Способ приготовления ванны для предохранения ржавления изделий из железа и стали Советский патент 1935 года по МПК C23C22/18 

Для предохранения от ржавления изделий из железа и стали применяют покрывание их слоем фосфатов железа и марганца, для чего приготовляют содержащую указанные фосфаты ванну, в которую погружают обрабатываемые изделия.

В предлагаемом способе приготовления ванны для нанесения защитной пленки применяют кислый раствер марганцевой и железной соли фосфорной кислоты, в котором содержания марганца и железа находятся в отношении 1 : 3 с той целью, чтобы нерастворимого фосфата марганца в пленке содержалось не менее половины нерастворимых фосфатов железа.

Если в ванне, в которой обрабатываются предохраняемые от ржавления железные или стальные предметы, присутствует основная фосфорно-марганцевая соль с двумя атомами водорода и если ее количество велико в сравнении с количествами других материалов в той же ванне, то значительная часть образовавшегося слоя состоит из фосфорно-марганцевой соли. Точно определить соотношение различных фосфатов в слое очень трудно, но было найдено,

(147)

что если в таком слое содержится большой процент марганца, то отношение количества фосфора к металлу в слое более близко к тому отношению, которое существует в нормальной фосфорнокислой соли, чем к тому отношению, в котором эти элементы находятся между собою в основной фосфорной соли, содержащей один атом водорода.

Если отношение числа атомов железа и марганца в слое равно приблизительно 1 : 2, то отношение количества металла к количеству фосфора будет немного больше, чем в том случае, если бы слой состоял наполовину из основной одноводородной соли и наполовину из нормальной соли. Если марганец составляет приблизительно половину всего металла в слое, то отношение количества металла к количеству фосфора в слое оказывается таким, как будто имеется около /7 нормальной фосфорнокислой соли и около /7 основной соли с одним атомом водорода. В основной одноводородной соли отношение числа атомов металла и фосфора равно 1:1, а в нормальной соли это отношение равно 3:2. Анализы слоя, содержащего железо и марганец в отношении 2:1, показали, что число атомов металла относится к числу атомов фосфора, как 5:4; при отношении же металлов друг к другу, как 1: 1 отношение металла к фосфору оказалось равным 1,4: 1.

Нормальная фосфорнокислая соль гораздо менее растворима, чем основная с одним атомом водорода, и результаты исдытаний, произведенных на разъедание или ржавление, согласуются с вышеприведенными анализами, а именно, слои, содержаш.ие сравнительно много марганца и повидимому много нормальной соли оказались гораздо более способными противостоять ржавчине, чем слои, содержащие большой процент основной одноводородной соли.

В то время, как указанный эффект постепенно увеличивается по мере возрастания содержания в слое марганца, было найдено, что процентное содержание нормальной соли увеличивается быстрее, чем процентное содержание марганца, и если отношение количества марганца к количеству железа в слое составляет 1 :2, то качество слоя уже значительно улучшается, а если количество марганца равно количеству железа, то слой гораздо более прочно сопротивляется разъеданию. Хотя благоприятные результаты получаются уже при количестве марганца, вдвое меньшем, чем количество железа в слое, тем не менее следует предпочесть состав слоя, в котором марганца имеется не меньше, чем железа, чтобы получить заш,итный слой, содержащий почти исключительно нормальную соль фосфорной кислоты.

В тех случаях, когда в растворе, предназначенном для обработки железных изделий, содержатся основная двухводородная фосфорнокислая соль закиси железа, причем марганцевой соли меньше, чем железной, наблюдается избирательное действие, в результате которого в слое получается большее процентное содержание марганца, чем относительное содержание марганца в растворе, образующем ванну. Например, если в ванне марганца содержится в три раза меньше, чем железа, то в слое количество марганца может оказаться в два раза меньше, чем железа, если же в ванне марганца в два раза меньше.

чем железа, то в слое количества марганца и железа могут оказаться равными.

Из вышесказанного следует, что удовлетворительный слой должен содержать марганца в количестве, не меньшем половинного количества железа, и что для этой цели ванна должна содержать основную двухводородную фосфорно-марганцевую соль в количестве, не меньшем одной трети количества содержащейся в той же ванне основной двухводородной фосфорнокислой соли закиси железа.

