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La présente invention a pour objet un procédé perfectionné du traitement de surfaces métalliques dans des bains aqueux d'alcalis
La présente invention a également pour objet un concentrée qui dilué, convient pour ces (bains aqueux d'alcalis.
Le traitement de métaux et d'alliages dans des solutions d'alcalis est couramment utilisé pour éliminer des graisses, peintu- res, émaux, tartre, couches d'oxyde et incrustations, etc., et pour rendre rugueux ou décaper des métaux tels que l'aluminium, le zinc
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et leurs alliages. Il se produit frfque.n..,le.a.t un dé:.ga[::e'lent de fusées et de pulvérisation de bains utilisés pour ces traitements en raison de la formation d'hydrogène ou d'un autre gaz à la surface du métal, @
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ou à la libération de vapeur d'eau. Il y aussi une perte considéra- ble de chaleur due à l'évaporation à la surface de ces bains de trai-, tement quand ils fonctionnent à des températures sensiblement supé- rieures à la température ambiante.
Le dégagement de pulvérisation d'alcali et de vapeur d' eau entraîne une perte de chaleur et un danger pour les opérateurs à moins d'installer un dispositif d'évacuation.
Dans la présente invention, le dégagement d'alcali pulvé- risé et de vapeur d'eau d'un récipient, d'un bain ou d'un creuset, contenant une solution d'alcali est sensiblement supprimé par la' présence sur la surface de la solution d'alcali d'une couche d'une substance inerte qui est liquide à la température d'utilisation du bain d'alcali et sensiblement immiscible à l'alcali. La perte de chaleur par évaporation superficielle de vapeur d'eau est sensible- ment réduite par cette couche superficielle; cela présente un grand intérêt quand le bain est maintenu à une température élevée sans être utilisé constamment. Les pertes chimiques du bain sont égale- ment réduites par l'action de lavage de la couche superficielle iner te.
Cela étant, la présente invention procure un procédé de traitement de métaux dans lequel on immerge le métal dans un alcali aqueux sur la surface duquel flotte une couche d'une matière hydro- carbonée saturée liquide.
Dans un des modes de réalisation de l'invention, la solu- tion d'alcali et la couche superficielle contiennent un agent tensio- actif.
L'invention procure également des concentré s qui, par di- lution, conviennent pour des bains aqueux d'alcalis, et qui compren- nent une matière hydrocarbonée saturée et un alcali soluble dans l'eau. En outre, le concentré peut contenir un agent tensio-actif.
La matière formant couche étant saturée, c'est-à-dire qu' elle ne contient pas de liaisons carbone-carbone non saturées, est inerte, c'est-à-dire stable à la réaction avec l'alcali du bain ou
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avec l'oxygène atmosphérique à la température de fonctionnement du bain. Elle doit évidemment aussi avoir une densité moins grande que la solution d'alcali. Il est préférable qu'elle contienne peu ou pas de matières qui sont volatiles à la température de travail du bain et elle doit avoir une viscosité à cette température telle que la couche se reforme facilement après avoir été rompue, par exemple, par l'entrée et la sortie d'objets du bain, ou par la sor- tie de bulles de gaz ou de vapeur.
Les matières formant couche préférées ont une viscosité de 0,005 à 0,02 poise, et bien que les matières de viscosités rela- tivement basses soient préférées, il faut évidemment veiller à ce que le point d'éclair de la matière soit supérieur à la températu- re de travail utilisée dans le processus.
L'action du bain d'alcali peut être accélérée par l'appli- cation d'un courant électrique, soit alternatif, soit continu, ou ces deux ensemble, et la formation supplémentaire de gaz provoque- rait normalement le dégagement d'une quantité plus grande de fumées et de jets pulvérisés. Une des couches superficielles, telle qu'el- le est décrite dans le présent ménoire, est particulièrement inté- ressante dans de tels cas.
Il est avantageux que le bain aqueux comprenne un agent tensio-actif, afin de faciliter l'élimination des couches superfi- cielles adhérentes éventuellement déposées sur la surface métalli- que lors de l'immersion. Dans des bains non, tranquilles, c'est-à- dire des bains qui fonctionnent à la température d'ébullition de l'alcali aqueux ou dans lesquels il y a une effervescence vigoureu- se du métal en traitement, il est préférable que la tension super- ficielle de l'alcali aqueux ne soit pas réduite au-dessous de celle de la couche flottante.
