Способ обработки стали под полимерные олефиновые покрытия Советский патент 1993 года по МПК C23C22/24 C23C22/33 

Изобретение относится к способу подготовки поверхности перед нанесением за- щитных полиолефиновых покрытий, например, полиэтиленовых, и может быть использовано в трубной промышленности при покрытии труб.

В настоящее время актуальной является проблема получения тонких (0,3-0,5 мм) беспористых полимерных покрытий с высокой защитной способностью в коррозионно-ак- тивных средах, т.к. снижение толщины покрытия приводит к развитию под ним нитевидной коррозии, а повышение толщины покрытия - к повышенному расходу дефицитного материала покрытий.

Известен способ обработки поверхности металла перед нанесением лаков, клеев и других синтетических или полимерных материалов, предусматривающий контактирование с водной композицией, содержащей трехвалентный хром, фосфат и диспергированную кремниевую кислоту при молярном

отношении Cr (III): PO-f3 : Si02 1 : 0,3 - 30: : 0,5-10.

Этот способ не обеспечивает высокой адгезии полимерных покрытий при воздействии влаги и повышенных температур, а также процесс экологически опасен из-за использования соединений хрома и фосфатов в одной ванне с большим зеркалом испарения, необходимости корректировки и слива раствора.

Известен способ обработки металла, при котором поверхность фосфатируют, а затем повышают защитные свойства фосфатной пленки в разбавленных (0,01-0,03%) растворах хромовой кислоты.

Этот способ не обеспечивает высоких защитных свойств полимерных покрытий в коррозионно-зктивных средах, в особенности, тех, температура нанесения которых превышает 100°С, т.к. при температурах 100-300°С происходит термическое разложение фосфатов.

4 00 v|

VJ

fO

CJ

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту техническим решением к предлагаемому является способ обработки поверхности металла перед нанесением трехслойного покрытия эпок- сидной смолы, клеящего слоя и слоя полиэтилена, при котором поверхность трубы подвергается очистке, хроматированию посредством нанесения водного 1-2%-ного раствора смеси трехвалентного и шестивалентного соединений хрома с рН 2,8-3,5, которая для фиксации раствора на поверхности трубы содержит силикат. Раствор, имеющий комнатную температуру, наносят на поверхность стальной трубы с температурой 10-40°С. Сушкухрбматного слоя осуществляют при температурах 120-220°С.

Этот способ, принятый за прототип, не обеспечивает высокой защитной способности полимерных покрытий толщиной 0,3- 0,5 мм, т.к. под покрытием развивается нитевидная коррозия, которая в дальнейшем приводит к отслаиванию защитного покрытия. .

Цель изобретения - повышение защитной способности покрытия и экономия материала покрытия путем сокращения толщины покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что сначала формируют железофосфатный слой, на который затем наносят хромсодер- жащий раствор состава, мас.%: Хромовый ангидрид 2,5-3,5 Азотнокислый хром0,85-2,3 Вода до 100 рН 0,5-0,7 в количестве 20-30 г/м2 обрабатываемой поверхности, и образовавшийся хромфос- форсодержащий слой подвергают термообработке при температуре 230-300°С в течение 2-30 мин с последующим охлаждением до температуры нанесения полимерного покрытия.

Кроме того, способ обработки стали под полимерные .покрытия, отличается тем, что железофосфатный слой формируют из раствора состава, мас.%:

Фосфорная кислота 2-3 ОП-7(ОП-10)0,01-0,05 Вода до 100 при температуре 60-80°С.

При нанесении фосфатного слоя непосредственно на сталь образуется на стали пористый фосфатный слой из нерастворимых соединений железа, что снижает скорость развития нитевидной коррозии под покрытием.

При последующем хроматировании из раствора предложенного состава раствор

проникает через поры рыхлой фосфатной пленки на поверхность металла, и осуществляется реакция.

При последующей термообработке при

температурах 230-300°С в течение 2-30 мин образуется прочно сцепленный с поверхностью металла слой, определяющий повышение прочности сцепления фосфатного слоя с металлом за счет образования сложных

0 оксидов железа и хрома, и тем самым повышение защитной способности тонких поли- олефиновых покрытий; повышение устойчивости к термическому разложению образовавшегося слоя; изменение свойства

5 фосфатного слоя так, что сформированная в результате термообработки поверхность слоя становится легко смачиваемой расплавленным покрытием, что обеспечивает сплошность и равномерность по толщине

0 пленки защитного покрытия при толщине 0,3-0,5 мм, тем самым резко снижается возможность образования под покрытием элементов дифференциальной аэрации, приводящих к развитию нитевидной корро5 зии.

