Композиция для обработки металлической поверхности

Изобретение относится к составам для химической обработки поверхности металла, предотвращающим коррозию металла и предназначенным для подготовки поверхности металла к нанесению лакокрасочных покрытий без предварительного удаления продуктов коррозии. Композиция содержит, мас.%: ортофосфорную кислоту 45-60, цинк азотнокислый 2,0-3,5, калий железистосинеродистый 2,5-4,0, неионогенное фторуглеродное поверхностно-активное вещество 0,1-0,3 - общей формулы R_FCONH(C₂H₄O)_nН, где R_F=С₆F₁₃-, или C₈F₁₇-, или С₂F₅OC₃F₆ОС₂F₄-, n=10-15, вода - остальное. Технический результат: увеличение срока эксплуатации металлических изделий, предотвращение дальнейшей коррозии металла, увеличение срока хранения композиции при сохранении ее свойств.

 

Изобретение относится к составам для химической обработки поверхности металла, предотвращающим коррозию металла и предназначенным для подготовки поверхности металла к нанесению лакокрасочных покрытий без предварительного удаления продуктов коррозии.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в строительной индустрии, машиностроении, на транспорте, при ремонте бытовой техники.

Известен состав, содержащий ортофосфорную кислоту, спирт алифатический, например изопропиловый, неионогенное углеводородное ПАВ, эмульгатор, например додецилсульфат натрия, окись цинка и/или титана, нитрат цинка, фторид щелочного металла или аммония, триэтаноламин и воду (РФ №2027794, оп. 27.01.95, Бюл. №3). Состав обеспечивает преобразование продуктов коррозии в защитную антикоррозийную пленку. Недостатком его является обязательная предварительная очистка металлических поверхностей от ржавчины и главным недостатком - обработанные поверхности должны быть подвергнуты промывке водой, что делает его применение невозможным для обработки крупногабаритных, сложнопрофильных изделий, особенно при массовом производстве.

Известен состав (РФ №2070945, оп. 27.12.96, Бюл. №36), содержащий ортофосфорную кислоту, изопропиловый спирт, нитрат цинка, этанол и/или бутанол, винную кислоту, триэтаноламин, алкилацетат С₃-С₇ и/или танин, желтую и/или красную кровяную соль и воду.

Состав также приводит к разрушению продуктов коррозии и образованию защитной пленки. Недостатком является большое число ингредиентов в составе и высокая себестоимость продукта.

Наиболее близким к заявленной композиции по совокупности существенных признаков является композиция для обработки металлической поверхности (патент РФ 2120495, оп. 20.10.1998 г.), содержащая ортофосфорную кислоту, цинк азотнокислый, калий железистосинеродистый, фторуглеродное соединение общей формулы R_FZQ, где R_F=С₆F₁₃ ^-, или C₈F₁₇ ^-, или CF₃ОС₃F₆ОС₂F₄ ^-;

Z=-СО-, или -SO₂-,

Q=-NHC₂H₄OH, или

Основным недостатком композиции, выбранной в качестве прототипа, является неустойчивость фторированных катионных ПАВ в кислых и щелочных средах. В данном растворе, где рН<3, они, по-видимому, претерпевают анионный обмен (переанионированние) с образованием плохорастворимых с низкой поверхностной активностью соединений типа:

Подтверждением превращений фторсодержащих поверхностно-активных веществ является повышение поверхностного натяжения в готовой композиции во времени.

Повышение поверхностного натяжения композиции приводит к уменьшению коэффициента смачивания и времени превращения продуктов коррозии, и соответственно времени обработки поверхностей, снижению эффективности превращения ржавчины, особенно в микротрещинах и на шероховатой поверхности.

Задачей изобретения является увеличения срока эксплуатации металлических изделий, имеющих сварные швы, сложный профиль и т.п., путем обработки поверхности металла составом, преобразующим слой ржавчины в прочную защитную пленку и предотвращающим дальнейшую коррозию металла, в том числе и в микротрещинах, а также увеличение срока хранения композиции при сохранении ее свойств, что позволит в процессе применения не прибегать к различным корректировкам как по времени обработки, так и температуре использования композиции.

Поставленная задача решается тем, что композиция для обработки поверхности металла, содержащая ортофосфорную кислоту, цинк азотнокислый, калий железистосинеродистый, фторуглеродное поверхностно-активное вещество и воду, в качестве фторуглеродного поверхностно-активного вещества (ПАВ) содержит неионогенное соединение общей формулы:

R_FCONH(C₂H₄O)_nH, где R_F=С₆F₁₃-, или C₈F₁₇-, или С₂F₅OC₃F₆ОС₂F₄-, при n=10-15, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ортофосфорная кислота	45-60
цинк азотнокислый	2,0-3,5
калий железистосинеродистый	2,5-4,0
неионогенное фторсодержащее ПАВ	0,1-0,3
вода	остальное.

Сущность предложенного технического решения состоит в следующем.

