Состав для антикоррозионной обработки поверхности черных металлов

 

Изобретение относится к химической поверхностной обработке металлических материалов, а именно к составам для обработки поверхности металлов кислыми водными растворами, содержащими фосфаты. Предложенный состав на водной основе включает фосфорную кислоту 25-45 мас.%, фосфорорганические комплексоны 0,5-15 мас. %, цинк (в пересчете на окись цинка) 1-15 мас.%, медь (в пересчете на окись меди) 0,1-3 мас.%, гидрохинон 0,01-5 мас.% от общего веса композиции. Данный состав является высокоэффективным, малотоксичным средством и позволяет повысить коррозионную устойчивость обрабатываемых металлов. 1 табл.

Изобретение относится к химической поверхностной обработке металлических материалов путем взаимодействия поверхности с реакционной жидкостью, продукты реакции с которой остаются в покрытии, а именно к составам для обработки металла кислыми водными растворами, содержащими фосфаты.

Известным способом снижения коррозионной активности поверхности черных металлов является фосфатирование, обеспечивающее повышение защитных свойств лакокрасочных материалов. В состав раствора для фосфатирования входят ионы цинка и фосфорной кислоты. В результате обработки на поверхности стали образуются сцементированная с ней пленка смеси гопеита Zn₃(РO₄)₂•4Н₂O и фосфофиллита Zn₂Fe(PO₄)₂•4H₂O, причем увеличение доли в этой пленке фосфофиллита способствует повышению защитных свойств конверсионного покрытия. Современный технологический процесс фосфатирования весьма сложен. Он включает до 13 стадий и при его проведении образуется значительное количество сточных вод, в том числе вод, зараженных хроматами ("Prod. Finish." 1985, 38, 9, 32 РЖ Хим 6К 385 (1987)). Кроме того, перед фосфатированием поверхность металла следует очистить механически от оксидов.

Технология использования преобразователей ржавчины значительно проще фосфатирования. На основе фосфорной кислоты изготавливаются многочисленные преобразователи или модификаторы ржавчины, часто содержащие также ионы цинка, например автопреобразователь ржавчины (Елисаветский А.М. "Современные тенденции и перспективы в области создания и применения модификаторов ржавчины" в кн. Тезисы докладов II Всесоюзной конференции "Окрашивание по ржавчине 86", г. Хотьково, 22-24 октября 1986 г., Черкассы, 1986 г.). Как правило, антикоррозионная эффективность таких составов невелика.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является состав для получения защитных покрытий (авторское свидетельство СССР 815083, заявлено 19.06.78 г., опубликовано 23.03.81 г., Бюллетень 11. Авторы Ватрушин Л. С., Куроедов В.А., Тиверовский В.М., Пономарь В.И.), включающий ионы ортофосфорной кислоты, хромат-ионы, ионы меди и цинка, а также воду. Недостатком такого состава является присутствие в нем высокотоксичных хромат-ионов.

Задачей настоящего изобретения является создание высокоэффективного малотоксичного средства. Технический результат заключается в повышении коррозионной устойчивости черных металлов и простоте применения состава.

Технический результат достигается путем использования водной композиции, включающей, мас.%: Фосфорная кислота - 25 - 45 Фосфорорганические комплексоны (ФОК) - 0,5 - 15 Цинк (в пересчете на окись цинка) - 1 - 15 Медь (в пересчете на окись меди) - 0,1 - 3 Гидрохинон - 0,01 - 5 от общего веса композиции.

Данный состав обеспечивает создание на поверхности стали высококачественного конверсионного покрытия при простом контакте с металлом, в том числе по поверхностям, покрытым ржавчиной или металлургической окалиной, и не содержит высокотоксичных компонентов.

В качестве фосфорорганических комплексонов (ФОК) могут быть использованы гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ), нитрилотрисфосфоновая кислота (НТФ), глифосат, глифосин (фосфоновые кислоты на основе глицина), (2-гидрокситриметилен) - динитрилотеракис-(метилфосфоновая кислота) (ДПФ-1) и др. и/или их соли, оптимально цинковые или медные.

Наряду с собственно оксидами цинка и меди, растворяющимися в составе в процессе его приготовления, могут быть использованы их гидроокиси или соли, не содержащие коррозионно-агрессивных анионов, например, карбонаты или нитраты, а также соответствующие сплавы, например, латуни или чистые металлы. При использовании нитратов следует добавлять реагенты, обеспечивающие восстановление нитрат-ионов до азота, например, можно добавлять мочевину.

В таблице приведены конкретные примеры осуществления настоящего изобретения.

Получение готовых композиций осуществляется путем перемешивания водных растворов и/или дисперсий соответствующих компонентов при температуре 20-100^oС. В рецептуре по примеру 1 ФОК соответствует комплексону глифосат - H₂O₃PCH₂NHCH₂COOH, по примеру 2 - ОЭДФ, по примеру 3 - НТФ. Используемые водные растворы (дисперсии) компонентов необязательно могут содержать незначительные количества инертных примесей. Под инертными примесями в данном случае понимаются любые случайные или специально введенные в состав добавки, не влияющие на достижение технического результата. Одним из примеров может являться смешивающийся с водой растворитель, например, изопропанол или ацетон.

