Раствор для фосфатирования металлической поверхности

 

Изобретение относится к химической обработке поверхности металла путем нанесения фосфатного покрытия, в частности к обработке холоднокатаной листовой стали под лакокрасочное покрытие, и может быть использовано в машиностроении, энергомашиностроении, электро- и радиотехнике. Раствор содержит ионы фосфата, нитрата, хлората цинка и воду при следующем содержании компонентов, г/л: Zn²⁺ - 1,32-3,01; Р₂О₅ - 3,74-7,74; NO₃ ^- - 0,88-2,15; ClO₃ ^- - 0,66-1,72; вода - остальное, при содержании свободной кислотности К_с=0,1-0,8 точек, температуре 25-35^oС. Технический результат - повышение коррозионной стойкости до 440 ч и повышение величины адгезии 25-35^oС. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к химической обработке поверхности металла путем нанесения фосфатного покрытия, в частности к обработке металла под лакокрасочное покрытие, и может быть использовано в машиностроении, энергомашиностроении, электро- и радиотехнике.

Известны растворы для фосфатирования поверхности металла [1, 2, 3] (А.с. СССР 1520145, С 23 С 22/14; А.с. СССР 1458427, С 23 С 22/07; Патент РФ 1465465, С 23 С 22/13).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению относится раствор (У) (А.с. СССР 1404550, С 23 С 22/08) для фосфатирования металлических поверхностей, содержащий, мас.%: Ионы фосфата (в пересчете на P₂O₅) - 3.32-7.23 Ионы кальция (Са²⁺) - 0.34-1.85 Ионы молибдена (Мо⁶⁺) - 0.00072-0.0064 Ионы нитрата (NО₃ ^-) - 0.6-2.71 Ионы хлората (в пересчете на СlO₃ ^-) - 0.97-3.16 Разжижитель С-3 - 0.0019-0.094 Вода - Остальное Недостатком вышеуказанного раствора является высокая температура фосфатирования.

Задачей данного изобретения является получение раствора для фосфатирования металлической поверхности, который работает при низкой температуре, при сохранении высокой коррозионной стойкости фосфатного покрытия в комплексе с лакокрасочным покрытием.

Техническим результатом изобретения является повышение коррозионной стойкости комплексного лакокрасочного покрытия до 440 часов и повышение величины адгезии до 1 балла при температуре фосфатирования 25-35^oС.

Поставленная задача достигается тем, что раствор для фосфатирования холоднокатаной листовой стали, содержащий ионы фосфата, нитрата, хлората и воду для получения мелкокристаллического коррозионно-стойкого покрытия при температуре 25-35^oС, дополнительно содержит ионы Zn²⁺ при следующем соотношении компонентов, г/л: Zn²⁺ 1.32-3.01; Р₂О₅ 3.74-7.74; NО₃ 0.88-2.15; СlO₃ 0.66-1.72; вода - остальное, при содержании свободной кислотности К_с=0.1-0.8 точек.

При этом наилучшие результаты достигаются при соотношении ионов цинка к ионам нитрата и к ионам хлората 1:0.67:0.5.

Выбранные соотношения компонентов раствора позволяют получить за время от 2 до 5 мин мелкокристаллическое фосфатное покрытие, имеющее высокую коррозионную стойкость и адгезию в комплексе с лакокрасочным покрытием.

Если концентрация цинка в растворе ниже 1.32 г/л, то образуются неровные покрытия, делающие последующее лакокрасочное покрытие неравномерным, что снижает коррозионную стойкость покрытия.

При концентрации ионов цинка более 3.01 г/л удельная масса покрытия становится слишком большой, при этом получившееся покрытие имеет плохую адгезию и низкую коррозионную стойкость комплексного лакокрасочного покрытия.

При содержании ионов фосфата ниже 3.74 г/л образуется неоднородное покрытие с разрывами и/или пятнами желтой ржавчины. При содержании фосфат ионов в рабочей ванне выше 7.74 г/л не происходит образование удовлетворительного цинк-фосфатного покрытия, а образуется слой фосфата голубого цвета, имеющий низкую коррозионную стойкость.

При содержании хлорат ионов в рабочем растворе ниже 0.66 г/л происходит образование желтой ржавчины, т.е. получается неудовлетворительное покрытие.

При содержании хлорат ионов в рабочем растворе выше 1.72 г/л получается неравномерное цинк-фосфатное покрытие, имеющее низкую адгезию и низкую коррозионную стойкость покрытия.

При содержании нитрат ионов в рабочем растворе ниже 0.88 г/л получается неравномерное цинк-фосфатное покрытие, что отрицательно сказывается на качестве покрытия.

