СПОСОБ ФОСФАТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2003 года по МПК C23C22/13 C23C22/18 

Изобретение относится к химической обработке поверхности металла на основе железа (путем нанесения фосфатного покрытия), имеющего сложные конфигурации, и оцинкованной стали перед нанесением лакокрасочных покрытий.

Данное изобретение может быть использовано в различных отраслях промышленности: машиностроении, электро- и радиотехнике и т.д.

Известен способ фосфатирования поверхности металлов (акцептованная заявка Японии 63-11428), заключающийся в обработке поверхности раствором, содержащим ионы фтора, цинка, РO₄ ^3-, NО₃ ^-, Ni, при коэффициенте содержания свободных кислот 0,6-1,4.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ (а.с. СССР 378567) нанесения фосфатирующего состава, содержащего, г/л:
Кислота фосфорная - 50-70
Цинк сернокислый - 150-200
Кадмий азотнокислый - 4-10
Калий фтористый - 4-12
Гексамин - 0,2-0,6
и процесс ведут при температуре 15-30^oС и рН 1,8-2,5.

Недостатком данного способа являются недостаточная адгезия и коррозионная стойкость покрытия, необходимость введения дополнительно в рабочую ванну ускорителей, ухудшающих условия труда, влияющих на окружающую среду.

Задачей данного изобретения является разработка способа фосфатирования металлической поверхности, который обеспечивает получение покрытия с хорошим внешним видом, хорошей адгезией, высокой коррозионной стойкостью при температуре фосфатирования 35-40^oС без дополнительного введения ускорителей фосфатирования в рабочую ванну.

Поставленная задача достигается тем, что в способе фосфатирования металлической поверхности, включающем обработку поверхности раствором, содержащим ионы цинка, нитрата и воду, раствор дополнительно содержит ионы марганца, фосфата и гидроксиламина сернокислого при следующем соотношении компонентов, г/л:
Zn²⁺ - 0,8-4,3
Mn²⁺ - 0,4-2,4
Р₂O₅ - 4,1-18,5
NO₃ ^- - 1,1-5,5
Гидроксиламин сернокислый - 2,6-13,0
Вода - Остальное
а обработку поверхности проводят при температуре 35-40^oС и свободной кислотности раствора 0,7-2,3 точки.

Ионы цинка вводят в фосфатирующий раствор в виде цинксодержащего сырья, фосфаты с фосфорной кислотой, нитрат с азотной кислотой, ионы марганца в виде марганецсодержащего сырья (предпочтительно в виде фосфата марганца).

Выбранное соотношение позволяет получить за 1-10 минут светло-серое мелкокристаллическое покрытие, имеющее адгезию в 1 балл, высокую коррозионную стойкость фосфатного покрытия в комплексе с ЛКП, при температуре фосфатирования 35-40^oС и определенном значении свободной кислотности.

Рабочий раствор для фосфатирования готовят из расчета разбавления деминерализованной водой 24-100 кг концентрата фосфатирования до 1 м³. Концентрат фосфатирования содержит, мас.%:
Zn²⁺ - 3,3-4,3
Mn²⁺ - 1,67-2,4
Р₂O₅ - 17,08-18,5
NО₃ ^- - 4,58-5,5
Гидроксиламин сернокислый - 10,83-13,0
Вода - Остальное
После растворения фосфатирующего концентрата в деминерализованной воде его корректируют кальцинированной или каустической содой до определенного значения свободной кислотности в зависимости от концентрации рабочего раствора и способа его нанесения (погружение, распыление, комбинированный способ).

Свободную кислотность выражают в условных единицах -"точках". "Точка" - объем (см³) раствора гидроокиси натрия концентрации точно 0,1 моль/дм³, пошедшей на титрование 1 см³ фосфатирующего раствора.

Испытания проводили на образцах листовой стали 08 КП или 08 ПС (ГОСТ 14918-8) толщиной 0,8-0,9 мм, размером 150Х75 мм.

Фосфатирование проводили по следующей схеме.

1. Обезжиривание техническим моющим средством ПТС-5 (ТУ 2149-067-10964029-97)
Концентрация, г/л - 20
Температура,^oС - 65
Время, мин - 5
2. Промывка водой
Температура,^oС - 35
Время, мин - 1,5
3. Промывка водой
Температура,^oС - 35
Время, мин - 0,5
4. Фосфатирование методом погружения
Концентрация, г/л - 45
Температура,^oС - 35-40
Время, мин - 5
Свободная кислотность, "точки" - 0.7-2.3
5. Промывка водой
Температур,^oС - 35
Время, мин - 2
6. Промывка дистиллированной водой
Время, мин - 0.5
7. Сушка
Температура,^oС - 100
Время, мин - 10
Внешний вид покрытия оценивали визуально.

Коррозионную стойкость в часах по ГОСТ 9.401-91.

Для этого образцы помещают в камеру солевого тумана, где непрерывно распыляется 5%-ный раствор хлористого натрия. Температура поддерживается автоматически в пределах 34-37^oС. Осмотр образцов проводят невооруженным глазом при естественном рассеянном свете. Испытания проводили до появления первых видимых точек коррозии. Чем больше время до появления коррозии, тем выше стойкость фосфатного покрытия.

