AT144900B - Verfahren zum Überziehen von Metallen mit phosphathaltigen Schutzschichten. - Google Patents

Description

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  Verfahren zum überziehen von Metallen mit   phosphathaltigen   Schutzschichten. 



   Die Erfindung betrifft das Überziehen von Metallen auf elektrochemischem Wege mit Phosphat- überzügen, welche das Metall gegen Korrosion schützen, eine dauerhafte Zwischenschicht oder Verbindungsschicht zwischen Metall und Deckschicht bilden, das Entstehen von Fehlern der Deckschicht verhindern, das Metall mit einer ununterbrochenen, fleckenlosen und rostschützenden Schicht über- 
 EMI1.1 
 höchst erreichbaren Schutz verleihen und die Erzielung einwandfreier und dauerhafter   Decküberzüge     ermöglichen.   



   Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, Metalle mit einem   solchen Überzug zu   versehen, welcher im trockenen Zustande ein verhältnismässig geringes, im feuchten Zustande aber ein genügend grosses Leitvermögen besitzt, um den überzogenen Gegenstand auf galvanischem Wege mit einem Überzug von anderen Metallen, wie z. B. Kupfer, Zink, Zinn usw. versehen zu können. 



  Insbesondere ist es ein Gegenstand der Erfindung, Metalle mit   einer wasserunlöslichen   und   rostsdiützenden   Phosphatschicht zu überziehen. 



   Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass das zu überziehende Metall als Elektrode in einem elektrolytischen Bade, welches Phosphat-oder äquivalente Anionen und Metallkationen enthält,   mit einem die Richtung wechselnden Strome behandelt wird. Dabei müssen natürlich die an sich bekannten   Bedingungen zur Erzeugung von   Phosphatschichten   auf Metallen, wie insbesondere der Säuregehalt des Bades, eingehalten werden. Man erhält so einen Phosphatüberzug, der in manchen Fällen noch gewisse kleine Mengen von freiem Metall eingebettet enthalten kann, und der ein ausgezeichnetes Bindevermögen für   Decküberzüge,   z. B. von Farbe, Lack, Emaille   od.   dgl. besitzt. 



   Zur Ausübung des Verfahrens der Erfindung kann fast jede Art von elektrischem Strom verwendet werden, vorausgesetzt, dass dieser wenigstens einmal während der Bildung des Überzuges seine Richtung ändert. Auch wenn dieser Richtungswechsel nicht periodisch ist, erhält man mit einem solchen Strom einen Überzug gemäss der Erfindung, obgleich, insbesondere vom wirtschaftlichen Standpunkt, Wechselströme mit üblicher Frequenz, z. B. mit einer solchen von   25-60   pro Sekunde, vorzuziehen sind. Ebensowenig wie die Frequenz ist die besondere Wellenform oder die Dauer der Stromstösse von ausschlaggebender Bedeutung. 



   Die Stromdichte beträgt zweckmässig 250-550   Ampli,   bezogen auf die Oberfläche des zu überwindenden Metalls ; sie kann aber in weiten Grenzen abgeändert werden, ohne dass sich dadurch die Natur oder die Dicke des sich   bildenden Überzuges wesentlich ändert.   



   Das Verfahren der Erfindung ist für zahlreiche Metalle anwendbar, wie z. B. für Eisen und Eisenlegierungen, Zink, Kadmium, Messing und kupferhaltige Legierungen, Nickel, Chrom, Zinn usw. Alle diese Metalle sind imstande, wasserunlösliche Phosphate zu bilden und den Strom in beiden Richtungen zu leiten. 



   Das Verfahren hat sich als nicht oder nicht vorteilhaft anwendbar erwiesen für Platin, Gold, Silber, Kupfer und Blei, welche Metalle ja auch üblicherweise nicht mit derartigen Überzügen versehen werden ; es ist ferner nicht anwendbar für Aluminium, da dieses Metall einerseits als Elektrode in einem Elektrolyten den Stromdurchgang nur nach einer Richtung gestattet   (Gleichrichterwirkung),   und da anderseits bei der Behandlung von Aluminium mit Phosphatlösungen, mit oder ohne Zuhilfenahme des elektrischen Stromes, die erhaltenen Überzüge fast ausschliesslich aus Aluminiumoxyd bestehen und kein oder nur wenig Phosphat enthalten. 



   Die Anionen des Elektrolyten können ausschliesslich aus Phosphationen bestehen ; es können aber daneben noch andere Anionen, wie z. B. Sulfat-, Nitrat-, Nitrit-, Chlorid-und Arsenat-Ionen vorhanden sein. 



