Раствор для фосфатирования стальной поверхности

Авторы патента:

C23C22/13 - содержащих также нитратные или нитритные анионы

Владельцы патента RU 2489517:

Закрытое акционерное общество "ФК" (RU)

Изобретение относится к обработке стальной поверхности, в частности к фосфатированию стальной поверхности, и может быть использовано в металлургической промышленности, а также машиностроении при производстве проволоки, калиброванного металла, деталей машин, труб. Раствор для фосфатирования стальной поверхности содержит, г/л: 5,55-18,72 ионов цинка (Zn²⁺), 4,35-15,68 фосфорного ангидрида (P₂O₅), 9,25-33,6 ионов нитрата (NO₃ ^-), 0,56-2,46 ионов натрия (Na⁺), 0,19-0,82 ионов аммония (NH₄ ⁺) и остальное - вода до 1 л. При этом массовое отношение суммы катионов цинка и натрия к фосфорному ангидриду в растворе составляет (Zn²⁺+Na⁺):P₂O₅=(1-3,47):(0,71-2,57), а массовое отношение ионов аммония к ионам натрия (NH₄ ⁺:Na⁺)=1:3. Изобретение позволяет получить качественное фосфатное покрытие и провести подготовку поверхности металла перед операциями мокрого волочения и другими операциями холодной деформации, а также обеспечивает безопасность и улучшает производственные условия труда за счет уменьшения токсичности промывных и сточных вод и воздуха в рабочей зоне. 1 табл.

Изобретение относится к области обработки поверхности высокоуглеродистой проволоки перед сухим и мокрым волочением с применением фосфатирования и может быть использовано в металлургической промышленности, а также машиностроении при производстве проволоки, калиброванного металла, деталей машин, труб.

Известен раствор для фосфатирования (SU 1458427 А1) металлической поверхности, содержащий следующее содержании компонентов, г/л:

Ионы цинка (Zn²⁺)	10-13
Фосфорный ангидрид (Р₂О₅)	5-10
Ионы нитрата (NO₃ ^-)	17-23
Ионы никеля (Ni²⁺)	0,05-0,15
Ионы меди (Cu²⁺)	0,02-0,07
Азотнокислый экстракт лигнина	0,01-0,10
Вода	остальное до 1 л.

Обладая удовлетворительными антифрикционнымии и механическими свойствами фосфатного покрытия, состав имеет недостатки:

- высокий расход волочильного инструмента, что делает невозможным использование его для подготовки поверхности высокоуглеродистой проволоки перед операцией сухого волочения;

- позволяет провести подготовку поверхности проволоки только перед операцией тонкого (мокрого) волочения;

- входящие в состав ионы никеля и меди с экологической точки зрения опасны.

Наиболее близким к изобретению по назначению и достигаемому результату является фосфатирующий раствор (RU 2170285 С2)), содержащий следующее содержании компонентов, г/л:

Ионы цинка (Zn²⁺)	8,0-35,0
Фосфорный ангидрид (Р₂О₅)	7,0-24,0
Ионы нитрата (NO₃)	20,0-63,0
Ионы никеля (Ni²⁺)	0,05-1 0
Ионы железа(Fe³⁺)	0-0 3
Ионы фтора (F-)	0-2 0
Вода	остальное до 1 л.

Данный раствор позволяет провести подготовку поверхности проволоки перед операциями как мокрого так и сухого волочения. Недостатком является то, что входящие в состав ионы никеля, железа и фтора нежелательны с точки зрения экологии, т.к. являются главной причиной загрязнения промывных и сточных вод, воздуха рабочей зоны.

Задачей изобретения является разработка фосфатирующего раствора, при использовании которого не оказывается отрицательного влияния на нанесение и последующее формирование покрытий с хорошими показателями качества и который безопасен в использовании и безвреден для окружающей среды при приготовлении, использовании и утилизации.

