Najważniejsze cele powlekania organicznego w odniesieniu do powlekanego detalu to:

• Równomierna powłoka farby proszkowej
• Dobra przyczepność do metalowego podłoża
• Wysoka odporność na infiltrację korozji

W celu zwiększenia odporności na korozję i przyczepności, ale także dla zapewnienia równomiernej powłoki, powierzchnie przeznaczone do powlekania należy przygotować.

Przygotowanie powierzchni odbywa się najczęściej z wykorzystaniem metody chemicznej (Rozdział 3) lub mechanicznej (Rozdział 4), pozwalającej na oczyszczenie podłoża i zwiększenie przyczepności.

Proces chemicznego przygotowania powierzchni dzieli się na następujące etapy:

• Usunięcie z powierzchni substancji szkodliwych, takich jak zendra, rdza, ścier, tłuszcz, olej, pył.
• Nałożenie powłoki poprawiającej przyczepność farby proszkowej i zapobiegającej korozji, np. poprzez fosforanowanie, chromianowanie lub wstępną obróbkę bez chromu itd.
• Usunięcie – poprzez dokładne płukanie – substancji szkodliwych powstałych w wyniku poprzedzających etapów procesu.

Zanieczyszczenia pozostające na powierzchni metalu przed rozpoczęciem procesu powlekania negatywnie wpływają na przyczepność warstwy farby proszkowej do metalu. Dlatego należy usunąć zanieczyszczenia, takie jak olej i tłuszcz, a także cząsteczki nieorganiczne, takie jak pył szlifierski, rdza i zendra. Olej, tłuszcz i przywierający brud można usunąć przy użyciu zasadowych lub kwasowych środków czyszczących.

Skuteczność czyszczenia można dodatkowo zwiększyć przez podwyższenie temperatury aktywnych kąpieli oraz przez zastosowanie energii mechanicznej, szczególnie przez natryskiwanie lub ultradźwięki.

Stal czyści się z reguły środkami silnie zasadowymi, natomiast stal ocynkowaną i aluminium – delikatnie zasadowymi lub delikatnie kwasowymi środkami czyszczącymi.

Podczas czyszczenia cynku lub ciśnieniowych odlewów aluminium niepożądane może być wytrawianie powierzchni metalu mające na celu zwiększenie skuteczności czyszczenia. Specjalne dodatki do środków czyszczących mogą zmniejszyć efektywność wytrawiania. Do usuwania rdzy i zendry stosuje się wytrawianie kwasami. Najczęściej zawierają one inhibitory zapobiegające rozpuszczeniu metalu bez powłoki. Do usuwania zendry ze stali niestopowej stosuje się wytrawianie kwasem siarkowym lub kwasem solnym, do odrdzewiania wykorzystuje się głównie inhibitowany kwas fosforowy. Materiały żelazne i stalowe czyści się najczęściej elektrolitycznie z użyciem silnie zasadowych koncentratów czyszczących. Stal nierdzewną lub stal stopową wytrawia się najczęściej w roztworze trawiącym z kwasu azotowego i kwasu fluorowodorowego.

Detale z drobnymi, łatwo usuwalnymi zabrudzeniami z oleju czyści się za pomocą środków trawiących zawierających substancje powierzchniowo czynne, który odrdzewiają i odtłuszczają w jednym procesie czyszczenia. W przypadku braku szczególnych wymagań w zakresie ochrony detalu przed korozją można zrezygnować z fosforanowania, jeśli detal zostanie wytrawiony w kwasie fosforowym. Kwas pozostawia na powierzchni cienką, opalizującą na niebiesko powłokę fosforanową, która stanowi dobry podkład dla warstwy farby proszkowej i może służyć jako tymczasowa ochrona przed korozją.

Po wytrawianiu i czyszczeniu preparatami zasadowymi elementy należy koniecznie opłukać wodą.

