Способ получения фосфатного покрытия

Авторы патента:

Бонокина Маргарита Николаевна (RU)

Акчурина Татьяна Николаевна (RU)

Чумаевский Виктор Алексеевич (RU)

Маслова Валентина Ивановна (RU)

Пустовая Татьяна Александровна (RU)

Богатова Вера Николаевна (RU)

Журавлева Светлана Леонидовна (RU)

Володина Елена Михайловна (RU)

C23C22/18 - содержащих катионы марганца

C23C22/14 - содержащих также хлоратные анионы

Владельцы патента RU 2354747:

Закрытое Акционерное Общество "ФК" (RU)

Изобретение относится к защите металлов от коррозии и предназначено для предварительной обработки поверхности металлов под последующее нанесение лакокрасочного покрытия, в частности методом электрофореза. Способ включает обработку поверхности металла водным раствором фосфатирования, содержащим ионы цинка, фосфата, нитрата, хлората и ионы марганца при следующем содержании компонентов, г/л: Zn²⁺ 2,00-3,15, Р₂O₅ 3,80-7,14, NO₃ ^- 1,10-1,95, ClO₃ ^- - 0,18-0,51, Mn²⁺ 0,002-0,21. Обработку поверхности металла указанным водным раствором фосфатирования осуществляют при температуре 35-40°С за время от 2-х до 5-ти минут, при этом до начала обработки водный раствор фосфатирования корректируют при температуре 20-25°С по значению свободной кислотности до 0,4-0,9 точек добавлением NaOH или Na₂CO₃. Способ позволяет получить фосфатное покрытие с высокой коррозионной стойкостью.

Известен способ получения фосфатного покрытия, включающий обработку металлического изделия водным раствором, содержащим ионы цинка, никеля, фосфата, нитрата, хлората и сульфата, и корректирование раствора в процессе выработки, отличающийся тем, что с целью обеспечения стабильности защитных свойств фосфатного покрытия корректирование ведут раствором, содержащим, мас.%:

Zn²⁺	12-14
P₂O₅	14,4-18,0
NO₃ ^-	11,1-13,7
SO₄ ^2-	3,0-4,0
Ni²⁺	0,08-0,1
ClO₃ ^-	0,1-0,3
вода	до 100%

Способ получения фосфатного покрытия по п.1, отличающийся тем, что корректировка производится добавлением 4-5 г/дм³ исходного концентрата.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения фосфатного покрытия, включающий обработку поверхности металла раствором, содержащим ионы цинка, никеля, фосфата, нитрата и хлората, отличающийся тем, что для получения мелкокристаллического коррозионно-стойкого фосфатного покрытия при температуре фосфатирования 30-45°С за время от 2-х до 10-ти минут он дополнительно содержит ионы кальция при следующем содержании компонентов, г/л:

Zn²⁺	1,527-3,225
Р₂O₅	4,347-8,385
NO₃ ^-	0,822-1,935
Ni²⁺	0,023 - 0,086
ClO₃ ^-	0,587-1,505
Са²⁺	0,06-0,157

Недостатком данного способа является наличие в составе раствора никеля, присутствие которого как и его соединений является нежелательным с точки зрения гигиены рабочих мест и защиты окружающей среды от загрязнений.

Задачей данного изобретения является создание способа фосфатирования металлов, с помощью которого можно получать фосфатные пленки, не уступающие по качеству и коррозионной стойкости пленкам на основе Zn²⁺-Ni²⁺ и в то же время не имеющие недостатков, связанных с присутствием в составе никеля и его соединений.

Поставленная задача достигается тем, что поверхность металла обрабатывают водным раствором фосфатирования, содержащим ионы цинка, фосфата, нитрата и хлората, отличается способ тем, что обработку поверхности металла осуществляют при температуре 35-40°С за время от 2-х до 5-ти минут водным раствором фосфатирования, дополнительно содержащим ионы марганца при следующем содержании компонентов, г/л:

Zn²⁺	2,00-3,15
P₂O₅	3,80-7,14
NO₃ ^-	1,10-1,95
ClO₃ ^-	0,18-0,51
Mn²⁺	0,002-0,21

причем до начала обработки водный раствор фосфатирования корректируют при температуре 20-25°С, по значению свободной кислотности до 0,4-0,9 «точек» добавлением NaOH или Na₂СО₃.