Поставленная задача достигается тем, что фосфатирующий раствор, содержащий ионы цинка, фосфорного ангидрида, нитрата, дополнительно содержит ионы натрия и ионы аммония при следующем содержании компонентов, г/л:

Ионы цинка (Zn²⁺)	5,55-18,72
Фосфорный ангидрид (Р₂О₅)	4,35-15,68
Ионы нитрата (NO₃ ^-)	9,25,-33,6
Ионы натрия (Na⁺)	0,56-2,46
Ионы аммония (NH₄ ⁺)	0,19-0,82
Вода	остальное до 1 л,

причем массовое отношение суммы катионов к фосфорному ангидриду составляет (Zn²⁺+Na⁺):Р₂О₅=(1-3,47):(0,71-2,57), а массовое отношение ионов аммония к ионам натрия (NH₄ ⁺:Na⁺)=1:3.

Применение предлагаемого фосфатирующего раствора позволяет:

- получить качественное фосфатное покрытие поверхности катанки из высокоуглеродистой стали перед операциями среднего и многократного волочения и получить качественную проволоку при незначительном расходе волочильного инструмента;

- провести подготовку поверхности проволоки перед операциями тонкого (мокрого) волочения;

- провести подготовку поверхности металла перед другими операциями холодной деформации, например высадкой крепежных изделий, вытяжкой труб;

- уменьшить токсичность промывных и сточных вод, воздуха рабочей зоны, что делает работу безопасной и улучшает производственные условия труда. 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.

- величина ПДК аммиака 20 мг/м³, класс опасности 4 - малоопасный.

- - величина ПДК натрия мг/м³, класс опасности 4 - малоопасный. 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 - высокоопасный, величина ПДК ионов аммония 1,5 мг/л, класс опасности 4 - малоопасный.

- величина ПДК ионов натрия мг/м³, класс опасности 4 - малоопасный.

Для исследования было приготовлено 5 вариантов фосфатирующего раствора с различным соотношением компонентов и состав прототипа.

Фосфатирующие растворы готовили путем растворения в воде 50,110 и 160 г/л концентрата Фоскон 22 марка А ТУ 2149-050-10964029-96, изм.1-4. Концентрат готовили путем смешения фосфорной и азотной кислот, окиси цинка, раствора аммиака и кальцинированной соды.

Состав прототипа готовили путем последовательного растворения в воде в течение 20-25 мин расчетного количества фосфорной, азотной и плавиковой кислот, окиси цинка, никеля азотнокислого, железа сернокислого.

Во всех примерах (по выше заявляемому составу и по прототипу) фосфатированию подвергались образцы проволоки из высокоуглеродистой проволоки из стали марки 70, диаметром 2 мм, предварительно очищенные от остатков волочильной смазки и остаточного фосфата в щелочном очищающем растворе и активированные в растворе активатора на основе щавелевой кислоты с последующим нанесением сухой волочильной смазки.

Фосфатирование ведут погружением изделий в фосфатирующий раствор при температуре 70-95°С в течение 3-20 мин. либо протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70-95°С в течение 10-40 сек.

Антифрикционные свойства оценивали по усилиям волочения, которые определялись при протягивании образцов проволоки на разрывной машине марки Р-0,5 моделирующей процесс волочения проволоки.

Скорость протягивания составляла 30 см/мин.

Единичное обжатие на волоку 24,5%.

Маршрут волочения 2,0-1,8 мм.

Расход волок при волочении фосфатированной проволоки определяли на стане сухого волочения. Скорость волочения 300-520 м/мин, единичное обжатие 25%, суммарное обжатие 87%.

Маршрут волочения 2,0-1,83-1,65-1,34-1,16-1,01-0,9.

Составы известного фосфатирующего раствора и предлагаемого, а также параметры процесса холодной деформации приведены в таблице 1.

Как видно из примеров (см. таблицу 1, пр.2, 3, 4), содержание ионов цинка, фосфорного ангидрида, нитратов, аммония, массового соотношения (Zn²⁺+Na⁺):P₂O₅ и NH₄ ⁺:Na⁺ в заявляемых пределах обеспечивает хорошие антифрикционные свойства и высокую стойкость волочильного инструмента.

Изменение содержания компонентов и массового соотношения (Zn²⁺+Na⁺):P₂O₅ выше или ниже заявляемых пределов (см. таблицу 1, пр.1, 5) приводит в одном случае к снижению антифрикционных свойств фосфатного покрытия и повышению расхода волочильного инструмента, а в другом к нестабильности фосфатирующего раствора и невозможности получения качественного фосфатного покрытия.

Пример 6 характеризует состав и свойства прототипа.

