nicht nur als Haftgrund für Lackierungen, sie

• verringert den Verschleiss des Metalls
• schützt vor Korrosion
• verbessert die elektrische Isolation des Metalls

Das Phosphatieren ist ein weit verbreitetes Verfahren. Andere Begriffe sind „Parkerisieren“, „Bondern“ oder „Atramentieren“. Man darf das Phosphatieren aber nicht mit der Brünierung verwechseln, bei der saure oder alkalische Lösungen verwendet werden. Allgemein gehört das Phosphatieren zu den Verfahren der Galvanotechnik.

Wie geht das Phosphatieren vonstatten?

Es gibt mehrere Verfahren, doch die Vorbehandlung ist recht gleich. Zunächst beizt der Handwerker das betreffende Metallstück. Dabei lösen sich Metall-Kationen (positiv geladene Ionen) unter der Wasserstoffentwicklung. Dann setzt die Schichtbildung durch schwer lösliche Phosphate ein. Wie die Behandlung weiterhin aussieht, hängt von dem phosphatiertem Metall ab. Generell unterscheidet man zwischen dem schichtbildenden und nicht schichtbildenden Phosphatierverfahren. Bei der schichtbildenden Phosphatierung kommen die Metall-Kationen, die den Korrosionsschutz bilden, aus der Phosphat-Lösung. Kationen aus dem phosphatierten Metall können auch einen Teil zur Schichtbildung beitragen. Bei der nicht schichtbildenden Phosphatierung sind es die Metall-Kationen von dem Metall, die massgeblich an der Schichtbildung beteiligt sind. Die Kationen aus der Phosphat-Lösung haben keinen Anteil daran. Welches der beiden Verfahren zur Anwendung kommt, hängt vom Metall und vom angestrebten Zweck des Verfahrens ab.

Wie wird Zink phosphatiert?

Bei Zink kommt das schichtbildende Phosphatierverfahren zur Anwendung. Mithilfe der Zinkphosphatierung lassen sich Teile aus Zink und Stahl behandeln. Die Schicht, die dabei entsteht, ist ein Zinkphosphatniederschlag. Dafür ist eine Temperatur von 50 bis 85 Grad notwendig. Zinkphosphate eignen sich auch für Metalle, die unterschiedlichen Witterungen ausgesetzt sind und diese für längere Zeit aushalten sollen. Bei Mangan wendet man ebenfalls das schichtbildende Verfahren an. Die Wärmebehandlung liegt bei der Manganphosphatierung bei 90 bis 95 Grad. Dabei entstehen sehr feinkristalline Schichten mit einem Schichtgewicht von fünf bis 25 Gramm pro Quadratmeter. Eine Manganphosphatierung wird nur bei Stahl verwendet. Diese Art von Überzügen dient als Einlaufschutz für Maschinenteile, etwa für Kurbelwellen, Schrauben und Getriebeteile. Für Lackierungen verwendet man sie eher selten.

Womit lässt sich Eisen phosphatieren?

Eisenphosphatierungen finden zum Beispiel bei Stahl, Zink oder Aluminium Anwendung. Dabei bilden sich Niederschläge von Eisen- oder Zinkphosphat. Eisenphosphatierungen zählen zu den nicht schichtbildenden Phosphatierverfahren. Die dabei entstehende Hitze beträgt 25 bis 65 Grad. Das führt zu sehr niedrigen Schichtgewichten von 0,3 bis 0,8 Gramm pro Quadratmeter. Eisenphosphate sind meist nur ein temporärer Korrosionsschutz und dienen als einfacher Haftgrund für Lackierungen.

Wie lässt sich der Korrosionsschutz noch verbessern?

Durch die zusätzliche Schicht, die sich während der Phosphatierung auf dem Metall bildet, wird das Werkstück widerstandsfähiger gegen Korrosion. Ein günstiger Nebeneffekt ist, dass durch die gröbere Oberfläche sich Lackierungen wesentlich leichter auftragen lassen. Eine solche Nachbehandlung nennt man auch „chromatieren“. Das kommt daher, weil viele der Nachtauchlösungen über Chromverbingungen verfügen. Solltest du die Metalle nicht lackieren wollen, dann lässt sich auch ein Korrosionsschutzöl auftragen.

Welche Lacke eignen sich für Phosphatierungen?

Pulverlackierungen nennt man auch „Finish“. Sie bestehen aus Harzen und Kunststoff. Es handelt sich bei ihnen um einen pulverförmigen Lack, der mithilfe eines elektrostatischen Feldes auf dem geerdeten Metallstück aufgetragen wird. Bei einer Temperatur von 170 bis 220 Grad werden die Pulverlackierungen zu einem Film polymerisiert. Bei einer Elektrotauchlackierung taucht man die Werkstücke in eine wässrige Mischung. Auch hier kommt eine elektrische Spannung zum Einsatz, die dafür sorgt, dass sich der Lack an dem Metall festsetzt. Danach festigt man den Lackfilm bei einer Temperatur von 160 bis 190 Grad.

Sind Phosphatierungen umweltschädlich?

Die beim Phosphatieren anfallenden Verfahrensschlämme und Verfahrensabwässer gelten als Sondermüll und müssen auch so entsorgt werden. Das beim Verfahren genutzte Spülwasser oder verbrauchte Phosphatierlösungen muss man aufbereiten, bevor man sie entsorgen kann. Vor allem das als karzinogen eingestufte Nickel und die Beschleuniger führten dazu, dass zunehmend die Entwicklung umweltfreundlicher Verfahren gefordert wird. Wirklich brauchbare umweltfreundliche Verfahren lassen sich bislang nicht anwenden.