Хроматирующий состав

Изобретение относится к области обработки поверхности металлов, в частности к хроматированию оцинкованной стали. Хроматирующий состав для обработки оцинкованной стали содержит, г/л: ионы СrО₃ 10,0-15,0, ионы Сr³⁺ 4,0-6,0, ионы РO₄ ^-2 10,8-12,0, полиакрилат аммония 6,0-7,0, ОП-10 0,5-1,0, моноэтаноламид 1,0-2,0, вода - остальное. Использование предложенного хроматирующего состава обеспечивает эффективную защиту оцинкованной стали от белой ржавчины и почернения. 2 табл., 4 пр.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к технической обработке поверхности металлов, в частности к хроматированию оцинкованной стали и может быть использовано в металлургии и машиностроении.

Существующий уровень техники

Уже длительное время для обработки поверхности металлов используются составы на основе шестивалентного хрома и его солей. Один из таких составов описан в ГОСТ 9-305-84 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические».

Состав содержит

Натрия или калия бихромат технический	150 /дм3
Кислота серная	8-12 г/дм3

Но поскольку шестивалентный хром вреден для человеческого организма и окружающей среды, в последнее время для обработки металлов стали применять хроматирующие растворы на основе трехвалентного хрома или на основе композиции трех и шестивалентного хрома. Ввиду того что трехвалентный хром уступает по коррозионной защите шестивалентному, в такие составы вводят антикоррозионные добавки такие как фториды и силикаты.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному хроматирующему составу является состав, описанный в патенте RU 2425911 «Хроматирующий состав для обработки оцинкованной поверхности».

Состав содержит:

51,0-90,0 г/л - ионов CrO₃

1,0-1,5 г/л - ионов Cr³⁺

102,0-120,0 г/л - ионов фосфата

0,1-0,4 - ионов фтороцирконата

3,0-6,0 г/л - полиакрилата аммония

Причем в качестве восстановителя используется фосфиновая кислота.

Состав прототипа эффективен при защите оцинкованной стали от поражения белой ржавчиной.

Однако если оцинкованная поверхность содержит в сплаве даже небольшой % алюминия, коррозия на поверхности металла наблюдается не только в виде белой ржавчины, но и в виде почернения металла. Почернению металла способствуют добавки фторидов и силикатов, содержащихся в хроматирующих составах.

Задачей заявляемого изобретения является создание эффективного хроматирующего состава для защиты оцинкованной стали от белой ржавчины и почернения.

Суть настоящего изобретения

В настоящем изобретении предлагается хроматирующий состав для обработки оцинкованной стали, применение которого эффективно защищает от появления белой ржавчины и почернения.

Поставленная задача достигается за счет того, что заявляемый хроматирующий состав содержит ионы хрома шестивалентного, ионы хрома трехвалентного, фосфат ионы, полиакрилат аммония, ОП-10 и моноэтаноламид при следующем соотношении компонентов, г/л: ионы CrO₃ 10,0-15,0, ионы Cr³⁺ 4,0-6,0, ионы PO₄ ^-2 10,8-12,0, полиакрилат аммония 6,0-7,0, ОП-10 0,5-1,0, моноэтаноламид 1,0-2,0, вода - остальное.

В качестве ионов CrO₃ используется хромовый ангидрид либо отработанный хромсодержащий электролит. В качестве ионов РO₄ ^2- используется ортофосфорная кислота, либо экстракционная фосфорная кислота. Cr³⁺ получается в результате восстановления шестивалентного хрома восстановителем формалином.

ОП-10 поверхностно-активное вещество, представляет собой продукт обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена и обладает отличными смачивающими свойствами.

Добавка его в хроматирующий состав снижает поверхностное натяжение на границе хроматирующего раствора и металла и обеспечивает равномерное проникновение хроматирующего раствора по всей поверхности металла и во все его поры.

Моноэтаноламид представляет собой продукт конденсации моноэтаноламина и жирных кислот кокосового масла и обладает отличными смачивающими свойствами.

Добавка его в хроматирующий состав позволяет увеличить коррозионную стойкость получаемого хроматного покрытия.

Состав не содержит фтористых соединений ввиду того что, входя в состав хроматного покрытия они в агрессивной и влажной среде способствуют почернению металла.

Способ получения состава (примеры)

Пример 1

В стакан наливали 400-500 мл воды, затем засыпали 14 г хромого ангидрида, 14 г ортофосфорной кислоты (75% концентрации) и добавляли 0,4 г формалина для частичного восстановления хрома шестивалентного в хром трехвалентный. По истечении реакции восстановления добавляли 6 г полиакрилата аммония и 0,5 г ОП-10 в любой последовательности. После перемешивания компонентов добавляют воды до литра.

