(Fr.: phosphatation; Du.: phosphatieren; Eng.: phosphating), de vorming van een laag onoplosbare fosfaten op een metaaloppervlak.
Fosfaatlagen vormen een van de belangrijkste groepen conversielagen. Ze ontstaan door de chemische inwerking van een fosfaten en/of fosforzuur bevattende vloeistof op een metaaloppervlak, waarbij karakteristiek is dat het metaal zelf aan de vorming van de fosfaatlaag meewerkt. Tevens zie Conversielaag.
Fosfateerprocessen kunnen worden ingedeeld naar het basismetaal (hoofdzakelijk staal, zink en aluminium), naar de wijze van aanbrengen (door een dompelproces, sproeien, kwastapplicatie of met een stoomstraalmethode) en naar de toepassing (als corrosiewerende laag, ondergrond voor lak- en verfbedekkingen, voor het verkrijgen van een glijdend oppervlak en voor elektrische isolatie).
Hoewel fosfaatlagen onderling zeer grote verschillen in eigenschappen kunnen vertonen is de chemische achtergrond voor alle typen dezelfde: van de drie mogelijke fosfaten die orthofosforzuur (H3PO4) kan vormen met zware metalen, zijn de primaire fosfaten zoals Fe(H2PO4)3 goed oplosbaar in water, de secundaire fosfaten zoals Fe2(HPO4)3 minder goed oplosbaar en de tertiaire fosfaten zoals FePO4 nagenoeg onoplosbaar. Een fosfateervloeistof bestaat in het algemeen uit een oplossing van primaire fosfaten (het laagvormende bestanddeel) samen met een geringe hoeveelheid vrij fosforzuur dat ten doel heeft het te behandelen metaal aan te tasten.
IJzerfosfaatlagen op staal ontstaan reeds bij een nabehandeling van gebeitst staal in een hete 2-%-fosforzuuroplossing en ook bij gebruik van een fosforzure metaalreiniger. De gevormde fosfaatlagen hebben echter niet de optimale samenstelling en zijn bovendien zo dun dat men beter van passiveerlagen kan spreken. Echte ijzerfosfaatlagen worden meestal aangebracht in een sproeisysteem met alkalifosfaten (o.a. mononatriumfosfaat of monoammoniumfosfaat) als hoofdbestanddeel, dat bij een temperatuur van 60...70 °C en een pH van 3,5...6,0 in één tot twee minuten een grijze tot blauwzwarte fosfaatlaag vormt met een laag van 0,3...0,7 g m−2 en een laagdikte kleiner dan 1 μm.
Er speelt zich aan het metaaloppervlak een reeks ingewikkelde processen af, waarbij zuurstof uit de lucht wordt verbruikt. Na droging bestaat de laag uit tertiair ijzer-(III) fosfaat en ijzer(III)oxide: FePO4 + Fe2O3.
In een sproeiproces kan zuurstof uit de lucht goed toetreden, maar wil men ijzerfosfateren in een dompelbad dan moeten regelmatig oxidatiemiddelen zoals chloraat worden toegevoegd. In sproeitunnels worden aan de fosfateervloeistoffen vaak oppervlakteactieve stoffen toegevoegd die een reinigende werking hebben. Men werkt dan in twee na elkaar volgende secties waarvan de eerste reinigt en fosfateert, en de tweede hoofdzakelijk fosfateert.
Het is gebruikelijk na fosfateren en spoelen een passiveerbewerking uit te voeren, bijv. in een sterk verdunde chroomzuur-fosforzuuroplossing, voordat de werkstukken worden gedroogd. De corrosieweerstand van het systeem wordt door deze passiveerbewerking gunstig beïnvloed. De amorfe (volgens de laatste inzichten ultrafijn kristallijne) fosfaatlagen geven een zeer goede hechting aan verfsystemen en de weerstand tegen onderroest is behoorlijk zodat ze de laatste tijd steeds meer voor toepassingen buitenshuis (o.a. in de automobielindustrie) worden gebruikt. IJzerfosfateren kan men ook uitvoeren in watervrije systemen, in emulsiesystemen en als stoomstraalfosfateren.
Zinkfosfateren van staal.
Zinkfosfaatbaden bevatten een oplossing van primaire zinkfosfaat met een geringe hoeveelheid fosforzuur. Op een staaloppervlak worden tertiair zinkfosfaat en zinkijzerfosfaat gevormd. Omdat de processen tamelijk langzaam verlopen voegt men meestal versnellers toe zoals nitraat, nitriet of chloraat, onder invloed waarvan ook nog andere fosfaten kunnen ontstaan. Bij het zinkfosfateren kunnen dikkere lagen ontstaan dan bij ijzerfosfateren, zodat men hier spreekt van een laagvormend proces. De kristalstructuur kan bovendien tamelijk grof zijn, hetgeen nadelig is voor de eigenschappen van de laag. Daarom voegt men in de regel ook korrelverfijners toe. Een belangrijke korrelverfijner is calcium waardoor het zeer fijnkorrelige zinkcalciumfosfaat ontstaat.