Warstwy konwersyjne powstają w wyniku reakcji chemicznej powierzchni metalowej z roztworem – tworzy się wtedy trwała, najczęściej nieorganiczna powłoka.

Podczas fosforanowania alkalicznego lub żelazowego powierzchnia metalowa reaguje z kwasowym roztworem fosforanu zasadowego. Wodne roztwory anionów fosforanowych nie zawierają kationów metalu biorących udział w tworzeniu powłoki. Kationy konieczne do utworzenia powłoki pochodzą z materiału podkładowego, dlatego fosforanowanie alkaliczne określa się często jako fosforanowanie nietworzące powłoki. (por. 3.2.2. Fosforanowanie cynkowe

Utworzona w wyniku fosforanowania alkalicznego na metalach żelaznych powłoka jest amorficznym aglomeratem fosforanów, tlenków i wodorotlenków żelaza dwu- i trójwartościowego i ma ciężar 0,2–1,0 g/m2, co odpowiada grubości powłoki 0,15 – 0,8 μm.

W zależności od jakości blachy, grubości powłoki i zastosowanego katalizatora fosforanowane powierzchnie mogą przybierać różne barwy – od żółtej do opalizującej na niebiesko, złotej lub szarej.

Również inne metale, takie jak stopy cynku lub aluminium, można z powodzeniem poddawać fosforanowaniu alkalicznemu.

Fosforanowanie alkaliczne nie jest wystarczające w przypadku polakierowanych powierzchni, które są trwale narażone na wpływ warunków atmosferycznych i wilgoci, jest natomiast odpowiednie do zastosowania jako ochrona przed korozją powlekanych proszkowo detali wykorzystywanych w pomieszczeniach, które nie są narażone na powyższe czynniki.

W przeciwieństwie do opisanego wcześniej fosforanowania alkalicznego fosforanowanie z wykorzystaniem kwasowego roztworu fosforanu cynku jest metodą tworzącą powłokę, ponieważ daje powłoki o grubości 8 – 20 μm. Rolę jonów cynku i metali z roztworu fosforanu pełnią w tym przypadku kationy odpowiedzialne za powłokę, podczas gdy fosforan z roztworu pełni funkcję anionu.
Utleniacze przyspieszają tworzenie powłoki z trzeciorzędowego fosforanu cynku i fosforanu cynkowo-żelazowego (Zn2Fe(PO4)2) na powierzchni stalowej.

Rozpuszczone podczas tworzenia powłoki żelazo wytrąca się po dalszym utlenieniu w postaci fosforanu żelaza. W wyniku reakcji chemicznych podczas tworzenia powłoki oraz przez osiadanie na detalu roztwór do fosforanowania traci składniki aktywne. Należy je stale uzupełniać przez dodawanie do kąpieli tzw. roztworu uzupełniającego.

Do tworzenia mikrokrystalicznych powłok o optymalnych właściwościach wykorzystywane są aktywatory – najczęściej na bazie związków tytanu – w ramach wstępnego płukania przed fosforanowaniem. Aktywatory są także często dodawane do zasadowych środków czyszczących, dzięki temu nie jest konieczny dodatkowy etap obróbki. Fosforanowanie na bazie fosforanu cynku jest na dużą skalę stosowane jako przygotowanie powierzchni przed użyciem różnych organicznych systemów lakierniczych.

Przygotowanie powierzchni w postaci fosforanowania cynkowego pozwala na uzyskanie najlepszej odporności na korozję powłok lakierniczych na stali, stali kadmowanej lub stali ocynkowanej. Również przyczepność organicznych powłok – w przypadku narażenia na zginanie i uderzenia – spełnia wysokie wymagania. Możliwe jest zastosowanie specjalnych rozwiązań dla aluminium i innych stopów, wymagają one jednak własnych kąpieli.

Różne roztwory do fosforanowania zawierają różne substancje, na przykład nikiel i mangan do obróbki powierzchni cynkowych, lub fluorki do obróbki aluminium.

