Способ пассивации оцинкованной стали Российский патент 2023 года по МПК C23C22/53 C23F15/00 

Изобретение относится к обработке стальных изделий с цинковым покрытием и может использоваться для борьбы с коррозией в автомобильной, судостроительной, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности.

Цинковые покрытия широко используются в промышленности для защиты стальных изделий от коррозии. Защита ими стали основана на протекторном действии цинка. Однако цинк сам по себе недостаточно стоек в атмосферных условиях. Из-за этого оцинкованные изделия подвержены так называемой «белой» коррозии.

Распространенным способом защиты оцинкованных изделий от нее является обработка водными растворами, содержащими ингибиторы. В их качестве долгое время использовали соединения 6-и валентного хрома (Грачева М.Н. Гальванотехника при изготовлении предметов бытового назначения. Изд. Легкая индустрия. 1970. 334 с.). Недостатком таких растворов является высокая токсичность.

Последние десятилетия для пассивации цинковых покрытий используют бесхроматные составы. В литературе описано большое количество таких композиций (патенты US 4384902 A, US 5344505, US 6287704 B1, US 7314671 B1, US 6524403 B1). Общим их недостатком является невысокая эффективность при защите оцинкованной стали от коррозии в условиях солевого тумана. Такие условия, определяются ASTM B 117, и являются одним из самых быстрых и надежных методов оценки защитной способности пассивирующих составов.

Авторами статьи (Мешалкин В.П., Абрашов А.А., Ваграмян Т.А., Григорян Н.С., Желудкова Е.А. Разработка состава и изучение свойств нового высокоэффективного защитного конверсионного кремнийсодержащего покрытия на оцинкованных поверхностях. /Доклады Академии Наук. 2017. № 5. С. 538-541/ предложен способ защиты, основанный на применении водного раствора, содержащего: метасиликат натрия, перекись водорода, аскорбиновую кислоту, магний сернокислый, пирофосфат калия (аналог). По данным авторов патента RU 2677579C1 он полностью защищает оцинкованную сталь в солевом тумане около 38 часов.

Обработка оцинкованной стали, описанная в патенте RU 2 677 579 подразумевает использование водного раствора натрия кремнекислого пятиводного, перекиси водорода, оксиэтилендифосфоновой кислоты, сахарина и пирофосфат калия и выделяется, среди описанных в технической литературе, повышенной защитной способностью. По данным авторов патента RU2677579 C1 в условиях солевого тумана она обеспечивает полную защиту оцинкованной стали на протяжении 100 часов. Однако и этот результат не в полной мере отвечает современным требованиям.

Техническим результатом заявленного изобретения является разработка способа пассивации оцинкованной стали, обеспечивающего высокую коррозионную стойкость цинкового покрытия.

Технический результат достигается за счет обработки оцинкованной стали парами неодекановой кислоты в замкнутом объеме при температуре 80 - 140°С.

Ниже приводятся примеры реализации предложенного способа пассивации оцинкованной стали, подробное описание изобретения, поясняющее его техническую сущность и сравнение его антикоррозионных свойств с аналогом и прототипом.

Для коррозионных испытаний готовили образцы стали с цинковым покрытием Ц12. Плоские образцы Ст.3 размером 30×40×3 мм с отверстиями для крепления в ячейках и камерах зачищали наждачной бумагой различной зернистости, обезжиривали спиртом и хранили в эксикаторе над прокаленным CaCl₂ в течение не менее 3 суток. Перед цинкованием сталь травили в 15%-ном растворе соляной кислоты в течение 15 секунд и промывали дистиллированной водой. Для цинкования использовали электролит содержащий: ZnCl₂ - 45 г/л, KCl - 220 г/л, Н₃ВО₃ - 20 г/л и блескообразующие добавки Экомет цинк 31А и 31Б - 21 мл/л каждой. Покрытие толщиной 15 мкм наносили при плотности тока 1 А/дм² в течение 20 мин. В качестве анода использовали цинковую пластину. Толщину слоя цинка контролировали гравиметрическим методом. После процесса цинкования образцы отмывали дистиллированной водой, обезжиривали ацетоном, сушили в течение часа на воздухе и после этого пассивировали.

Водный раствор для пассивации оцинкованной стали по способу аналогу содержал 25 г/л метасиликата натрия, 30 г/л перекиси водорода, 2 г/л аскорбиновой кислоты,15 мг/л магния сернокислого и 4мг/л пирофосфата калия. Обработку проводили окунанием образцов в раствор. После этого образцы промывали дистиллированной водой и сушили в токе теплого воздуха.

Водный раствор для пассивации оцинкованной стали по способу прототипу содержал 25 г/л метасиликата натрия, 25 г/л перекиси водорода, 0.25 г/л оксиэтилендифосфоновой кислоты, 0,35 г/л сахарина, 7 мг/л пирофосфат калия. Обработку проводили окунанием образцов в раствор. После этого образцы промывали дистиллированной водой и сушили в токе теплого воздуха.

Обработку оцинкованной стали по заявленному способу пассивации оцинкованной стали проводили в стеклянных ячейках емкостью 0.6 л с навеской (0.1 г) неодекановой кислоты. Ячейки герметично закрывали и помещали в нагретый сушильный шкаф. Температура шкафа устанавливалась от 70 до 150°С.

Испытания в солевом тумане проводили в камере WEISS SC 450 при комнатной температуре. Каждый часовой цикл испытаний включал 15-ти минутное распыление 3%-го раствора NaCl и 45-ти минутную экспозицию образцов в образовавшемся при распылении солевом тумане. Осмотр образцов проводили через 55 мин после начала каждого цикла.

Время обработки оцинкованной стали по предлагаемому способу, способам аналогу и прототипу составляло 10 мин.

В таблице показано влияние температуры обработки на защиту оцинкованной стали по предлагаемому способу.

Данные Таблицы свидетельствуют, что предлагаемый способ парофазной пассивации оцинкованной стали неодекановой кислотой при соблюдении указанных температур обработки (примеры 2, 3 и 4) обеспечивает более эффективную защиту оцинкованной стали от белой коррозии, чем способы аналог и прототип. Нарушение указанного температурного режима ведет к резкому (ниже уровня аналога и прототипа) снижению защиты оцинкованной стали (примеры 1 и 5).

Таблица. Влияние температуры обработки на защиту оцинкованной стали по предлагаемому способу. Пример № Способ обработки Температура обработки, °С Время полной защиты, часов 1. Предлагаемый способ 70 48 2. Предлагаемый способ 80 110 3. Предлагаемый способ 110 160 4. Предлагаемый способ 140 120 5. Предлагаемый способ 150 62 Аналог 25 Прототип 89

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит увеличить сроки защиты изделий из оцинкованной стали.

Изобретение относится к обработке стальных изделий с цинковым покрытием и может использоваться для борьбы с коррозией в автомобильной, судостроительной, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности.

Техническим результатом заявленного изобретения является разработка способа пассивации оцинкованной стали, обеспечивающего высокую коррозионную стойкость цинкового покрытия.

Способ пассивации оцинкованной стали, заключающийся в обработке ее парами неодекановой кислоты в замкнутом объеме при температуре 80-140°С.