Применение предлагаемого способа позволяет получить фосфатное покрытие, равноценное по своим качественным показателям и по коррозионной стойкости, но более экономичное и соответствующее экологическим требованиям, в частности не содержащее никеля.

В соответствии с гигиеническими нормативами ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» Министерства здравоохранения РФ:

- величина ПДК никеля соли в виде гидроаэрозоля 0.005 мг/м³, класс опасности 1 - чрезвычайно опасный, особенности действия на организм человека К - канцерогены, А - вещества, способные вызывать аллергические заболевания в производственных условиях.

- величина ПДК марганец нитрат гексагидрат 1,5/0,5 мг/м³, класс опасности 2 - высокоопасный, особенности действия на организм человека А - вещества, способные вызывать аллергические заболевания в производственных условиях.

В соответствии с гигиеническими нормативами ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» Министерства здравоохранения РФ:

- величина ПДК никеля 0.05 мг/л, класс опасности 2.

- величина ПДК марганца 0.1 мг/л, класс опасности 3.

Предлагаемый способ фосфатирования может осуществляться путем распыления.

Испытания проводили на образцах холоднокатаной листовой стали 08КП (ГОСТ 16523-97) толщиной 08-09 мм размером 150×70 мм.

Подлежащую обработке поверхность металла перед операцией фосфатирования обезжиривали, тщательно промывали и подвергали обработке активатором на основе солей титана.

В качестве обезжиривающего препарата использовали моющий препарат Фоскон 205 ТУ 2149-067-10964029-97, изм.1,

концентрация, г/л	5-12
температура, °С	55-65
время обработки, мин	2-5

Промывка водопроводной водой

температура, °С	20-35
время обработки, мин	1-2

Активацию металлической поверхности проводили активатором фосфатирования Фоскон 471 ТУ 2149-095-10964029-98, изм.1

концентрация, г/л	0,5-1,5
температура, °С	20-40
время обработки, мин	1-2

Фосфатирование металлической поверхности

температура, °С	35-40
время обработки, мин	2-5
свободная кислотность, «точек»	0,4-0,9

Промывка водопроводной водой

температура, °С	20-35
время обработки, мин	1-2

Для увеличения коррозионной стойкости желательно проводить пассивацию в растворе CrO₃ погружением

концентрация, г/л	0.25
температура, °С	40
время обработки, мин	2
рН раствора	4.2

Сушка

температура, °С	110
время обработки, мин	10

Определение массы фосфатного покрытия, приходящейся на единицу площади поверхности.

Массу фосфатного покрытия (m), г/м², определяют гравиметрическим методом и вычисляют по формуле

где m₁ - масса образца после удаления покрытия, г;

m₂ - масса образца с покрытием, г;

S - площадь покрытия образца, м².

Внешний вид фосфатного покрытия определяют визуально.

Контроль защитных свойств фосфатных покрытий проводят только в сочетании с лакокрасочным покрытием по ГОСТ 9.401.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами:

Пример 1

Образцы подготавливались и фосфатировались по вышеуказанной схеме фосфатирующим раствором следующего состава, г/л:

Zn²⁺	2,00
Р₂O₅	3,80
NO₃ ^-	1,10
ClO₃	0,18
Mn²⁺	0,002

Фосфатирующий раствор корректировали при 20°С добавлением NaOH до значения свободной кислотности 0,4 точки.

Температура фосфатирования 35°С, время фосфатирования 2 мин, масса фосфатного покрытия 1,5 г/ м².

Внешний вид фосфатного покрытия - мелкокристаллическое, светло-серого цвета.

Коррозионная стойкость фосфатного покрытия 427 час.

Пример 2

Zn²⁺	3,15
Р₂О₅	7,14
NO₃ ^-	1,95
ClO₃ ^-	0,75
Mn²⁺	0,15

Фосфатирующий раствор корректировали при 25°С добавлением NaOH до значения свободной кислотности 0,9 "точек".