W przypadku fosforanowania powierzchni ocynkowanych nie są dostępne jony żelaza do utworzenia powłoki fosforanowej. Dodanie odpowiednich kationów, takich jak nikiel, mangan lub wapń, pozwala uzyskać roztwór do fosforanowania, który ma podobne właściwości antykorozyjne jak powłoki z fosforanu cynkowo-żelazowego. Ponieważ powyższe roztwory do fosforanowania z reguły zawierają cynk, mangan i nikiel jako kationy tworzące warstwę, metoda ta określana jest jako proces trójkationowy. W tym kontekście metody bezniklowe określane są także jako proces dikationowy.

W celu uzyskania równomiernej powłoki na powierzchniach ocynkowanych metodą zanurzeniową na gorąco lub na trudnych do fosforanowania powierzchniach stalowych często dodaje się fluorki złożone. W wyniku dodania fluorków jony glinu, które jako składnik procesu cynkowania przedostają się do roztworu w kwasowej kąpieli do fosforanowania, są kompleksowane.

Istnieje możliwość wykonania dodatkowej obróbki w celu zwiększenia ochrony fosforanowanych powłok przed korozją.

Obecnie stosowane są środki do repasywacji bez chromu, które „uszczelniają” powłokę fosforanową, zamykając otwarte pory powłoki. Rozróżnia się organiczne i nieorganiczne produkty:

Organiczne środki do pasywacji zawierają polimery o właściwościach sprzyjających tworzeniu związków kompleksowych, natomiast produkty nieorganiczne zawierają złożone fluorki cyrkonu i tytanu, które tworzą na powierzchni nierozpuszczalne fosforany.

Przed wykonaniem powłoki należy omówić jakość ocynkowania z zakładem galwanicznym. Często zakłady galwanizacyjne zalecają dodatkową obróbkę zgodnie z normą DIN EN ISO 1461-2009 (Powłoki cynkowe na stali nanoszone w procesie cynkowania ogniowego; wymagania i badania), która opóźnia tworzenie się białej rdzy, ujednorodnia i utrwala połysk powłoki cynkowej.

Z doświadczenia firmy IGP Pulvertechnik AG wynika, że taka dodatkowa obróbka niekorzystnie wpływa na uzyskanie dobrej przyczepności między warstwami farby proszkowej. Dlatego przed lakierowaniem należy wykonać wstępne próby na materiale przeznaczonym do powlekania.

Wprowadzenie katodowego lakierowania zanurzeniowego doprowadziło do znacznego zwiększenia ochrony przed korozją podczas nanoszenia kolejnych powłok. W celu pełnego wykorzystania możliwości katodowego lakierowania zanurzeniowego można zastosować nowe metody fosforanowania cynkowego. Charakteryzują się one niską zawartością cynku i wysoką zawartością fosforanów. W ramach natryskiwania na stal tworzą powłoki z fosforanu cynku (Zn3(PO4)2) i fosforanu cynkowo-żelazowego (Zn2Fe(PO4)2), natomiast w ramach kąpieli tworzą powłoki głównie z fosforanu cynkowo-żelazowego.
Ze względu na niską zawartość cynku czas trwania procesu jest najczęściej dłuższy niż w przypadku tradycyjnych procesów.

Pod koniec 2010 roku tlenek chromu(VI) i inne związki chromu(VI) zostały umieszczone na liście kandydackiej substancji wzbudzających szczególnie duże obawy (lista SVHC). Wobec tych substancji wszczęto procedurę objęcia zezwoleniem, o którym Komisja Europejska ma zdecydować do końca 2025 roku.
Wady opisanych poniżej procesów chromianowania żółtego i chromianowania zielonego wynikają z różnorodnych potencjalnych zagrożeń związanych z tlenkiem chromu(VI) CrO3, który jest bardzo dobrym utleniaczem, a poza właściwościami utleniającymi jest także wysoce toksyczny, rakotwórczy i mutageniczny. Chromianowanie wykonuje się w wodnych – zawierających m.in. kwas chromowy (roztwór CrO3) – kąpielach, które z tego względu są bardzo niebezpieczne dla wody. Dotyczy to zarówno chromianowania transparentnego, jak i obu procesów chromianowania z większymi ciężarami powłok – chromianowania żółtego i chromianowania zielonego.