Качественный и количественный состав композиции подобраны таким образом, чтобы достичь технического результата, состоящего в следующем: на поверхности образуется защитная пленка, предотвращающая дальнейшее развитие коррозии за постоянное фиксируемое время, и служащая грунтом для лакокрасочных покрытий, сокращается время, необходимое для обработки поверхности металла, а также снижается себестоимость состава за счет пониженного содержания и стоимости неионогенного фторсодержащего поверхностно-активного вещества.

Ортофосфорная кислота в смеси с железистосинеродистым калием является комплексообразователем для растворенных под действием кислоты продуктов коррозии металла, азотнокислый цинк в смеси с ортофосфорной кислотой и железистосинеродистым калием способствует образованию прочной и устойчивой к атмосферному воздействию оксидной и цинкофосфатной пленки. Фторуглеродный неионогенный ПАВ способствует созданию высокого осмотического давления, что приводит к повышению смачивающей способности композиции в том числе проникновения ее в микротрещины.

При этом поверхностное натяжение композиции в течение длительного времени сохраняется постоянным и составляет - 23 мН/м. В условиях хранения композиции эта величина поверхностного натяжения постоянна в течение, по крайней мере, не менее 6 месяцев.

Совместное присутствие каждого из указанных компонентов в заявляемой композиции для обработки поверхности металла обеспечивает высокую коррозийную стойкость обрабатываемых изделий, а также создает условия для последующего нанесения лакокрасочных материалов при полном связывании продуктов коррозии.

Заявляемую композицию готовят путем растворения в воде указанных компонентов при механическом перемешивании и температуре 20-30°С.

При этом используют химические вещества, выпускаемые промышленностью:

ортофосфорная кислота в соответствии с ГОСТ 6552-80

азотнокислый цинк в соответствии с ГОСТ 5106-77

калий железистосинеродистый (желтая кровяная соль) в соответствии с ГОСТ 6816-79

неионогенный фтор, содержащий ПАВ

вода дистиллированная в соответствии с ГОСТ 6709-72

Приготовленную композицию наносят на металлическую поверхность без предварительного удаления продуктов коррозии с помощью тампона, кисти или распылением и затем сушат при температуре 20-40°С.

Для определения эксплутационных характеристик заявляемой композиции были приготовлены три состава с различным содержанием ингредиентов:

Состав 1

ортофосфорная кислота (85%)	45
цинк азотнокислый	2,5
калий железистосинеродистый	2,5
неионогенный фтор - ПАВ
С6F13CONH(С2Н4O)14Н	0,15
вода	остальное.

Состав 2

ортофосфорная кислота (85%)	50
цинк азотнокислый	3
калий железистосинеродистый	3,5
неионогенный фтор - ПАВ
CF3OC3F6OC2F4SO2NH(C2H4O)11Н	0,2
вода	остальное.

Состав 3

ортофосфорная кислота (85%)	55
цинк азотнокислый	3,5
калий железистосинеродистый	4,0
неионогенный фтор - ПАВ
C8F17CONH(C2H4O)15H	0,3
вода	остальное.

Каждым из приведенных выше образцов были обработаны 12 пластин (всего - 36) из ст - 20 согласно ГОСТ 16523-70. Исходный слой ржавчины на пластинах составлял до 90 мкм. Сушка осуществлялась в течение 12 часов при 20-30°С, после чего они были помещены в термостаты над парами 3,5% водного раствора хлористого натрия при температуре последнего 80±0,1°C и выдерживали их в течение 400 часов.

Контрольные замеры площади разрушения покрытия через 400 часов показали, что пластины всех трех составов, а метод решетчатых надрезов с единичным квадратом 2×2 мм, согласно ГОСТ 15140-78, показал:

2 балла для состава 1;

1 балл для состава 2;

1 балл для состава 3.

Таким образом видно, что заявляемая композиция для обработки металла обладает существенными преимуществами по сравнению с известными средствами, предназначенными для достижения той же цели, а именно: способностью за короткое время образовывать на поверхности металла высокопрочное антикоррозийное покрытие без предварительного удаления слоя ржавчины. Пленочное покрытие может служить основой для нанесения на них лакокрасочных материалов.

Композиция для обработки поверхности металла, содержащая ортофосфорную кислоту, цинк азотнокислый, калий железистосинеродистый, фторуглеродное поверхностно-активное вещество и воду, отличающаяся тем, что она в качестве фторуглеродного поверхностно-активного вещества - ПАВ содержит неионогенное соединение общей формулы

R_FCONH(C₂H₄O)_nН,

где R_F=С₆F₁₃-, или C₈F₁₇-, или С₂F₅OC₃F₆ОС₂F₄-, n=10-15, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ортофосфорная кислота	45-60
Цинк азотнокислый	2,0-3,5
Калий железистосинеродистый	2,5-4,0
Неионогенное фторуглеродное ПАВ	0,1-0,3
Вода	Остальное