Раствор для фосфатирования и способ обработки этим раствором металлической поверхности

Авторы патента:

Вдовин А.В. (RU)

Каузова И.А. (RU)

Краснова Т.М. (RU)

Мальцева Н.В. (RU)

Крутиков Д.В. (RU)

C23C22/42 - содержащих также фосфаты

C23C22/22 - содержащих катионы щелочноземельных металлов

Владельцы патента RU 2251590:

Закрытое акционерное общество "ЭКОХИММАШ" (RU)

Изобретение относится к обработке металлической поверхности, в частности к фосфатированию, и может быть использовано для защиты металлов от коррозии в любой отрасли машино- и приборостроения при проведении окрасочных работ. Раствор содержит фосфорсодержащее соединение, окислитель, нейтрализующий компонент и воду при рН 3,0-4,2, при этом в качестве фосфорсодержащего компонента раствор содержит ортофосфорную кислоту, в качестве окислителя - хотя бы одно соединение из ряда: нитрит, хлорат, нитрат, молибдат щелочного металла, в качестве нейтрализующего компонента - хотя бы одно соединение из ряда: карбонат и/или гидроксид щелочного или щелочноземельного металла при соотношении фосфорсодержащего соединения (в пересчете на Р₂О₅), окислителя и нейтрализующего компонента соответственно (1,2-3,1):(1,2-3,0):(1). Способ включает нанесение вышеуказанного раствора при рН 3,0-4,2 в течение 2-3 минут, при температуре раствора 20±2°С, давлении 0,8-2,5 атм. Техническим результатом изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик лакокрасочных покрытий, увеличение срока службы лакокрасочных покрытий, сокращение многостадийности процесса обработки металлической поверхности, снижение энергетических затрат, использование доступного отечественного сырья для фосфатирования. 2 с. и ф-лы, 1 табл.

Из уровня техники известен раствор для фосфатирования металлических поверхностей /Авторское свидетельство SU 1404550, С 23 С 22/08, опубл. 23.06.1998/, содержащий, мас.%:

Ионы фосфата (или фосфорсодержащее соединение)

(в пересчете на Р₂O₅) 3,32-7,23

Ионы кальция (или нейтрализующий компонент) 0,34-1,85

Ионы молибдена (или окислитель) 0,00072-0,0064

Ионы нитрата (или окислитель) 0,6-2,71

Ионы хлората щелочного металла (или окислитель)

(в пересчете на ClO₃) 0,97-3,16

Разжижитель С-3 0,0019-0,094

Вода до 100.

Известный раствор для фосфатирования металлических поверхностей содержит нейтрализующий компонент (карбонат кальция), являющийся нерастворимым, что требует дополнительных затрат на фильтрование раствора.

Также известен раствор для фосфатирования металлической поверхности /Патент RU 2109084, С 23 С 22/08, 22/42, опубл. 20.04.1998/, содержащий компоненты при следующем соотношении, г/л:

Фосфат-ионы (или фосфорсодержащее соединение),

в пересчете на Р₂O₅ 6,7-17,0

Нитрат-ионы (или окислитель) 1,8-6,5

Хлорат-ионы (или окислитель) 2,7-7,8

Ионы кальция (или нейтрализующий компонент) 0,9-3,5

Ионы молибдена (или окислитель) 0,01-0,04

Вода до 100.

Недостатком известного раствора являются низкие эксплуатационные характеристики лакокрасочных покрытий, а именно - стойкость к сколам и стойкость пленки при коррозионном действии раствора хлорида натрия.

Известен способ обработки металлической поверхности раствором для фосфатирования /Патент RU 2067131, С 23 С 22/10, опубл. 27.09.1996/, включающий нанесение раствора, содержащего карбонат кальция (нейтрализующий компонент), ортофосфорную кислоту (фосфорсодержащее соединение), нитрат натрия или хлорат щелочного металла (окислитель) при рН раствора 3,0-4,2 и температуре 32-49°С в течение 2-3 минут, при давлении 1 атм.

Известный способ предусматривает использование давления, равного 1 атм, и температуру фосфатирующего раствора 32-49°С, что затрудняет процесс фосфатирования, увеличивает энергетические затраты и усложняет поддержание рН раствора в пределах 3,0-4,2.

