Раствор для фосфатирования металлической поверхности

 

Изобретение относится к обработке металлической поверхности. Раствор содержит, г/л: нитрат-ионы 1,8 - 6,5, хлорат-ионы 2,7 - 7,8, ионы молибдена 0,01 - 0,04, а также фосфат-ионы (в пересчете на P₂O₅) 6,7 - 17,0 и ионы кальция 0,9 - 3,5 в виде хибинского апатитового концентрата. Применение предлагаемого раствора позволяет получать фосфатные покрытия с высокой коррозионной стойкостью, применять доступное техническое сырье для приготовления раствора, уменьшить расход химикатов, повысить срок службы лакокрасочных покрытий. 1 табл.

Изобретение относится к обработке металлической поверхности, в частности к фосфатированию, и может быть использовано для защиты металлов от коррозии в любой отрасли мишино- и приборостроения при проведении окрасочных работ.

Известен раствор для фосфатирования металлической поверхности [1], содержащий компоненты, мас.%: Фосфат-ионы (в пересчете на P₂O₅) - 3,32-7,23 Ионы кальция (Ca²⁺) - 0,34-1,85 Нитрат ионы ( NO^-₃ ) - 0,6-2,71 Ионы молибдена (Mo⁶⁺) - 0,00072-0,0064 Хлорат щелочного металла (в пересчете на ClO^-₃) - 0,97-3,16 Разжижитель C-3 - 0,0019-0,094 Вода - Остальное Недостатками данного раствора являются низкие физико-механические свойства комплексных лакокрасочных покрытий.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является раствор для фосфатирования металлических поверхностей [2], содержащий следующие компоненты, г/л: Фосфат-ионы (в пересчете на P₂O₅) - 2,5-9,6
Нитрат-ионы ( NO^-₃ ) - 0,5-4,2
Ионы хлората ( ClO^-₃ ) - 0,4-3,8
Ионы кальция (Ca²⁺) - 0,2-2,0
Ионы молибдена (Mo⁶⁺) - 0,005-0,02
Разжижитель C-3 - 0,001-0,02
Тайрон или 1,10-фенантролин - 0,0004-0,009
Вода - Остальное
Недостатком данного раствора является высокая влагонабухаемость при повышенной температуре и влажности и низкая коррозионная стойкость системы покрытия.

Задачей данного изобретения является уменьшение влагонабухаемости с улучшением физико-механических и коррозионных характеристик системы покрытия.

Поставленная задача достигается тем, что раствор для фосфатирования металлических поверхностей, содержащий фосфат-, нитрат-, хлорат-ионы, ионы кальция, молибдена и воду, фосфат-ионы и ионы кальция вводятся в виде хибинского апатитового концентрата при следующем соотношении компонентов, г/л:
Фосфат-ионы (в пересчете на P₂O₅) - 6,7-17,0
Нитрат-ионы ( NO^-₃ ) - 1,8-6,5
Хлорат-ионы ( ClO^-₃ ) - 2,7-7,8
Ионы кальция (Ca²⁺) - 0,9-3,5
Ионы молибдена (Mo⁶⁺) - 0,01-0,04
Вода - Остальное
Хибинский апатитовый концентрат имеет следующий состав компонентов, мас. %:
Фосфат-ионы (в пересчете на P₂O₅) - 39,5
Ионы кальция (в пересчете на CaO) - 52,2
Ионы железа (в пересчете на Fe₂O₃) - 0,5
Ионы алюминия (в пересчете на Al₂O₃) - 0,9
Ионы магния (в пересчете на MgO) - 0,3
Ионы фтора (F^-) - 3,2
Введение фосфат-ионов и ионов кальция в виде хибинского апатитового концентрата позволяет снизить влагонабухаемость покрытия и улучшить коррозионные и физико-механические характеристики системы покрытий.

Нитрат-ионы вводятся в раствор с любым из нижеперечисленных соединений: азотная кислота, нитрат калия, натрия или аммония.

Введение ионов фтора в составе хибинского апатитового концентрата дает возможность фосфатирования изделия из алюминия.

Ионы молибдена могут быть введены в раствор в виде любой растворимой соли молибдена, например с молибденовокислым аммонием.

Способ приготовления раствора.