При содержании ионов нитрата выше 2.15 г/л происходит пассивация поверхности стали и покрытие не образуется.

После растворения концентрированного раствора его корректируют едким натром или кальцинированной содой до величины свободной кислотности 0.1-0.8 точек.

Раствор наносили на поверхность металла различными методами (окунание или распыление).

Испытания проводили на образцах холоднокатаной листовой стали 08КП (ГОСТ 16523-70) толщиной 08-09 мм, размером 150 x 70 мм.

Фосфатирование проводили по следующей схеме.

1. Обезжиривание моющим препаратом ПТС-5 ТУ 2149-067-10964029-97
Концентрация, г/л - 5-35
Температура, ^oС - 55-65
Время обработки, мин - 2-15
2. Промывка водопроводной водой
Температура, ^oС - 20-35
Время обработки, мин - 1-2
3. Фосфатирование методом окунания
Концентрация, г/л - 38-43
Температура, ^oС - 25-35
Время обработки, мин - 5
Свободная кислотность, точек - 0.4-0.8
4. Промывка водопроводной водой
Температура, ^oС - 20-35
Время обработки, мин - 1-2
5. Пассивация в растворе СrО₃ окунанием
Концентрация, г/л - 0.25
Температура, ^oС - 40
Время обработки, мин - 2
рН раствора - 4.2
6. Сушка
Температура, ^oС - 110
Время обработки, мин - 10
Коррозионную стойкость определяют в часах по ГОСТ 9.401-91.

Для этого образцы помещают в камеру соляного тумана, где непрерывно распыляется 5% раствор хлористого натрия. Температура поддерживается автоматически в пределах 34-37^oС. 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 коррозионная стойкость фосфатного покрытия.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами.

Пример 1. Образцы из холоднокатаной листовой стали 0.8 КП подготавливались и фосфатировались по вышеуказанной схеме фосфатирующим раствором следующего состава, г/л; Zn²⁺ - 1.32; Р₂О₅ - 3.74; NO₃ - 0.88; СlO₃ - 0.66; вода - остальное.

Причем соотношение компонентов следующее:
Zn²⁺:NО₃ ^-:СlO₃ ^-=1:0.67:0.5,
а содержание свободной кислотности К_с=0.4 точки.

Температура фосфатирования 25^oС.

Полученную фосфатную пленку подвергали испытаниям на коррозионную стойкость и адгезию.

Адгезия 1 балл.

Коррозионная стойкость 440 ч.

Пример 2. Образцы из холоднокатаной листовой стали 0.8 КП подготавливались и фосфатировались по вышеуказанной схеме фосфатирующим раствором следующего состава, г/л: Zn²⁺ 3.01; Р₂О₅ 7.74; NO₃ 2.15; СlO₃ 1.72; вода - остальное, а содержание свободной кислотности _с=0.8 точки.

Температура фосфатирования 35^oС.

Полученную фосфатную пленку подвергали испытаниям на коррозионную стойкость и адгезию.

Адгезия 1 балл.

Коррозионная стойкость 435 ч.

Пример 3. Образцы из холоднокатаной листовой стали 0.8 КП подготавливались и фосфатировались по вышеуказанной схеме фосфатирующим раствором следующего состава, г/л: Zn²⁺ 2.17; Р₂О₅ 5.74; NО₃ 1.52; СlO₃ 1.19; вода - остальное, а содержание свободной кислотности _с=0.6 точек.

Температура фосфатирования 30^oС.

Полученную фосфатную пленку подвергали испытаниям на коррозионную стойкость и адгезию.

Адгезия 1 балл.

Коррозионная стойкость 430 ч.

Данное изобретение с успехом применяется при фосфатировании кабин и кузовов легковых и грузовых автомобилей с получением качественного цинк-фосфатного покрытия.

Формула изобретения

1. Раствор для фосфатирования холоднокатаной листовой стали, содержащий ионы фосфата, нитрата, хлората и воду, отличающийся тем, что для получения мелкокристаллического фосфатного покрытия при 25-35^oС он дополнительно содержит ионы цинка при следующем соотношении компонентов, г/л:
Zn²⁺ - 1,32 - 3,01
Р₂О₅ - 3,74 - 7,74
NO₃ ^- - 0,88 - 2,15
ClO₃ ^- - 0,66 - 1,72
Вода - Остальное
при содержании свободной кислотности К_с= 0,1-0,8 точек.

2. Раствор по п. 1, отличающийся тем, что соотношение ионов цинка, ионов нитрата и ионов хлората следующее 1: 0,67: 0,5.