Il est avantageux aussi d'utiliser un agent' tensio-actif qui est à la fois soluble dans le bain d'alcali et dans la couche superficielle, parce que la présence d'un agent tensio- actif dans la couche superficielle faciliter élimination des couches superficielles adhérentes éventuelles lors du rinçage ultérieur. En
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outre, la couche-superficielle peut se comporter comme réservoir qui absorbe tout excès d'agent tensio-actif qui peut quitter la so- lution du bain aux températures élevées.
L'agent tensio-actif doit évidemment être stable dans un bain d'alcali et la quantité présente ne peut être suffisante pour faire entrer en émulsion la couche superficielle dans le bain d'al- cali. On préfère utiliser dans la présente invention des agents ten- sio-actifs non ioniques, parce qu'ils sont plus stables dans les so- lutions rencontrées.
La présente invention est particulièrement intéressante dans ses application à des bains d'alcalis utilisés dans le laminage chimique de certains métaux'pour obtenir, par exemple, des feuilles très minces dont le rapport entre la résistance mécanique et le poids est élevé. On peut obtenir sur ces feuilles des nervures en décapant certaines zones du métal, les nervures étant formées en protégeant les zones choisies contre l'attaque par la solution de décapage.
EXEMPLE 1. -
On décape profondément des panneaux d'aluminium dégraissé$ en les immergeant pendant 5 minutes à 40 C dans une solution à 20% d'hydroxyde de sodium contenant 0,1% d'un agent tensio-actif non ionique (un produit de condensation d'oxyde d'éthylène et d'un alcool gras à longue chaîne et dont la surface porte une couche de 12 mm d'une matière hydrocarbonée ayant un point d'éclair de 125 Cet une viscosité de 5,1 poises à la température d'opération. On ne constate pas de dégagement de jet pulvérisé ou de fumées. Un papier filtre traité par une solution à 1% de phénol phtaléine et maintenu au- dessus de la couche superficielle à une distance de 1 pouce (25,4 mm) n'accuse pas de réaction alcaline après 5 minutes.
La présence de l'agent tensio-actif dans cet exemple a pour objet de faciliter l'enlèvement de la matière formant couche déposée sur les panneaux et favoriser ainsi un décapage uniforme du métal.
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EXEMPLE 2.-
On immerge à 100 C pendant 60 minutes des panneaux d'acier peints dans une solution à 20% d'hydroxyde de sodium'contenant 0,1 % d'un agent tensio-actif anionique (un sulfate d'alkyle secondaire) et dont la surface porte une couche de 12 mm d'une matière hydro- carbonée ayant un point d'éclair de 180 C et une viscosité de 5 centipoises à 95 C. Toute la peinture est éliminée de façon satis- faisante et il n'y a pas de dégagement notable de jets pulvérisés ou de vapeur d'eau de la solution au cours du traitement.
EXEMPLE 3 . -
On prépare une solution de la composition suivante':
Orthosilicate de sodium ................ 2,9% en,poids
Agent tensio-actif non ionique (produit de condensation d'un alcool gras à lon- gue chaîne avec de l'oxyde d'éthylène) 0,1% en poids et on la recouvre d'une couche de 12 mm de la matière hydrocarbonée utilisée dans l'exemple 2. On chauffe ensuite la solution à 90 C et on y introduit, à travers la couche superficielle, des panneaux d'acier graisseux. Après 5 minutes de traitement, on retire les pan- neaux à travers la couche superficielle et on les rince par irmner- sion'dans de l'eau courante froide. Les panneaux sont parfaitement mouillés par l'eau et on estime qu'il ne reste aucune trace d'huile ou de graisse.
EXEMPLE 4.-
On recouvre un bain d'une solution aqueuse contenant :
Carbonate de sodium anhydre ............. 5% en poids
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Chromate de sodium ...................... 1,5% en 7. û s Eau .................................... reste d'une couche de 12 mm de la matière hydrocarbonée utilisée dans l'exemple 2 et on le chauffe à ébullition. On traite dans ce bain des panneaux d'aluminium pendant 15 minutes, puis on les rince et on les sèche. Ces panneaux accusent une plus grande résistance à la corrosion que le métal non traité à l'essai au jet de sel.
Des concentrés propres à former, par dilution, les bains
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utilisés dans le procédé perfectionné'de traitement de métaux com- prennent un mélange de la matière hydrocarbonée saturée liquide et d'un alcali soluble dans l'eau ou d'une solution concentrée d'alca-- li. L'agent tensio-actif, s'il est nécessaire dans le procédé, peut être également incorporé dans le concentré. Quand le liquide inerte est mélangé avec la'poudre d'alcali en proportions appropriées pour @ l'application finale, le produit conserve habituellement ses carac- téristiques pulvérulentes et le liquide inerte empêche dans beau- coup de cas la prise en masse de l'alcali.