Температура фосфатирования 40°С, время фосфатирования 5 мин, масса фосфатного покрытия 5,0 г/м².

Внешний вид фосфатного покрытия - мелкокристаллическое, светло-серого цвета.

Коррозионная стойкость фосфатного покрытия 450 час.

Пример 3

Zn²⁺	2,46
Р₂O₅	5,47
NO₃ ^-	1,53
ClO₃ ^-	0,45
Mn²⁺	0,10

Фосфатирующий раствор корректировали при 22,5°С добавлением Na₂СО₃ до значения свободной кислотности 0,65 "точек".

Температура фосфатирования 35°С, время фосфатирования 3,5 мин, масса фосфатного покрытия 3,0 г/м².

Внешний вид фосфатного покрытия - мелкокристаллическое, светло-серого цвета.

Коррозионная стойкость фосфатного покрытия 435 час.

Пример по прототипу

Фосфатирование проводили фосфатирующим раствором следующего состава, г/л:

Zn²⁺	2,376
Р₂O₅	6.366
NO₃ ^-	1.378
Ni²⁺	0.054
ClO₃ ^-	1.046
Са²⁺	0.108

Температура фосфатирования 35°С, время фосфатирования 5 мин, масса фосфатного покрытия 3.0 г/м². Внешний вид фосфатного покрытия - мелкокристаллическое, светло-серого цвета.

Коррозионная стойкость фосфатного покрытия 435 час.

Таким образом, применение предлагаемого способа получения фосфатного покрытия обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:

1. Улучшение гигиены рабочего места;

2. Защита окружающей среды от загрязнений;

3. Снижение себестоимости фосконцентрата;

4. Высокая коррозионная стойкость фосфатного покрытия в комплексе с ЛКП.

Данное изобретение с успехом применяется при фосфатировании кабин и кузовов легковых и грузовых автомобилей с получением мелкокристаллического коррозионно-стойкого фосфатного покрытия перед окраской анодным электроосаждением.

Литература

1. Патент РФ 2070617 «Способ получения фосфатного покрытия».

2. Патент РФ 2240378 «Способ получения фосфатного покрытия» (прототип).

Способ получения фосфатного покрытия, включающий обработку поверхности металла водным раствором фосфатирования, содержащим ионы цинка, фосфата, нитрата и хлората, отличающийся тем, что обработку поверхности металла осуществляют при температуре 35-40°С за время от 2 до 5 мин водным раствором фосфатирования, дополнительно содержащим ионы марганца при следующем содержании компонентов, г/л:

Zn²⁺	2,00-3,15
P₂O₅	3,80-7,14
NO₃ ^-	1,10-1,95
ClO₃ ^-	0,18-0,51
Mn²⁺	0,002-0,21

причем до начала обработки водный раствор фосфатирования корректируют при температуре 20-25°С по значению свободной кислотности до 0,4-0,9 точек добавлением NaOH или Na₂СО₃.

Изобретение относится к обработке стальных деталей перед фосфатной химической конверсионной обработкой. .

Поверхностно-обработанный стальной материал, способ его получения и жидкость для химической конверсионной обработки // 2258765

Изобретение относится к химической конверсионной обработке стального материала, который получен с использованием способа поверхностной обработки и жидкости для обработки, в частности, к поверхностно-обработанному материалу, обладающему превосходной устойчивостью к задиранию.

Способ нанесения фосфатирующего состава // 2225895

Изобретение относится к химической обработке поверхности металла на основе железа перед нанесением лакокрасочных покрытий (ЛКП). .

Концентрат для получения защитного марганец-фосфатного покрытия и корректирующий состав для него // 2213803

Изобретение относится к составам, используемым для получения защитных марганец-фосфатных покрытий толщиной не более 5 мкм на стальных и чугунных поверхностях, эксплуатируемых в условиях трения.

