способ получения активирующего состава

Формула изобретения

1. Способ получения активирующего состава для обработки металлической поверхности перед фосфатированием, включающий смешивание исходных компонентов: титансодержащего, фосфорсодержащего и щелочного, сушку, измельчение и извлечение готового продукта, отличающийся тем, что в качестве фосфорсодержащего компонента используют ортофосфорную кислоту, в качестве щелочного - карбонат натрия, смешивание компонентов проводят путем добавления титансодержащего компонента к водному раствору карбоната натрия, при этом количество карбоната натрия в водном растворе составляет 3 - 20 мас.% от общего количества вводимого в смесь, после прекращения выделения диоксида углерода в полученную суспензию вводят остальное количество карбоната натрия в виде порошка, после чего добавляют ортофосфорную кислоту при весовом соотношении карбоната натрия, титаносодержащего компонента и ортофосфорной кислоты, равном 1 : (0,027 - 0,16) : (0,72 - 0,87) соответственно, а сушку готового продукта проводят в одну стадию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве титансодержащего компонента используют по крайней мере одно соединение из ряда: четыреххлористый титан, гексафтортитанат калия, сернокислый титанил.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве титансодержащего соединения используют преимущественно водный раствор четыреххлористого титана.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что сушку готового продукта проводят при температуре не выше 110^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области защиты металлической поверхности от коррозии, в частности к способам получения активирующих составов для обработки металлических поверхностей (стальных, оцинкованных, алюминиевых) перед фосфатированием и может быть использовано в автомобильной, приборостроительной, метизной и других отраслях промышленности.

Известен состав для активирования металлической поверхности перед фосфатированием [1] , в котором описан способ получения активирующего состава, включающий приготовление активатора фосфатирования АТ-1 смешиванием натрий-пирофосфорнокислого и натрия фосфорнокислого с четыреххлористым титаном, натрием двууглекислым и кальцием фосфорнокислым, сушку приготовленной смеси до влажности не более 10%, добавление к этой смеси левулиновой кислоты, перемешивание и извлечение продукта из смесителя. После чего этот продукт измельчают и к нему добавляют в мас. ч.: Na₄P₂O₇ 10H₂O - 19,05; Na₅P₃O₁₀ - 19,05, карбоната натрия - 47,6: динатриевую соль - 4,5; диоксибензол - 1,3; дисульфокислоты - 4,8. После чего все компоненты снова перемешивают и готовый состав измельчают до дисперсности порошка 0,5 мкм.

Известный способ получения активирующего состава многостадиен, готовый состав имеет влажность 0,5-40% и слеживается при хранении, а высокая концентрация состава в рабочем растворе (10 г/л) приводит к нарушению образования фосфатного слоя.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения активирующего состава для обработки поверхности перед фосфатированием [2], включающий смешивание исходных компонентов натрия фосфорнокислого двухзамещенного и натрия пирофосфорнокислого, нагрев смеси до 55^oC, затем добавление к ней при перемешивании водного 56%-го раствора четыреххлористого титана, перемешивание полученной суспензии в течение 30 мин, добавление в нее бикарбоната натрия (NaHCO₃) до pH 7,5, сушку смеси в две стадии: на первой в течение 18 часов до достижения влажности 30%, затем выгрузку и смешивание пасты активатора с ретуром (готовый активирующий состав по ТУ-113-12-45-06-88) и высушивание пастообразного состава до влажности 6% в течение 10 часов, выгрузку готового продукта и его измельчение в центробежной мельнице в течение 1 часа.

Известный способ получение активирующего состава многостадиен, длителен по времени, так как время сушки составляет 28 часов. Готовый продукт слеживается при хранении. Кроме того большой расход ретура, без которого происходит затвердевание продукта, снижает выход целевого продукта и производительность процесса.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение технологии промышленного способа получения активирующего состава, сокращение количества операций способа, сокращение расхода исходных компонентов, сокращение времени на стадиях сушки и измельчения готового продукта.

Другой задачей изобретения является получение состава, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками.

