Способ получения защитного покрытия на стальных изделиях Советский патент 1992 года по МПК C23C20/06 

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии, в частности, к получению антикоррозионного цинкосо- держащего покрытия из водной неорганической суспензии химико-термическим методом и может быть использовано в машиностроительной промышленности.

Известен способ получения цинкового покрытия, содержащего смесь цинковой и алюминиевой пудры, гутерополисахарид- ный диспергатор и ПАВ, шестивалентный хром, органическое вещество из ряда низкомолекулярных эфиров гликолей в роли восстановительной добавки для шестивалентного хрома и воду, с последующей термообработкой стальных деталей с нанесенным составом в печи.

Недостатком такого способа для цинкования стальных изделий является высокая температура термообработки (сушки) - 300-310°С из-за применения высококипящих органических восстановителей для шестивалентного хрома (температура кипения триэтиленгликоля Т«ип. - 280-290°С) в процессе соединения покрытия и основы.

Наиболее близким по сущности к заявляемому изобретению является способ, включающий обработку стальной поверхности составом, содержащим шестивалентный хром, кислотный органический восстановитель для шестивалентного хрома, корректирующую добавку-оксид цинка и воду, цинковую пыль или смесь цинка с алюминием, гетерополисахаридный дис- пергэтор и ПАВ, с последующей термообработкой.

Однако недостатком этого способа цинкования стали являются: длительность процесса термообработки деталей с покрытием - 40 мин, и высокая пиковая температура (300-310°С), используемые в промышленных условиях, из-за применения высококипящих органических восстановителей шестивалентного хрома из ряда Cs-Ci4 ди- карбоновых кислот (ТКип 230-240°С) и орVJ

О

ел го ел о

панического гетерополисахаридного дис- пергатора (температура разрушения простых эфиров целлюлозы 260-270°С). К тому же, указанное цинковое покрытие применяется, как подслой (предварительное красочное покрытие) под верхнее отделочное покрытие: лакокрасочное, полимерное, компаунд с наполнителем,

Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости покрытия при сохранении его адгезионных свойств и интенсификации процесса химико-термического цинкования.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения защитного покрытия на стальных изделиях, включающем нанесение на стальную поверхность состава, содержащего оксид хрома, оксид цинка и в качестве наполнителя порошок цинка, с последующей сушкой, согласно изобретению, состав дополнительно содержит фосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид хрома5,3-8

Оксид цинка2,5-5

Порошок цинка35-50

Фосфорная

кислота0,5-1,5,

а сушку покрытия проводят в два этапа, на первом при 90-110°С в течение 8-10 мин, а на втором при 250-280°С в течение 18-20 мин.

Термообработка и механизм образования цинковых покрытий из известных составов состоят из трех этапов: I этап - испарение воды, Ti 90-110°С; II этап - образование хроморганической пленки с включенными в нее частицами наполнителя; испарение связанной воды и углекисло- го газа, вследствие образования циклических хроморганических соединений, Т2 200-210°С; III этап -отжигорганики и восстановление ее остатками хрома 6+ в хром 3+, с сопутствующей реакцией соединения металлического цинка со стальной основой, Тз 230-310°С.

Для прототипа восстановительная добавка - это органические дикарбоновые кислоты из ряда Cs-C-u. В заявляемом решении - это фосфорная кислота в количестве 0,5-1,5 мас.%. Более высокая степень диссоциации и окислительно-восстановительный потенциал фосфорной кислоты, чем у дикарбоновых кислот, позволяют в указанном способе цинкования повысить коррозионную стойкость покрытия при сохранении адгезионных свойств и сократить время сушки с 40 до 26-30 мин, т.е. термообраба- тывать детали в 2 этапа:

Iэтап - испарение воды (обезвоживание), при Ti 90-110°С в течение 8-10 мин,

IIэтап - окислительно-восстановительные процессы между хромом 6+ цинкохромфосфатных комплексных соединений, с одной стороны, и порошкообразным цинком и основой с другой, при Та 250-280°С в течение 18-20 мин, что позволяет интенсифицировать процесс на 10-14 мин.

0 При схожести по содержанию компонентов состава в заявляемом способе получения защитного покрытия на стальных изделиях и в известных растворах фосфатирования, получение из послед5 них металлических цинковых покрытий термо-химическим способом с целью повышения коррозионной стойкости и интенсификации процесса невозможно из-за растворения порошкообразного цинка в

0 растворах фосфатирования, имеющих низкое значение рН 2,3-3, из-за введения специальных активирующих добавок (солей азотистой, азотной, фтористоводородной кислот, органических кислот и др.), или повы5 шенных температур для нагревания раствора (45-55°С, 85-95°С), т.е. цель заявляемого технического решения не достигается.

В известном решении термообработка может осуществляться при 125-160°С, пони0 женных температурах, но в том случае, когда покрытие соответствует II этапу по прототипу (являясь пленочным хроморгани- ческим, наполненным порошком цинка) под окраску, т.е. не является самостоятельным.

5 Способ реализован следующим образом. Предварительно при приготовлении суспензии готовят связующее: в воде растворяют оксид шестивалентного хрома - СгОз, затем оксид цинка - ZnO, фосфорную

0 кислоту - НзРОз. Связующее добавляют к наполнителю - порошкообразному металлическому цинку марки ПЦМ-5 и перемешивают.

