СОСТАВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2003 года по МПК C23C22/10 

Изобретение относится к составам для химической обработки поверхности металлов, предназначенным преимущественно для образования защитного неметаллического слоя на поверхности холоднокатаной стали перед нанесением лакокрасочного покрытия. Изобретение может быть использовано в машиностроении и приборостроении для обработки корпусов автомобилей, приборов и других заготовок после штамповки.

Известен способ получения фосфатного покрытия на поверхности холоднокатаной стали, включающий фосфат, нитрат, фторид, и нитрит ионы, а также ионы цинка, никеля и железа (ЕР 0264811, публ. 26.06.91). Недостатком известного состава является большое число ингредиентов и возможность токсического воздействия на обслуживающий персонал, вызванная присутствием в составе фторидов.

Известен также раствор для фосфатирования стальных поверхностей, включающий так же, как заявляемое изобретение, фосфат и нитрат ионы, а также воду, предназначенный для нанесения фосфатного слоя под лакокрасочные покрытия (патент РФ 2123067, публ. 10.12.98, бюл. 34).

Недостатками известного состава являются:
- сложность его практического использования, а именно - многостадийность процесса обработки металлической поверхности, включающего предварительное обезжиривание и многократную промывку водой обработанной металлической поверхности;
- необходимость подогрева рабочего раствора до 50-60^oС;
- мелкокристаллический состав образующейся пленки, что способствует ее разрушению при эксплуатации.

Наиболее близким к заявляемой композиции по совокупности существенных признаков является состав концентрата для получения водного раствора для нанесения покрытия для обработки металлических поверхностей (патент РФ 2109845, публ. 27.04.98, бюл. 12). Известная композиция содержит так же, как заявляемое изобретение, фосфат и нитрат ионы, ускоритель реакции и воду. Принят за прототип.

Недостатками известной композиции, препятствующими достижению указанных ниже технических результатов, являются так же, как в предыдущих случаях:
- многостадийность процесса обработки металлических поверхностей, включающего стадии предварительного обезжиривания и многократной промывки водой, а также необходимость подогрева рабочего раствора до 50-60^oС,
- большое число ингредиентов,
- возможность токсического воздействия на обслуживающий персонал, вызванная присутствием в составе фтористоводородной кислоты.

Кроме того, в описании известной композиции отсутствуют показатели, характеризующие пригодность образующегося слоя в качестве основы для последующего нанесения лакокрасочного покрытия.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи усовершенствования технологии подготовки поверхности изделий из холоднокатаной стали для нанесения на них лакокрасочных покрытий, а также на увеличение срока их эксплуатации.

Осуществление заявляемого изобретения позволяет получить следующие технические и экономические результаты:
- образование защитной пленки, служащей грунтом для лакокрасочных покрытий;
- ускорение и упрощение технологии обработки изделий;
- возможность дальнейшего использования любого лакокрасочного покрытия;
- предотвращение коррозии металла в процессе последующей эксплуатации;
- невысокая себестоимость.

Указанные результаты при осуществлении заявляемого изобретения достигаются тем, что так же, как прототип, заявляемый состав включает ортофосфорную кислоту, ускоритель реакции и воду. Особенность заявляемого изобретения состоит в том, что состав для обработки металлической поверхности содержит ацетон в качестве ускорителя реакции, и дополнительно включает аммоний азотнокислый, уротропин и поверхностно-активное вещество (далее - ПАВ) при следующем соотношении компонентов, мас.%: ортофосфорная кислота (85%) 50,0-60,0; аммоний азотнокислый 1,5-2,0; ацетон 3,0-4,0; уротропин 1,5-2,0; неионогенное моющее средство 0,01-0,05; вода - остальное.

Использование известных ранее составов для обработки поверхности холоднокатаной стали предусматривает многостадийность процесса, включающего до 10 технологических переходов, в том числе: травление, активация, осветление, электрообезжиривание и другие.

Качественный и количественный состав заявляемой композиции для обработки металлической поверхности, преимущественно холоднокатаной стали, в совокупности позволяет преодолеть перечисленные выше недостатки и достичь указанных технических результатов.

Ортофосфорная кислота - обязательный компонент, обеспечивающий травление и фосфатирование обрабатываемой стальной поверхности. Уротропин выполняет функцию ингибитора коррозии металла в процессе последующей эксплуатации изделия. Эффект возникает за счет того, что уротропин в совокупности с азотнокислым аммонием является комплексообразователем для ионов железа, входящих в состав стали. Присутствие в заявляемой композиции ацетона обеспечивает, с одной стороны, ускорение реакции, с другой стороны, в совокупности с ПАВ позволяет исключить операцию предварительного обезжиривания обрабатываемой поверхности. Совокупность всех входящих в композицию ингредиентов, а также их количественный состав позволяет достичь высокой адгезии образующейся пленки к поверхности металла и одновременно к лакокрасочному покрытию. При этом образующаяся на поверхности металла пленка имеет аморфную структуру, что обеспечивает длительность эксплуатации обработанных изделий. В то же время отсутствие в составе заявляемой композиции дорогостоящих солей металлов позволяет значительно снизить себестоимость состава.

