El recubrimiento de conversión de fosfato es un tratamiento químico aplicado a las piezas de acero que crea una fina capa adherente de fosfatos de hierro , zinc o manganeso , para lograr resistencia a la corrosión , lubricación o como base para recubrimientos o pinturas posteriores. [1] [2] [3] Es uno de los tipos más comunes de recubrimiento de conversión . El proceso también se llama recubrimiento de fosfato , fosfatación , [4] fosfatado o fosfatado . También se le conoce con el nombre comercial de Parkerizing , especialmente cuando se aplica a armas de fuego y otros equipos militares . [5] : 393
Un recubrimiento de fosfato generalmente se obtiene aplicando a la pieza de acero una solución diluida de ácido fosfórico , posiblemente con sales solubles de hierro, zinc y/o manganeso. La solución se puede aplicar mediante esponja, pulverización o inmersión. [6] Los recubrimientos de conversión de fosfato también se pueden utilizar sobre aluminio , zinc , cadmio , plata y estaño . [7] [8]
La fosfatación de armas de fuego se descubrió alrededor de 1910, cuando se descubrió que la superficie del acero, si se cambiaba a fosfato, adquiría una importante resistencia a la corrosión. [5] : 393 Hasta la década de 1940 fue muy popular en los EE. UU. hasta que se introdujeron métodos más modernos pero similares de acabados metálicos. [5] : 393
Los principales tipos de recubrimientos de fosfato son el manganeso, el hierro y el zinc. [9]
El proceso aprovecha la baja solubilidad de los fosfatos a pH medio o alto . El baño es una solución de ácido fosfórico ( H 3 PO 4 ), que contiene los cationes deseados de hierro, zinc o manganeso y otros aditivos. [10] El ácido reacciona con el metal hierro produciendo hidrógeno y cationes de hierro:
La reacción que consume protones eleva el pH de la solución en las inmediaciones de la superficie, hasta que finalmente los fosfatos se vuelven insolubles y se depositan sobre ella. La reacción del ácido y el metal también crea localmente fosfato de hierro que también puede depositarse. Al depositar fosfato de zinc o fosfato de manganeso, el fosfato de hierro adicional puede ser una impureza no deseada.
El baño a menudo incluye un oxidante, como nitrito de sodio ( NaNO 2 ), para consumir el gas hidrógeno ( H
2), que de otro modo formaría una capa de pequeñas burbujas sobre la superficie, ralentizando la reacción. [10]
El paso principal de fosfatación puede ir precedido de un baño de "activación" que crea pequeñas partículas de compuestos de titanio en la superficie. [10]
El rendimiento de un recubrimiento de fosfato depende de su estructura cristalina y de su espesor. Una estructura microcristalina densa con baja porosidad suele ser mejor para la resistencia a la corrosión o la pintura posterior. Una estructura de grano grueso impregnada con aceite puede ser mejor para la resistencia al desgaste. Estos factores se pueden controlar variando la concentración, la composición, la temperatura y el tiempo del baño. [6]
La parkerización es un método para proteger una superficie de acero de la corrosión y aumentar su resistencia al desgaste mediante la aplicación de un recubrimiento de conversión química de fosfato. Generalmente se aplicaba a armas de fuego. [5] : 393 La parkerización generalmente se considera un proceso mejorado de fosfatación de zinc o manganeso , y no un proceso mejorado de fosfatación de hierro, aunque algunos usan el término parkerización como término genérico para aplicar recubrimientos de fosfatación (o fosfatación) que sí incluyen El proceso de fosfatación del hierro.
Bonderización , fosfatado y fosfatado son otros términos asociados con el proceso de parkerización, pero se usaban a menudo para acabados de piezas de automóviles, ya que daban un grano más fino en la superficie. [5] : 394 También se le ha conocido como decapado en el contexto del hierro forjado y el acero . [11]
El parkerizado se usa comúnmente en armas de fuego como una alternativa más efectiva al pavonado , que es un recubrimiento de conversión química desarrollado anteriormente . También se utiliza ampliamente en automóviles para proteger de la corrosión las piezas metálicas sin terminar.
El proceso de parkerización no se puede utilizar para proteger metales no ferrosos como el aluminio , el latón o el cobre , pero se puede utilizar para pulido o grabado químico. Tampoco se puede aplicar sobre aceros que contengan una gran cantidad de níquel o sobre acero inoxidable . La pasivación se puede utilizar para proteger otros metales.
El desarrollo del proceso se inició en Inglaterra y lo continuó la familia Parker en Estados Unidos . Los términos Parkerizing , Parkerize y Parkerized son marcas comerciales técnicamente registradas en EE. UU. de Henkel Adhesives Technologies , aunque la terminología ha pasado en gran medida a un uso genérico durante muchos años. El proceso se utilizó por primera vez a gran escala en la fabricación de armas de fuego para el ejército de los Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial . [12]
El primer trabajo sobre procesos de fosfatación fue desarrollado por los inventores británicos William Alexander Ross, patente británica 3119, en 1869, y por Thomas Watts Coslett, patente británica 8667, en 1906. Coslett, de Birmingham, Inglaterra , presentó posteriormente una patente basada en este mismo proceso en Estados Unidos en 1907, al que se le concedió la patente estadounidense 870,937 en 1907. Básicamente, proporcionó un proceso de fosfatación de hierro, utilizando ácido fosfórico .
