Состав для холодного фосфатирования металлических поверхностей

 

Изобретение относится к химической обработке металлических поверхностей и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Состав для холодного фосфатирования металлических поверхностей содержит, г/л: кислота фосфорная экстракционная - 503-518 с массовой долей сульфатов в пересчете на SO₃ не более 4,5%; цинковый порошок - 40-50, водный раствор щелочной добавки - 10-15; растворитель РФГ - 5-10; вода - остальное. Технический результат - повышение физико-механических показателей и коррозионной стойкости лакокрасочных покрытий, эксплуатирующихся в условиях умеренного и холодного климата. 3 табл.

Объектом изобретения является состав для холодного фосфатирования металлических поверхностей с последующим нанесением на них лакокрасочных или других покрытий, который может быть использован в различных отраслях промышленности.

Известны составы для холодного фосфатирования металлических поверхностей, содержащие фосфорную кислоту и цинковый порошок. Такие цинк-фосфатные составы при нанесении на металлические поверхности повышают коррозионную стойкость металла под пленкой лакокрасочного покрытия, однако они требуют длительного времени обработки (4-6 сут) и толщина слоя преобразуемой ржавчины ограничена (100-150 мкм).

В качестве прототипа изобретения выбран состав для фосфатирования металлических поверхностей (RU 2063475 С1, 6 С 23 С 22/07 от 10.07.1996 г.), включающий 40%-ную ортофосфорную кислоту, цинковый порошок, дополнительно содержащий изопропиловый спирт, ацетилацетон, резорцин, синтанол ДС-10 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ортофосфорная кислота - 90,6-92,3 Цинковый порошок - 5,4-5,8 Ацетилацетон - 0,8-1,6 Резорцин - 0,45-0,6 Синтанол ДС-10 - 0,06-0,1 Изопропиловый спирт - Остальное Состав предназначен для обработки ржавой поверхности и обладает высокими смачивающими и преобразующими свойствами, а покрытие - повышенной прочностью и коррозионной стойкостью.

Недостатки данного состава: 1) процесс приготовления композиции связан с подогревом 40% ортофосфорной кислоты и поддержанием температуры 70-80^oС при добавлении цинкового порошка с последующим снижением температуры до 40-50^oС для введения растворителей и других компонентов.

Такая технология неприменима в производственных условиях, так как связана с дополнительньми энергозатратами и требует соблюдения особых мер техники безопасности и пожарной безопасности.

2) прочность преобразованного слоя оценивалась методом визуального наблюдения при температуре 20-25^oС и влажности 60-70% и составила 9 мес, что соответствует условиям эксплуатации в закрытых отапливаемых помещениях с регулируемыми параметрами температуры и влажности, категория 4.2 по ГОСТ 15150.

Следовательно, данное покрытие не может быть рекомендовано при эксплуатации в атмосферных условиях умеренного и холодного климата.

Задача, решаемая изобретением - получение фосфатирующего состава для очистки металлических поверхностей от окалины и ржавчины с образованием мелкокристаллической структуры фосфатной защитной пленки, обеспечивающей повышение физико-механических показателей и коррозионной стойкости лакокрасочных покрытий, эксплуатирующихся в условиях умеренного и холодного климата.

Сущность изобретения заключается в том, что состав для холодного фосфатирования металлических поверхностей, содержащий фосфорную кислоту, цинковый порошок и воду, дополнительно содержит водный раствор щелочной добавки, содержащей в своем составе натрий двууглекислый, натрий углекислый и поверхностно-активные вещества ПАВ - солодковый экстракт, содержащий глицирризин или рафинированный алкиларилсульфонат и перфторолигомерные кислоты, а также дополнительно содержит растворитель РФГ - смесь этилового или изопропилового, бутилового или изобутилового спиртов, а в качестве фосфорной кислоты - фосфорную кислоту экстракционную, содержащую примеси сульфатов при следующем соотношении компонентов, г/л: Кислота фосфорная экстракционная с массовой долей сульфатов в пересчете на SО₃ не более 4,5% - 503-518
Цинковый порошок - 40-50
Водный раствор щелочной добавки, содержащий в своем составе, г/л: натрий двууглекислый - 32; натрий углекислый - 11 - 10-15
Поверхностно-активные вещества ПАВ:
Солодковый экстракт с содержанием глицирризина - 0,82
или
Рафинированный алкиларилсульфонат - 5,8
Перфторолигомерные кислоты - 0,58
Растворитель РФГ, содержащий в своем составе, мас. %: этиловый или изопропиловый спирт - 25; бутиловый или изобутиловый спирт - 75 - 5-10
Вода - Остальное
Новым в рецептуре фосфатирующего состава является применение экстракционной фосфорной кислоты, содержащей примеси сульфатов и водного раствора щелочной добавки (отход производства), содержащего щелочные добавки и ПАВ.

Фосфорная экстракционная кислота, вступая в реакцию с цинковым порошком, ускоряет процесс получения монофосфата цинка, а также, способствуя разрыхлению окалины и плотных слоев ржавчины, повышает качество очистки металлической поверхности, сокращает время фосфатирования.

Водный раствор щелочной добавки способствует получению мелкокристаллической фосфатной пленки, обеспечивающей высокие защитные и физико-механические свойства лакокрасочных покрытий.

Входящие в состав водного раствора щелочной добавки ПАВ понижают поверхностное и межфазное натяжение, улучшая смачивание металлических поверхностей.