Dans tous les cas, le concentré constitue un procédé avantageux pour préparer, manipuler et entreposer les ingrédients sous une forme qui se prête facile- ment à l'emploi.
Etant donné que la couche inerte se trouvant sur les bains d'alcali réduit très efficacement le dégagement de vapeur d'eau et de fumées des bains, il est désirable de colorer la couche pour aver. tir les ouvriers que le bain sous la couche peut être très chaud, malgré l'absence des indices visibles habituels. La couche peut être colorée en y introduisant un colorant rouge..
EXEMPLE 5 . -
On prépare un concentré contenant :
Carbonate de sodium.'anhydre ........... 154 parties en poids
Chromate de sodium .................... 46 parties en poids
Matière hydrocarbonée (telle qu' utili- sée dans l'exemple 2) 80 parties enpoids Colorant rouge "Waxoline" '0,01 partie en poids On ajoute 91 livres (41,3 kg) de cette composition à un bain conte- nant 100 gallons (455 litres) d'eau et dont la surface supérieure mesure 8 pieds carrés (0,74 m2). Les sels sont dissous et la matiè- re hydrocarbonée forme une couche d'une épaisseur de 16 mm et se colore en rouge sur la surface supérieure de la solution.
La tempé- rature de la solution est portée à 98 C et des panneaux d'aluminium, immergés pendant 15 minutes dans la solution chaude, sont recouverts d'une couche offrant une excellente résistance à la corrosion.
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The present invention relates to an improved process for treating metal surfaces in aqueous alkali baths.
The present invention also relates to a concentrate which, diluted, is suitable for these (aqueous alkali baths.
The treatment of metals and alloys in alkali solutions is commonly used to remove grease, paints, enamels, scale, oxide layers and encrustations, etc., and to roughen or pickle metals such as aluminum, zinc
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and their alloys. It occurs frequently.n .., le.at a de: .ga [:: e'lent of rockets and spray baths used for these treatments due to the formation of hydrogen or another gas at the metal surface, @
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or the release of water vapor. There is also considerable heat loss due to evaporation from the surface of these treatment baths when they are operated at temperatures substantially above room temperature.
The release of spray of alkali and water vapor results in heat loss and danger to operators unless an evacuation device is installed.
In the present invention, the evolution of pulverized alkali and water vapor from a vessel, bath or crucible containing an alkali solution is substantially suppressed by the presence on the surface. from the alkali solution of a layer of an inert substance which is liquid at the operating temperature of the alkali bath and substantially immiscible with the alkali. The heat loss by superficial evaporation of water vapor is appreciably reduced by this superficial layer; this is of great interest when the bath is maintained at a high temperature without being constantly used. Chemical losses from the bath are also reduced by the washing action of the inert surface layer.
However, the present invention provides a method of treating metals in which the metal is immersed in an aqueous alkali on the surface of which floats a layer of liquid saturated hydrocarbonaceous material.
In one embodiment of the invention, the alkali solution and the surface layer contain a surfactant.
The invention also provides concentrates which, upon dilution, are suitable for aqueous alkali baths, and which comprise a saturated hydrocarbon material and a water soluble alkali. In addition, the concentrate may contain a surfactant.
The layer material being saturated, i.e., it does not contain unsaturated carbon-to-carbon bonds, is inert, i.e., stable to reaction with the bath alkali or
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with atmospheric oxygen at the operating temperature of the bath. It must obviously also have a lower density than the alkali solution. It is preferable that it contains little or no material which is volatile at the working temperature of the bath and it should have a viscosity at this temperature such that the layer easily reformed after being broken, for example, by the inlet. and the exit of objects from the bath, or by the exit of gas or vapor bubbles.
Preferred diaper materials have a viscosity of 0.005 to 0.02 poise, and although materials of relatively low viscosities are preferred, care must be taken, of course, that the flash point of the material is above the temperature. - re working used in the process.
The action of the alkali bath may be accelerated by the application of an electric current, either alternating or directing, or both together, and the further formation of gas would normally cause an amount to be evolved. greater smoke and spray jets. One of the surface layers, as described herein, is of particular interest in such cases.
It is advantageous for the aqueous bath to include a surfactant, in order to facilitate the removal of the adherent surface layers which may be deposited on the metal surface during the immersion. In non-quiet baths, that is, baths which operate at the boiling point of the aqueous alkali or in which there is vigorous effervescence of the metal being treated, it is preferable that the surface tension of the aqueous alkali is not reduced below that of the floating layer.