Ванна желаемого состава может быть получена разными способами.

Если основную двухводородную марганцевую соль ортофосфорной кислоты растворить в воде и кипятить некоторое время, то часть фосфорнокислой соли осаждается в виде нерастворимого фосфата, причем освобождается некоторое количество свободной кислоты. Авторами найдено, что раствор получается удовлетворительного качества, если в 125 галлонах (473 литрах) воды растворить при кипячении от 7 до 70 фун. (от 3,2 до 32 кг) вышеназванной соли; лучше всего, если количество соли составляет от 20 до 25 фун. (от 9 до 11 кг). Если железный предмет опустить в такой раствор, то сразу начинается образование предохраняющего от ржавчины слоя. При этом не получается разъедания железного предмета, если в ванну была добавлена свободная кислота, и обрабатываемые предметы не испытывают заметной потери в весе. Тем не менее, в процессе образования слоя некоторое количество железа растворяется в ванне, причем часть его остается в виде нерастворимых фосфатов в составе слоя, часть образует нерастворимые фосфаты, осаждающиеся в ванне в виде мути, и часть остается в ванне в растворенном виде, образуя основную двухводородную фосфорнокислую соль закиси железа. Таким образом, в основной двухводородной соли на данное количество марганца приходится больше радикалов фосфорной кислоты, чем в нерастворимом слое и поэтому вводимые в ванну фосфорнокислые соли содержат достаточное количество кислотных радикалов, чтобы образовать фосфорнокислые соли железа, упомянутые выше.

Если одной и той же ванной пользуются непрерывно в течение продолжительного времени, то она постепенно становится беднее марганцем и богаче железом. Если пополнить ванну добавочным количеством фосфорно-марганцевой соли, то отношение количества марганца к количеству железа увеличится, но не достигнет той пропорции, которая имелась вначале. Процентное содержание в ванне железа продолжает увеличиваться до тех пор, пока состав не достигнет известной доли максимальной кислотности. После этого пропорция железа в ванне, повидимому, продолжает оставаться постоянной, в то время как количество марганца и кислоты увеличивается после пополнения ванны и затем по мере образования слоя постепенно уменьшается. Причина, почему пропорция железа увеличивается только до некоторого постоянного предела, не выяснена, но факты подтверждают указанное явление.

Если пополнение ванны не делается, а пользование ванной для образования слоя продолжается, пока процентное содержание в ванне марганца и свободной кислоты не станет сравнительно малым, то отношение количества железа к количеству марганца сильно увеличивается, т. е. если ванну, в которой достигнуто постоянство содержания железа, пополнить фосфорно-марганцевой солью, то ее легко довести до такого состояния, при котором количество марганца будет составлять более половины количества железа, но когда такую ванну применяют для обработки железных предметов, то раньше, чем кончится образование слоя, марганец успевает израсходоваться из ванны почти полностью. В таких случаях последний образуемый на железном предмете слой состоит главным образом из основной фосфорнокислой одноводородной закиси железа. Если пополнять ванну через сравнительно небольшие промежутки времени, то количество марганца в ванне нетрудно поддерживать равным приблизительно одной трети содержания железа, в результате чего образуемый слой будет содержать больше нормальной фосфорнокислой соли, чем основной одноводородной соли, крепость раствора ванны может быть изменяема в широких пределах, не отражаясь неблагопрятно на качестве слоя.

Рассуждая теоретически, наилучший результат должен бы был получиться при непрерывном пополнении ванны, т. е. при непрерывном поддержании одной и той же крепости раствора, так как в этом случае процентное содержание марганца в ванне непрерывно составля.яо бы максимум. Однако, пополнение ванны во время процесса образования слоя нежелательно по разным причинам, а поэтому лучше пополнять ванну после каждой новой загрузки железных предметов.

Предмет патента.

Способ приготовления ванны для предохранения от ржавления изделий или поверхностей из железа и стали с применением фосфатов железа и марганца, отличающийся тем, что в целях образования защитной пленки, содержащей нерастворимый фосфат марганца в количестве не менее половины содержания в пленке нерастворимых фосфатов железа, применяют кислый раствор марганцевой и железной соли фосфорной кислоты с содержанием марганца и железа в отношении 1 :3.