Состав для обработки металлической поверхности получают путем растворения в воде указанных компонентов при механическом перемешивании и температуре 20-30^oС. При этом используют химические вещества, выпускаемые промышленностью:
ортофосфорная кислота - ГОСТ 6552-80;
аммоний азотнокислый - ГОСТ 22867-77;
уротропин - ГОСТ 1381-73;
ацетон - ГОСТ 2768-84;
вода дистиллированная - ГОСТ 6709-72.

Приготовленную композицию наносят на штампованные стальные изделия, например корпус автомобиля, прибора и другие заготовки, с помощью тампона, кисти или пульверизатора. Технология обработки металлической поверхности не требует ее предварительной подготовки за исключением случаев наличия на поверхности консервационной смазки, которую необходимо устранить. На поверхности металла допустимо присутствие следов коррозии, наличие которых не требует проведения дополнительной очистки. По окончании обработки поверхности металла заявляемым составом производят сушку обработанной поверхности в течение 12-24 часов при комнатной температуре или 1-2 часов при температуре 50-60^oС. При этом не требуется операция смывания поверхности водой для удаления непрореагировавших продуктов. В результате обработки заявляемым составом на поверхности металла образуется пленка серого цвета толщиной 10-30 мкм, прочно соединенная с поверхностью металла. По окончании операции сушки наносят лакокрасочное покрытие любого класса.

Для определения эксплуатационных характеристик заявляемой композиции были проведены сравнительные испытания прочности сцепления заявляемого состава и других известных композиций того же назначения с лакокрасочным покрытием. С этой целью стальные пластины (ГОСТ 16528-81) размером 60х150х0,8 мм в количестве по 12 штук были обработаны следующими фосфатирующими составами:
1) ортофосфорная кислота (85%) 12,0%, цинк фосфорнокислый однозамещенный 33%, цинк азотнокислый шестиводный 55%;
2) ортофосфорная кислота (85%) 52,0%, аммоний азотнокислый 1,4%, ацетон 4,0%, моющее средство "Прогресс" 0,03%, вода - остальное;
3) ортофосфорная кислота (85%) 52,0%, аммоний азотнокислый 1,6%, уротропин 1,8%, ацетон 4,0%, моющее средство "Прогресс" 0,04%, вода - остальное.

После обработки фосфатирующими составами испытания были продолжены по следующей схеме:
- сушка образцов на воздухе при температуре 18-21^oС в течение 24 часов;
- нанесение одного слоя грунта АК-070 по карте 9 ОСТ 4.ГО.054.205;
- нанесение одного слоя эмали ХВ-785 по карте 37 ОСТ 4.ГО.054.205.

Прочность сцепления в баллах определялась методом решетчатых надрезов с единичным квадратом 2х2мм согласно ГОСТ 15140-78.

В результате проведенных испытаний установлено, что прочность сцепления слоя, образовавшегося на поверхности металла, с лакокрасочным покрытием составляет:
1 балл для состава 1,
3-4 балла для состава 2,
1 балл для состава 3.

Данный показатель является наивысшим и свидетельствует о высоких эксплуатационных свойствах заявляемого состава.

Таким образом, из вышеизложенного видно, что заявляемый состав для обработки металлической поверхности отвечает требуемым критериям патентоспособности и обладает значительными преимуществами по сравнению с известными средствами того же назначения.

Изобретение относится к составам для химической обработки поверхности металлов, предназначенным преимущественно для образования защитного неметаллического слоя на поверхности холоднокатаной стали перед нанесением лакокрасочного покрытия. Изобретение может быть использовано в машиностроении и приборостроении для обработки корпусов автомобилей, приборов и других заготовок после штамповки. Состав для обработки металлической поверхности включает ортофосфорную кислоту, ускоритель реакции и воду, причем в качестве ускорителя реакции содержит ацетон и дополнительно включает аммоний азотнокислый, уротропин и поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас. %: ортофосфорная кислота 50,0-60,0; аммоний азотнокислый 1,5-2,0; ацетон 3,0-4,0; уротропин 0,15-0,2; неионогенное моющее средство 0,01-0,05; вода - остальное. Изобретение способствует образованию защитной пленки, служащей грунтом для лакокрасочных покрытий, ускорению и упрощению технологии обработки изделий, возможности дальнейшего использования любого лакокрасочного покрытия, предотвращению коррозии металла в процессе последующей эксплуатации, невысокой себестоимости.

Состав для обработки металлической поверхности, включающий ортофосфорную кислоту, ускоритель реакции и воду, отличающийся тем, что в качестве ускорителя реакции содержит ацетон и дополнительно включает аммоний азотнокислый, уротропин и неионогенное моющее средство при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ортофосфорная кислота (85%) - 50,0-60,0
Аммоний азотнокислый - 1,5-2,0
Ацетон - 3,0-4,0
Уротропин - 0,15-0,2
Неионогенное моющее средство - 0,01-0,05
Вода - Остальноео