ХРОМАТИРУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОЦИНКОВАННОЙ СТАЛИ Российский патент 2015 года по МПК C23C22/30 C23C22/33 

Изобретение относится к защите металлов от коррозии, в частности к хроматированию оцинкованной стали, и может быть использовано в металлургии и машиностроении.

Известен состав для обработки, описанный в патенте № Р-39432 «Растворы для хроматирования» (1)

Состав содержит, г/л:

10-100 - хромовой кислоты;

1-21 - ионов Cr³⁺;

0,1-4 - ионов фосфата;

0,1-4 - ионов фтороцирконата

Причем соотношение массовых долей хрома (VI) и хрома (111) составляет от 1,5:1 до 5:1, соотношение массовых долей хромовой кислоты и ионов фтороцирконата составляет от 5:1 до 100:1 и соотношение массовых долей ионов фосфата и ионов фтороцирконата составляет от 0,5:1 до 2:1.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому хроматирующему составу является хроматирующий состав, описанный в патенте RU 2425911 C1 «Хроматирующий состав для обработки оцинкованной поверхности» (2), содержащий, г/л:

51,0-90,0 ионов CrO₃

1,0-1,5 ионов Cr³⁺

102,0-120,0 ионов фосфата

0,1-4,0 ионов фтороцирконата

3,0-6,0 полиакрилата аммония

В качестве ионов CrO₃ используется отработанный хромсодержащий раствор электролита для хромирования поршневых колец с содержанием CrO₃ 200-300 г/л.

В качестве ионов фосфата используется экстракционная фосфорная кислота с концентрацией 72%, а в качестве ионов фтороцирконата используется гексафторциркониевая кислота концентрации 40%.

Недостатками данного состава является высокое содержание экологически вредного Cr⁶⁺, многокомпонентность и сложность изготовления состава.

Целью данного изобретения является разработка хроматирующего состава обеспечивающего высокую коррозионную стойкость оцинкованной стали с минимальным содержанием ионов Cr⁶⁺, оптимальным количеством компонентов и простоте изготовления состава.

Поставленная задача достигается тем, что хроматирование оцинкованной стали проводят хроматирующим составом, содержащим, г/л: ионы Cr⁶⁺ 3,744-6,318, ионы Cr³⁺ 0,01-0,09, ионы P₂O₅ 13,60-22,95, диамид тиоугольной кислоты 0,10-0,12, вода остальное, причем соотношение ионов Cr⁶⁺ к ионам P₂O₅ составляет 0,275.

Применение данного состава обеспечивает высокую коррозионную стойкость оцинкованной стали при обработке скоростным методом в течение 3 сек, соответствует современным экологическим требованиям - содержит оптимальное содержание Cr⁶⁺.

В соответствии с гигиеническими нормативами ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны «Министерство здравоохранения РФ»: - величина ПДК хромовой кислоты (в пересчете на Cr⁶⁺) 0,03/0,01 мг/м³.

В соответствии с гигиеническими нормативами ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования «Министерство здравоохранения РФ»: - величина ПДК Cr⁶⁺ 0,05 мг/л.

В качестве ионов P₂O₅ используется ортофосфорная кислота с концентрацией 85%.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами.

Пример 1

Образцы оцинкованной стали обрабатывают при температуре от 20 до 40°C в течение 1-3 сек методом погружения в составе следующего содержания, г/л:

ионы Cr⁶⁺ 3,744;

ионы Cr³⁺ 0,01;

ионы P₂O₅ 13,60;

диамид тиоугольной кислоты 0,10;

вода остальное.

Причем соотношение ионов Cr⁶⁺ к ионам P₂O₅ составляет 0,275.

Для приготовления данного состава в емкость объемом 1000 мл с предварительно установленным перемешивающим устройством, наливают 500 мл воды, засыпают 90,0 г хромового ангидрида, перемешивают 10-15 мин, добавляют 276,0 г ортофосфорной кислоты, перемешивают 10-15 мин, добавляют 0,10 г диамид тиоугольной кислоты, перемешивают 10 мин и доливают оставшееся количество воды 133,9 мл до общей массы 1 кг. Далее 80 г приготовленного состава растворяют в 920 мл деминерализованной воды. Перемешивают 10-15 мин.

После нанесения хроматирующего покрытия в данном составе, его излишки удаляют отжимными гуммированными роликами и сушат при температуре 100-120°C.

Пример 2

Образцы оцинкованной стали обрабатывают при температуре от 20 до 40°C в течение 1-3 сек методом погружения в составе следующего содержания, г/л:

ионы Cr⁶⁺ 6,318;

ионы Cr³⁺ 0,09;

ионы P₂O₅ 22,95;

диамид тиоугольной кислоты 0,12;

вода остальное.

Причем соотношение ионов Cr⁶⁺ к ионам P₂O₅ составляет 0,275.

Для приготовления данного состава в емкость объемом 1000 мл с предварительно установленным перемешивающим устройством, наливают 500 мл воды, засыпают 130,0 г хромового ангидрида, перемешивают 10-15 мин, добавляют 357,2 г ортофосфорной кислоты, перемешивают 10-15 мин, добавляют 0,12 г диамид тиоугольной кислоты, перемешивают 10 мин и доливают оставшееся количество воды 12,68 мл до общей массы 1 кг. Далее 135 г приготовленного состава растворяют в 865 мл деминерализованной воды. Перемешивают 10-15 мин.