Задачей изобретения является создание фосфатирующего раствора и способа обработки металлической поверхности этим раствором при поддержании рН в пределах 3,0-4,2, при котором сокращается многостадийность процесса подготовки металлической поверхности с целью получения более высоких характеристик лакокрасочных покрытий.

Поставленная задача изобретения достигается тем, что раствор для фосфатирования металлической поверхности содержит фосфорсодержащее соединение, окислитель, нейтрализующий компонент и воду при рН 3,0-4,2, причем в качестве фосфорсодержащего компонента раствор содержит ортофосфорную кислоту, в качестве окислителя раствор содержит хотя бы одно соединение из ряда: нитрит, хлорат, нитрат, молибдат щелочного металла, в качестве нейтрализующего компонента раствор содержит хотя бы одно соединение из ряда: карбонат щелочного металла, гидроксид щелочного или щелочноземельного металла при соотношении фосфорсодержащего соединения (в пересчете на P₂O₅), окислителя и нейтрализующего компонента соответственно (1,2-3,1):(1,2-3,0):(1).

Способ обработки металлической поверхности раствором для фосфатирования включает нанесение раствора при рН 3,0-4,2 в течение 2-3 минут, причем обработку вышеуказанным раствором необходимо вести при температуре 20±2°С, давлении 0,8-2,5 атм.

Способ приготовления раствора. Раствор для фосфатирования (фосфатирующий концентрат) получают смешиванием фосфорсодержащего компонента (ортофосфорной кислоты), окислителя (нитрит и/или хлорат, и/или нитрат, и/или молибдат щелочного металла), нейтрализующего компонента (карбонат щелочного металла, гидроксид щелочного или щелочноземельного металла) и воды. Компоненты концентрата смешивают в различных соотношениях, позволяющих корректировать раствор в процессе эксплуатации до рН 3,0-4,2.

Испытания приготовленных растворов проводят на образцах холоднокатаной стали 08 КП (ГОСТ 16528-87) размерами 70×150 мм, толщиной 0,8-0,9 мм.

Процесс обработки поверхности образцов с применением фосфатирующих концентратов и раствора прототипа для всех примеров осуществляют по следующей схеме:

1. Струйное обезжиривание на лабораторной установке щелочным моющим составом КМ-1 (концентрация 10 г/л, температура раствора 50-60°С, время обработки 2 мин, давление 1 атм.)

2. Промывка водопроводной проточной водой (температура 20±2°С, время обработки 10 сек)

3. Фосфатирование на лабораторной установке подготовленными растворами (температура 20±2°С, время обработки 2-3 мин, рН раствора 3,0-4,2, давление 0,8-2,5 атм.)

Перед проведением испытаний фосфатированные образцы окрашивают методом пневматического распыления грунтовкой УРФ-0106. Для испытаний отбирают пластинки с толщиной слоя грунтовки 24 мкм.

Затем определяются следующие эксплуатационные характеристики покрытия:

- устойчивость к сколам определяется по методике "шлаг-тест", применяемой на автозаводах;

- прочность при изгибе по ГОСТ 25.604-82;

- влагонабухаемость определяют после пребывания в камере с относительной влажностью 95-98% при 50±2°С в течение 24 ч;

- коррозионные испытания проводят в камере 5%-го соляного тумана, в воде по ГОСТ 9.401-91.

По результатам испытаний, представленным в таблице, можно сделать следующие выводы, что при использовании заявляемого соотношения компонентов фосфатирующего раствора и способа обработки металлической поверхности образцов и дальнейшего грунтования образцов были получены лакокрасочные покрытия с высокими эксплуатационными характеристиками (улучшились показатели устойчивости к сколам, прочности при изгибе, снизилась влагонабухаемость и улучшились показатели коррозионных испытаний), причем рН фосфатирующего раствора находится в пределах 3,0-4,2 в примерах 2, 3, 4, 7, 8, 9.

При отклонении от заявляемого соотношения компонентов рН фосфатирующего раствора выходит за пределы 3,0-4,2 (пример 1, 5, 6, 10), а также полученное лакокрасочное покрытие характеризуется невысоким показателем устойчивости к сколам, недостаточной прочностью.

