Способ фосфатирования поверхности металлов

 

Изобретение относится к защите металлов от коррозии и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости. Способ включает последовательную и многократную обработку поверхности раствором нитрита бария и парами фосфорного ангидрида в токе сухого инертного газа при 250-280°С с удалением после обработок избытки реагента. Повышение коррозионной стойкости достигается использованием в качестве фосфатсодержащего реагента паров фосфорного ангидрида P40io в токе сухого инертного газа при 250- 280°С.Изобретение относится к химии поверхности металлов, а именно к химии защитных покрытий, и может быть применено для создания коррозионно-стойких металлических изделий. •.Известен способ фосфатирования поверхности стали [1] путем обработки ее при 90-100°С в растворе, содержащем солиМп(Н2Р04)2, МПНР04. Ре(Н2Р04Ъ.Однако способ не дает возможностьсинтезировать покрытия с заданной защитной способностью, несмотря на большую, в несколько микрон, толщину защитного слоя.Известен также способ фосфатирования поверхности стали [2], включающий многократную и последовательную обработку поверхности растворами нитрата бария и двухзамещенного фосфорно-кислого натрия с удалением избытка реагентов и продуктов реакции и сушкой.Однако данный способ требует для получения защитного покрытия применения нескольких десятков (вплоть до 50) опера-ций и не обеспечивает необходимой коррозионной стойкости.Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости фосфатного покрытия.Поставленная цель достигается тем, что в способе фосфатирования поверхности металлов путем последовательной и многократной обработки поверхности фосфатсодержащим реагентом и раствором нитрата бария с удалением после каждой из обработок избытка реагента, в качестве фосфатсодержащего соединения используют пары фосфорного ангидрита, причем обработку проводят в токе сухого инертного газа при 250-280°С.При фосфатировании поверхности данным способом увеличение коррозионной стойкости достигается за'счеттого, что образование защитного слоя протекает.по реакции:[*=e]PiO^[Fe](FeP04)(P205)age (1)tСА>& О ^ VI[Fe](FeP04)(P205)ageВа(МОз)2Н20

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)s С 23 С 22/07

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ (21) 4803615/02 (22) 09.01.90 (46) 23.02.92. Бюл. ¹ 7

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (71) Ленинградский государственный университет (72) В,П.Толстой и Л.П.Богданова (531 620;197,3 {088.8) (56) 1. Хаин И.И. Теория и практика фосфатирования металлов. — Л. Химия, 1973, с.113.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 1475980, кл. С 23 С 22/00, 1989. (54) СПОСОБ ФОСФАТИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к химии поверхности металлов, а именно к химии защитных покрытйй, и может быть применено для создания коррозионно-стойких металлических изделий.Известен способ фосфатирования поверхности стали (1) путем обработки ее при

90-100 C в растворе, содержащем соли

Мп(НгРО4)г, МпНРО4, Ре{НгРО41г.

Однако способ не дает возможность синтезировать покрытия с заданной. защитной способностью, несмотря на большую, в несколько микрон, толщину защитного слоя.

Известен также способ фосфатирования поверхности стали (2), включающий многократную и последовательную обработку поверхности растворами нитрата бария и двухзамещенного фосфорно-кислого натрия с удалением избытка реагентов и продуктов реакции и сушкой, Однако данный способ требует для получения защитного покрытия применения нескольких десятков (вплоть до 50) опера Ж 1713977 А1 (57) Изобретение относится к защите металлов от коррозии и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения — повышение коррозионной стойкости, Способ включает последовательную и многократную обработку поверхности раствором нитрита бария и парами фосфорного ангидрида в токе сухого инертного газа при 250 — 280 С с удалением после обработок избытка реагента, Повышение коррозионной стойкости достигается использованием в качестве фосфатсодержащего реагента паров фосфорного ангидрида

Р4О<о в токе сухого инертного газа при 250280 С. ций и не обеспечивает необходимой коррозион ной стойкости.

Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости фосфатного покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что в способе фосфатирования поверхности металлов путем последовательной и многократной обработки поверхности фосфатсодержащим реагентом и раствором нитрата бария с удалением после каждой из обработок избытка реагента, в качестве фосфатсодержащего соединения используют пары фосфорного ангидрита, причем обработку проводят в токе сухого инертного газа при 250 — 280 С.

