способ фосфатирования металлической поверхности

Формула изобретения

Способ фосфатирования металлической поверхности, включающий обработку поверхности раствором, содержащим ионы цинка, нитрата и воду, отличающийся тем, что раствор дополнительно содержит ионы марганца, фосфата и гидроксиламин сернокислый при следующем соотношении компонентов, г/л:

Zn²⁺ - 0,8-4,3

Mn²⁺ - 0,4-2,4

Р₂О₅ - 4,1-18,5

NO₃ ^- - 1,1-5,5

Гидроксиламин сернокислый - 2,6-13,0

Вода - Остальное

а обработку поверхности проводят при температуре 35-40^oС и свободной кислотности раствора 0,7-2,3 точки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической обработке поверхности металла на основе железа (путем нанесения фосфатного покрытия), имеющего сложные конфигурации, и оцинкованной стали перед нанесением лакокрасочных покрытий.

Данное изобретение может быть использовано в различных отраслях промышленности: машиностроении, электро- и радиотехнике и т.д.

Известен способ фосфатирования поверхности металлов (акцептованная заявка Японии 63-11428), заключающийся в обработке поверхности раствором, содержащим ионы фтора, цинка, РO₄ ^3-, NО₃ ^-, Ni, при коэффициенте содержания свободных кислот 0,6-1,4.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ (а.с. СССР 378567) нанесения фосфатирующего состава, содержащего, г/л:

Кислота фосфорная - 50-70

Цинк сернокислый - 150-200

Кадмий азотнокислый - 4-10

Калий фтористый - 4-12

Гексамин - 0,2-0,6

и процесс ведут при температуре 15-30^oС и рН 1,8-2,5.

Недостатком данного способа являются недостаточная адгезия и коррозионная стойкость покрытия, необходимость введения дополнительно в рабочую ванну ускорителей, ухудшающих условия труда, влияющих на окружающую среду.

Задачей данного изобретения является разработка способа фосфатирования металлической поверхности, который обеспечивает получение покрытия с хорошим внешним видом, хорошей адгезией, высокой коррозионной стойкостью при температуре фосфатирования 35-40^oС без дополнительного введения ускорителей фосфатирования в рабочую ванну.

Поставленная задача достигается тем, что в способе фосфатирования металлической поверхности, включающем обработку поверхности раствором, содержащим ионы цинка, нитрата и воду, раствор дополнительно содержит ионы марганца, фосфата и гидроксиламина сернокислого при следующем соотношении компонентов, г/л:

Zn²⁺ - 0,8-4,3

Mn²⁺ - 0,4-2,4

Р₂O₅ - 4,1-18,5

NO₃ ^- - 1,1-5,5

Гидроксиламин сернокислый - 2,6-13,0

Вода - Остальное

а обработку поверхности проводят при температуре 35-40^oС и свободной кислотности раствора 0,7-2,3 точки.

Ионы цинка вводят в фосфатирующий раствор в виде цинксодержащего сырья, фосфаты с фосфорной кислотой, нитрат с азотной кислотой, ионы марганца в виде марганецсодержащего сырья (предпочтительно в виде фосфата марганца).

Выбранное соотношение позволяет получить за 1-10 минут светло-серое мелкокристаллическое покрытие, имеющее адгезию в 1 балл, высокую коррозионную стойкость фосфатного покрытия в комплексе с ЛКП, при температуре фосфатирования 35-40^oС и определенном значении свободной кислотности.

Рабочий раствор для фосфатирования готовят из расчета разбавления деминерализованной водой 24-100 кг концентрата фосфатирования до 1 м³. Концентрат фосфатирования содержит, мас.%:

Zn²⁺ - 3,3-4,3

Mn²⁺ - 1,67-2,4

Р₂O₅ - 17,08-18,5

NО₃ ^- - 4,58-5,5

Гидроксиламин сернокислый - 10,83-13,0

Вода - Остальное

После растворения фосфатирующего концентрата в деминерализованной воде его корректируют кальцинированной или каустической содой до определенного значения свободной кислотности в зависимости от концентрации рабочего раствора и способа его нанесения (погружение, распыление, комбинированный способ).

Свободную кислотность выражают в условных единицах -"точках". "Точка" - объем (см³) раствора гидроокиси натрия концентрации точно 0,1 моль/дм³, пошедшей на титрование 1 см³ фосфатирующего раствора.

Испытания проводили на образцах листовой стали 08 КП или 08 ПС (ГОСТ 14918-8) толщиной 0,8-0,9 мм, размером 150Х75 мм.

Фосфатирование проводили по следующей схеме.