При отклонении от заявляемого соотношения компонентов фосфатирующего раствора (пример 1, 5, 6, 10) полученное лакокрасочное покрытие характеризуется невысоким показателем устойчивости к сколам, недостаточной прочностью при изгибе, высокой влагонабухаемостью и низкой стойкостью пленки при коррозионном действии различных сред. Пример 11 характеризует эксплуатационные характеристики и качественные показатели лакокрасочного покрытия при использовании в комплексе с фосфатирующим раствором прототипа.

Таким образом, поставленная задача изобретения достигается совокупностью всех признаков: соотношения компонентов состава фосфатирующего раствора и способа обработки этим раствором металлической поверхности, заявляемых в решении.

При использовании заявляемого раствора для фосфатирования и способа обработки этим раствором металлической поверхности получены дополнительные преимущества:

1. улучшение эксплуатационных характеристик лакокрасочных покрытий;

2. возможное увеличение срока службы лакокрасочных покрытий;

3. сокращение многостадийности процесса обработки металлической поверхности, снижение энергетических затрат;

4. использование доступного отечественного сырья при получении заявляемого раствора для фосфатирования.

Таблица
№	Соотношение компонентов (фосфорсодержащее соединение: окислитель: нейтрализующий компонент)	рН раствора	Устойчивость к сколам, в % сколотой поверхности	Прочность при изгибе, мм	Влагонабухаемость, %	Коррозионные испытания
						В камере 5%-го соляного тумана	В воде
1	2	3	4	5	6	7	8
Технические требования	3,0-4,2	Не более 25% сколотой поверхности, из них не более 15 - до металла и не более 10 - коррозия	Не более 3 мм	Не более 2%	Не менее 60 ч	Не менее 240 ч
1	Ортофосфорная кислота (в пересчете на P₂O₅): окислитель (хлорат натрия и нитрат натрия): нейтрализующий компонент (карбонат натрия) Соотношение компонентов=1,1:2,1:1	4,4	25% из них: 12 -до металла, 13 - коррозия	3,2	2,40	30	200
2	Ортофосфорная кислота (в пересчете на Р₂O₅): окислитель (хлорат натрия и нитрит натрия): нейтрализующий компонент (карбонат натрия и гидроксид натрия) Соотношение компонентов=1,2:2,2:1	3,9	15% из них: 10 -до металла, 5 - коррозия	1,5	0,25	48	696
3	Ортофосфорная кислота (в пересчете на Р₂O₅): окислитель (нитрит натрия, хлорат калия и молибдат натрия): нейтрализующий компонент (гидроксид кальция и карбонат натрия) Соотношение компонентов=2,1:2,0:1	3,6	12% из них: 9-до металла, 3 - коррозия	1,2	0,30	70	720

Продолжение табл.
1	2	3	4	5	6	7	8
4	Ортофосфорная кислота (в пересчете на Р₂O₅): окислитель (хлорат натрия и молибдат натрия): нейтрализующий компонент (карбонат натрия) Соотношение компонентов=3,1:2,3:1	3,2	14% из них: 8 - до металла, 6 - коррозия	1,3	0,24	65	700
5	Ортофосфорная кислота (в пересчете на P₂O₅): окислитель (хлорат натрия и нитрат натрия): нейтрализующий компонент (гидроксид калия) Соотношение компонентов=3,2:2,0:1	2,8	26% из них: 13 - до металла, 13 - коррозия	3,4	2,30	48	230
6	Ортофосфорная кислота (в пересчете на Р₂O₅): окислитель (нитрит натрия и молибдат натрия): нейтрализующий компонент (гидроксид натрия) Соотношение компонентов=1,9:1,1:1	2,9	25% из них: 12 - до металла, 3 - коррозия	3,6	2,50	40	210
7	Ортофосфорная кислота (в пересчете на P₂O₅): окислитель (нитрит натрия, нитрат натрия, молибдат натрия): нейтрализующий компонент (карбонат натрия и гидроксид натрия) Соотношение компонентов=2,0:1,2:1	3,1	14% из них: 7 - до металла, 7 - коррозия	1,4	0,25	80	710
8	Ортофосфорная кислота (в пересчете на P₂O₅): окислитель (хлорат калия и нитрит калия): нейтрализующий компонент (гидроксид калия) Соотношение компонентов=2,3:2,1:1	3,6	12% из них: 8 - до металла, 4 - коррозия	1,2	0,20	72	730