Pomimo tego, że tylko związki chromu(VI) są toksyczne i mutageniczne, coraz większą uwagę zwraca się na chromianowanie zielone, chociaż powłoki po reakcji teoretycznie składają się z nietrujących fosforanów chromu (CrPO4) i fosforanów glinu (AlPO4). Wynika to z faktu, że do produkcji substancji chemicznych do chromianowania żółtego i chromianowania zielonego wykorzystywane są związki chromu(VI). Znaczenie mają także możliwe pozostałe ilości sześciowartościowego chromu, których zawartość w powłoce chromianowanej na poziomie 0,01 μg/cm2 z reguły leży poniżej granicy oznaczalności.

Nawet jeśli krajowe przepisy dotychczas nie zakazywały stosowania obróbki wstępnej z chromem, zalecamy – przed zastosowaniem tej metody do elementów elewacji, zwłaszcza w projektach budowlanych finansowanych ze środków publicznych – sprawdzenie przepisów regionalnych oraz obowiązujących przepisów dotyczących wykonywania zadań w ramach przetargów.

Chromianowanie żółte i chromianowanie zielone można rozróżnić na podstawie koloru warstw konwersyjnych powstających przy większych grubościach powłoki. Oba roztwory można stosować w ramach natryskiwania lub kąpieli.

Roztwory do chromianowania żółtego zawierają kwas fluorowodorowy, kwas chromowy, a także – poza ewentualnymi, innymi dodatkami – katalizatory. W wyniku rozpuszczenia aluminium przez kwasy na jego powierzchni tworzy się powłoka z tlenku glinu oraz trój- i sześciowartościowego chromu. Z reguły ciężar powłok uzyskiwanych w ramach chromianowania żółtego wynosi 400–1000 mg/qm.

Roztwory do chromianowania zielonego zawierają kwas fluorowodorowy, kwas chromowy i kwas fosforowy. Do reakcji prowadzącej do utworzenia powłoki potrzebny jest również tlenek chromu(VI) (CrO3), podobnie jak podczas chromianowania żółtego.

Stężenie fluorków określa ciężar powłoki. Jeśli ciężar powłoki nie jest zbyt duży, nie zawiera ona chromu sześciowartościowego. Nie można jednak wykluczyć, że w przypadku detali o konstrukcjach sprzyjających gromadzeniu wody występują powłoki o dużych grubościach przenoszące z roztworów kąpieli chromiany, które po płukaniu i wyschnięciu na powierzchni stanowią zagrożenie, a także powodują pogorszenie przyczepności.
Wytrącona powłoka chromianowa składa się z fosforanów glinu oraz trójwartościowego chromu i nie ma krystalicznej struktury.

Dla celów przygotowania powierzchni przed powlekaniem stosuje się gramaturę 400 – 1200 mg/m2.

Zarówno chromianowanie żółte, jak i chromianowanie zielone doskonale poprawiają przyczepność i hamowanie korozji na potrzeby nanoszonej następnie powłoki. Chromianowanie żółte i chromianowanie zielone są często stosowane do tworzenia warstw konwersyjnych na stali ocynkowanej na potrzeby późniejszego organicznego powlekania proszkowego.

Chromianowanie jest także stosowane jako ochrona przed korozją bez dodatkowego powlekania organicznego. W szczególnych przypadkach chromianowanie żółte lub chromianowanie zielone może być wykorzystywane do celów dekoracyjnych, ciężar powłoki jest wtedy większy i wynosi 1 – 3 g/m2.