На образцы из стали 45 и стали ЗОХГСА,

5 обезжиренные в ацетоне и подвергнутые пескоструйной обработке двуокисью кремния, наносят суспензию путем распыления под давлением из пульверизатора. После чего термообрабатывают (сушат):

0 а) для известных составов в 3 этапа: l-(Ti 90-100°C), 11-(Т2 200-210°С), 1И-(Гз 300-310°С) б) для заявляемого состава в 2 этапа:

5l-(Ti 90-110°C),

II -02 250-280°С).

После термообработки (по прототипу и заявляемому решению) покрытия подвергают легкой пескоструйной обдувке (отделке) и проводят исследования: на адгезию по

ГОСТ 15-140-78 методом решетчатых надрезов; на коррозию по ГОСТ В.20.57.306-76 в камере солевого тумана.

Результаты испытаний занесены в таблицу.

При сравнении данных таблицы видно, что цинковое покрытие, полученное по заявляемому способу (№№ п.п.4-6), при одинаковой толщине покрытий в 6-8 мкм (столбцы 4 и 5), имеет удовлетворительную адгезию (столбцы 7-8) в 1 балл (как у прототипа), коррозионную стойкость выше, чем у известных составов (400-505 ч в камере солевого тумана по способу из составов №№ п.п.4-6 против 200-500 ч) при температуре обработ- ки 250-280°С(столбец 10) за 26-30 мин (столбец 11), более интенсивном процессе, чем у прототипа при 300-310°С за 40 мин, на 10-14 мин.

Предлагаемый способ получения за- щитного покрытия на стальных изделиях из состава водной неорганической суспензии для цинкования легко осуществим, быстро готовится и рекомендуется для нанесения на большие по площади детали распылени- ем под давлением, окунанием, валиком.

Использование предлагаемого способа, кроме того, обеспечивает следующие преимущества: отсутствие дефицитных и дорогостоящих органических добавок в сус- пензии; возможность применения покрытия без дополнительных окрасок, т.е. как финишное, после легкой пескоструйной обдувки; долговечность хранения связующего и суспензии в плотно закрытой таре; возможность исключения операции травления и последующих промывок с целью подготовки поверхности стальных изделий несложной конфигурации.

Формула изобретения Способ получения защитного покрытия на стальных изделиях, включающий нанесение на стальную поверхность состава, содержащего оксид хрома, оксид цинка и в качестве наполнителя - порошок цинка с последующей сушкой, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости покрытия при сохранении адгезионных свойств и интенсификации процесса, наносят состав, дополнительно содержащий фосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: Оксид хрома5,3-8,0

Оксид цинка2,5-5,0

Порошок цинка35-50

Фосфорная

кислота0,5-1,5

ВодаОстальное

а сушку покрытия проводят в два этапа: на первом - при температуре 90-110°С в течение 8-10 мин, а на втором-притемпературе 250-280°С в течение 18-20 мин.

Использование: в машиностроении и других отраслях промышленности. Сущность изобретения состоит в том, что на стальную поверхность изделия наносят состав, содержащий, мас.%: оксид хрома 5,3- 8; оксид цинка 2,5-5; порошок цинка 35-50; фосфорная кислота 0,5-1,5; вода - остальное; после чего проводят в два этапа сушку, на первом - при 90-110°С в течение 8-10 мин; на втором - при 250-280°С в течение 18-20 мин. Изобретенный способ технологичен и позволяет получать коррозионно- и адгезионностойкие цинковые покрытия. 1 табл.

Сгл3 - 56-8

дипропиленгликоль 21

ПЦМ-5 - 30

А1 пудра - 3

гилроксиэтилцеллвлоэа - 1-3

сантанол ДС-10 - 0,07

НаО - остальное

СгО, - 4-58

ZnO -2,6

янтарная ккслота - 3,1

ПЦМ-5 - 35

гидроксиэтилцеллолоза - 1-3

синтанол ДС10 - 0,07

Н20- остальное

СгО, - 55-6

ZnO - 2 Н3РО, - 0,3

ПЦМ-5 - 30

Н20 - остальное

СгО, - 5,36-8

ZnO -2,5

Н,РО - 0,5

ПЦМ-5 - 35

Н20 - остальное

СгО, - 6,66-8

ZnO - 3,7 Н3РО„ - 1

ПЦМ-5 - 42

НгО - остальное

6-8

450

500

300-310 1(0

200 400 300-310 40

5-6 3-4 3-4 16-24 16-24 240-310 30-40 низкая коррозионная стойкость

400-450 400-450 250-280 28

480-490 480-490 250-280 28-30

СгО, - 8 2nd - 5 Н,РО« - 1,5 ПЦМ-5 - 50 НаО - остальное

СгО,- 8,5 ZnO - 6 H,POt - г ПЦМ-5 - 55 Н20 - остальное

6-8

Согласно ГОСТ 15-140-78 высший балл - 1, низший - k

Продолжение таблицы

6-8

490

500-505 250-280 30

растворение порошка цинка выделение пузырьков водорода