   Als Kationen des Elektrolyten kommen vor allem die Ionen von Eisen, Zink, Kadmium, Kalzium, Aluminium, Nickel, Kobalt und Mangan in Betracht. Die Anwesenheit von Kationen der Alkalimetalle ist   unschädlich.   



   Da das hauptsächlichste Anwendungsgebiet der Erfindung die Behandlung von Eisen und Stahl ist, wird die Erfindung im folgenden insbesondere in ihrer Anwendung auf Gegenstände aus kalt gewalztem Stahlblech, z. B. Automobilkotflügel oder ähnliche Presslinge aus diesem Material, näher beschrieben. 



   Der mit einer Schutz-oder Zwischenschicht gemäss der Erfindung zu überziehende Gegenstand wird zuerst in bekannter Weise von Fremdstoffen, z. B. von Hammerschlag, Rost, Öl, Fett, Schmutz u. dgl. befreit und gereinigt. 

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   Der Gegenstand wird dann in ein Bad von der unten angegebenen Zusammensetzung, welches sich in einem grossen Stahlbehälter befinden kann, so eingebracht, dass er vollständig von dem Elektrolyten bedeckt ist, und mit dem einen Pol der Stromquelle verbunden, während der Stahlbehälter an den anderen Pol angeschlossen wird ; der Strom, z. B. Wechselstrom n = 60, wird dann eingeschaltet und so reguliert, dass die Stromdichte etwa   250-550 Amp/m2,   bezogen auf die Oberfläche des zu überziehenden Gegenstandes, beträgt. 



   Zunächst erfolgt eine starke Gasentwicklung an dem Gegenstand, welche aber bald abnimmt und nach etwa vier Minuten ein Minimum erreicht. Während dieser Zeit bildet sieh der Überzug und erreicht seine grösste Dicke etwa dann, wenn die Gasentwicklung ihr Minimum erreicht hat. Der Gegenstand wird dann aus dem Bade herausgenommen, mit Wasser abgewaschen und getrocknet. 



   Die Temperatur des Bades kann beliebig gewählt werden ; zweckmässig beträgt sie   70-95  C.   



   Die zur Erzeugung des Überzuges benötigte Zeit hängt von der Stromdichte, der Natur des zu überziehenden Metalles, der Temperatur des Bades sowie von dessen Konzentration und Zusammensetzung ab. 



   Solange das Bad die richtige Zusammensetzung hat, sind Konzentration, Temperatur und Stromdichte nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Gute Ergebnisse werden erhalten, wenn diese einzelnen Faktoren so gewählt werden, dass die Bildung des Überzuges in etwa 4 Minuten beendet ist. 



   Ist der Überzug einmal gebildet, so erhöht eine Fortsetzung der Elektrolysendauer weder seine Dicke, noch ändert sich seine Zusammensetzung ; auch der Stromwiderstand steigt nicht wesentlich, und es kann deshalb ein erfindungsgemäss überzogenes Metall als permanente Gegenelektrode für die Behandlung beliebig vieler Gegenstände nacheinander verwendet werden, und es kann auch ein aus Eisen oder Stahlblech bestehender Badbehälter gleichzeitig als Gegenelektrode verwendet werden. 



   Die Art und Schaltung des elektrischen Stromes lässt eine grosse Zahl von Abänderungen bzw. sehr viele Möglichkeiten zu ; insbesondere kann eine Mehrzahl von Gegenständen als Elektroden geschaltet werden, wodurch sich die Stromkosten entsprechend verringern. 



   Wenn ein aus Eisen oder Stahl bestehender Badbehälter als Gegenelektrode benutzt wird, so erhält er einen Überzug, der ihn vor weiterer Einwirkung   schützt,   und, da dieser Überzug in Berührung mit der Elektrolytflüssigkeit feucht und von genügender elektrischer Leitfähigkeit ist, kann das Gefäss fortdauernd verwendet werden, ohne zu korrodieren. Das gleiche gilt von einer etwa verwendeten permanenten Gegenelektrode, wenn der Behälter aus Holz oder anderem nichtleitenden Material besteht. 



   Obgleich der erhaltene Überzug verhältnismässig glatt, dicht und eben ist, so kann diese Eigenschaft noch dadurch erhöht werden, dass das Werkstück vor dem Einbringen in das Bad mit einem Tuch leicht gerieben oder mit einer Bürste leicht gebürstet wird, oder dadurch, dass geringe Mengen von depolarisierenden Stoffen, wie z. B. Nitraten oder Nitriten der Alkalimetalle, des Magnesiums, des Cers, des Eisens oder des Zinks, dem Bade zugefügt werden, wobei diese Mengen im allgemeinen etwa 5 g   auf l   Liter Badflüssigkeit nicht zu übersteigen brauchen. 



