Фосфатирующий состав Советский патент 1992 года по МПК C23C22/17 

сл

с

Изобретение относится к защите металлов от корроизии, в частности к получению фосфатного покрытия, и может быть использовано в машиностроении и приборостроении. Состав содержит, мас.%: цинк (Zn42) 0,8-1,6; фосфат (P20s) 1,7-3,3; нитрат (М0з1 1,2-2,0; церий () 0,001-0,003; фосфофи- нит 0,005-0,25; вода до 100. Уменьшение количества шлама и содержания в нем цинка, увеличение работоспособности ванны и сокращение количества экологически вредных отходов достигаются введением церия и фосфофинита. 4 Табл.

Изобретение относится к фосфатирую- щим составам, применяемым для фосфати- рования металлических изделий перед вытяжкой, штамповкой, лакированием,

Масса фосфатного покрытия должна находиться в пределах 1,5-5,5 г/м .

При фосфатировании шлам должен легко отделяться от рабочего раствора, поверхности аппаратуры, не. загрязнять фосфатируемые детали.

Уменьшение шламообразования способствует снижению расхода фосфатирую- щего состава, оптимизации работы ванны.

Цель изобретения - уменьшение количества шлама и содержания в нем цинка, увеличение работоспособности ванны, а также сокращение количества экологически вредных отходов.

П р и м е р 1. Фосфатирование деталей перед формоизменяющими последовательными операциями - вытяжка, штзмповка.

В начале процесса заполняют ванну фосфатирующим составом наполнения, содержащим компоненты в следующем соотношении, мас.%:

; 1,6 1,8 1,9 Остальное до 100

Ванну прорабатывают в течение 2-4 ч при 26-30°С. По достижении требуемой величины свободной кислотности Кс 2-6 вводят 0,05 кг сульфата церия (Се(504)з . 8НаО) и 1,28 кг фосфофинита. Фосфатирование осуществляют непрерывно при 30-32°С. Время пребывания изделий в фосфатирую- щем составе 5 мин. Всего поступает изделий общей поверхностью 5,49 м /мин,

Цинк () Фосфат (Pa)s) Нитрат (МОз) Вода

XI

ю

Os

ел ел

Ч)

скорость вращения барабана 2.5 об/мин. Через каждые 2 -1,5 ч осуществляют корректировку фосфатирующего состава путем добавления 3,6-4,8 л концентрата, содержащего следующие компоненты, мас.%: Цинк(2п+2)10,8

Фосфат (PzOs)24.5

Нитрат (N03)14,0

Церий (Се+3)0,0035

Фосфофинит0,224

Плотность1,576 г/см3

Корректировку проводят при падении свободной кислотности до 2,5-2,7 точек, вводят 1,5 кг концентрата на 10 точек условно общей кислотности.

Через 8 ч процесс фосфатирования осуществляют в установившемся режиме при следующем оптимальном содержании основных компонентов в фосфатирующем составе, мас.%

Цинк(2п+2)1,3

Фосфат (P20s)2,7

Нитрат (МОз)1,9

Церий (Се+3)0,002

Фосфофинит0,128

ВодаОстальное до 100

В этом режиме ванна устойчиво работает 3 мес, после чего необходимо провести отстой шлама, выделить шлам и пополнить ванну.

Получено 4,8 г шлама на 1 м2 поверхности.

Состав шлама, мас.%: Цинк (Zn+2) Фосфат (PaOs) Железо (Fe) Нитрат (МОз)

0,8 36,7 27,5 0,3

Шлам легкий, легко оседает и отделяется от аппаратуры. Расход концентрата через каждые 15ч работы в количестве шлама представлен в табл.1.

Выделение окислов азота отсутствует.

Масса фосфатного покрытия находилась в пределах 1,24-1,42 г/м.

Внешний вид: однородное темно-серое мелкокристаллическое покрытие; сплошность 700 с. После вытяжки и штамповки изделия удовлетворяют контрольным образцам. Брак на разностесненность и царапины отсутствует.

Данный пример соответствует составу 12 в табл. 4.

П р и м е р 2. Фосфатирование под вытяжку.