Использование предложенного фосфатирующего раствора обеспечивает следующие технико-жономические преимущества:

1 Получение качественного фосфатного покрытия поверхности катанки из высокоуглеродистой стали перед операциями среднего и многократного волочения и получить качественную проволоку при незначительном расходе волочильного инструмента;

2 Проведение подготовки поверхности проволоки перед операциями тонкого (мокрого) волочения;.

3 Снижение производственных затрат (уменьшение расхода волочильного инструмента).

4 Уменьшение токсичности промывных и сточных вод, воздуха рабочей зоны, что делает работу безопасной и улучшает производственные условия труда.

Литература.

1. Патент СССР №1458427 А1 «Раствор для фосфатирования металла».

2. Патент РФ №2170285 С2 «Способ подготовки поверхности проволоки перед сухим волочением» (прототип).

Раствор для фосфатирования стальной поверхности, содержащий фосфорный ангидрид, ионы цинка, ионы нитрата, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ионы натрия и ионы аммония при следующем содержании компонентов, г/л:

ионы цинка (Zn²⁺)	5,55-18,72
фосфорный ангидрид (P₂O₅)	4,35-15,68
ионы нитрата (NO₃ ^-)	9,25-33,6
ионы натрия (Na⁺)	0,56-2,46
ионы аммония (NH₄ ⁺)	0,19-0,82
вода	остальное до 1 л,

причем массовое соотношение суммы катионов к фосфорному ангидриду составляет (Zn²⁺+Na⁺):P₂O₅=(1-3,47):(0,71-2,57), а массовое соотношение ионов аммония к ионам натрия (NH₄ ⁺:Na⁺)=1:3.

Изобретение относится к подготовке поверхности. .

Способ получения цинкнитратфосфатного концентрата // 2380458

Изобретение относится к области производства концентратов фосфатирования, применяемых в автомобилестроительной, машиностроительной и других отраслях промышленности для нанесения фосфатного покрытия.

Преобразователь поверхности металла // 2371517

Изобретение относится к химической поверхностной обработке металлических материалов и формированию на их поверхности металлозащитных покрытий для защиты от коррозии.

Раствор для холодного фосфатирования стальной арматуры // 2370569

Изобретение относится к средству антикоррозионной защиты стальной арматуры, используемой в производстве железобетонных изделий и конструкций. .

Композиция для обработки металлической поверхности // 2299267

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 для получения защитного фосфатного покрытия и корректирующий состав для нее // 2261291

Изобретение относится к составам для получения защитного фосфатного покрытия, используемым для подготовки поверхностей металлических изделий и конструкций, и может быть использовано перед окраской в металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности.

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).

Раствор для одновременного обезжиривания и фосфатирования // 2194799

Изобретение относится к химическим методам обработки металла, в частности к составам, предназначенным для обработки изделий, имеющих сложные конфигурации. .

Способ получения покрытия для защиты от коррозии стальных деталей // 2177055

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения покрытий для защиты от коррозии стальных деталей. .

Способ подготовки поверхности проволоки перед сухим волочением // 2170285

Изобретение относится к области подготовки поверхности высокоуглеродистой проволоки перед сухим волочением с применением фосфатирования и может быть использовано в металлургической промышленности, а также машиностроении при производстве проволоки, калиброванного металла и деталей машин.

Раствор для холодного фосфатирования стальной арматуры // 2495962

Изобретение относится к антикоррозионной защите стальной арматуры. Раствор для холодного фосфатирования стальной арматуры содержит, вес.ч.: соль мажеф 35-50; Zn(NO3)2 50-75; NaNO2 3-4; глюкоза 1-2; этилендиаминтетрауксусная кислота 5-8; препарат ОП-4 2-3; препарат ОП-7 2-3; препарат ОП-10 3-5; вода 1000. Раствор позволяет получить на поверхности арматуры пленку, надежно защищающую ее от коррозии, и обеспечивает сокращение шламообразования при обработке арматуры. 1 табл.