Добавка растворителя РФГ повышает эффективность очистки поверхности от окалины и ржавчины и ускоряет время фосфатирования поверхности.

Приготовление состава для холодного фосфатирования металлических поверхностей.

Фосфатирующий состав готовится не позднее, чем за сутки до начала работ в кислотостойкой емкости.

Объем емкости, в которой готовится состав, должен быть в 3-4 раза больше, чем объем смешиваемых компонентов, т. к. реакция взаимодействия кислоты с цинковым порошком сопровождается пенообразованием.

Приготовление состава осуществляется следующим образом.

В кислотостойкую емкость вливают требуемое количество экстракционной фосфорной кислоты, разведенной водой согласно рецептуре, и в нее небольшими порциями добавляют цинковый порошок. Для уменьшения пенообразования после добавления каждой порции цинка раствор необходимо перемешивать.

Реакция взаимодействия экстракционной фосфорной кислоты с цинковым порошком продолжается 3-5 ч при температуре (20±5)^oС до прекращения выделения водорода. В результате реакции образуется кислый раствор монофосфата цинка, в осадок выпадает незначительное количество фосфорно-кислого цинка, который необходимо отфильтровать.

К отфильтрованному составу добавляют водный раствор щелочной добавки, тщательно перемешивают и вводят растворитель РФГ.

Водный раствор щелочной добавки - отход производства и представляет собой раствор щелочной части заряда марки А, Б к огнетушителям ОХП-10 ГОСТ 16097.

При отсутствии отходов водный раствор щелочной добавки готовят растворением составляющих компонентов в воде при температуре 18-30^oС по следующей рецептуре (см. табл.1).

Состав для холодного фосфатирования металлических поверхностей - прозрачная жидкость с незначительным фиолетовым оттенком.

Плотность приготовленного состава должна быть 1,30-1,35 г/см³.

Срок хранения фосфатирующего состава в плотно закрытой таре в условиях складского хранения не ограничен.

Перед применением фосфатирующий состав разбавляют холодной водой в соотношении 1:2 по объему и перемешивают.

Применение фосфатирующего состава.

Фосфатирующий состав может быть использован при температуре от минус 5 до плюс 30^oC. Наличие влаги на металлической поверхности не является препятствием для нанесения на нее фосфатирующего состава.

Толщина слоя преобразуемой ржавчины 100-300 мкм.

При наличии на поверхности пластовой и рыхлой ржавчины или слоя отстающей старой краски их необходимо предварительно удалить с помощью скребков или стальных щеток и протереть ветошью, смоченной водой.

Наносить фосфатирующий состав на ржавую поверхность следует тонким слоем, втиранием кистью методом двойной (вдоль и поперек) растушевки.

Образующийся шлам смыть водой. На влажную поверхность нанести небольшое количество фосфатирующего состава и высушить.

При наличии окалины металлическую поверхность необходимо протереть влажной ветошью с целью удаления пыли и грязи и нанести фосфатирующий состав аналогично обработке ржавых поверхностей.

Поверхность, обработанная фосфатирующим составом, имеет серый или темно-серый цвет, характерный для фосфатной пленки.

После высыхания обработанной металлической поверхности, но не позднее, чем через двое суток, на нее наносятся штатные лакокрасочные покрытия.

Расход фосфатирующего состава 50-90 г/м².

В табл. 1 дана рецептура состава для приготовления водного раствора щелочной добавки.

В табл. 2 дана рецептура состава для холодного фосфатирования металлических поверхностей.

В табл. 3 представлены данные по физико-механическим и защитным свойствам лакокрасочных покрытий, нанесенных на фосфатирующие составы 1-6.

Технико-экономический эффект при использовании предложенного состава заключается в повышении коррозионной стойкости фосфатного покрытия в комплексе с лакокрасочным, увеличении срока службы лакокрасочных покрытий в условиях умеренного и холодного климата, снижении затрат на капитальный ремонт металлических конструкций.

Формула изобретения

Состав для холодного фосфатирования металлических поверхностей, содержащий фосфорную кислоту, цинковый порошок и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит водный раствор щелочной добавки, содержащий натрий двууглекислый, натрий углекислый и поверхностно-активные вещества (ПАВ) - солодковый экстракт с содержанием глицирризина или рафинированный алкиларилсульфонат и перфторолигомерные кислоты, а также дополнительно содержит растворитель РФГ - смесь этилового или изопропилового, бутилового или изобутилового спиртов, а в качестве фосфорной кислоты - фосфорную кислоту экстракционную, содержащую примеси сульфатов, при следующем соотношении компонентов, г/л:
Кислота фосфорная экстракционная с массовой долей сульфатов в пересчете на SO₃, не более 4,5% - 503-518
Цинковый порошок - 40-50
Водный раствор щелочной добавки, содержащий в своем составе, г/л: натрий двууглекислый - 32; натрий углекислый - 11 - 10-15
Поверхностно-активные вещества ПАВ:
Солодковый экстракт с содержанием глицирризина - 0,82
или
Рафинированный алкиларилсульфонат - 5,8
Перфторолигомерные кислоты - 0,58
Растворитель РФГ, содержащий в своем составе, мас.% этиловый или изопропиловый спирт - 25; бутиловый или изобутиловый спирт - 75 - 5-10
Вода - Остальноеа

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3