Anorganische Säuren zum Beizen von Metallen 4 – Phosphorsäure „H3PO4“

In der folgenden Beitragsreihe möchte ich einen kurzen Überblick über jene anorganischen Säuren geben, welche beim Beizen klassischerweise eingesetzt werden.

Phosphorsäure:

Phosphorsäure mit einer Molmasse von 98,0 g/mol und einer Dichte von 1,88 t/m³ ist in reinem, wasserfreien Zustand eine farblose bis weiße, leicht zerfließende Masse dar. Mit Wasser ist Phosphorsäure vollständig mischbar (farblose Flüssigkeit) und die handelsüblichen Konzentrationen liegen im Bereich von 75 bis 90 %(m/m).

Tabelle zeigt den Dichte- und Konzentrationszusammenhang von Phosphorsäure. Die Angeführten Zahlen wurden aus dem Werk Beizen von Metallen, Dr. Ralf Rituper, Eugen G. Leuze Verlag Anhang 6a entnommen.

Die Orthophosphorsäure ist eine dreiwertige, mittelstarke Säure welche entsprechend der angeführten Reaktionsgleichungen dissoziiert.

H3PO4 + H2O -> (H2PO4)- + H3O+

(H2PO4)- + H2O -> (HPO4)2- + H3O+

(HPO4)2- + H2O -> (PO4)3- + H3O+

Bei der Dissoziation bilden sich somit primäre sekundäre und tertiäre Phosphate. Unverdünnte Phosphorsäure liegt bei einem pH Wert von ca. 0,5 undissoziiert als H3PO4 vor.

Wässrige Phosphorsäurelösungen wirken stark sauer. Dies kehrt sich von primären Phosphatlösungen über sekundäre bis hin zu tertiären Phosphatlösungen, welche stark alkalisch reagieren, um.

H3PO4 wirkt als wässrige Lösung praktisch nicht oxidierend jedoch greift eine Konzentrierte Lösung alle Metalle und Oxide an, oberhalb von 400 °C selbst edlen Metallen wie Gold und Platin.

Der Einsatz in Bezug auf Beizanwendungen kann er angeführten Tabelle entnommen werden.

Die Hauptanwendung liegt sicher im Bereich des Stahlbeizens da, mit H3PO4 behandelte Werkstücke weniger leicht Nachrosten und der Phosphatgrund eine gute Basis für eine anschließende Lackierung darstellt.

Phosphorsäure greift im Gegensatz zu anderen Mineralsäuren das Grundmaterial weniger an und wird daher gerne als Bestandteil von Reinigungspräparaten eingesetzt. (Reinigung, Entfettung, Rostschutz) Diese Lösungen enthalten aber auch noch weitere Bestandteile.

 

Datenquelle: Beizen von Metallen, Dr. Ralf Rituper, Eugen G. Leuze Verlag

Siehe auch die Blog-Beiträge zu weiteren anorganischen Säuren: Salzsäure; Schwefelsäure; Salpetersäure; Flusssäure