В начале процесса заполняют ванну фосфатирующим составом наполнения, содержащим компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Цинк(1п+2)1,6

Фосфат (Ра05)1,8

Нитрат (МОз) 1,9 ВодаОстальное до 100

Ванну прорабатывают в течение 2-4 ч при40°С. По достижении требуемой величи- ны свободной кислотности Кс 2-5 вводят 0,025 кг сульфата церия (Св2(504)з . 8Н20), 0,05 кг фосфофинита и непрерывно осуществляют фосфатирование при 32°С. Время пребывания изделий в фосфатирующем со- 0 ставе 5 мин. Всего поступает изделий общей поверхностью 5,0 м /мин. Через каждые 2 ч проводят корректировку фосфатирующего состава, добавляя 1,8-2,3 л корректирующего концентрата, содержащего 5 следующие компоненты, мас.%: Цинк(гп+2)10,8

Фосфат (P20s)24,5

Нитрат (МОз)14,0

Церий (Се+3)0,0036

0 Фосфофинит0,013

ВодаОстальное до 100

Корректировку осуществляют при падении свободной кислотности до Кс 2,5 точки, вводя 1,0-0,95 кг концентрата на 6 точек 5 условно общей кислотности. Через 8 ч процесс фосфатирования осуществляют в установившемся режиме при следующем оптимальном содержании основных компонентов в фосфатирующем составе, мас.%: 0 Цинк(2п+2)1,0

Фосфат (P20s)3,0

Нитрат (МОз)2,0

Церий (Се+3)0,001

Фосфофинит0,005

5 ВодаОстальное до 100

В этом режиме ванна работает устойчиво 4-5 мес, после чего необходимо провести отстой шлама, выделить шлам и пополнить ванну.

0 Получено 2,7-2,9 г шлама на 1 м2 поверхности.

Состав шлама, мас.%: Цинк(гп+2)0,9

Фосфат (P20s)36,7

5 Железо (Fe)26,6

Нитрат (МОз)0,3

Расход концентрата через каждые 15 ч работы и количество шлама представлены в табл. 2.

0 Масса фосфатного покрытия находилась в пределах 4,6-5,0 г/м2.

Внешний вид: однородное, темно-серое монокристаллическое покрытие; сплошность 720 с. Изделия после вытяжки удов- 5 летворяют контрольным образцам.

Данный пример соответствует составу 13 в табл. 4.

П р и м е р 3. Фосфатирование изделий перед лакированием с целью защиты от коррозии.

Процесс фосфатирования осуществляют постадийно в трех ваннах, через которые последовательно пропускают изделия. Время пребывания изделий в каждой ванне 2 мин, температура, °С: в первой 25; во второй 37; в третьей 42. Каждую ванну заполняют фосфатирующим составом наполнения, содержащим компоненты в следующем соотношении, мас.%:

1-я ванна 2-я ванна 3-я ванна Цинк(2п+2) 0,801,13 1,2

Фосфат (P20s) 2,0 2,5 3,0 Нитрат (МОз) 1,501,70 2,0

Проработку осуществляют в течение 2- 4ч.

По достижении требуемой величины свободной кислотности:

1-я ванна 2-я ванна 3-я ванна Кс, точки 2-53-74-9

вводят в каждую ванну 0,075 кг сульфата церия (Ce(S04J3.8H20) и 0,25 кг фосфофйни- та.

Процесс фосфатирования проводят непрерывно.

Изделия поступают последовательно в каждую ванну.

Когда свободная кислотность в рабочем растворе ванн фосфатирования достигнет нижнего предела, осуществляют корректировку, добавляя через каждые 20 мин 0,74- 0,92 л корректирующего концентрата в первую ванну и 0,37-0,46 л во вторую и третью ванны.

Корректировку осуществляют концентратом, содержащим основные компоненты в следующем количестве, мас.%: )10,8

Фосфат (P20s)24,5

Нитрат (N03)14,0

Церий (Се+3)0,006

Фосфофинит0,5

ВодаОстальное до 100

Плотность1,576 г/см .

Через 8 ч процесс фосфатирования осуществляют в установившемся режиме при следующем оптимальном содержании основных компонентов в фосфатирующем составе, мас.%:

1-я ванна 2-я ванна 3-я ванна

+2

Цинк(2О 0,81,0

Фосфат(Р205)2,02,5

Нитрат (N03) 1,51,7 .