1. Обезжиривание техническим моющим средством ПТС-5 (ТУ 2149-067-10964029-97)

Концентрация, г/л - 20

Температура,^oС - 65

Время, мин - 5

2. Промывка водой

Температура,^oС - 35

Время, мин - 1,5

3. Промывка водой

Температура,^oС - 35

Время, мин - 0,5

4. Фосфатирование методом погружения

Концентрация, г/л - 45

Температура,^oС - 35-40

Время, мин - 5

Свободная кислотность, "точки" - 0.7-2.3

5. Промывка водой

Температур,^oС - 35

Время, мин - 2

6. Промывка дистиллированной водой

Время, мин - 0.5

7. Сушка

Температура,^oС - 100

Время, мин - 10

Внешний вид покрытия оценивали визуально.

Коррозионную стойкость в часах по ГОСТ 9.401-91.

Для этого образцы помещают в камеру солевого тумана, где непрерывно распыляется 5%-ный раствор хлористого натрия. Температура поддерживается автоматически в пределах 34-37^oС. Осмотр образцов проводят невооруженным глазом при естественном рассеянном свете. Испытания проводили до появления первых видимых точек коррозии. Чем больше время до появления коррозии, тем выше стойкость фосфатного покрытия.

Адгезия определяется в баллах в соответствии с ГОСТ 15140-78 методом решетчатых надрезов.

Балл - 1 присваивается, если края надрезов полностью гладкие и нет признаков отслаивания ни в одном квадрате решетки.

Балл - 2 присваивается, если имеет место незначительное отслаивание покрытия в местах пересечения линий решетки, а нарушения наблюдаются не более чем на 5% площади поверхности решетки.

Балл - 3 присваивается, если имеет место частичное или полное отслаивание покрытия вдоль линий надрезов решетки или в местах их пересечения, нарушения наблюдаются не менее чем на 5% и более чем на 35% площади поверхности решетки.

Балл - 4 присваивается, если имеет место отслаивания покрытия более чем на 35% площади решетки.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами:

Пример 1

Образцы стали 08 ПС подготавливались к фосфатированию и фосфатировались по вышеуказанной схеме раствором следующего состава, г/л:

Zп²⁺=0.8

Р₂O₅=4.1

NO₃ ^-=1.1

Mn²⁺=0.4

Гидроксиламин сернокислый=2.6

Вода - остальное

Температура 35^oС

Время 5 минут

Свободная кислотность, "точки" - 0.7

В результате получено светло-серое, мелкокристаллическое покрытие, имеющее

Адгезия 1 балл

Коррозионная стойкость 450 часов.

Пример 2

Образцы стали 08 ПС подготавливались к фосфатированию и фосфатировались по вышеуказанной схеме раствором следующего состава, г/л:

Zn²⁺=4.3

Р₂O₅=18.5

NO₃ ^-=5.5

Mn²⁺=2.4

Гидроксиламин сернокислый=13.0

Вода - остальное

Температура 40^oС

Время 5 минут

Свободная кислотность, "точки" - 2.3

После проведения испытаний на коррозионную стойкость и адгезию получили следующие результаты -

Адгезия 1 балл

Коррозионная стойкость 470 часов.

Внешний вид - светло-серое мелкокристаллическое покрытие.

Пример 3

Образцы стали 08 ПС подготавливались к фосфатированию и фосфатировались по вышеуказанной схеме раствором следующего состава, г/л:

Zn²⁺=2.6

Р₂O₅=11.3

NO₃ ^-=3.3

Mn²⁺=1.4

Гидроксиламин сернокислый=7.8

Вода - остальное

Температура 38^oС

Время 5 минут

Свободная кислотность, "точки" - 1.4

После проведения испытаний на коррозионную стойкость и адгезию получили следующие результаты -

Адгезия 1 балл

Коррозионная стойкость 460 часов.

Внешний вид - светло-серое мелкокристаллическое покрытие.

Пример по прототипу

Поверхность металла обрабатывают раствором, содержащим г/л:

Кислота фосфорная 50

Цинк сернокислый 150

Кадмий азотнокислый 4

Калий фтористый 4

Гексамин 0.2

при температуре 15^oС, рН 1.8 в течение 5 минут.

В результате такой обработки получают равномерное по толщине покрытие с коррозионной стойкостью 430 часов и адгезией 2 балла.

Как видно из приведенных примеров, коррозионная стойкость и адгезия у покрытий, полученных по предлагаемому способу, выше, чем по прототипу. Кроме того, использование предложенного способа обеспечивает улучшение условий труда, экономию материальных ресурсов.

Литература

1. Акцептованная заявка Японии 63-11428.

2. Авторское свидетельство СССР 378567 (прототип).