Предлагаемый способ обработки был опробован на образцах из ст.З. Образцы со слабоокисленной поверхностью подвергали фосфатированию в растворе состава,

0 Мас.%:

Фосфорная кислота 2-3 ОП-7(ОП-10)0,01-0,05 Вода до 100 при температуре 60°С в течение 20 мин,

5 затем промывали водой, высушивали. Затем подвергались хроматированию и последующей термообработке в соответствии с режимами, приведенными в табл.1. После чего наносили покрытие из ПЭНД-210 тол0 щиной 0,4 мм. Защитную способность покрытия оценивали путем испытания покрытий в дистиллированной воде в течение 3000 ч при 60°С по площади отслаивания покрытия,

5 в лабораторных условиях проводили сравнительные испытания покрытий по предлагаемому способу и способу прототипу. При этом на фосфатированную в вышеприведенном растворе промытую и

0 высушенную поверхность наносили раствор состава, мас.%:

Хромовый ангидрид3 Азотнокислый хром, (девятиводный) 1

5 Водадо 100 с рН 0,6 в количестве 25 г/м2 обрабатываемой поверхности. Высушивали при температуре 40°С в течение 5 мин и термообрабатывали при 250 ±5°С в течение 5 мин. Затем образцы охлаждали до температуры нанесения покрытия двух видов: эпоксидной композиции ЭП 141 Б (температура нанесения 60°С, время отверждения 2 ч, толщина покрытия 0,3 мм) и из полиэтилена низкого давления ПЭ НД-210 (темпера- тура нанесения 230°С, толщина покрытия 0,4 мм).

Результаты сравнительных испытаний защитной способности покрытия ПЗНД- 210, полученного по предложенному спосо- бу и способу-прототипу, приведены в табл.2, из которой следует:

- повышение концентрации хромового ангидрида выше 3,5 мас.% не приводит к повышению стойкости покрытия и нецеле- сообразно из экономических соображений; снижение концентрации хромового ангидрида до 2,4 мас.% снижает стойкость покрытия к отслаиванию, площадь отслаивания возрастаете 10 до 20 %;

- снижение количества хроматирующе- го раствора ниже 20 г/м и повышение выше 30 г/м2 поверхности приводит к снижению стойкости покрытия к отслаиванию в 1,5-2 раза;

- изменение температуры термообработки ниже 230°С и выше 300°С приводит к увеличению площади отслаивания с 10 до 15-20 %;

- изменение.времени термообработки ниже 2 мин и выше 30 мин приводит к увеличению площади отслаивания с 10 до 15 %;

-изменение рН раствора хроматирова- ния ниже 0,5 и выше 0,7 приводит к увеличению площади отслаивания с 10 до 15-20%.

Использование предлагаемого способа обработки стали под тонкие (0,3-0,5 мм) покрытия в сравнении с прототипом позволяет:

повысить защитную способность покрытий в 3-5 раз;

снизить толщину покрытий на 30-40 %, и как следствие снизить расход материалов покрытия.

Предлагаемый способ будет внедрен на Талгарском электромеханическом заводе.

Ожидаемый экономический эффект составит 100 тыс.руб./год за счет повышения защитной способности покрытия.

Сущность изобретения: способ включает нанесение фосфатного покрытия, в частности из раствора, мас.%: фосфорная кислота 2-3; ОП-7 /ОП-10/ 0,01-0.05; вода- до 100; при температуре 60-80°С с последующим нанесением хром со держащего покрытия из раствора мас.%: хромовый ангидрид 2,5-3,5; азотнокислый хром 0,85- 2,3; вода до 100; рН раствора 0,5-0,7, в количестве 20-30 г/м обрабатываемой поверхности, и образовавшийся хромсодер- жащий слой подвергают термообработке при температуре 230-300°С в течение 2-30 мин с последующим Охлаждением До температуры нанесения полиолефинового покрытия. 2 табл.

Формула изобретения

Способ обработки стали под полимерные олефиновые покрытия, включающий нанесение хромсодержащего слоя и термообработку, отличающийся тем, что, с целью повышения защитной способности покрытий, сначала осаждают железофос- фатный слой, на который наносят хромсо- держащий раствор состава, мас.%

Хромовый ангидрид 2,5-3,5;

Азотнокислый хром 0,85-2,3;

Водадо 100;

рН раствора0,5-0,7

Результаты испытаний стойкости покрытия из ПЭНД-210 (б 0,4 мм) по предлагаемому способу, при выдержке в дистиллированной воде в течение 3000 ч при 60°С

в количестве 20-30 г/м2 обрабатываемой поверхности и образовавшийся хромфос- форсодержащий слой подвергают термообработке при 230-300°С в течение 2-30 мин с последующим охлаждением до температуры нанесения полиолефинрвого покрытия.

2, Способ по п. 1, отличающийся тем, что фосфатный слой, осаждают из раствора состава мас.%:

Фосфорная кислота 2-3;

ОП-7(ОП-10)0,01-0,05;

водадо 100; при температуре 60-80°С.

Таблица 1

Таблица.2

Результаты сравнительных испытаний покрытия, полученного по предлагаемому способу и способу-прототипу

Продолжение табл. 1