При фосфатировании поверхности данным способом увеличение коррозионной стойкости достигается за счет того, что образование защитного слоя протекает.по реакции: (Fe) Р40др (Fe) (FeP04) (Рг05) age (1)

t (Fe) (FePO4) (РгОБ) age

Ва(ИОз)г

НгО 1713977 (Fej (РеРО))Ваз(Р04)2(Н20) age (2) (Fej(FePO4)Bee(PO4)z(HzO) ege — — о (Fe)(FeP04)Bag(P0<)2(P206) аце. (3)

Использование в качестве фосфатсодержащего соединения паров фосфорного ангидрида дает возможность получать слои : труднорастворимого фосфата бария большей плотности, так как реакция протекает при более высокой температуре и без стерических препятствий со стороны посторонн их ионов, как в случае (ча2НР04.

Принципиальным отличием от известных способов фосфатирования также является и то, что адсорбция фосфатсодержащего реагента проходит с участием молекул Р401о, которые не являются заряженными частицэМи, как в случае ионов НРО4, Na и других. Это также обеспечивает высокую плотность получаемого слоя. Другой существенной особенностью является неболь- шая толщина получаемого при одной обработке парами Р401о покрытия, Как следует из реакции (1), после образования на поверхности слоя фоефата металла происходит адсорбция монослоя избытка фосфорного ангидрида, который затем вступает в реакцию с нитратом бария, Данная реакция проходит только на поверхности образца без разрушения структуры самой пленки, что также способствует образованию более плотного слоя.

Выбор температур обработки парами фосфорного ангидрида определен тем, что при температурах меньше 250 С не происходит испарения PzOs, а при больше 280 С с поверхности улетучивается молекулярноадсорбированная вода, которая является центрами адсорбции последующих молекул

Р401о (реакция 3 и т.д.), Кроме того, использование больших1емператур не рационально с энергетической точки зрения. Что касается применения сухого инертного газа в качестве газа-носителя Р205, то он необходим, поскольку при данных температурах в потоке влажного газа фосфорный ангидрид не является летучим.

Пример 1. Пластину стали марки

Ст.45 размером 10х5х3 мм зачищают наждачной бумагой, обезжиривают в ацетоне и помещают в проточный реактор в поток сухого азота, нагретого до 280 С, Включают обогрев испарителя РгОц и обрабатывают образец его парами в течении 5 мин. Включают обогрев испарителя, удаляют продувкой сухим азотом. избыток паров Р401о, остужают реактор до комнатной температуры и извлекают образец, Далее помещают его на 30 с в раствор Ва(ЙОз)2, отмывают от избытка соли и измеряют коррозионную стойкость поверхности согласно ГОСТУ капельным методом в растворе CuSO< (20 г/л).

Сравнивают коррозионную стойкость по5 крытия, полученного предлагаемым способом(20 мин) и по известному способу(1 мин) и делают вывод об увеличении коррозионной стойкости.

Пример 2, Пластину стали Ст.45

10;готовят по способу, приведенному в примере 1. Затем обрабатывают поверхность парами Р<01о при 250 С в течение 5 мин.

Остужают реактор, извлекают образец и измеряют коррозионную стойкость в растворе

15 Сц$04, которая оказалась равной 15 мин.

Далее помещают образец в реактор, вновь обрабатывают парами Р401о и вновь измеряют коррозионную стойкость, которая в этом случае равна 28 мин.

20 Пример 3. Пластину стали готовят по способу примера 1. Затем обрабатывают в течение 30 с в 1 М растворе Ba(NOg)z, извле- . кают из раствора и промывают дистиллированной водой. Измеряют коррозионную

25 стойкость — 10 с, Вновь обрабатывают в растворе Ba(NO/z, промывают водой и из-. меряют стойкость — 10 с, Пример 4. Образец цинка марки "ХЧ" зачищают наждачной бумагой, промывают в

30 ацетоне и обрабатывают парами фосфорного ангидрида и раствором Ba(NOg)z согласно операциям, приведенным в примере 1, Коррозионную стойкость измеряют в растворе укСуснокислого свинца концентрацией 50 гlл .

35 по времени появления темного пятна металлического мелкодисперсного свинца. Ока- . залось, что после первой обработки время составило 55 с, второй — 120 с, при требованиях ГОСТа к покрытию — 30 с.

