АВТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РЖАВЧИНЫ Российский патент 1995 года по МПК C23F11/02 

Изобретение относится к антикоррозионной защите изделий, например холодильников, оборудования и металло- конструкций, в частности к составам антикоррозионных средств на основе ортофосфорной кислоты и цинка.

В современных технологических процессах широко применяются автопреобразователи ржавчины для обработки ржавых металлических поверхностей перед окраской. Данные средства представляют собой продукты взаимодействия ортофосфорной кислоты с цинком и являются непожаро-опасными и малотоксичными.

Действие автопреобразователей ржавчины основано на преобразовании продуктов коррозии железа в различные комплексные соединения или нерастворимые соли с образованием малопроницаемого и прочно связанного с металлом слоя цинк-фосфатного покрытия [1]
Известен автопреобразователь ржавчины [2] на основе цинка и ортофосфорной кислоты при их следующем содержании, г/дм³: ортофосфорная кислота (свободная) не более 340; цинк (в пересчете на окись цинка) не менее 90.

Недостатком такого автопреобразователя ржавчины является то, что имеющийся в его составе окисленный цинк не способствует полноте протекания реакции образования цинк-фосфатного покрытия, кроме того, цинк-фосфатное покрытие данного состава отличается недостаточно высокой коррозионной стойкостью.

Известны цинк-фосфатирующие составы, модифицированные марганцем [3] которые позволяют повышать прочность сцепления с поверхностью лакокрасочного покрытия, наносимого на обработанную цинк-фосфатным составом металлическую поверхность.

Однако данный состав отличает недостаточно высокая коррозионная стойкость получаемого цинк-фосфатного покрытия в камере соляного тумана.

Наиболее близким к изобретению является автопреобразователь-1 ржавчины на основе ортофосфорной кислоты и цинка [2] включающий в качестве модифицирующей добавки хром, при следующем содержании компонентов, г/дм³: ортофосфорная кислота (свободная) не более 200; цинк (в пересчете на окись цинка) не менее 18; хром (в пересчете на трехокись хрома) 5-12.

Введение в цинк-фосфатный состав хрома позволяет максимально использовать находящийся в растворе цинк (даже в виде окиси цинка) для получения цинк-фосфатного покрытия на металлической поверхности.

Однако получаемое цинк-фосфатное покрытие отличается недостаточно высокой коррозионной стойкостью. Кроме того, наличие в составе автопреобразователя хрома снижает его экологические свойства, так как хром является токсичным веществом (особенно шестивалентный), вызывает местное раздражение кожи и слизистых, оказывает общетоксическое действие, заключающееся в поражении печени, почек, желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы, приводит к поражению органов дыхания, вплоть до развития пневмосклероза.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение экологических свойств автопреобразователя ржавчины и обеспечение высокой коррозионной стойкости покрытия.

Для этого в отличие от известного автопреобразователя ржавчины на основе ортофосфорной кислоты и цинка, включающего модифицирующую добавку, согласно изобретению в качестве модифицирующей добавки используется соль циркония в количестве 0,1-20 г/дм³ при следующем содержании компонентов, г/дм³: ортофосфорная кислота (свободная) 100-340; цинк (в пересчете на окись цинка) 18-120.

Сравнительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый автопреобразователь ржавчины отличается от известного тем, что в качестве модифицирующей добавки он содержит соль циркония в количестве 0,1-20 г/дм³ при следующем содержании компонентов, г/дм³: ортофосфорная кислота (свободная) 100-340; цинк (в пересчете на окись цинка) 18-120.

Таким образом, предлагаемый автопреобразователь ржавчины по результатам анализа уровня техники является неизвестным и соответствует критерию "Новизна".

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое от прототипа, а поэтому предлагаемое решение явным образом не следует из уровня техники и, таким образом, соответствует критерию "Изобретательский уровень".

Введение в автопреобразователь ржавчины соли циркония в количестве 0,1-20 г/дм³ обеспечивает получение покрытия, в котором часть железа замещена цирконием, такое мелкокристаллическое цинк-фосфатное покрытие обладает более высокой коррозионной стойкостью за счет образования фосфофилита типа Zn₂(Zr, Fe)₂(PO₄)₂4H₂O. Кроме того, введение в цинк-фосфатный раствор соли циркония ускоряет ход реакции преобразования окислов железа в защитное покрытие. С повышением концентрации ионов циркония в растворе увеличивается содержание циркония в покрытии с одновременным уменьшением в нем содержания железа, при этом наблюдается увеличение прочности сцепления образующегося на металлической поверхности цинк-фосфатного покрытия с лакокрасочным покрытием и увеличение коррозионной стойкости покрытия. Кроме того, замена хрома в автопреобразователе ржавчины на цирконий повышает его экологические свойства за счет замены вещества, отнесенного к первой категории опасности, на экологически более безопасное вещество. Соль циркония выпускается по ТУ 083.50.286-91 в виде кристаллов.

