Раствор для фосфатирования стальных поверхностей

 

Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов, в частности к составам для нанесения фосфатного слоя под лакокрасочное покрытие, и может быть использовано в машиностроении, энергомашиностроении, электро- и радиотехнике. Раствор для фосфатирования содержит ионы цинка (Zn²⁺) 0,8 - 8,7 г/л, ион кальция (Ca²⁺) 0,76 - 9,0 г/л, фосфат-ионы (в пересчете на P₂O₅) 1,6 - 19,5 г/л, окислитель HNO₃ (NO₃^-) 3,6 - 31,5, отход гидрофторида калия с содержанием основного вещества не менее 75% 0,048 - 0,615 и воду остальное до 1 л. При использовании предалагаемого раствора для фосфатирования металлической поверхности повышается адгезия и коррозионная стойкость покрытия в комплексе с лакокрасочным. 1 табл.

Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов, в частности к составам для нанесения фосфатного слоя под лакокрасочные покрытия, и может быть использовано в машиностроении, энергомашиностроении, электро- и радиотехнике.

Известен раствор для фосфатирования стальных поверхностей (I) следующего состава, г/л: Ионы фосфата (в пересчете на P₂O₅) - 2,5-9,6 Ионы нитрата - 0,5-4,2 Ионы хлората - 0,4-3,8 Ионы кальция - 0,2-2,0 Ионы молибдена - 0,005-0,02 Разжижитель C-3 - 0,001-0,02 Тайрон или 1,10-фенантролин - 0,0004-0,009 Вода - до 1 л Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является раствор для образования фосфатного покрытия на металлической поверхности (2), включающий в себя, г/л:
Zn - 2-20
Ca - 1-25
NO₃ - 20-150
PO₄ - 3-20
Вода - Остальное
Недостатком известного состава являются недостаточные защитные свойства.

Задачей данного изобретения является разработка раствора для фосфатирования металлической поверхности, который обеспечивает повышение адгезии и коррозионной стойкости покрытия в комплексе с лакокрасочным.

Поставленная задача достигается тем, что раствор для фосфатирования металлической поверхности, содержащий ионы кальция, цинка, фосфат-ионы и окислитель, дополнительно содержит отход гидрофторида калия, с содержанием основного вещества не менее 75%, а в качестве окислителя - HNO₃, при следующем соотношении компонентов, г/л:
Zn²⁺ - 0,8-8,7
Ca²⁺ - 0,76-9,0
Фосфат ионы (в пересчете на P₂O₅) - 1,6-19,5
NO₃^- - 3,6-31,5
Отход гидрофторида калия - 0,048-0,615
Вода - Остальное до 1 л
Рабочий раствор для фосфатирования готовят из расчета разбавления водой 20-150 г концентрированного водного раствора до 1 л.

Выбранное соотношение компонентов позволяет получить за время от 1,5 до 10 мин мелкокристаллическое фосфатное покрытие, имеющее высокую коррозионную стойкость и высокую адгезию.

После растворения концентрированного раствора наносим на поверхность металла различными методами: погружением, распылением или комбинированными методами.

Испытание проводили на образцах листовой холоднокатанной стали 08КП (ГОСТ 16523-70) толщиной 0,8-0,9 мм.

Фосфатирование проводили по следующей схеме
1. Обезжиривание моющим средством ПТС-5 (ТУ 113-0203659-30-92)
Концентрация, г/л - 2-30
Температура, ^oC - 50-60
Время обработки, мин - 2-10
2. Промывка водопроводной водой
Температура, ^oC - 20-35
Время, мин - 1-2
3. Фосфатирование распылением подготовленным раствором
Время фосфатирования, мин - 2
Температура раствора, ^oC - 50-55
4. Промывка водопроводной водой
Температура, ^oC - 20-35
Время, мин - 1-2
5. Сушка
Температура, ^oC - 100
Время, мин - 5
Коррозионную стойкость определяют в часах.

Для этого образцы помещают в камеру солевого тумана, где непрерывно распыляется 3%-ный раствор хлористого натрия. Температура поддерживается автоматически в пределах 34-37^oC. 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.

При определении адгезии данным методом на испытуемом участке поверхности образца на расстоянии от края не менее 10 мм делается режущим инструментом - бритвенным лезвием с кромкой толщиной 0,05-0,13 мм или скальпелем с углом заточки режущей части 20-30^o - по линейке или шаблону не менее шести параллельных надрезов до металла длиной не менее 20 мм на расстоянии 1,2 или 3 мм друг от друга.