Церий (Се+3) 0,0030,003

Фосфофинит 0,2500,250

1,2

3,0

2,0

0,003

0,250

ВодаОстальное до 100

Скорость подачи изделий на фосфати- рование 5,5 м2/мин.

Ванна устойчиво работает 3,5 мес, после чего необходимо провести отстой шлама, его извлечение и пополнение ванны.

Получено 3,7-3,8 r/м2 шлама. Состав шлама, мас.%: Цинк(2п+2)1,0

Фосфат (P2Os)36,9

Железо (Fe)26,4

Нитрат (NOs)0,45

Суммарный расход компонента и количество шлама через каждые 15 ч работы представлены в табл. 3. Масса фосфатного покрытия находилась в пределах 5,1-5,3 г.м2, сплошность 720-740 с. Внешний вид: однородное светло-серое мелкокристаллическое покрытие. Данный пример соответствует следую- щим составам табл. 4: ванна 1 - составу 14; ванна 2 - составу 15; ванна 3 - составу 16. П р и м е р 4. Фосфатирование изделий, изготовленных из стали марок 65-Г, Н-18 и 18-ЮА.

В начале процесса заполняют ванну фосфатирующим составом наполнения, содержащим компоненты в следующем соотношении, г/л:

Цинк(1п+2)1.5

Фосфат (P20s)1,8

Нитрат (NOa)2,0

ВодаОстальное

Ванну прорабатывают 1-2 ч при 58- 60°С. По достижении величины свободной кислотности 5 точек вводят 0,05 кг сульфата церия и 1,28 кг фосфофинита.

Фосфатирование осуществляют непрерывно при 58-60°С и времени пребывания изделий в фосфатирующем составе 8 мин. Всего поступает 6 м /мин изделий. Через каждые 1-2 ч осуществляют корректировку фосфатирующего состава путем добавления 2-3 л концентрата, содержащего следующие компоненты, мас.%: Цинк(2п+2)10,8

Фосфат (P20s)24,5

Нитрат (NOs)14,0

Церий (Се+3).0,0035

Фосфофинит0,130

Корректировку проводят при падении свободной кислотности до 3 точек, вводят 1,5 кг концентрата, на 10 точек условно общей кислотности.

Через 10 ч процесс фосфатирования

осуществляют в установившемся режиме

при следующем оптимальном содержании

основных компонентов в фосфатирующем

составе, мас.%:

Цинк ()0,8

Фосфат (P20s)2,5

Нитрат (NOa)1,6

Церий (Се+3)0,002

Фосфофинит0,128

ВодаОстальное

В этом режиме ванна устойчиво работает 4 мес. Получено 2,8 г/м шлама.

Состав шлама, мае. %:

Цинк (Zn+2)0,8

Фосфат (PaOs)36,7

Железо (Fe)27,8

Нитрат (МОз)0,25

Выделение окислов азота отсутствует.

Масса фосфатного покрытия находилась в пределах 2,5-3,0 г/м2. Сплошнось покрытия 740 с.

Данный пример соответствует составу 6 в табл. 4.

Зависимость количества фосфатного шлама и величины сплошности фосфатного покрытия от количества добавок церия и фосфофинита и содержание компонентов в фосфатирующем составе в предлагаемых пределах, а также при запредельных значениях представлены в табл. 4. Как видно из табл. 4, фосфатирующий состав, содержащий компоненты в указанных интервалах (составы 1-16), обеспечивает получение шлама в пределах 2,8-6 г/м2 с хорошими физическими свойствами с одновременным получением высококачественного фосфатного покрытия (мелкокристаллическое, высокая адгезия), сплошность которого существенно выше по сравнению с известным составом и равняется 690-760 с. Содержание цинка в шламе не превышает 1,6%, работоспособность ванны составляет 3-4,5 мес, существенно сокращается количество экологически вредных отходов.

При уменьшении содержания цинка в фосфатирующем составе (состав 17) количество шлама возрастает, ухудшается его качество: он липкий, инкрустирует оборудование. Это связано с тем, что имеет место растравливание изделий, выделение железа в раствор с последующим осаждением в шлам. Из-за растравливания снижается сплошность фосфатного покрытия. Работоспособность ванны фосфатирования снижается и составляет 1,1 мес.