En 1912 se presentó en los EE. UU. una solicitud de patente mejorada para la fosfatación de manganeso basada en gran parte en este primer proceso británico de fosfatación de hierro y se otorgó en 1913 a Frank Rupert Granville Richards como patente estadounidense 1.069.903 .
Clark W. Parker adquirió los derechos de las patentes estadounidenses de Coslett y Richards y experimentó en la cocina familiar con éstas y otras formulaciones resistentes a la oxidación. El resultado final fue que Parker, junto con su hijo Wyman C. Parker, trabajando juntos, crearon Parker Rust-Proof Phosphating Company of America en 1915.
RD Colquhoun de Parker Rust-Proof Phosphating Company of America presentó otra solicitud de patente de fosfatado mejorada en 1919. Esta patente se emitió en 1919 como patente estadounidense 1.311.319 , para una técnica mejorada de fosfatado de manganeso (parkerización).
De manera similar, Baker y Dingman de Parker Rust-Proof Company presentaron una patente de proceso mejorado de fosfatación de manganeso (Parkerización) en 1928 que redujo el tiempo de procesamiento a 1 ⁄ 3 del tiempo original que se había requerido calentando la solución a una temperatura en el rango controlado con precisión de 500 a 550 °F (260 a 288 °C). Esta patente fue emitida como patente estadounidense 1.761.186 en 1930.
La fosfatación de manganeso, incluso con estas mejoras en el proceso, todavía requería el uso de compuestos de manganeso costosos y difíciles de obtener. Posteriormente, Parker Company desarrolló una técnica alternativa para utilizar compuestos más fáciles de obtener a menor costo mediante el uso de fosfatación de zinc en lugar de fosfatación de manganeso. La patente para este proceso de fosfatación de zinc (que utiliza compuestos estratégicos que permanecerían disponibles en Estados Unidos durante una guerra) fue concedida al inventor Romig de la American Chemical Paint Company en 1938 como patente estadounidense 2.132.883 , justo antes de la pérdida del fácil acceso a los compuestos de manganeso. que ocurrió durante la Segunda Guerra Mundial .
De manera algo análoga a las mejoras en el proceso de fosfatación de manganeso descubiertas por Baker y Dingman, también se encontró un método mejorado similar para un proceso de fosfatación de zinc mejorado. Esta mejora fue descubierta por Darsey de Parker Rust Proof Company, quien presentó una patente en febrero de 1941, que fue concedida en agosto de 1942, la patente estadounidense 2.293.716 , que mejoraba aún más el proceso de fosfatación de zinc (Parkerización). Descubrió que agregar cobre reducía el requerimiento de acidez por encima de lo requerido, y que también agregar un clorato a los nitratos que ya se usaban permitiría ejecutar el proceso a una temperatura mucho más baja en el rango de 115 a 130 °F (46 a 54 °C), reduciendo aún más el coste de ejecutar el proceso. Con estas mejoras en el proceso, el resultado final fue que un proceso de fosfatación de zinc (parkerización) a baja temperatura (energéticamente eficiente), utilizando materiales estratégicos a los que Estados Unidos tenía fácil acceso, se convirtió en el proceso de fosfatación más común utilizado durante la Segunda Guerra Mundial para proteger los materiales de guerra estadounidenses, como armas de fuego y aviones, del óxido y la corrosión.
Glock Ges.mbH , un fabricante de armas de fuego austriaco , utiliza un proceso de Parkerizado negro como capa final de un proceso Tenifer para proteger las correderas de las pistolas que fabrican. Después de aplicar el proceso Tenifer, se aplica un acabado parkerizado negro y el portaobjetos queda protegido incluso si el acabado parkerizado se desgasta. Utilizado de esta manera, el parkerizado se está convirtiendo en una técnica de acabado protector y decorativo que se utiliza por encima de otras técnicas mejoradas subyacentes de protección de metales.
Varias recetas similares para el parkerizado en la cocina circulan en ocasiones en publicaciones sobre armas, y los principales distribuidores de piezas de armas, como Brownells, venden kits de parkerizado.
Los recubrimientos de fosfato también se usan comúnmente como una preparación de superficie eficaz para recubrimientos y/o pinturas adicionales, proporcionando una excelente adhesión y aislamiento eléctrico. [6]
Los recubrimientos de fosfato se utilizan a menudo para proteger las piezas de acero contra la oxidación y otros tipos de corrosión. Sin embargo, son algo porosos, por lo que este uso requiere impregnar el revestimiento con aceite, pintura o alguna otra sustancia selladora. El resultado es una capa dieléctrica (eléctricamente aislante) muy adherente que puede proteger la pieza de la corrosión electroquímica y de la pintura debajo. [6]
Los recubrimientos de zinc y manganeso se utilizan para ayudar a amoldar los componentes sujetos a desgaste [1] y ayudar a prevenir la irritación . [6]
Si bien un recubrimiento de fosfato de zinc por sí solo es algo abrasivo , se puede convertir en una capa lubricante para operaciones de conformado en frío mediante el tratamiento con estearato de sodio ( jabón ). El jabón reacciona con los cristales de fosfato formando una capa muy fina de estearato de zinc insoluble e hidrofóbico , que ayuda a retener el estearato de sodio sin reaccionar incluso bajo deformaciones extremas de la pieza, como en el trefilado . [1] [13]