Аналогичным методом делают надрезы в перпендикулярном направлении. В результате на покрытии образуется решетка из квадратов одинакового размера. После нанесения надрезов для удаления отслоившихся кусочков покрытия проводят мягкой кистью по поверхности решетки в диагональном направлении по пять раз в прямом и обратном направлении.

Адгезию оценивают в баллах, используя при необходимости лупу.

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

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

Балл 3 присваивается, если имеет место частичное или полное отслаивание покрытий 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 отслаивание покрытия не более чем 35% площади поверхности.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующим примером.

Пример 1.

Образцы из стали 08КП подготавливались к фосфатированию и фосфатировались по указанной схеме раствором следующим составом, г/л:
Zn²⁺ - 0,8
Ca²⁺ - 0,76
Фосфат ионы (в пересчете на P₂O₅) - 1,6
NO₃^- - 3,6
Отход гидрофторида калия - 0,48
Вода - Остальное до 1 л
После проведения испытания на адгезию и коррозионную стойкость получили следующие результаты:
Адгезия покрытия, балл - 1
Коррозионная стойкость покрытия в комплексе с лакокрасочными, ч - 440
Пример 2.

Образцы из стали 08КП, подготовленные к фосфатированию обрабатывались следующим раствором, г/л:
Zn²⁺ - 8,7
Ca²⁺ - 9,0
Фосфат ион (в пересчете на P₂O₅) - 19,5
NO₃^- - 31,5
Отход гидрофторида калия - 0,615
Вода - Остальное 1 л
После проведения испытания на коррозионную стойкость и адгезию получили следующие результаты:
Адгезия, балл - 1
Коррозионная стойкость в комплексе с лакокрасочными, ч - 435
Пример 3.

Образцы из стали 08КП подготавливались к фосфатированию и фосфатировались по вышеуказанной схеме раствором следующего состава, г/л:
Zn²⁺ - 4,75
Ca²⁺ - 4,88
Фосфат ион (в пересчете на P₂O₅) - 10,55
NO₃^- - 17,55
Отход гидрофторида калия - 0,3315
Вода - Остальное 1 л
После проведения испытания на адгезию и коррозионную стойкость получили следующие результаты:
Адгезия, балл - 1
Коррозионная стойкость покрытия в комплексе с лакокрасочными, ч - 439
Результаты испытаний, иллюстрирующие влияние концентрации компонентов раствора на качество фосфатного слоя, на адгезию и на его коррозионную стойкость в комплексе с лакокрасочным покрытием, приведены в таблице.

Как видно из примеров (см. таблицу, примеры 1-3, 5-7, 10-12, 15-17, 20-22, 25-27) при содержании ионов кальция, цинка, P₂O₅, NO₃^- и отхода гидрофторида калия в заявляемых пределах образуется фосфатное покрытие, обладающее повышенной коррозионной стойкостью в комплексе с лакокрасочным покрытием. Изменение содержания компонентов выше или ниже заявляемых пределов (см. таблицу, примеры 4, 8, 9, 13, 14, 18, 19, 23, 24, 28) приводит к ухудшению адгезии и снижению коррозионной стойкости в комплексе с лакокрасочным покрытием. Пример 29 характеризует свойства покрытия по прототипу.

Использование предложенного способа обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:
повышение адгезии, повышение коррозионной стойкости фосфатного покрытия в комплексе с лакокрасочными.

Литература
1. Патент РФ N 1520145 (аналог).

2. Заявка на патент на изобретение N 73. 11068 Франция (прототип).

Формула изобретения

Раствор для фосфатирования металлической поверхности, содержащий ионы кальция, цинка, фосфат-ионы и окислитель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит отход гидрофторида калия с содержанием основного вещества не менее 75%, а в качестве окислителя - HNO₃ при следующем соотношении компонентов, г/л:
Zn²⁺ - 0,8 - 8,7
Ca²⁺ - 0,76 - 9,0
Фосфат-ионы (в пересчете на P₂O₅) - 1,6 - 19,5
HNO₃^- - 3,6 - 31,5
Отход гидрофторида калия - 0,048 - 0,615
Вода - Остальное до 1 лF

РИСУНКИ

Рисунок 1