РАСТВОР ДЛЯ ФОСФАТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 1997 года по МПК C23C22/07 

Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов, в частности к составам для нанесения фосфатного слоя под лакокрасочные покрытия, и может быть использовано в машиностроении, энергомашиностроении, электро- и радиотехнике.

Известен раствор для фосфатирования стальных поверхностей [1] следующего состава, г/л:
ионы фосфата (в пересчете на P₂O₅) 2,5-9,6
ионы нитрата 0,5-4,2
ионы хлората 0,4-3,8
ионы кальция 0,2-2,0
ионы молибдена 0,005-0,02
разжижитель C-3 0,001-0,02
тайрон или 1,10 фенантролин 0,0004-0,009
вода до 1 л
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является раствор для образования фосфатного покрытия на металлической поверхности [2] включающий в себя, г/л:
Zn 2-20
Ca 1-25
NO₃ 20-150
PO₄ 3-20
вода остальное
Недостатком известного состава являются недостаточные защитные свойства и пористость покрытия.

Задачей изобретения является создание раствора для фосфатирования, который улучшает защитные свойства и пористость покрытия.

Поставленная задача достигается тем, что в раствор для фосфатирования, содержащий соединения Zn (ZnO), соединения Ca (CaO₃ или Ca(NO₃)₂, соединения фосфора (H₃PO₄), соединения азота (HNO₃) дополнительно добавляется отработанный раствор от дубления шкур при следующем соотношении компонентов, г/л:
ZnO в пересчете на Zn²⁺ 4,0-5,8
CaCO₃ или Ca(NO₃)₂ в пересчете на Ca²⁺ - 3,8-6,0
H₃PO₄ в пересчете на P₂O₅ 8,0-13,0
HNO₃ в пересчете на NO-3

18,0-21,0
отработанный раствор дубления шкур 0,1-0,4
вода остальное до 1 л
Причем состав отработанного раствора дубления шкур следующий, г/л:
NaCl 50,0
Cr(OH)SO₄•5H₂O 7,0
гипосульфит Na 3,0
AlK(SO₄)₂•12H₂O 7,0
Na₂CO₃ 0,5
вода до 1 л
NaCl соль техническая (ГОСТ 13-830-84).

Дубитель хромовый Cr(OH)SO₄•5H₂O по ТУ 6-18923-87 хром основной сернокислый.

Гипосульфит Na фиксаж фотографический нейтральный (ОСТ 6-17-438-88).

AlK(SO₄)₂•12H₂O алюмокалиевые квасцы по ГОСТ 4329-77.

Na₂CO₃ сода кальцинированная техническая по ГОСТ 5100-85.

Функциональное значение раствора отход производства по выделке овчин, т. е. не применяется нигде, кроме заявленного изобретения. Таким образом заявляемое изобретение решает очень важный вопрос технологического производства создание безотходной технологии, что тем самым способствует улучшению экологической ситуации.

После растворения концентрированного раствора наносили на поверхность металла методом окунания.

Испытания проводили на образцах листовой холоднокатаной стали 08КП (ГОСТ 16523-70) толщиной 0,8-0,9 мм.

Фосфатирование проводилось по следующей схеме:
1. Обезжиривание окунанием щелочным раствором Км-1 (ТУ 08-10-796-766).

концентрация, г/л 30
температура, ^oC 60
время обработки, мин 5
2. Промывка водопроводной водой
температуры 20±2^oC
время промывки 1 мин
3. Фосфатирование окунанием
содержание концентрированного раствора, г/л 100-150
температура раствора, ^oC 70-80
время фосфатирования, мин 10
4. Промывка водопроводной водой
температура 20±2^oC
в течение 1 мин
5. Сушка в течение 2 мин при температуре 100^oC.

Определение адгезии лакокрасочного покрытия определяют по ГОСТ 15140-78 методом решетчатых надрезов по 4-бальной системе. Метод заключается в оценке степени прилипания лакокрасочной пленки к подложке по числу ячеек в решетке, отпавших при решетке при прорезании. Коррозионные испытания проводят по ГОСТ 9402-80.

Образцы из стали с фосфатным покрытием погружают в 1%-ный раствор хлористого натрия при температуре (20±5^oC) на 5 мин. Затем образцы извлекают из раствора, промывают водой с содержанием солей по ГОСТ 2874-82, сушат сжатым воздухом, соответствующим требованиям ГОСТ 9010-80, тампоном или салфеткой из хлопчатобумажной ткани, фильтровальной бумагой и выдерживают на воздухе в течение 2 ч. При осмотре невооруженным глазом на контролируемой поверхности не должна наблюдаться коррозия основного металла.

Испытания на пористость проводят следующим образом. Окрашенную пластинку погрузить на 2/3 высоты в стакан с электролитом и выдержать 3 ч. (Состав электролита 5 г CuSO₄•5H₂O растворить в 100 мм дистиллированной воды; добавить разбавленный раствор серной кислоты до pH - 3). Затем пластинку промыть в дистиллированной воде многократным погружением и просушить между листами фильтровальной бумаги, оставив на воздухе 10 мин. Покрытие рассмотреть под лупой (4х) и подсчитать число пор по точкам внедрения красной меди.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (см. таблицу)
Образцы из стали фосфатировались по вышеуказанной схеме раствором следующего состава, г/л:
ZnO в пересчете на Zn²⁺ 4,0
CaCO₃ или Ca(NO₃)₂ в пересчете на Ca²⁺ 3,8
HNO₃ в пересчете на NO-3

18,0
H₃PO₄ в пересчете на P₂O₅ 8,0
отработанный раствор дубления шкур 0,1
После проведения испытания качества и защитных свойств покрытия были получены следующие результаты:
адгезия 1 балл
пористость 1 балл
коррозионная стойкость по ГОСТ 9402-80 выдерживает
внешний вид равномерное мелкокристаллическое покрытие.