Hoewel men ter verbetering van de weerstand tegen onderroest bij toepassing buitenshuis voordeel heeft van een grote laagdikte moet deze dikte onder een verfsysteem toch gering worden gehouden omdat de fosfaatlaag bros is en bij eventuele vervorming scheurt waardoor de verflaag afspringt.
Bij sproeifosfateren gebruikt men 1...3 g m−2, bij dompelfosfateren tot 5 g m−2. Deze lagen zijn één tot enige μm dik.
Ook na zinkfosfateren wordt meestal een passiveerbehandeling uitgevoerd. Bij zinkfosfateren als hulpmiddel bij het koudvervormen van ijzer en staal, bijv. bij het dieptrekken, het trekken van draad, het vervaardigen van buis en het koud stuiken past men veel grotere laagdikten toe. Waarden van 3...20 g m−2 zijn gebruikelijk, waarbij de fosfaatlaag bovendien wordt ingeolied (dieptrekken) of bedekt wordt met een zeep (draadtrekken). Bij dieptrekken kan men door fosfateren de wrijving met 25% verminderen.
Voor de elektrische isolatie van transformatorblik waaruit kernen van spoelen en transformatoren worden opgebouwd ter onderdrukking van wervelstromen, past men eveneens tamelijk grote laagdikten toe.
Mangaanfosfateren van staal wordt ook vaak aangeduid als parkeriseren of manganeren. In een overeenkomstig proces als beschreven bij zinkfosfateren, echter nu uitgaand van een oplossing die primair mangaanfosfaat en fosforzuur bevat, ontstaat een donkergrijsbruine tot zwarte fosfaatlaag van 10...40 g m−2 en een dikte tot 30 μm. Deze fosfaatlagen worden in een dompelproces aangebracht en nadat ze gedroogd zijn meestal ingeolied. Toepassingsgebieden zijn o.a. lopen van kanonnen, handvuurwapens, zuigerveren, cilindervoeringen, klepveerschotels en schuifafsluiters voor leidingen voor gassen onder hoge druk.
Vaak wordt een combinatie van corrosieweerstand en geringe wrijving gevraagd. De glij-eigenschappen kunnen nog worden verbeterd door het oppervlak te impregneren met een smeermiddel zoals in olie gesuspendeerd molybdeendisulfide. De kleur kan donkerder en gelijkmatig zwart worden gemaakt door na het fosfateren in te kleuren met een organische kleurstof.
Fosfaatlagen op zink worden naast chromaatlagen op ruime schaal gebruikt als voorbehandeling vóór het lakken. Men gebruikt hiervoor zinkfosfaatoplossingen die in samenstelling grote overeenkomst vertonen met de zinkfosfateervloeistoffen voor staal. Vaak worden aan deze zinkfosfateervloeistoffen fluoriden toegevoegd, enerzijds om bij passieve zinkoppervlakken de reactiesnelheid te verbeteren, anderzijds om bij aluminiumhoudende zinklegeringen de storende invloed van aluminium uit te schakelen door het complex aan het fluoride te binden.
Voor zinkoppervlakken die aan de buitenlucht blootgesteld zijn geweest en daardoor corrosieprodukten bevatten wordt op grote schaal gebruik gemaakt van een kwastfosfateermethode bij omgevingstemperatuur om toch een redelijke verfhechting te verkrijgen. Een bekende toepassing hiervan treft men aan bij het schilderen van thermisch verzinkte hoogspanningsmasten dat nodig is geworden in verband met toegenomen agressiviteit van de atmosfeer. Bij de warme fosfateervloeistoffen kan men een voorbehandeling in een sterk verdunde oplossing van titaanzouten toepassen voor het verkrijgen van een fijnkorrelig oppervlak. Ook bij het hiervoor beschreven zinkfosfateren op staal wordt deze voorbehandeling, meestal activeren genoemd, uitgevoerd.
Fosfateren van aluminium heeft een deel van zijn toepassingsgebied moeten afstaan aan het vaker toegepaste chromateren. De meeste fosfaatlagen die op aluminium worden aangebracht bevatten tevens chroom en worden verkregen in een oplossing die chromaten, fosfaten en fluoriden bevat. Deze lagen hebben een groene kleur. De laag bevat o.a. aluminiumfosfaat, chroomfosfaat en aluminiumfluoride.
In een zinkfosfaatoplossing die tevens complexe fluoriden bevat verkrijgt men grijze, gekristalliseerde zinkfosfaatlagen die een goede lakhechting geven. Fosfateren van andere metalen zoals cadmium, koper en roestvast staal wordt op beperkte schaal toegepast, meestal voor het verkrijgen van lakhechting.