После нанесения хроматирующего покрытия в данном составе, его излишки удаляют отжимными гуммированными роликами и сушат при температуре 100-120°C.

Пример 3

Образцы оцинкованной стали обрабатывают при температуре от 20 до 40°C в течение 1-3 сек методом погружения в составе следующего содержания, г/л:

ионы Cr⁶⁺ 5,031;

ионы Cr³⁺ 0,050;

ионы P₂O₅ 18,275;

диамид тиоугольной кислоты 0,11;

вода остальное.

Причем соотношение ионов Cr⁶⁺ к ионам P₂O₅ составляет 0,275.

Для приготовления данного состава в емкость объемом 1000 мл с предварительно установленным перемешивающим устройством наливают 500 мл воды, засыпают 110,0 г хромового ангидрида, перемешивают 10-15 мин, добавляют 316,6 г ортофосфорной кислоты, перемешивают 10-15 мин, добавляют 0,11 г диамид тиоугольной кислоты, перемешивают 10 мин и доливают оставшееся количество воды 73,29 мл до общей массы 1 кг. Далее 107,5 г приготовленного состава растворяют в 892,5 мл деминерализованной воды. Перемешивают 10-15 мин.

После нанесения хроматирующего покрытия в данном составе, его излишки удаляют отжимными гуммированными роликами и сушат при температуре 100-120°C.

Обработку оцинкованной стали в заявляемом хроматирующем составе можно осуществлять способом погружения, способом распыления, способом нанесения валками.

Испытания предлагаемого изобретения проводили на образцах горячекатаной оцинкованной стали.

Пример 4 (по прототипу)

Образцы оцинкованного проката размером 150×200 мм обрабатывали способом напыления при комнатной температуре в течение 1-3 секунд в составе следующего содержания:

90,0 г/л ионов CrO₃;

1,5 г/л ионов Cr³⁺;

120,0 г/л ионов фосфата;

4 г/л ионов фторцирконата;

6,0 г/л полиакрилата аммония.

Для приготовления состава смешивали 360 г отработанного хромсодержащего электролита с содержанием CrO₃ 250 г/л, 172 г экстракционной фосфорной кислоты и 448 г воды. Смесь перемешивали и нагревали до 70°C. Затем, не прекращая перемешивания, добавляли 4,5 г фосфиновой кислоты в качестве восстановителя с целью частичного восстановления хрома шестивалентного в хром трехвалентный до получения 1,5 г/л ионов Cr³⁺. По истечении часа (окончания реакции восстановления) в раствор добавляли 10 г гексафторциркониевой кислоты и 6,0 г полиакрилата аммония. Перемешивали смесь до полного растворения компонентов. Перед использованием хроматирующий состав охлаждали до комнатной температуры.

После нанесения покрытия удаляли избыток хроматирующего состава роликами и сушили образцы при температуре 100-120°C.

По истечении 24 часов выдержки образцы оцинкованной стали с хроматирующим покрытием подвергают испытаниям на коррозионную стойкость, которую оценивают по площади поражения поверхности оцинкованной стали белой ржавчиной.

Испытания на коррозионную стойкость проводят в камере соляного тумана по ГОСТ 9.308-85 по показателям: начало коррозии (первые точки), час; окончание испытаний, час; доля пораженной поверхности, %.

Результаты коррозионных испытаний данных составов приведены в таблице

Таблица 1 Примеры составов Испытания на стойкость к появлению белой ржавчины,
% поражения   Начало коррозии, час Окончание испытаний, час Доля пораженной поверхности, % 1 39 148 82.3 2 41 150 79.4 3 40 147 81.8 4 35 96 87.4

Из приведенных примеров видно, что использование заявляемого хроматирующего состава обеспечивает высокую коррозионную стойкость оцинкованной стали при обработке скоростным методом в течение 3 сек.

Литература

1. Патент № Р-39432 «Растворы для хроматирования».

2. Патент RU 2425911 C1.

Изобретение относится к защите металлов от коррозии, в частности к хроматированию оцинкованной стали. Хроматирующий состав для обработки оцинкованной стали содержит, г/л: ионы хрома шестивалентного 3,744-6,318, ионы хрома трехвалентного 0,01-0,09, фосфат ионы 13,60-22,95, диамид тиоугольную кислоту 0,10-0,12 и воду. Причем соотношение ионов хрома шестивалентного к фосфат ионам в растворе составляет 0,275. Хроматирующий состав при минимальном содержании компонентов обеспечивает высокую коррозионную стойкость оцинкованной стали, при этом позволяет улучшить экологическую обстановку за счет оптимального содержания ионов хрома шестивалентного. 1 табл., 4 пр.

Состав для хроматирования оцинкованной стали, содержащий ионы хрома шестивалентного, ионы хрома трехвалентного, фосфат-ионы и диамид тиоугольную кислоту при следующем содержании компонентов, г/л:
ионы Cr⁶ 3,744-6,318 ионы Cr³⁺ 0,01-0,09 ионы P₂O₅ 13,60-22,95 диамид тиоугольная кислота 0,10-0,12 вода остальное,