Продолжение табл.
1	2	3	4	5	6	7	8
9	Ортофосфорная кислота (в пересчете на Р₂O₅): окислитель (хлорат калия и нитрат калия): нейтрализующий компонент (гидроксид калия и карбонат калия) Соотношение компонентов=2,2:3,0:1	4,0	15% из них: 8 - до металла, 7 - коррозия	1,5	0,25	72	696
10	Ортофосфорная кислота (в пересчете на P₂O₅): окислитель (хлорат калия, молибдат калия, нитрат калия): нейтрализующий компонент (карбонат калия) Соотношение компонентов 2,2:3,1:1	4,3	27% из них: 14 - до металла, 13 - коррозия	3,5	2,60	68	220
11	Состав по патенту RU 2067131	4,5	28% из них: 19 - до металла, 9 - коррозия	0,2	2,80	60	690

1. Раствор для фосфатирования металлической поверхности, содержащий фосфорсодержащее соединение, окислитель, нейтрализующий компонент и воду при рН 3,0-4,2, отличающийся тем, что в качестве фосфорсодержащего компонента раствор содержит ортофосфорную кислоту, в качестве окислителя раствор содержит хотя бы одно соединение из ряда нитрит, хлорат, нитрат, молибдат щелочного металла, в качестве нейтрализующего компонента раствор содержит хотя бы одно соединение из ряда карбонат и/или гидроксид щелочного или щелочноземельного металла при соотношении фосфорсодержащего соединения (в пересчете на P₂O₅), окислителя и нейтрализующего компонента соответственно (1,2-3,1):(1,2-3,0):(1).

2. Способ обработки металлической поверхности раствором для фосфатирования, включающий нанесение раствора при рН 3,0-4,2 в течение 2-3 мин, отличающийся тем, что обработку ведут раствором по п.1 при температуре раствора (20±2)°С, давлении 0,8-2,5 атм.

Изобретение относится к области обработки стали для получения электроизоляционных покрытий на ее поверхности и может быть использовано в металлургии. .

Композиция для аморфного фосфатирования металлических поверхностей // 2143012

Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов, в частности к концентрированным композициям, которые используются при приготовлении растворов для аморфного фосфатирования сталей и цветных металлов (цинк, алюминий и их сплавы).

Раствор для фосфатирования металлической поверхности // 2109084

Изобретение относится к обработке металлической поверхности. .

Способ обработки режущего инструмента // 1323590

Изобретение относится к технологии изготовления металлического инструмента , прошедшего окончательную механическую обработку после закалки и отпуска, и может быть использовано в инструментальной промьшленности и в машиностроении.

Композиция для фосфатирования металлической поверхности // 1229237

Способ получения фосфатного покрытия // 2240378

Изобретение относится к защите металлов от коррозии и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности. .

Способ получения защитного покрытия на изделии из магниевого сплава // 2207400

Изобретение относится к химической обработке поверхности из магниевых сплавов, а именно к способу получения защитного покрытия методом местного восстановления. .

Способ защиты от коррозии железобетонной тары, применяемой в виноделии // 328747

Патент 317220 // 317220

Патент 259599 // 259599

Раствор для фосфатирования титана и его сплавов // 238307

Способ фосфатирования металлических изделий // 125108

Способ получения фосфатного покрытия // 2365675

Изобретение относится к защите металлов от коррозии и предназначено для предварительной обработки поверхности металлов под последующее нанесение лакокрасочного покрытия

Экологически безопасный поверхностно обработанный стальной лист для электронных компонентов с прекрасными смачиваемостью припоем, стойкостью к образованию усов и постоянством внешнего вида во времени, а также способ его производства // 2391445

