СПОСОБ ФОСФАТИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2000 года по МПК C23C22/12 

Изобретение относится к химии поверхности металлов, а именно к химии защитных покрытий, и может быть применено для создания коррозионно-стойких металлических изделий.

Известен способ фосфатирования поверхности металлов в водном растворе марганцевых солей фосфорной кислоты в присутствии химических соединений со слоистой гексагональной структурой (бисульфит молибдена, сульфид вольфрама, графит или их смесь) при следующем соотношении компонентов (г/л): Mn²⁺-9,2; P₂O₅-27,1; NO₃ ^--4,0; Ni²⁺-0,22; Cu²⁺-0,037; Fe²⁺-1,6; MoS₂-10; H₂O-947,8 с последующим обжигом полученных покрытий (патент ПНР N 159292, заявл. 30.09.73, опубл. 25.07.75г.).

Недостатком данного способа является низкая износостойкость покрытий.

Близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ фосфатирования поверхности металлов в водном растворе солей фосфорной кислоты, приготавливаемых из концентратов на основе фосфатов цинка, в присутствии химических соединений со слоистой гексагональной структурой при следующем соотношении компонентов в (г/л): оксид цинка - 19,5; ортофосфорная кислота (85%) - 34; азотная кислота (55-57%) - 36,5; нитрат никеля - 0,63; химическое соединение со слоистой гексагональной структурой (MoS₂ или графит) - 2,5-5 (Сироткин О.С., Сайфуллин Р.С., Хисамеев Г.Г. Получение и свойства фосфатных покрытий с включенными частицами. Журн. Защита металлов. 1983.- N 3. - С.490 - 492).

Недостатком данного способа является сравнительно низкая износостойкость покрытий.

Для повышения износостойкости и прочности при ударе, утилизации отходов гальванических процессов, перед фосфатированием поверхности черных металлов в водном растворе солей фосфорной кислоты, приготавливаемых из концентратов на основе фосфатов цинка, в присутствии дисперсных частиц химических соединений со слоистой гексагональной структурой (MoS₂, графит), в фосфатирующий раствор дополнительно вводят железо- и хромсодержащий шлам гальванических процессов машиностроительной промышленности при следующем соотношении компонентов (в г/л):
Концентрат на основе фосфатов цинка - 80 - 90
Дисперсные частицы химических соединений со слоистой гексагональной структурой (MoS₂, графит) - 2,5 - 5
Железо- и хромсодержащий шлам гальванических процессов машиностроительной промышленности - 1 - 10
В качестве железо- и хромсодержащих шламов гальванических процессов использованы осадки, получаемые при очистке сточных вод гальванических процессов завода точного машиностроения им. М.И. Калинина (г. Казань) и авиационного производственного объединения им. Горбунова (г. Казань).

Состав гальванического шлама завода точмаш (в мас.%): ZnO 10,7-16,3; Cr₂O₃ 16,3-30,0; Fe₂O₃ 4-9,6; CdO 1,7-3,7; CuO, NiO следы.

Состав гальванического шлама КАПО им. Горбунова (в мас.%): Fe₂O₃ 23,7-28,6; ZnO 0,54-0,55; Cr₂O₃ 2,13-4,87; CaO 19,86-22,87; Al₂O₃ 36,3-46,4; CuO 1,07-1,27; NiO 2,96-7,39; CrO₃ 0,02-1,34.

В качестве концентрата на основе фосфатов цинка использовали концентрат КФЭ-1 следующего состава (в мас.%):
Оксид цинка - 15,5
Ортофосфорная кислота (85%) - 27,3
Азотная кислота (55-57%) - 29,0
Нитрат никеля ("ч") - 0,5
Вода - 28,05
Раствор для фосфатирования готовили непосредственно перед фосфатированием. Для чего в 1 л воды разбавили 90 мл концентрата на основе фосфата цинка (КФЭ-1). Общая кислотность раствора составила 60 точек, pH 2.

Перед фосфатированием поверхности металлов в фосфатирующий раствор добавили дисперсные частицы дисульфида молибдена (размер частиц 1-3 мкм) или графита (размер частиц (0,75-1 мкм) и шлам гальванических процессов. Фосфатирование проводили в течение 10-15 мин при постоянном перемешивании раствора. Температура фосфатирования составляла (90±2)^oC. Фосфатирование проводили методом окунания.

Предварительная обработка поверхности металлов заключалась в обезжировании методом окунания в щелочной моющий раствор КМ-1 (ТУ 36-10-796-76): концентрация 6-10 г/л, температура 65-75^oC, время 8-10 мин.

После нанесения покрытий образцы промывали водопроводной водой и после сушки подвергали испытаниям. Износостойкость покрытий определяли на известной установке по потере массы (в г/л²) при истирании под давлением 220 кПа в течение 15 мин. Прочность пленки при ударе определяли на приборе Y-I (ГОСТ 4765-73) после грунтовки грунтовкой ВКЧ 0-207 (ТУ-6-10-1654-84) методом анодного электроосаждения.

Состав раствора и свойства покрытий на поверхности стали марки Ст.10 приведены в таблице.

Как видно из таблиц, фосфатирование поверхности черных металлов в присутствии дисперсных частиц химических соединений со слоистой гексагональной структурой и железо- и хромсодержащих шламов гальванических процессов машиностроительной промышленности приводит к повышению износостойкости (в 1,05 - 1,35 раз) и прочности покрытий при ударе (в 1,08 - 1,2 раза). Кроме того, данный способ фосфатирования поверхностей позволяет утилизировать отходы гальванических процессов и уменьшить загрязнения окружающей среды.

Изобретение относится к химии защитных покрытий и может быть применено для создания защитных коррозионно- и износостойких покрытий. Фосфатирование поверхности черных металлов проводят в водном растворе солей фосфорной кислоты, приготавливаемых из концентратов на основе фосфата цинка, - 80-90 г/л, в присутствии дисперсных частиц химических соединений со слоистой гексагональной структурой - 2,5-5 г/л и железо- и хромсодержащего шлама гальванических процессов машиностроительной промышленности - 1-10 г/л. В качестве дисперсных частиц химических соединений со слоистой гексагональной структурой используют дисульфид молибдена или графит. Фосфатирование поверхности металлов в присутствии частиц химических соединений со слоистой гексагональной структурой и железо- и хромсодержащего шлама повышает прочность покрытий при ударе и износостойкость. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ фосфатирования поверхности черных металлов в водном растворе солей фосфорной кислоты, приготавливаемых из концентратов на основе фосфата цинка, в присутствии дисперсных частиц химических соединений со слоистой гексагональной структурой, отличающийся тем, что перед фосфатированием в фосфатирующий раствор дополнительно вводят железо- и хромсодержащий шлам гальванических процессов машиностроительной промышленности при следующем соотношении компонентов, г/л:
Концентрат на основе фосфатов цинка - 80 - 90
Дисперсные частицы химических соединений со слоистой гексагональной структурой - 2,5 - 5
Железо- и хромсодержащий шлам гальванических процессов машиностроительной промышленности - 1 - 10
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве дисперсных частиц химических соединений со слоистой гексагональной структурой используют дисульфид молибдена или графит.