При увеличении содержания цинка выше предельного значения в фосфатирующем составе возрастает количество шлама до 20 г/м2 (состав 18), шлам липкий, оседает на оборудовании. Это связано с тем, что существенно возрастает молярное соотношение Zn/PaOs (до 1,97/1), что создает условия для выделения в осадок фосфатов цинка. Содержание цинка в шламе возрастает до 17%. Работоспособность ванны низкая. Чистка ванны от шлама проводится 2 раза в 1 мес.

При уменьшении содержания фосфата в фосфатирующем составе (состав 19) также резко возрастает молярное соотношение

2п/Р20в(до 2,38/1), что создает условия для выпадения фосфатов цинка. Шлама выделяется много (до 26 г/м2), по структуре липкий, инкрустирует оборудование. Возрастает содержание цинка в шламе до 18%, что увеличивает количество экологически вредных отходов. Работоспособность ванны низкая. При увеличении количества фосфата выше предлагаемого интервала (состав 20) количество шлама возрастает до 16 г/м2, что связано с уменьшением соотношения Zn/PaOs. возрастанием скорости процесса растравливания и выделения в осадок фосфатов железа. Ухудшается качество фосфатного покрытия - сплошность составляет всего 96 с. Работоспособность ванны снижается и составляет менее 1 мес.

При уменьшении содержания нитратов в фосфатирующем составе (состав 21) количество шламов составляет 15,0 г/м2, снижается сплошность фосфатного покрытия до 95 с. Количество шлама возрастает за счет того, что снижается скорость окислительно- восстановительной реакции Fe+3,

что вызывает выделение в шлам фосфатов железа (Fe ).

При увеличении содержания нитратов в фосфатирующем составе (состав 22) количество шламов составляет 4,6 г/м2, но качество фосфатного покрытия ухудшается, в связи с чем сплошность падает до 90 с. Однако имеет место разложение избыточного количества нитратов с выделением окислов азота.

При уменьшении содержания церия в фосфатирующем составе (состав 23) его оказывается недостаточно, что существенно влияет на кинетику кристаллизации фосфатного слоя, покрытие темно-серое с низким

значением сплошности (до 90 с), в то же время возрастает количество шлама до 15 г/м2, что связано с отсутствием пассивации поверхности изделий, и с достаточной скоростью протекает процесс растравливания.

При увеличении содержания церия в фосфатирующем составе резко возрастает количество шлама (состав 24). Это связано с тем, что возникают центры кристаллизации фосфата церия, который вызывает преждевременную кристаллизацию фосфатов цинка и железа.

При уменьшении содержания фосфофинита в фосфатирующем составе резко воз- растает количество шлама (состав 25) из-за увеличения содержания относительного пересыщения по железу, так как комплексуе- мость его снижается.

При увеличении содержания фосфофи- нита в фосфатирующем составе ухудшается

качество фосфатного покрытия. Это связано с тем, что избыток фосфофинита экранирует фосфатирующую поверхность и препятствует кристаллизации фосфатов (состав 26).

Состав 27-29 соответствуют известному фосфатирующему составу.

Таким образом, предлагаемый состав позволяет уменьшить количество шлама в 3-5 раз, изменить качественный состав шлама за счет снижения содержания цинка в шламе с 15-20% до 0,8-1,6%, увеличить срок работы ванны с 1,0-1,5 мес до 3-4,5 мес, сократить количество экологически вредных отходов: количество цинка в шламе снижается в 12-19 раз и исключается применение нитритов и выделение окислов азота.

0

5

Формула изобретения Фосфатирующий состав, включающий цинк, нитрат, фосфат, воду и добавки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения количества шлама и содержания в нем цинка, увеличения работоспособности ванны и сокращения количества экологически вредных отходов, в качестве добавок он содержит катион церия и фосфофинит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цинк (Zn+2 Фосфат (PaOs) Нитрат (ЫОз) Церий () Фосфофинит Вода

0,8-1.6

1,7-3,3

1,2-2.0

0,001-0,003

0,005-0,25

Остальное до 100

Та блица 1

20

Таблица 2

Таблица 3

Таблица