El recubrimiento de conversión de fosfato es un tratamiento químico aplicado a piezas de acero que crea una fina capa adherente de fosfatos de hierro , zinc o manganeso para mejorar la resistencia a la corrosión o la 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 denomina recubrimiento de fosfato , fosfatación , [4] fosfatización o fosfatación . También se 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 se obtiene generalmente 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 con esponja, pulverización o inmersión. [6] Los recubrimientos de conversión de fosfato también se pueden utilizar en aluminio , zinc , cadmio , plata y estaño . [7] [8]
La fosfatación de las armas de fuego se descubrió alrededor de 1910, cuando se encontró que la superficie del acero si se cambiaba a un fosfato adquiría una resistencia significativa 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 de metales. [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 (H3PO4 ) , que contiene los cationes de hierro, zinc o manganeso deseados y otros aditivos. [10] El ácido reacciona con el metal de 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 fosfato de hierro localmente, que también puede depositarse. Al depositar fosfato de cinc o fosfato de manganeso, el fosfato de hierro adicional puede ser una impureza no deseada.
El baño a menudo incluye un oxidante, como el nitrito de sodio ( NaNO 2 ), para consumir el gas hidrógeno ( H
2) —que de lo contrario formarían una capa de pequeñas burbujas sobre la superficie, ralentizando la reacción. [10]
El paso principal de fosfatación puede ser precedido por un baño de "activación" que crea pequeñas partículas de compuestos de titanio en la superficie. [10]
El rendimiento de un revestimiento de fosfato depende de su estructura cristalina y de su espesor. Una estructura microcristalina densa con una porosidad baja suele ser la mejor para la resistencia a la corrosión o para la pintura posterior. Una estructura de grano grueso impregnada con aceite puede ser la mejor para la resistencia al desgaste. Estos factores se pueden controlar variando la concentración del baño, la composición, la temperatura y el tiempo. [6]
El parkerizado es un método para proteger una superficie de acero de la corrosión y aumentar su resistencia al desgaste mediante la aplicación de un revestimiento químico de conversión de fosfato. Por lo general, se aplicaba a las armas de fuego. [5] : 393 El parkerizado suele considerarse un proceso mejorado de fosfatación de zinc o manganeso , y no un proceso mejorado de fosfatación de hierro, aunque algunos utilizan el término parkerizado como un término genérico para aplicar revestimientos de fosfatación (o fosfatización) que sí incluyen el proceso de fosfatación de hierro.
Bonderización , fosfatación y fosfatación son otros términos asociados con el proceso de Parkerización, pero a menudo se usaban para acabados de piezas de automóviles, ya que proporcionaba un grano más fino en la superficie. [5] : 394 También se lo conoce como decapado en el contexto del hierro forjado y el acero . [11]
El parkerizado se utiliza habitualmente en armas de fuego como una alternativa más eficaz al pavonado , que es un revestimiento de conversión química desarrollado anteriormente . También se utiliza ampliamente en automóviles para proteger las piezas metálicas sin terminar de la corrosión.
El proceso de parkerización no se puede utilizar para proteger metales no ferrosos como el aluminio , el latón o el cobre , pero sí se puede utilizar para el pulido o grabado químico. De manera similar, no se puede aplicar a aceros que contengan una gran cantidad de níquel o al acero inoxidable . La pasivación se puede utilizar para proteger otros metales.
El desarrollo del proceso se inició en Inglaterra y continuó por la familia Parker en los Estados Unidos . Los términos Parkerizing , Parkerize y Parkerized son marcas registradas técnicamente en los 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]
Los primeros trabajos sobre procesos de fosfatación fueron desarrollados 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, a la que se le concedió la patente estadounidense 870.937 en 1907. Básicamente, proporcionaba 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 temprano proceso británico de fosfatación de hierro, y en 1913 se le concedió a Frank Rupert Granville Richards la 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 estas y otras fórmulas resistentes al óxido. El resultado final fue que Parker, junto con su hijo Wyman C. Parker, crearon en 1915 la Parker Rust-Proof Phosphating Company of America.
Luego, en 1919, RD Colquhoun, de la Parker Rust-Proof Phosphating Company of America, presentó otra solicitud de patente de fosfatación mejorada. Esta patente se emitió en 1919 como patente estadounidense 1.311.319 , para una técnica mejorada de fosfatación de manganeso (Parkerización).
De manera similar, Baker y Dingman, de la empresa Parker Rust-Proof Company, presentaron en 1928 una patente para un proceso mejorado de fosfatación de manganeso (Parkerización) que reducía el tiempo de procesamiento a 1 ⁄ 3 del tiempo original que se había requerido mediante el calentamiento de la solución a una temperatura en el rango controlado con precisión de 500 a 550 °F (260 a 288 °C). Esta patente se concedió como patente estadounidense 1.761.186 en 1930.
El fosfatado de manganeso, incluso con estas mejoras de proceso, todavía requería el uso de compuestos de manganeso costosos y difíciles de obtener. Posteriormente, la Compañía Parker desarrolló una técnica alternativa para utilizar compuestos más fáciles de obtener a un menor costo mediante el uso de fosfatado de zinc en lugar de fosfatado de manganeso. La patente para este proceso de fosfatado de zinc (que utiliza compuestos estratégicos que seguirían estando disponibles en Estados Unidos durante una guerra) fue otorgada 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 se produjo durante la Segunda Guerra Mundial .
De manera similar a las mejoras del proceso de fosfatación de manganeso descubiertas por Baker y Dingman, se encontró un método mejorado de manera similar para un proceso de fosfatación de zinc mejorado. Esta mejora fue descubierta por Darsey de la Parker Rust Proof Company, quien presentó una patente en febrero de 1941, que fue otorgada 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 requisito de acidez por encima de lo que se había requerido, y que también agregar un clorato a los nitratos que ya se usaban permitiría adicionalmente 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 costo de ejecutar el proceso. Con estas mejoras de proceso, el resultado final fue que un proceso de fosfatación de zinc (parkerización) de baja temperatura (energéticamente eficiente), que utiliza 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 superior para un proceso Tenifer para proteger las correderas de las pistolas que fabrica. Después de aplicar el proceso Tenifer, se aplica un acabado Parkerizado negro y la corredera queda protegida incluso si el acabado Parkerizado se desgasta. Utilizado de esta manera, el Parkerizado se está convirtiendo en una técnica de acabado protectora y decorativa que se utiliza sobre otras técnicas subyacentes mejoradas de protección del metal.
A veces circulan en publicaciones sobre armas varias recetas similares para el Parkerizado de cocinas, y los principales distribuidores de repuestos de armas, como Brownells, venden kits de Parkerizado.
Los recubrimientos de fosfato también se utilizan comúnmente como una preparación eficaz de la superficie para un recubrimiento y/o pintura posterior, 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 recubrimiento con aceite, pintura o alguna otra sustancia sellante. El resultado es una capa dieléctrica (aislante eléctricamente) de fuerte adherencia que puede proteger la pieza de la corrosión electroquímica y de la corrosión debajo de la pintura. [6]
Los recubrimientos de zinc y manganeso se utilizan para ayudar a romper los componentes sujetos a desgaste [1] y ayudar a prevenir el desgaste por agarrotamiento . [6]
Si bien un recubrimiento de fosfato de zinc por sí mismo 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 de estearato de zinc muy delgada, insoluble e hidrófoba , que ayuda a retener el estearato de sodio sin reaccionar incluso bajo una deformación extrema de la pieza, como en el trefilado . [1] [13]