Również pasywacja z chromem(III) – pomimo bazy chromowej – może być uznana za bardziej ekologiczną metodę w porównaniu z chromianowaniem żółtym i chromianowaniem zielonym (tlenek chromuVI).
Chrom trójwartościowy tworzy na powierzchni aluminiowej ciężko rozpuszczalne produkty reakcji – tlenek chromu(III) – stanowiące dobry inhibitor korozji i zapewniające dobrą przyczepność lakieru. Do pasywacji cynku i jego stopów od dawna wykorzystywany jest trójwartościowy chrom, proces ten znany jest pod nazwą pasywacji niebieskiej. Od niedawna niektórzy producenci oferują – certyfikowane przez organizacje jakości Qualicoat i GSB – substancje chemiczne lub metody przygotowania powierzchni do stosowania w ramach pasywacji aluminium opartej na chromie(III). Na aluminium tworzą one lekko opalizujące powłoki, których kolor jest zależny od stopu.
Przed utworzeniem warstwy konwersyjnej powierzchnia musi być wolna od tłuszczu i tlenków, co można osiągnąć przez
a) wytrawianie lub
b) odtłuszczanie alkaliczne (wytrawianie) i dekapowanie w kwasie.
Pomiędzy poszczególnymi etapami przygotowania powierzchni należy wykonywać dokładne płukanie, a przed kąpielą pasywacyjną należy używać możliwie miękkiej wody. W celu zapewnienia maksymalnej ochrony detali przed korozją ostatnie płukanie po pasywacji należy wykonać w wodzie demineralizowanej.

Zmiana ze wstępnej obróbki z chromem na wstępną obróbkę bez chromu jest podyktowana przede wszystkim znacznie mniejszym zanieczyszczeniem środowiska, a także niższymi kosztami związanymi z BHP i ochroną środowiska.
Z reguły przygotowanie kąpieli i analityka są bardziej skomplikowane, a proces płukania jest bardziej czasochłonny.
Również ochrona przed korozją w przypadku ewentualnego składowania tymczasowego jest w większości przypadków słabsza.

Istnieją różni dostawcy substancji chemicznych do wstępnej obróbki bez chromu, które ze względu na bazowe substancje chemiczne można podzielić w następujący sposób:
a) Związki tytanu i/lub cyrkonu
b) Polimery tytanu /(fluorowe)
c) Związki cyrkonu/fluoru
d) Organosilany
Większość metod wstępnej obróbki bez chromu opiera się na natryskiwaniu lub na kąpieli. Niektóre z nich można także stosować na powierzchniach wykonanych z różnych metali. Metody różnią się w zakresie konieczności wykonania płukania po nałożeniu warstwy konwersyjnej metodą rinse lub no-rinse.

Zaleca się wybieranie procesów przygotowania powierzchni, które zostały zatwierdzone przez organizacje jakości GSB i/lub Qualicoat i poza długoletnimi testami klimatycznymi (np. Hoek van Holland) spełniają różnorodne wymagania w zakresie stabilności procesu oraz przydatności do przerobu. Podobnie jak w przypadku wstępnej obróbki z chromem podłoża muszą zostać oczyszczone i opłukane. Podczas gdy w przypadku stali i stali ocynkowanej w niektórych metodach wstępnej obróbki bez chromu wystarczy czyszczenie kwasowe, podłoża aluminiowe należy poddać wytrawianiu kwasem. Najczęściej po wytrawianiu należy wykonać kilka cykli płukania z wykorzystaniem wody demineralizowanej. W przypadku obróbki metodą no-rinse nie ma konieczności wykonania płukania po konwersji. Metody wstępnej obróbki bez chromu – zarówno w wersji rinse, jak i no-rinse – wymagają wyższych temperatur suszenia. W przypadku porowatych podłoży wyższe temperatury sprzyjają odgazowaniu przed powlekaniem.