Пример 2 (см. таблицу)
Образцы из стали фосфатировались по вышеуказанной схеме раствором следующего состава, г/л:
ZnO в пересчете на Zn²⁺ 4,9
CaCO₃ или Ca(NO₃)₂ в пересчете на Ca²⁺ 4,9
HNO₃ в пересчете на NO-3

19,5
H₃PO₄ в пересчете на P₂O₅ 10,5
отработанный раствор дубления шкур 0,25
После проведения испытания качества и защитных свойств покрытия были получены следующие результаты:
адгезия 1 балл
пористость 1 балл
коррозионная стойкость ГОСТ 9402-80 выдерживает
внешний вид равномерное мелкокристаллическое покрытие.

Пример 3 (см. таблицу)
Образцы из стали фосфатировались по вышеуказанной схеме раствором следующего состава, г/л:
ZnO в пересчете на Zn²⁺ 5,8
CaCO₃ или Ca(NO₃)₂ в пересчете на Ca²⁺ 6,0
HNO₃ в пересчете на NO-3

21,0
H₃PO₄ в пересчете на P₂O₅ 13,0
отработанный раствор дубления шкур 0,4
После проведения испытания качества и защитных свойств покрытия были получены следующие результаты:
адгезия 1 балл
пористость 1 балл
коррозионная стойкость по ГОСТ 9402-80 выдерживает
внешний вид равномерное мелкокристаллическое покрытие.

Результаты испытаний, иллюстрирующие влияние концентрации компонентов раствора на качество фосфатного покрытия и его защитные свойства, приведены в таблице.

Из данных, приведенных в таблице, видно, что при содержании ZnO в пересчете на Zn²⁺; CaCO₃ или Ca(NO₃)₂ в пересчете на Ca²⁺; H₃PO₄ в пересчете на P₂O₅; HNO₃ в пересчете на NO-3

отработанного раствора дубления шкур выше и ниже предлагаемой концентрации (примеры 4, 8, 9, 13, 14, 18, 19, 23, 24, 28), образуется фосфатное покрытие, не удовлетворяющее требованиям: неравномерное с низкими коррозионными испытаниями, а также с неудовлетворительной адгезией.

При содержании ZnO в пересчете на Zn²⁺; CaCO₃ или Ca(NO₃)₂ в пересчете на Ca²⁺; H₃PO₄ в пересчете на P₂O₅; HNO₃ в пересчете на NO-3

отработанного раствора дубления шкур в предлагаемых пределах (примеры 1-3, 5-7, 10-12, 15-17, 20-22, 25-27).

Образуется равномерная фосфатная пленка, имеющая мелкокристаллическую структуру, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 15140-78, ГОСТ 9402-80.

При использовании предлагаемого раствора повышаются защитные свойства фосфатного покрытия, в частности адгезия, коррозионная стойкость и пористость.

Использование: изобретение относится к химической обработке поверхности металлов, в частности к составам для нанесения фосфатного слоя под лакокрасочные покрытия, и может быть использовано в машиностроении, энергомашиностроении, электро- и радиотехнике. Раствор для фосфатирования, содержащий кальций, цинк, фосфатионы, окислитель и обработанный раствор от дубления шкур при следующем соотношении компонентов, г/л: ZnO в пересчете на Zn²⁺ - 4,0-5,8; CaCO₃ или Ca(NO₃)₂ в пересчете на Ca²⁺ - 3,8-6,0; H₃PO₄ в пересчете на P₂O₅ - 8,0-13,0; HNO₃ в пересчете на NO-3

- 18,0-21,0; отработанный раствор от дубления шкур - 0,1-0,4, вода - остальное до 1 л. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Раствор для фосфатирования металлической поверхности, содержащий соединения кальция, цинка, фосфора и азота, отличающийся тем, что он дополнительно содержит отработанный раствор от дубления шкур, а в качестве соединения цинка ZnO, в качестве соединения кальция СаСО₃ или Са(NО₃)₂, в качестве соединения фосфора Н₃РО₄, в качестве соединения азота НNО₃ при следующем соотношении компонентов, г/л:
ZnO в пересчете на Zn²⁺ 4,0 5,8
СаСО₃ или Са(NО₃)₂ в пересчете на Са²⁺ 3,8 6,0
Н₃РО₄ в пересчете на Р₂О₅ 8 13
НNО₃ в пересчете на HO-3

18 21
Отработанный раствор от дубления шкур 0,1 0,4
Вода До 1 л
2. Раствор по п.1, отличающийся тем, что отработанный раствор от дубления шкур состоит из следующих компонентов, г/л:
NаС1 50
Gr(ОН)SO₄•5Н₂О 7
Гипосульфит Nа 3
Alk(SO₄)₂•12Н₂О 7
Nа₂СО₃ 0,5
Вода До 1 ло