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Che cosa è la fosfatazione?

La fosfatazione è un processo chimico mediante il quale si altera la superficie di un materiale metallico, creando dei cristalli fosfatici legati chimicamente al substrato col fine di sfruttare le proprietà di questi composti per migliorare la resistenza alla corrosione e favorire l'adesione della successiva verniciatura.

La fosfatazione è un procedimento di comune utilizzo per ferro e leghe ferrose; è il trattamento di preparazione per la verniciatura della lamiera di acciaio universalmente adottato nell'industria automobilistica, in quanto indispensabile per conseguire le altissime caratteristiche di resistenza alla corrosione richieste alle scocche. Il trattamento di fosfatazione sfrutta soluzioni di fosfato (fosfati di zinco, ferro, manganese, fosfati di nichel), per ricoprire la superficie con uno strato cristallino protettivo (spessore 5 - 10 µm) di fosfato che conferisce elevata resistenza alla corrosione e migliora l'adesione del successivo strato di vernice grazie all'aumento della microrugosità superficiale.

Lo strato ottenuto deve essere uniforme, compatto e composto da cristalli di piccole dimensioni. Il processo si effettua in impianti a spruzzo o impianti a immersione, normalmente integrati con gli impianti di sgrassaggio.

Il sistema a immersione fornisce risultati superiori non solo in quanto è efficace anche in zone poco accessibili (scatolati, ecc.), ma anche perché lo strato ha caratteristiche diverse (cristalli rotondeggianti anziché aghiformi).

Un tipico esempio di ciclo di sgrassaggio e fosfatazione per carrozzeria auto è il seguente:

• Eventuale disossidazione manuale a temperatura ambiente
• Primo presgrassaggio a spruzzo 30 s a 60 °C
• Secondo presgrassaggio a spruzzo 60 s a 60 °C
• Sgrassaggio spruzzo/immersione/spruzzo 30 /240 /30 s a 60 °C - pH 11-12
• Lavaggio spruzzo/immersione/spruzzo 30/60 /30 s a temp. ambiente
• Attivazione spruzzo/immersione/spruzzo 30 /60 /30 s a temp. ambiente - pH 9-10
• Fosfatazione immersione/spruzzo 180 /30 s a 52 °C - pH 2-3
• Lavaggio spruzzo/immersione/spruzzo 30 /60 /30 s a temp. ambiente
• Passivazione spruzzo/immersione/spruzzo 30 /60 /30 s a temp. ambiente - pH 8-9
• Lavaggio H2O demi spruzzo/immersione/spruzzo 30 /60 /30 sec a temp. ambiente
• Risciacquo H2O demi 2 - 3 rampe a temp. ambiente
• Essiccazione 15 minuti a 140 °C - 160 °C (eventuale), dipende dal processo di verniciatura successivo (es. Cataforesi e/o verniciatura a polveri)

Il pezzo, a fine trattamento, deve essere rivestito da uno strato grigio uniforme, esente da striature, ossido, macchie gialle o blu, chiazze di untuosità.

Come si vede il ciclo è assai complesso, richiedendo, oltre allo sgrassaggio e alla fosfatazione propriamente detta, diversi altri stadi di risciacquo, attivazione (promuove una distribuzione regolare dei cristalli) e passivazione (elimina eventuali cristalli di tipo diverso dal previsto che causerebbero il distacco della vernice in ambiente umido). Il risciacquo finale è in acqua demineralizzata, per evitare depositi di calcare o altri sali. Sono inoltre presenti rampe supplementari nelle interzone tra i vari stadi, per evitare asciugature e possibili conseguenti ossidazioni.

L'impianto di sgrassaggio e fosfatazione è assai complesso e richiede, oltre a notevoli investimenti per la realizzazione e spese per prodotti chimici, acqua, energia, una accurata conduzione, con frequenti analisi dei bagni e conseguenti ripristini, eliminazione dei fanghi che si creano nella vasca di fosfatazione e in quelle di sgrassaggio, manutenzione degli stadi a spruzzo.

Il risultato in termini di resistenza alla corrosione è però il massimo oggi ottenibile. Quando siano sufficienti risultati più modesti, ad esempio per leghe leggere o parti in acciaio da impiegare in interni, si ricorre a fosfatazioni a sali di ferro non cristallini (amorfi), che richiedono solo tre-quattro stadi (fosfosgrassaggio).