Способ фосфатирования металлической поверхности // 2210624

Изобретение относится к химической обработке поверхности металла, в частности к составам для обработки поверхности металла на основе железа и оцинкованной стали, которые особенно пригодны для обработки изделий, имеющих сложные конфигурации поверхности, такие как кузова автомобилей, перед нанесением лакокрасочных покрытий (ЛКП).

Способ цинкового фосфатирования с интегрированным дополнительным пассивированием // 2179198

Изобретение относится к способам фосфатирования поверхностей металлов водными кислыми растворами. .

Раствор для фосфатирования металлической поверхности // 2159299

Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов путем нанесения фосфатного покрытия и может быть использовано в автомобилестроении, приборостроении, металлургической и метизной промышленности для получения покрытий с износостойкими антифрикционными свойствами.

Способ получения марганцевого фосфатирующего концентрата // 2149829

Изобретение относится к области получения фосфатирующих концентратов и может быть использовано в машиностроении для получения фосфатного слоя с противоизносными и антифрикционными свойствами.

Раствор для фосфатирования металлической поверхности // 2111282

Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов путем нанесения фосфатного покрытия. .

Состав концентрата для получения водного раствора для нанесения покрытия для обработки металлических поверхностей, водный раствор для нанесения фосфатного покрытия кристаллической структуры на металлическую поверхность, способ фосфатирования металлической поверхности и пополняющий состав для добавления к раствору для нанесения покрытия // 2109845

Способ фосфатирования быстродвижущихся лент на агрегатах непрерывного действия // 2200770

Изобретение относится к способу обработки быстродвижущихся лент на агрегатах непрерывного действия холоднокатаной и горячеоцинкованной стали и может использоваться в металлургической промышленности.

Раствор для фосфатирования металлической поверхности // 2194800

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.

Способ химического оксидирования стали // 1705404

Изобретение относится к химической обработке поверхности, в частности к оксидированию (чернению)f и может быть использовано при получении коррозионностойких покрытий на стальной поверхности в машиностроении и других отраслях промышленности.

Раствор для фосфатирования металлических поверхностей // 1624054

Изобретение относится к защите металлов от коррозии, а именно к химической обработке металлов, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости изделий .

Раствор для фосфатирования стали и оцинкованной металлической поверхности // 1597400

Изобретение относится к химической обработке стали и оцинкованной металлической поверхности путем нанесения фосфатного покрытия, служащего подсмазочным слоем при холодной деформации металлов, и может быть использовано в машиностроении и металлургии.

Раствор для фосфатирования металлической поверхности // 1520145

Изобретение относится к защите металлов от коррозии, а именно к химической обработке в водных растворах для фосфатирования, и может быть использовано для защиты металлов от коррозии в любой отрасли машинои приборостроения при проведении окрасочных работ.

Раствор для фосфатирования стальных и чугунных поверхностей // 1369334

Раствор для фосфатирования // 1324343

Раствор фосфатирования с перекисью водорода и хелатообразующими карбоновыми кислотами // 2428518

Изобретение относится к фосфатированию металлических поверхностей из стали, оцинкованной или оцинкованной легированной стали, алюминия, алюминированной или алюминированной легированной стали

Лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой и способ его изготовления // 2436865

Изобретение относится к получению листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, имеющего на наружной поверхности не содержащую хром пленку с отличной стойкостью к отжигу и хорошими магнитными характеристиками

Способ фосфатирования железокобальтового сплава // 2560891

Изобретение относится к химической обработке поверхности металла, в частности железокобальтовых сплавов. Фосфатирование железокобальтового сплава осуществляют при температуре 95-98°C в течение 2-3 минут в растворе, содержащем, г/дм: P2O5 - 7,4…9,8, Mn2+ - 2,1…2,8, Zn2+ - 11,0…13,0, N O 3 − - 21,0...25,0, N O 2 − - 0,3…0,5. Фосфатирование проводят в динамическом режиме. Изобретение позволяет получить плотные, мелкокристаллические однородные электроизоляционные фосфатные пленки толщиной 3-5 мкм, имеющие величину пробивного напряжения 200-300 В и обладающие защитными свойствами, достаточными для предотвращения коррозии на поверхности детали в межоперационный период. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 1 пр.