Фосфатирующие растворы готовят из концентрированных растворов (фосфатирующих концентратов), которые получают, например, смешением хибинского апатитового концентрата, азотной кислоты, воды, аммония молибденовокислого с последующим растворением хлората натрия. Компоненты смешивают в различных соотношениях, позволяющих корректировать раствор при выработке до pH 3,5-4,0.

Из приготовленных фосфатирующих концентратов готовят рабочие растворы.

Следующие примеры поясняют суть изобретения.

Все испытания проводят на образцах холоднокатанной стали 08 КП (ГОСТ 16528-70) размерами 70х150 мм, толщиной 0,8-0,9 мм.

Подготовку поверхности образцов с применением фосфатирующих концентратов и раствора прототипа для всех примеров проводят по схеме:
1). Струйное обезжиривание на лабораторной установке щелочным моющим составом КМ-1:
Концентрация, г/л - 10
Температура раствора, ^oC - 50-60
Время обработки, мин - 2
Давление, атм - 1
2). Промывка водопроводной проточной водой:
Температура, ^oC - 20±2
Время, с - 10
3). Фосфатирование на лабораторной установке подготовленными растворами:
Температура, ^oC - 18-22
Время, мин - 2
Давление, атм - 0,8-1,2
pH раствора - 3,5-4,0
4). Промывка водопроводной проточной водой:
Температура, ^oC - 20±2
Время, с - 10
5).Пассивирование в хромовокислом растворе окунанием:
Концентрация CrO₃, г/л - 0,25
pH раствора - 4,2
Температура, ^oC - 40±2
Время, мин - 2
6). Сушка
Температура, ^oC - 100
Время, мин - 2
Перед проведением испытаний фосфатированные образцы грунтуют методом анодного электроосаждения грунтовкой ВК 4-0207 ТУ 6-10-1654-83. Для испытаний отбирают пластинки с толщиной слоя грунтовки 24 мкм.

Физико-механические свойства покрытия определяют следующими показателями: прочность при изгибе по ГОСТ 4763-75; влагонабухаемость после пребывания в камере с относительной влажностью 95-98% при 50±2^oC в течение 24 ч.

Коррозионные испытания проводят в камере 5%-ного солевого тумана по ТУ 6-10-1654-83 и во влажной камере по ГОСТ 9.074-77.

В таблице приведены физико-механические и коррозионные свойства покрытий, полученных в предлагаемых растворах и по прототипу.

При анализе полученных экспериментальных данных видно, что при содержании P₂O₅, NO^-₃ , ClO^-₃ , Ca²⁺, Mo⁶⁺ выше и ниже предлагаемой концентрации (см. примеры 4, 8, 9, 13, 14, 18, 19, 23, 24, 28) комплексные лакокрасочные покрытия обладают высокой влагонабухаемостью, плохими физико-механическими и коррозионными свойствами.

Пример 29 характеризует свойства покрытий, полученных в растворе прототипа.

Пример 30 характеризует свойства покрытий, полученных в растворе, в который фосфат-ионы введены в виде ортофосфорной кислоты, ионы кальция в виде карбоната кальция.

Пример 31 характеризует свойства покрытий, полученных в предложенном растворе на алюминии.

Таким образом, применение предлагаемого раствора фосфатирования металлических поверхностей обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:
- получение фосфатных покрытий с высокой коррозионной стойкостью;
- применение доступного технического сырья для приготовления раствора;
- уменьшение расхода химикатов;
- повышение срока службы лакокрасочных покрытий и соответственно всего изделия;
- возможность эксплуатации изделий в атмосфере с повышенной влажностью и температурной;
- возможность получения фосфатных покрытий на поверхности алюминия.

Литература
1. Патент СССР N 1404550.

2. Патент СССР N 1520145.

Формула изобретения

Раствор для фосфатирования металлической поверхности, содержащий фосфат-ионы, нитрат-ионы, хлорат-ионы, ионы кальция, ионы молибдена и воду, отличающийся тем, что в качестве источника фосфат-ионов и ионов кальция он содержит хибинский апатитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, г/л:
Фосфат-ионы (в пересчете на Р₂О₅) - 6,7 - 17,0
Нитрат-ионы - 1,8 - 6,5
Хлорат-ионы - 2,7 - 7,8
Ионы кальция - 0,9 - 3,5
Ионы молибдена - 0,01 - 0,04
Вода - Остальное до 1 лд

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2