   Nachstehend werden in Tabellenform einige beispielsweise Badzusammensetzungen angegeben : 
 EMI2.1 
 
 EMI2.2 
 
<tb> 
<tb> 



  I <SEP> II <SEP> in <SEP> iv <SEP> v <SEP> vi
<tb> Gramm
<tb> ZnO.,. <SEP> """. <SEP> "",... <SEP> ",......, <SEP> lS'O
<tb> Zn <SEP> 7-2 <SEP> 7-2
<tb> Cd <SEP> (OH) <SEP> 40-5
<tb> ZnSO4 <SEP> .......................... <SEP> 31#9
<tb> Fe <SEP> .............................. <SEP> 9#12 <SEP> 6#0
<tb> Cd <SEP> .............................. <SEP> 12#35
<tb> H3PO4 <SEP> (75%ig) <SEP> .................. <SEP> 79#5 <SEP> 79#5 <SEP> 3#2 <SEP> 159#0 <SEP> 159"#0 <SEP> 79#5
<tb> 
 
Die oben angegebenen Mengen werden mit Wasser auf 1 Liter   aufgefüllt.   



   Die Herstellung erfolgt im allgemeinen so, dass das Metall oder Metalloxyd unter ständigem Rühren in der verdünnten Phosphorsäure bis zu klarer Lösung aufgelöst wird. Diese konzentrierte Lösung eignet sich im allgemeinen zu Lagerung und Versand. Zum Ansetzen des Bades wird dann die noch fehlende Wassermenge zugesetzt. 



   Das Bad nach Beispiel II gibt einen Überzug, der nach dem Trocknen einen geringeren elektrischen Widerstand besitzt als der nach Beispiel I erhaltene Überzug. 



   Mit den oben angegebenen Bädern erhält man einen grauen, dichten und wasserunlöslichen Phosphatüberzug, dessen Zusammensetzung jedoch je nach der Art des verwendeten Bades und der Art des überzogenen Metalles variiert. So erhält man nach Beispiel I einen   Zinkphosphatüberzug,   nach Bei- 

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 spiel II einen Überzug, welcher neben Kadmiumphosphat noch metallisches Kadmium enthält, nach Beispiel III einen Zinkphosphatüberzug, nach Beispiel IV einen Eisenphosphatüberzug, nach Beispiel V einen Überzug, welcher Zinkphosphat, Kadmiumphosphat und metallisches Kadmium enthält, nach Beispiel VI einen Zinkphosphat und Eisenphosphat enthaltenden Überzug. 



   Von den bekannten Verfahren zur Erzeugung von dichten, wasserfreien Phosphatsehutzschichten unterscheidet sich das vorliegende Verfahren insbesondere durch die Verwendung eines die Richtung während des Verfahrens mindestens einmal wechselnden Stromes ; diese Stromart ist bisher nur zur Erzeugung von Oxydschichten auf Metallen, insbesondere auf Aluminium, angewendet worden. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Überziehen von Metallen, insbesondere von Eisen, Nickel, Zink, Kadmium und deren Legierungen, mit phosphathaltigen Schutzschichten unter Verwendung des elektrischen Stromes, dadurch gekennzeichnet, dass die zu überziehenden Gegenstände in einem Bade, welches Phosphat-Anionen und ein oder mehrere Metall-Kationen, wie z. B. Eisen, Zink, Kadmium, Kalzium, Aluminium, Nickel, Chrom, Mangan od. dgl., enthält, zu Elektroden eines die Richtung wechselnden Stromkreises gemacht werden, wobei dieser Strom Wechselstrom oder regelmässig oder unregelmässig umgepolter Gleichstrom sein kann.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Bad überdies noch Depolarisatoren, z. B. Nitrate oder Nitrite, enthält.

   3. Verfahren nach den Ansprüchen l und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus Metall bestehender Badbehälter und (oder) eine Mehrzahl von Werkstücken als Gegenelektrode bzw.-elekroden verwendet wird bzw. werden.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstände in EMI3.1 EMI3.2 <tb> <tb> ZnO <SEP> .................................. <SEP> 0#9 <SEP> - <SEP> 1#8 <SEP> kg <tb> H3PO4 <SEP> (75%ig)......................... <SEP> 4#0 <SEP> - <SEP> 8#0# <tb> NaNO,................................. <SEP> ? <SEP> 1- <SEP> 0-5 <tb> Wasser <SEP> ................................ <SEP> 95'0 <SEP> - <SEP> 89#7# <tb> 100-0 <SEP> 100-0 <SEP> kg. <tb> als Elektroden eines'Wechselstromes bei einer Stromdichte von 250-550 Amp/m2 verwendet werden.