Другой задачей является получение состава с широким интервалом соотношения фосфора к титану от 5,7 до 40, что расширяет области его использования.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения активирующего состава для обработки металлической поверхности перед фосфатированием включает:

- смешивание исходных компонентов: карбоната натрия (Na₂CO₃), титансодержащего компонента, выбранного из ряда четыреххлористый титан (TiCl₄), гексафтортитанат калия (K₂[TiF₆]), сернокислый титанил (TiOSO₄), преимущественно TiCl₄, и ортофосфорной кислоты (H₃PO₄), путем добавления титансодержащего компонента к водному раствору карбоната натрия до прекращения выделения диоксида углерода, при этом количество карбоната натрия в водном растворе составляет 3-20 мас.% от общего количества, вводимого в смесь;

- введение в полученную суспензию остального количества карбоната натрия в виде порошка;

- добавление в указанную смесь ортофосфорной кислоты, при соотношении карбоната натрия, титансодержащего компонента и ортофосфорной кислоты, равном 1:(0,027 - 0,16):(0,72 - 0,87), соответственно;

- сушку готового продукта в одну стадию при температуре не выше 110^oC;

- измельчение и извлечение готового продукта. Заявленная совокупность признаков позволяет получать готовый состав в виде рыхлого, легко измельчаемого и быстросохнущего продукта, содержащего до измельчения фракцию более 500 мкм всего в количестве 18-20%, что резко сокращает время сушки до 2-5 часов, а это повышает производительность оборудования.

В процессе приготовления состава используют легкодоступные исходные компоненты, выпускаемые отечественной промышленностью. Из титансодержащего компонента используют, преимущественно TiCl₄, как более доступный. Однако, использование TiOSO₄, и K₂[TiF₆] позволяет также получать активирующий состав с высокими эксплуатационными характеристиками.

Пример 1. В горизонтальный аппарат, снабженный рубашкой и перемешивающим устройством, загружают водный раствор карбоната натрия, содержащий 14,7 кг воды и 7,26 кг Na₂CO₃, что составляет 10,8% от общего количества Na₂CO₃ (67,16 кг), вводимого в смесь (67,16 кг), затем добавляют 13 кг 50%-го раствора четыреххлористого титана, после прекращения выделения диоксида углерода (CO₂) в полученную суспензию вводят остальное количество (59,9 кг) карбоната натрия в виде порошка, после чего постепенно добавляют 71,36 кг 75%-го раствора ортофосфорной кислоты. Смешение компонентов проводят при непрерывном перемешивании. Соотношение карбоната натрия, TiCl₄ и H₃PO₄ в пересчете на безводные соединения равно 1:0,097:0,8, соответственно.

После полного введения H₃PO₄, полученный готовый продукт, не выгружая из аппарата сушат в одну стадию при 110^oC в течение 2 часов при работающем перемешивающем устройстве. После извлечения из аппарата готовый продукт представляет собой рыхлый, легко измельчаемый порошок с содержанием фракции > 500 мкм всего 18-20%. Затем продукт измельчают до требуемой дисперсности.

Соотношение фосфора к титану в готовом продукте составляет 10,3.

Из полученного активирующего состава был приготовлен водный раствор с концентрацией 1 г/л, который был использован для обработки поверхности стальной пластинки размером 50х50 мм перед фосфатированием. Активирование поверхности проводилось при 40^oC, время активации 2 мин. Подготовленную поверхность обрабатывали фосфатирующим составом, например, КФ-3, время фосфатирования 5 мин, концентрация раствора 75 г/л.

Использование предлагаемого активирующего состава позволило получить на поверхности пластины массу фосфатного слоя 2,5 г/м², размеры кристаллов фосфатного слоя 5-15 мкм за время фосфатирования 5 мин. Без обработки поверхности активирующим составом, масса фосфатного слоя составляет 12-15 г/м², размеры кристаллов от 50 до 120 мкм, а время - 10 мин.

Результаты примера 1 и других примеров представлены в таблицах с указанием соотношения исходных компонентов, режимов получения состава, характеристик готового продукта и свойств фосфорного слоя, после обработки металлической поверхности рабочим раствором активирующего состава.

Использование способа получения активирующего состава для обработки поверхности перед фосфатированием позволяет:

- упростить способ получения за счет снижения количества операций при промышленном использовании способа;

- сократить время на стадиях приготовления состава, сушки и измельчения готового продукта;

- получать рыхлый, легко измельчаемый продукт с высоким содержанием фракции < 500 мкм, что приводит к снижению расхода электроэнергии на стадии измельчения;

- получать высокую активирующую способность (масса фосфатного слоя 2,5-4,0 г/м², активирующая способность 100%);

- снизить размер кристаллов фосфатного слоя до 5-15 мкм.

Кроме того, способ позволяет получать готовый продукт, который не комкуется при хранении и имеет широкий диапазон весового соотношения в нем фосфора к титану от 5,7 до 40 и более, что расширяет области использования активирующего состава.

1. Авторское свидетельство СССР N 1650778 A1, C 23 C 22/08, 1991.

2. Авторское свидетельство СССР N 1650772 A1, C 23 C 22/07, 1991.