Адгезия определяется в баллах в соответствии с ГОСТ 15140-78 методом решетчатых надрезов.

Балл - 1 присваивается, если края надрезов полностью гладкие и нет признаков отслаивания ни в одном квадрате решетки.

Балл - 2 присваивается, если имеет место незначительное отслаивание покрытия в местах пересечения линий решетки, а нарушения наблюдаются не более чем на 5% площади поверхности решетки.

Балл - 3 присваивается, если имеет место частичное или полное отслаивание покрытия вдоль линий надрезов решетки или в местах их пересечения, нарушения наблюдаются не менее чем на 5% и более чем на 35% площади поверхности решетки.

Балл - 4 присваивается, если имеет место отслаивания покрытия более чем на 35% площади решетки.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами:
Пример 1
Образцы стали 08 ПС подготавливались к фосфатированию и фосфатировались по вышеуказанной схеме раствором следующего состава, г/л:
Zп²⁺=0.8
Р₂O₅=4.1
NO₃ ^-=1.1
Mn²⁺=0.4
Гидроксиламин сернокислый=2.6
Вода - остальное
Температура 35^oС
Время 5 минут
Свободная кислотность, "точки" - 0.7
В результате получено светло-серое, мелкокристаллическое покрытие, имеющее
Адгезия 1 балл
Коррозионная стойкость 450 часов.

Пример 2
Образцы стали 08 ПС подготавливались к фосфатированию и фосфатировались по вышеуказанной схеме раствором следующего состава, г/л:
Zn²⁺=4.3
Р₂O₅=18.5
NO₃ ^-=5.5
Mn²⁺=2.4
Гидроксиламин сернокислый=13.0
Вода - остальное
Температура 40^oС
Время 5 минут
Свободная кислотность, "точки" - 2.3
После проведения испытаний на коррозионную стойкость и адгезию получили следующие результаты -
Адгезия 1 балл
Коррозионная стойкость 470 часов.

Внешний вид - светло-серое мелкокристаллическое покрытие.

Пример 3
Образцы стали 08 ПС подготавливались к фосфатированию и фосфатировались по вышеуказанной схеме раствором следующего состава, г/л:
Zn²⁺=2.6
Р₂O₅=11.3
NO₃ ^-=3.3
Mn²⁺=1.4
Гидроксиламин сернокислый=7.8
Вода - остальное
Температура 38^oС
Время 5 минут
Свободная кислотность, "точки" - 1.4
После проведения испытаний на коррозионную стойкость и адгезию получили следующие результаты -
Адгезия 1 балл
Коррозионная стойкость 460 часов.

Внешний вид - светло-серое мелкокристаллическое покрытие.

Пример по прототипу
Поверхность металла обрабатывают раствором, содержащим г/л:
Кислота фосфорная 50
Цинк сернокислый 150
Кадмий азотнокислый 4
Калий фтористый 4
Гексамин 0.2
при температуре 15^oС, рН 1.8 в течение 5 минут.

В результате такой обработки получают равномерное по толщине покрытие с коррозионной стойкостью 430 часов и адгезией 2 балла.

Как видно из приведенных примеров, коррозионная стойкость и адгезия у покрытий, полученных по предлагаемому способу, выше, чем по прототипу. Кроме того, использование предложенного способа обеспечивает улучшение условий труда, экономию материальных ресурсов.

Литература
1. Акцептованная заявка Японии 63-11428.

2. Авторское свидетельство СССР 378567 (прототип).

Изобретение относится к химической обработке поверхности металла, в частности к составам для обработки поверхности металла на основе железа и оцинкованной стали, которые особенно пригодны для обработки изделий, имеющих сложные конфигурации поверхности, такие как кузова автомобилей, перед нанесением лакокрасочных покрытий (ЛКП). Способ включает обработку поверхности раствором, содержащим следующие компоненты, г/л: Zn²⁺ 0,8-4,3, Mn²⁺ 0,4-2,4, Р₂О₅ 4,1-18,5, NO₃ ^- 1,1-5,5, гидроксиламин сернокислый 2,6-13,0, вода остальное, при температуре 35-40^oС и свободной кислотности раствора 0,7-2,3 точки. Технический результат: высокая коррозионная стойкость фосфатного покрытия в комплексе с ЛКП, адгезия ЛКП совместно с фосфатирующим покрытием 1 балл, Экономия энергоресурсов, 4. Улучшение условий производства.

Способ фосфатирования металлической поверхности, включающий обработку поверхности раствором, содержащим ионы цинка, нитрата и воду, отличающийся тем, что раствор дополнительно содержит ионы марганца, фосфата и гидроксиламин сернокислый при следующем соотношении компонентов, г/л:
Zn²⁺ - 0,8-4,3
Mn²⁺ - 0,4-2,4
Р₂О₅ - 4,1-18,5
NO₃ ^- - 1,1-5,5
Гидроксиламин сернокислый - 2,6-13,0
Вода - Остальное
а обработку поверхности проводят при температуре 35-40^oС и свободной кислотности раствора 0,7-2,3 точки.