Определение противокоррозионной активности композиций проводили следующим образом. Стальную стружку погружали на 1-2 с в испытуемый раствор, высушивали и затем помещали на бумажный фильтр, постоянно смачиваемый 3%-ным раствором поваренной соли. Критерием коррозионной активности стали служило время до появления желтого окрашивания на поверхности фильтра. В случае стружки, смоченной 40%-ной фосфорной кислотой, такое окрашивание появлялось через 30-50 мин, при обработке Автопреобразователем ржавчины - через 1-2 дня, а при использовании для обработки растворов по примерам 1, 2 или 3 время до появления желтого окрашивания на фильтре превышало 60 суток. Аналогичные результаты получаются при обработке стружки, покрытой ржавчиной.

При использовании на практике данный состав можно наносить на поверхность методом погружения в него изделия, путем распыления или кистевым нанесением. Его можно наносить как на свежий металл, так и на прокорродировавший или покрытый окалиной. Во всех случаях он обеспечивает образование на поверхности черных металлов высокоэффективной пленки конверсионного покрытия. Такая пленка по данным натурных испытаний в условиях умеренного климата способна полностью предотвращать коррозию стали в течение более чем года в условиях прямого воздействия атмосферных осадков, перепадов температур, обеспечивающих конденсацию воды на поверхности металлоизделия и других неблагоприятных факторов окружающей среды. Его можно использовать, например, для грунтования горячекатаных крупногабаритных металлоизделий, обеспечивающей их консервацию в течение срока транспортировки и монтажа, или для антикоррозионной обработки холоднокатанной стальной ленты взамен антикоррозионных смазок, требующих в отличие от предлагаемого состава, расконсервации перед последующим окрашиванием. Такая консервация обеспечивает сохранность металла при хранении на открытом воздухе на срок до 1 года в умеренном климате.

В быту данный состав обладает способностью устранять ржавчину с любых стальных изделий, консервировать дефекты на поверхности окрашенных изделий (например, на поверхности автомобиля), предотвращая образование вокруг них ореола ржавчины, очищает от ржавчины фаянс и керамику, позволяет проводить окрашивание заржавевших стальных конструкций, минуя трудоемкую стадию их очистки от ржавчины с помощью механической обработки.

Ниже приведены примеры возможного использования состава, получившего торговую марку ЛИКФОР, не исчерпывающие, однако, всех возможностей его применения.

Пример 4. Использование состава для консервации металлоизделий.

Состав по примеру 1 наносят на пластины из холоднокатанной стали 08 КП, имевшие налет ржавчины, кистью с расходом 100 г/м².

Подготовленные пластины подвергли климатическим испытаниям на открытом воздухе в атмосфере г. Москвы.

После 1 года испытаний в условиях У-1 покрытие не имело следов ржавчины.

Пример 5. Использование состава для подготовки поверхности под окрашивание.

Состав по примеру 1 наносят на пластины из стали 08 КП, имевшие налет ржавчины, кистью с расходом 50 г/м², высушивают, промывают водопроводной водой, снова высушивают и наносят слой грунтовки ФЛ-03-к с расходом 150 г/м², а затем два слоя эмали ХВ-16 с расходом 200 г/м² на один слой с промежуточной сушкой слоев в течение 24 часов.

Окрашенные пластины подвергли ускоренным климатическим испытаниям в соответствии с ГОСТ 9.074-84 (Метод А - имитация условий У-1 по ГОСТ 9.104.79). После 30 циклов испытаний покрытие не имело дефектов, что позволяет прогнозировать срок его службы в реальных условиях У-1 на уровне, превышающем 4 года.

В отличие от известных преобразователей ржавчины, предлагаемый состав способен (возможно, за несколько приемов) преобразовывать в высококачественное конверсионное покрытие окалину и ржавчину практически любой толщины. Он демонстрирует избирательность. При взаимодействии с металлом, покрытым оксидами, он не затрагивает металл, на котором осаждается тонкая медная пленка, а растворяет только оксиды, превращающиеся в конверсионное покрытие черного цвета.

Такие свойства обеспечиваются за счет увеличенной скорости взаимодействия состава с оксидами. Скорость реакции состава ЛИКФОР с Fе₂О₃ при комнатной температуре и прочих равных условиях более чем в 10 раз превышает скорость взаимодействия с Fе₂О₃ наиболее активной 40%-ной фосфорной кислоты.

Формула изобретения

Состав для противокоррозионной обработки поверхности черных металлов на водной основе, включающий фосфорную кислоту, медь и цинк, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидрохинон и фосфорорганические комплексоны при следующем соотношении компонентов, мас. %: Фосфорная кислота - 25-45 Фосфорорганические комплексоны - 0,5-15
Цинк (в пересчете на окись цинка) - 1-15
Медь (в пересчете на окись меди) - 0,1-3
Гидрохинон - 0,01-5
от общего веса композиции.

РИСУНКИ

Рисунок 1