Жидкость для химической конверсионной обработки металлического материала и способ обработки // 2510431

Изобретение относится к жидкости для осаждения покрытия из фосфата цинка на металлический материал путем химической конверсионной обработки, представляющей собой водный раствор с рН от 3,6 до 4,4, содержащий от 500 до 4000 ч./млн фосфат-ионов и от 300 до 12000 ч./млн ионов цинка. При этом для данного раствора коэффициент К, вычисленный на основании концентрации фосфат-ионов: Р (ч./млн), концентрации ионов цинка: Z (ч./млн) и рН: Х по формуле: К=10Х×Р2×Z3/1018, находится в диапазоне от 1 до 50. Изобретение позволяет получить на металлических материалах тонкопленочные покрытия из фосфата цинка, обладающие отличными характеристиками грунтовочного слоя, а также позволяет уменьшить количество образующегося осадка и сократить потребление реагентов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.

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.

Раствор для фосфатирования металлической поверхности // 2572688

Изобретение относится к химической обработке поверхности металла путем нанесения фосфатного покрытия и может быть использовано в автомобилестроении, приборостроении, металлургической и метизной промышленности. Раствор для фосфатирования металлической поверхности содержит, г/л: Zn2+ 4,55-8,0, P2O5 7,8-14,0, NO3 - 9,1-16,0, Mn2+ 1,17-2,8, Ni2+ 0,07-0,2, F- 0,52-0,8, карбоновая кислота 0,19-0,3, вода - остальное, причем соотношение ионов Mn2+ к ионам Zn2+ составляет (0,257-0,615):(1,0-1,758). В качестве карбоновой кислоты раствор содержит диоксиянтарную, щавелевую или лимонную кислоту. Изобретение позволяет получить мелкокристаллическую фосфатную пленку с оптимальной массой фосфатного покрытия при температуре фосфатирования 55-70°C, при этом обеспечивает получение покрытий с высокими защитными и износостойкими свойствами. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Способ фосфатирования магнитомягких сплавов типа пермаллой (варианты) // 2624566

Изобретение относится к химической обработке поверхности металла, в частности прецизионных магнитомягких сплавов типа пермаллой, для получения фосфатного электроизоляционного покрытия толщиной 8-15 мкм. Первый вариант способа включает нанесение на поверхность сплава типа пермаллой гальванического цинкового покрытия из цинкатного электролита, содержащего ZnO – 6-14 г/дм3 и NaOH – 80-140 г/дм3, при плотности тока 3-4 А/дм2, отношении анодной и катодной поверхности 1:2 и температуре 15-30°C в течение 5-7 мин. После этого на слой цинка наносят фосфатный слой при температуре 95-98°C в течение 2-3 минут раствором, содержащим, г/дм3: P2O5 – 7,4-9,8, Mn2+ – 2,1-2,8, Zn2+ – 11,0-13,0, NO3- – 21,0-25,0, NO2- – 0,3-0,5. Во втором варианте способа на поверхность сплава наносят гальваническое цинковое покрытие из цианистого электролита, содержащего ZnO – 15-45 г/дм3, NaCN – 30-120 г/дм3, NaOH – 35-100 г/дм3, при плотности тока 1-5 А/дм2, отношении анодной и катодной поверхности 1:1 и температуре 15-30°C в течение 14-17 мин, после чего наносят фосфатный слой по первому варианту. Техническим результатом является получение плотной, мелкокристаллической однородной фосфатной пленки толщиной 8-15 мкм, имеющей величину пробивного напряжения не ниже 70 В. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 пр.

Композиция для формирования противокоррозионных фосфатных покрытий на стальной поверхности // 2633427

Изобретение относится к области защиты от коррозии стальных изделий. Предложенная композиция для формирования противокоррозионных фосфатных покрытий на стальной поверхности содержит, %: оксид цинка – 0,8-1,0, фосфорную кислоту – 1,84-2,0, азотную кислоту – 0,78-0,9, церий сернокислый (в пересчете на металл) – 0,006-0,012; гидроксиламин сернокислый – 0,5-1,0 и вода – остальное. Фосфатирование стальных изделий с использованием композиции производится при температуре раствора 20-30°С в течение 6-12 минут с последующей сушкой при температуре 60-160°С. Композиция обеспечивает формирование на стальной поверхности фосфатных покрытий, обладающих высокой коррозионной стойкостью и защитной способностью, причем присутствие в составе композиции ионов церия способствует формированию на поверхности стали практически беспористых фосфатных покрытий, которые препятствуют проникновению воды и хлорид ионов. 1 табл., 6 пр.