40 Пример 5, Пластину стали готовят и обрабатывают по способу примера 1. Далее проводят повторное:нанесение слоя фосфата и измеряют время коррозионной стойкости, которое оказалось равно 40 мин.

45 Сравнивают по известному способу (2 мин после двухкрэтной обработки) и делают вывод об увеличении коррозионной стойкости.

Пример 6, Пластину цинка подготавливают по способу примера 1, затем обра50 батывают в течение 30 с в растворе

Вэ(ИОз)г, промывают водой и измеряют коррозионную стойкость, которая равна 1 с.

Далее вновь обрабатывают в растворе . Ва(ИОз)2 и вновь измеряют стойкость — 3 с.

55, Пример 7. Образец цинка готовят по способу примера 1, а обрабатывают по способу пРимера 2 Измеряют коррозионную стоикость, которая после первои обработки составляет 20 с, а после второй — 30 с.

1713977 емой коррозионной стойкости

Формула изобретения

Способ фосфатирования поверхности

35 металлов путем многократной и последовательной обработки поверхности фосфатсодержащим реагентом и раствором нитрата бария с удалением после каждой из обработок избытка реагента, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости, в качестве фосфатсодержащего реагента используют пары фосфорного ангидрида Р401о, причем обработку проводят в токе сухого инертного газа при 250 — 280 С, 40

Составитель В. Толстой

Редактор М. Кузнецова Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M. Демчик

Заказ 663 Тираж Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Пример 8. Пластину стали готовят, обрабатывают и испытывают по способу примера 1. Сравнивают полученную коррозионную стойкость (20 мин после одной обработки и 39 мин после двух обработок) с коррозионной стойкостью покрытия, полученного по известному способу и делают вывод об увеличении коррозионной стойкости.

Пример 9. Пластину стали готовят, обрабатывают и испытывают по способу примера 1, за исключением температуры обработки, которая составляет 320 С. Образцы характеризуются временем стойкости, равным 20 и 35 мин, что несколько ниже чем при обработке при 250 — 280 С. На основе полученных данных делают вывод и наиболее рациональном температурном режиме синтеза, Пример 10. Пластину стали подготавливают и обрабатывают по способу примера 1, но время обработки парами фосфорного ангидрида Р401о составляет 1 мин. а в других примерах — 10 и 15 мин. Для каждого образца измеряют коррозионную стсФкость, которая составляет 20; 19,7 и

20,1 мин. Т.е. время обработки практически не влияет на коррозионную стойкость.

Пример 11. Пластину стали готовят и обрабатывают по способу примера 10, но е качестве газа-носителя используют влажный азот с давлением паров воды 1 и 17 тор.

Затем измеряют коррозионную стойкость поверхности, которая составляет 12 и 15 с и делают вывод о том, что применение сухого газа-носителя является существенным признаком, Пример 12. Пластину стали готовят по способу примера 2, но обрабатывают согласно известному способу в насыщенном растворе двузамещенного фосфата натрия, отмывают от избытка соли, прогревают в токесухогоазота при280 С втечении5 мин, остужают, обрабатывают в 1 M растворе нитрата бария и вновь отмывают от избытка

30 соли, Измеряют коррозионную стойкость, которая оказалась равной 0,5 мин. На основе данного результата делают вывод о существенности такого признака изобретения, как обработка парами фосфорного ангидрида.

Пример 13. Пластину стали готовят и обрабатывают по способу примера 1, но в качестве барийсодержащего раствора используют раствор нитрата концентрацией

0,1, 0,3 и 0,8 M. Для раствора 0,8 М время обработки составляет 20 и 120 с. Измеряют коррозионную стойкость полученных образцов, которая составляет 19,9; 20; 20,1 и

20,2 мин. Зто указывает на несущественность такого признака, как время обработки и концентрация соли бария.

Пример 14. Пластину стали готовят и обрабатывают по способу примерз 1, но температуру обработки парами фосфорного ангидрида выбирают равной 240 С. Измеряют коррозионную стойкость поверхности, которая равна примерно 15 с, что во много раз меньше. чем при обработке при температуре в интервале 250 — 280 С.

Таким образом, по сравнению с известным предлагаемый способ дает возможность многократно, например для стали в

15-20 раз, увеличить коррозионную стой- . кость поверхности, а также в несколько раз сократить количество операций обработки, которая проводится для достижения требу