Для экспериментальной проверки предлагаемого состава автопреобразователей ржавчины были проведены следующие исследования. По прототипу применяли автопреобразователь ржавчины по ТУ 6-15-1218-89, по предлагаемому техническому решению автопреобразователь, изготавливаемый с использованием цинка и соли циркония путем растворения их в ортофосфорной кислоте с концентрацией 90, 100, 220, 340, 3650 г/дм³. Компоненты раствора перемешивали до окончания реакции взаимодействия цинка и соли циркония с кислотой.

Для приготовления предлагаемого автопреобразователя ржавчины использовали соль циркония в количестве 0,05, 0,1, 10, 20, 25 г/дм³, а также цинк в количестве 15, 18, 70, 120, 150 г/дм³ (в пересчете на окись цинка).

Для проверки свойств автопреобразователей изготавливали образцы из стали 3 размером 100 х 50 х 2 мм, покрытые ржавчиной, которые с помощью краскопульта обрабатывали автопреобразователями ржавчины по прототипу и по предлагаемому решению. В результате реакции между окислами железа, фосфата цинка и солью циркония на поверхности образцов образовалась защитная пленка, которая после выдержки при комнатной температуре полностью высыхала. Для сравнения часть образцов обрабатывали преобразователем ржавчины по аналогу. Затем на шесть образцов по каждому варианту наносили лакокрасочное покрытие, состоящее из слоев грунтовки ГФ021 и эмали ПФ-115. У трех образцов по каждому варианту с лакокрасочным покрытием определяли адгезию методом решетчатого надреза по ГОСТ 15140-78. Затем по три образца с лакокрасочным покрытием и без него по каждому варианту подвергали коррозионным испытаниям путем воздействия на них соляного тумана. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 9.012-73. После коррозионных испытаний на образцах с лакокрасочным покрытием определяли адгезию методом решетчатого надреза по ГОСТ 15140-78, а также с применением липкой ленты. Затем лакокрасочное покрытие с образцов удаляли и оценивали состояние их поверхности под покрытием. Результаты испытаний представлены в табл. 1.

Экологические свойства модифицирующих добавок автопреобразователей ржавчины приведены в табл. 2.

Анализ данных, приведенных в табл. 1 и 2, показывает, что введение в автопреобразователь ржавчины на основе ортофосфорной кислоты и цинка модифицирующей добавки в виде соли циркония в количестве 0,1-20 г/дм³ вместо хрома позволяет повысить коррозионную стойкость покрытия в солевом тумане и его адгезию к лакокрасочному покрытию. Кроме того, замена хрома на соль циркония улучшает экологические свойства. Автопреобразователь ржавчины опробован при выпуске опытной партии подставок под холодильник "Иней М".

Данный преобразователь будет пользоваться неограниченным спросом на предприятиях СНГ и за рубежом, так как продлевает срок службы оборудования ориентировочно до 30 лет.

Использование: в машиностроении, химической промышленности для антикоррозионной защиты изделий, оборудования и металлоконструкций. Сущность изобретения: автопреобразователь ржавчины на основе ортофосфорной кислоты и цинка включает модифицированную добавку соль циркония в количестве 0,1-20 г/дм³ при следующем содержании компонентов, г/дм³ ортофосфорная кислоты (свободная) 100 340; цинк (в пересчете на окись цинка) 18 120. Положительный эффект: автопреобразователь имеет высокие экологические свойства и обеспечивает высокую коррозионную стойкость покрытия. 2 табл.

АВТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РЖАВЧИНЫ на основе ортофосфорной кислоты и цинка, включающий модифицирующую добавку, отличающийся тем, что в качестве добавки используют соль циркония при следующем содержании компонентов, г/дм³:
Ортофосфорная кислота (свободная) 100 340
Цинк (в пересчете на окись цинка) 18 120
Соль циркония 0,1 20,0