Пример 2

В стакан наливали 400-500 мл воды, затем засыпали 17,5 г хромого ангидрида, 15,7 г ортофосфорной кислоты (75% концентрации) и добавляли 0,5 г формалина для частичного восстановления хрома шестивалентного в хром трехвалентный. По истечении реакции восстановления добавляли 6,5 г полиакрилата аммония и 0,75 г ОП-10 в любой последовательности. После перемешивания компонентов добавляли воды до литра.

Пример 3

В стакан наливали 400-500 мл воды, засыпали 21 г хромого ангидрида, 16,5 г ортофосфорной кислоты (75% концентрации) и добавляли 0,6 г формалина для частичного восстановления хрома шестивалентного в хром трехвалентный. По истечении реакции восстановления добавляли 7 г полиакрилата аммония и 1 г ОП-10 в любой последовательности. После перемешивания компонентов добавляли воды до литра.

Пример 4 (по прототипу)

Для приготовления состава смешивали 282 г отработанного хромсодержащего электролита с содержанием CrO₃ 250 г/л, 158 г экстракционной фосфорной кислоты (72%-ной концентрации) и 546 г воды. Смесь перемешивали и нагревали до 70°С. Затем, не прекращая перемешивания добавляли 3,75 г фосфиновой кислоты в качестве восстановителя с целью частичного восстановления хрома шестивалентного в хром трехвалентный до получения 1 г/л ионов Cr³⁺. По истечении реакции восстановления в раствор добавляли 5,2 г гексафторциркониевой кислоты (40%-ной концентрации) и 4,5 г полиакрилата аммония. Перемешивали смесь до полного растворения компонентов. Перед использованием хроматирующий состав охлаждали до комнатной температуры.

Содержания компонентов в г/л в примерах заявляемого состава и прототипа приведены в таблице 1.

Таблица 1
Компоненты	содержание, г/л
	1	2	3
CrO3	10,0	12,5	15,0
Cr3+	4,0	5,0	6,0
PO4	10,8	11,4	12,0
ZrF6 2-	-	-	-
Полиакрилат аммония	6	6,5	7
ОП-10	0,5	0,75	1,0
Моноэтаноламид	1,5	1,5	2,0

Образцы оцинкованной стали марки Z 140 размером 70×150×0,5 обрабатывали в течение 1-3 секунд в описанных составах при комнатной температуре и далее сушили в сушильном шкафу при температуре 120°С.

По истечении 24 часов выдержки образцы оцинкованной стали с хроматным покрытием подвергали испытаниям на коррозионную стойкость, которую оценивали по поражению белой ржавчиной и почернения.

Испытания на поражение белой ржавчиной проводили в камере солевого тумана и водном растворе 50 г/л NaCl+3 г/л H₂O₂, используя по 5 образцов каждого примера.

В камере солевого тумана оценивали поражения площади образцов каждого примера.

В водном растворе 50 г/л NaCl+3 г/л H₂O₂ оценивали % поражения площади образцов белой ржавчиной по истечению 3 часов выдержки.

Испытание на стойкость к почернению проводили в камере влажности, используя по 20 образцов каждого примера: образцы складывали стопой и сжимали между двумя прямоугольными пластинами из прочного металла с болтовыми отверстиями в каждом из четырех углов, скрепляя гайками на болтах с усилием и ставили в камеру влажности на 120 часов.

Результаты коррозионных испытаний данных составов приведены в таблице 2.

Таблица 2
Примеры составов	Испытания на стойкость к появлению белой ржавчины, % поражения
	в камере солевого тумана	в водном растворе 50 г/л NaCl+3 г/л H2O2
1	0	0,2
2	0	0,2
3	0	0,3
4	5	1,2

Из приведенных примеров видно, что использование заявляемого хроматирующего состава эффективно защищает оцинкованную сталь от поражения белой ржавчиной и почернения.

Литература

1. ГОСТ 9-305-84 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические».

2. Патент RU 2425911 «Хроматирующий состав для обработки оцинкованной поверхности».

Хроматирующий состав для обработки оцинкованной стали, содержащий ионы хрома шестивалентного, ионы хрома трехвалентного, фосфат ионы, полиакрилат аммония, ОП-10 и моноэтаноламид при следующем соотношении компонентов, г/л: ионы СrО₃ 10,0-15,0, ионы Сr³⁺ 4,0-6,0, ионы РО₄ ^-2 10,8-12,0, полиакрилат аммония 6,0-7,0, ОП-10 0,5-1,0, моноэтаноламид 1,0-2,0, вода - остальное.