Entriamo nel dettaglio delle apparecchiature necessarie per permettere la fosfatazione e di come viene utilizzato il tunnel di sgrassaggio

La nostra tecnologia utilizza un tunnel di pretrattamento a sei fasi in acciao inox AISI 304 e AISI 316. Possimao suddividere le fasi in :

- Stadio a caldo (sgrassaggio alcalino)

Il riscaldamento della soluzione detergente avviene in una caldaia collegata alla relativa vasca di raccolta mediante un circuito idraulico. Una elettropompa centrifuga (di riciclo) aspira la soluzione dalla zona filtrante della vasca di raccolta e la invia alla caldaia di riscaldamento.La soluzione così riscaldata ritorna per gravità nella vasca di raccolta per mezzo di una tubazione di collegamento (tubazione di ritorno caldaia). La caldaia separata dalla vasca di raccolta del bagno permette notevoli vantaggi che si possono così elencare:

• migliore pulizia sulle superfici dello scambiatore di calore e conseguente buona e costante resa termica nel tempo
• maggiore durata dello scambiatore
• minori e semplici interventi di pulizia nella vasca di raccolta del bagno
• maggiore pulizia nella vasca della caldaia, dovuta al fatto che l'elettropompa di alimentazione della stessa, aspira la soluzione dalla zona filtrante della vasca di contenimento bagno.

La caldaia separata consente di ridurre sensibilmente l'altezza delle vasche di contenimento dei bagnie conseguentemente di attenuare le pendenze esistenti nel trasportatore aereo, con il vantaggio di aumentare la produttività dell'impianto.

- Stadio a temperatura ambiente

Dalla zona filtrante della vasca di raccolta di ogni stadio, una elettropompa centrifuga aspira la soluzione inviandola, per mezzo di un impianto idraulico, alle rampe di spruzzatura interne al tunnel. La soluzione spruzzata da appositi ugelli investe i pezzi da trattare e ricade successivamente nella sottostante vasca di raccolta. Tale ciclo (chiuso) si ripete nel tempo durante tutto il funzionamento della macchina.

Il reintegro della soluzione che viene asportata dal transito dei pezzi da trattare, viene assicurato da una opportuna elettrovalvola, che provvede alla compensazione prelevando automaticamente la quantità d'acqua necessaria dallo stadio successivo o dalla rete idrica.

- Stadio di lavaggio demineralizzato e funzionamento

Dalla zona filtrante della vasca di raccolta una elettropompa centrifuga aspira la soluzione inviandola, per mezzo di un impianto idraulico, al demineralizzatore . Tale apparecchiatura contiene al suo interno delle resine ed altri reagenti chimici aventi la funzione di ridurre, fino ad un opportuno valore, la quantità di sali minerali disciolti nell'acqua.

Il parametro indicatore del contenuto in sali minerali discioltiè la conducibilità elettrica misurata in µS/cm e visualizzata in un display. L'acqua in uscita dal demineralizzatore tramite un impianto idraulico viene inviata alle rampe e, spruzzata da appositi ugelli, investe i pezzi da trattare ricadendo successivamente nella vasca di raccolta dello stadio precedente.

Tale ciclo (chiuso) si ripete nel tempo durante tutto il funzionamento della macchina. Il reintegro della soluzione che viene asportata dal transito dei pezzi da trattare viene assicurato da un circuito di livello (a galleggiante) che provvede alla compensazione prelevando automaticamente la quantità d'acqua necessaria dalla rete idrica.

Quali sono i dati tecnici che riguardano il processo tecnologico del pretrattamento e del lavaggio ?

Il Pretrattamento di manufatti (particolari metallici vari) che successivamente subiranno i processi di asciugatura - verniciatura - polimerizzazione viene effettuato dagli stadi di: sgrassaggio alcalino; 1° risciacquo (da rete); 2° risciacquo (da rete); risciacquo demineralizzato; conversione con bonderite; lavaggio demineralizzato.

Potenze elettriche e termiche indicativamente impegnate nelle condizioni di progetto