It is also advantageous to use a surfactant which is both soluble in the alkali bath and in the surface layer, because the presence of a surfactant in the surface layer will facilitate removal of the layers. superficial adhesion, if any during subsequent rinsing. In
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Additionally, the surface layer can act as a reservoir which absorbs any excess surfactant which may leave the bath solution at elevated temperatures.
The surfactant must of course be stable in an alkali bath and the amount present cannot be sufficient to emulsify the surface layer in the alkali bath. It is preferred to use in the present invention nonionic surfactants because they are more stable in the solutions encountered.
The present invention is particularly advantageous in its applications to alkali baths used in the chemical rolling of certain metals to obtain, for example, very thin sheets with a high ratio between mechanical strength and weight. Ribs can be obtained on these sheets by pickling certain areas of the metal, the ribs being formed by protecting the selected areas against attack by the pickling solution.
EXAMPLE 1. -
Degreased aluminum panels are deeply stripped by immersing them for 5 minutes at 40 ° C in a 20% sodium hydroxide solution containing 0.1% of a nonionic surfactant (a condensation product of The oxide of ethylene and a long chain fatty alcohol, the surface of which bears a 12 mm layer of a hydrocarbon material having a flash point of 125 Ce, a viscosity of 5.1 poise at the temperature of No mist or fumes were released A filter paper treated with a 1% solution of phenol phthalein and kept above the surface layer at a distance of 1 inch (25.4 mm) n 'shows no alkaline reaction after 5 minutes.
The presence of the surfactant in this example is intended to facilitate the removal of the layer-forming material deposited on the panels and thus to promote uniform pickling of the metal.
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EXAMPLE 2.-
Painted steel panels are immersed at 100 ° C. for 60 minutes in a 20% sodium hydroxide solution containing 0.1% of an anionic surfactant (a secondary alkyl sulfate) and whose The surface bears a 12 mm layer of a hydrocarbonaceous material having a flash point of 180 C and a viscosity of 5 centipoise at 95 C. All the paint is removed satisfactorily and there is no noticeable release of spray jets or water vapor from the solution during processing.
EXAMPLE 3. -
A solution of the following composition is prepared:
Sodium orthosilicate ................ 2.9% by weight
Nonionic surfactant (condensation product of a long chain fatty alcohol with ethylene oxide) 0.1% by weight and covered with a 12 mm layer of the hydrocarbon material used in Example 2. The solution is then heated to 90 ° C. and greasy steel panels are introduced therein through the surface layer. After 5 minutes of treatment, the panels are removed through the surface layer and rinsed by immersion in cold running water. The panels are perfectly wetted by water and it is estimated that no traces of oil or grease remain.
EXAMPLE 4.-
A bath is covered with an aqueous solution containing:
Anhydrous sodium carbonate ............. 5% by weight
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Sodium chromate ...................... 1.5% in 7. û s Water ............... ..................... remains of a 12 mm layer of the hydrocarbon material used in Example 2 and is heated to a boil. Aluminum panels are treated in this bath for 15 minutes, then rinsed and dried. These panels exhibit greater corrosion resistance than untreated metal in the salt jet test.
Concentrates suitable for forming, by dilution, baths
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used in the improved metal treatment process comprise a mixture of the liquid saturated hydrocarbon material and a water soluble alkali or a concentrated alkali solution. The surfactant, if needed in the process, can also be incorporated into the concentrate. When the inert liquid is mixed with the alkali powder in proportions suitable for the final application, the product usually retains its powdery characteristics and the inert liquid in many cases prevents caking of the powder. alkali.
In any case, the concentrate provides an advantageous method for preparing, handling and storing the ingredients in a form which is readily amenable to use.
Since the inert layer on the alkali baths very effectively reduces the release of water vapor and fumes from the baths, it is desirable to color the layer for cleaning. drawing workers that the bath under the diaper can be very hot, despite the absence of the usual visible clues. The layer can be colored by introducing a red dye into it.
EXAMPLE 5. -
A concentrate is prepared containing:
Sodium carbonate, anhydrous ........... 154 parts by weight
Sodium chromate .................... 46 parts by weight
Hydrocarbon material (as used in Example 2) 80 parts by weight Red "Waxoline" dye 0.01 part by weight 91 pounds (41.3 kg) of this composition is added to a bath containing 100. gallons (455 liters) of water with a top surface area of 8 square feet (0.74 m2). The salts are dissolved and the hydrocarbonaceous material forms a layer 16 mm thick and turns red on the upper surface of the solution.
The temperature of the solution is raised to 98 ° C. and aluminum panels, immersed for 15 minutes in the hot solution, are covered with a layer offering excellent corrosion resistance.