Состав для получения электроизоляционного покрытия // 2556184

Изобретение относится к обработке анизотропной электротехнической стали для получения электроизоляционных покрытий и может быть использовано в электротехнической промышленности. Состав содержит, мас.%: ионы фосфата в пересчете на P2O5 - 12,1-16,1; ионы алюминия - 1,3-1,7; ионы магния - 0,3-0,5; модифицированную окисью хрома (Cr2O3) коллоидную двуокись кремния в пересчете на (SiO2+Cr2O3) - 13,1-15,2 и воду до 100, причем массовое отношении Cr2O3/SiO2 в составе равно 0,05-0,1. Изобретение обеспечивает повышение стабильности состава при отсутствии высокотоксичных ионов хрома (VI) и позволяет получить электроизоляционные покрытия, имеющие хороший товарный вид и обладающие повышенными физико-механическими и магнитными свойствами. 1 табл., 8 пр.

Раствор для образования изоляционного покрытия и лист текстурированной электротехнической стали // 2639905

Изобретение относится к раствору для образования изоляционного покрытия на листе текстурированной электротехнической стали и к листу текстурированной электротехнической стали, имеющему изоляционное покрытие. Раствор для образования изоляционного покрытия на листе текстурированной электротехнической стали содержит водный раствор, полученный смешиванием фосфатного раствора и коллоидного диоксида кремния, причем коллоидный диоксид кремния представляет собой либо частицы коллоидного диоксида кремния, поверхностно модифицированные алюминатом, либо раствор коллоидного диоксида кремния, содержащий алюминат. Водный раствор не содержит хрома. Лист текстурированной электротехнической стали в соответствии с аспектом настоящего изобретения обладает превосходными магнитными свойствами благодаря высокому растягивающему напряжению, а также превосходной электрической изоляцией, термостойкостью, химической стойкостью и химической безопасностью, поскольку лист текстурированной электротехнической стали имеет плотное изоляционное покрытие, которое образовано при использовании раствора для образования изоляционного покрытия. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил., 3 табл.

Хроматирующий состав для обработки оцинкованного проката и оцинкованной проволоки // 2643759

Изобретение относится к обработке оцинкованного проката и оцинкованной проволоки. Хроматирующий состав содержит, г/л: ионы Cr3+ 50-70, ионы фосфата 200-280, ионы нитрата 23-46, ионы титана 5-10, ингибитор 1-2, вода – остальное. При этом в качестве ингибитора он содержит 50%-ный спиртовой раствор хлорида алкилметиламмония, а в качестве ионов титана и нитрата - отработанный травильный раствор от производства титановых труб, содержащий ионов нитрата - 16%, ионов титана - 3,5%. Предложенное изобретение без использования шестивалентного хрома позволяет получить на оцинкованной поверхности проката и проволоки бесцветную хроматную пленку с высокой коррозионной стойкостью. 2 табл., 4 пр.

Металлический материал с обработанной поверхностью без применения хромата // 2387738

Изобретение относится к металлическому материалу с обработанной поверхностью без хрома, удовлетворяющей требованиям к коррозионной стойкости, термостойкости, стойкости к отпечаткам пальцев, проводимости, способности к нанесению покрытия и обладающей стойкостью к почернению во время работы

Ингибирующий состав для защиты металлов от кислотной коррозии // 2593569

Изобретение относится к области защиты металлов от кислотной коррозии, в том числе с помощью контактных ингибиторов, в частности, для получения из водных растворов устойчивых пассивирующих слоев на поверхности черных и цветных металлов и может быть использовано для защиты металлических поверхностей, а также для подготовки поверхности к нанесению иных средств противокоррозионной защиты. Ингибирующая композиция содержит водные растворы комплексонатов никеля (+2) и хрома (+3) с фосфоновой кислотой, ортофосфаты никеля (+2), хрома (+3), ортофосфорную кислоту и соединения молибдена (+6), такие как молибдаты натрия и/или калия и/или молибденовую кислоту. Ингибирующая композиция обеспечивает антикоррозионную защиту технологического оборудования, эксплуатируемого в кислотной среде, обусловленной наличием ортофосфорной, серной и др. кислот, что значительно снижает затраты, упрощает и удешевляет технологические процессы, которые осуществляются в оборудовании из нержавеющих сталей в кислых средах. 2 з.п. ф-лы, 3 табл., 20 пр.