• energia elettrica: 380V 3f 50 Hz
• energia termica: gas metano

Caratteristiche tecniche e costruttive

• corpo tunnel:realizzato in acciaio inox AISI 304. Lo stadio di trattamento con bonderite è realizzato in acciaio inox AISI 316L
• vasche di contenimento bagni: realizzate in acciaio inox AISI 304. La vasca dello stadio di trattamento con bonderite è realizzata in acciaio inox AISI 316L
• caldaia di riscaldamento bagno di sgrassaggio alcalino: realizzata con vasca di contenimento in acciaio inox AISI 304. Scambiatore interno a doppio giro di fumi avente fascio tubiero largamente dimensionato realizzato in acciaio inox AISI 304, con tubi del tipo "SS" (senza saldatura)
• coibentazione:vasca di sgrassaggio alcalino e caldaia di riscaldamento, realizzata mediante pannelli zincati coibentati con lana di roccia avente densità 80 kg/mc
• tubazioni  di mandata elettropompe:realizzate in acciaio inox AISI 304/316L con flange di attacco in acciaio da costruzione o alluminio
• tubazioni di alimentazione rampe di spruzzatura:realizzate mediante tubi e flange di attacco in acciaio inox AISI 304/316L
• Rampa  di spruzzatura:realizzate mediante tubi in PVC Ø 40 mm, accoppiate ai collettori di alimentazione per mezzo di giunti a tre pezzi in PVC
• ugelli di spruzzatura:realizzati in polipropilene, muniti di apposita fascetta e ghiera per un loro rapido smontaggio e rimontaggio
• saracinesche di regolazione:del tipo a farfalla, realizzate in ghisa sferoidale rivestite internamente con materiali antiacidi e disco otturatore in acciaio inox AISI 316L
• scarichi vasche:realizzati con manicotti Ø 2" ½ in acciaio inox AISI 304/316L e relativo tappo. Sono previsti inoltre portelli in acciaio INOX a sgancio rapido per scarico fanghi vasca di sgrassaggio alcalino
• elettropompedel tipo centrifugo ad asse orizzontale, realizzate in acciaio inox AISI 316L, con tenute speciali per prodotti fosfatanti. Elettropompe centrifughe in ghisa vengono impiegate per i primi tre stadi del tunnel di pretrattamento
• elettroventilatore di estrazione vapori (n° 01)del tipo centrifugo, realizzato con coclea in acciaio inox AISI 304
• grigliato interno realizzato in robusta lamiera zincata, con pannelli facilmente rimovibili per gli stadi di sgrassaggio alcalino e 1° e 2° risciacquo. Passerelle in acciaio inox AISI 304/316L per tutti i rimanenti stadi. I grigliati sono posti a copertura delle vasche per garantire una sicura pedonabilità e facilitare le operazioni di manutenzione, inoltre evitano la caduta di pezzi all'interno delle stesse.

Altri componenti la fornitura

• travi superiori di sostegno trasportatore aereo in acciaio 
• coperchi vasche in lamiera di acciaio inox AISI 304
• sistema automatico di controllo livello bagni nelle vasche, comprensivo di elettrovalvole e sonde di livello oppure galleggianti
• manometri per il controllo della pressione di esercizio degli ugelli 
• doppi filtri vasche costituiti da telaio e rete tessuta in acciaio inox AISI 304/316
• n° 01 demineralizzatore avente portata 10 mc/h , dove previsto 

caratteristiche funzionali di ogni fase del tunnel

1° stadio: sgrassaggio alcalino

• tempo di trattamento:4' (regolabile)
• temperatura:50 °C (regolabile)
• n° rampe:16
• n° ugelli per n° rampa: 24
• n° totale ugelli:384
• portata ugello:10 l/'
• portata totale spruzzata: 3840 l/'
• elettropompe:n° 2 da 11 kw cad.
• elettropompa di riciclo vasca-caldaia:n° 1 da 3 kw
• volume totale del bagno:8400 l circa
• capacità vasca: 6000 l circa 
• capacità caldaia: 2400 l circa 
• potenza termica caldaia: 300.000 kcal/h (349 kW circa)
• bruciatore:n° 1 a gas metano marca
• elettroventilatore di estrazione vapori:n° 01 da 2,2 kw, con portata d'aria di circa 3000 mc/h.

2° stadio: 1° risciacquo (da rete)

• tempo di trattamento:1
• temperatura:ambiente
• n° rampe:05
• n° ugelli per rampa:24
• n° totale ugelli:120
• portata ugello:8 l/' circa 
• portata totale:960 l/'
• elettropompe:n° 1 da 9,2 kW
• capacità vasca:3000 l circa

3° stadio: 2° risciacquo (stesse caratteristiche del 1° risciacquo)

4° stadio: risciacquo demineralizzato

• tempo di trattamento:1'
• temperatura:ambiente
• n° rampe:05
• n° ugelli per rampa:24
• n° totale ugelli:120
• portata ugello:10 l/' circa 
• portata totale:1200 l/' circa
• elettropompa: n° 1 da 7,5 kW cad.
• capacità vasca:3000 l circa

5° stadio: conversione con bonderite

• tempo di trattamento:45" 
• temperatura:ambiente
• n° rampe:04
• n° ugelli per rampa:24
• n° totale ugelli:96
• portata ugello:10 l/' circa 
• portata totale:960 l/' circa
• elettropompa:n° 1 da 7,5 kW cad.
• capacità vasca:2000 l circa

6° stadio: lavaggio demineralizzato

• tempo di trattamento:1'
• temperatura:ambiente
• n° rampe:03
• n° ugelli per rampa:24
• n° totale ugelli:72
• portata ugello:10 l/' circa 
• portata totale:720 l/' circa
• elettropompe:n° 1 da 7,5 kW cad.
• capacità vasca:2000 l circa
• demineralizzazione:N° 01 da 6 mc/h