Procédé d'obtention d'un fini terne ou mat sur un métal ferreux contenant du carbone La présente invention concerne un procédé perfec tionné de traitement de surfaces métalliques et, plus particulièrement, un procédé pour obtenir un fini terne ou mat sur des surfaces de métaux ferreux contenant du carbone.
Lorsqu'on prépare des surfaces métalliques, et parti culièrement des surfaces de métaux ferreux contenant du carbone, à recevoir un revêtement, tel qu'un revêtement par voie électrique, un revêtement protecteur ou un revêtement d'apprêt pour peinture, tel qu'un revêtement de phosphate, et/ou un revêtement de peinture, etc., il est désirable, d'une façon générale, que la surface métal lique ait un fini terne ou mat. Lorsque des revêtements de ce type sont appliqués sur un fini terne ou mat, d'une façon générale, il y a bien meilleure adhérence entre le revêtement et la surface que lorsque la surface présente un fini plus brillant ou éclatant.
Normalement, on ob tient ce fini terne ou mat désirable, en soumettant la surface de métal ferreux à l'action d'une solution acide de décapage telle qu'une solution aqueuse d'acide sulfu rique ou d'acide chlorhydrique.
Dans certains cas, toutefois, on a trouvé que les sur faces de métal ferreux à traiter ont un éclat métallique qui est pratiquement non affecté par un traitement clas sique par des solutions acides de décapage. Dans ces cas, le traitement par une solution acide de décapage ne produit pas un fini terne ou mat sur la surface du métal ferreux, mais une surface au moins semi-éclatante reste après le traitement. Bien qu'on ne connaisse pas quelle est la nature de cette surface éclatante sur le métal fer reux et qu'on ne sache pas non plus d'une façon géné rale pourquoi elle est résistante aux solutions acides de décapage, on a trouvé que, lorsqu'elle reste sur le métal ferreux, on peut rencontrer des difficultés à obtenir un revêtement adhérent de haute qualité sur cette surface, tel que ceux indiqués ci-dessus.
Dans certains cas, on a trouvé que cette surface écla tante, sur le métal ferreux, peut être physiquement éli minée, par exemple par meulage ou sablage, mais, d'une façon générale, ces modes opératoires ne sont pas dési rables. Non seulement une opération de meulage ou de sablage est onéreuse et prend du temps, particulièrement lorsqu'il s'agit de surfaces irrégulières, mais, en outre, si les dimensions de la pièce sont modifiées par de telles opérations, il est probable que l'utilisation de ces techni ques sera hors de question. En conséquence; jusqu'à présent, il n'existe pas de mode opératoire parfaitement satisfaisant pour traiter facilement et économiquement un métal ferreux présentant une surface éclatante, afin d'obtenir un fini terne ou mat sur le métal.
En conséquence, la présente invention a pour but de fournir un procédé économique et simple de traitement d'un métal ferreux présentant une surface éclatante, de façon à produire un fini mat sur le métal, lequel pro cédé ne provoque pas de modification sensible dans les dimensions du métal traité.
Pour atteindre les buts précités, la présente invention a pour objet un procédé d'obtention d'un fini terne ou mat sur un métal ferreux contenant du carbone et pré sentant une surface éclatante qui n'est normalement pratiquement pas affectée par une solution acide de décapage, procédé selon lequel on met la surface métal lique en contact avec une solution acide de décapage, on maintient la solution en contact avec la surface pen dant un temps d'au moins cinq minutes, mais insuffisant pour former un dépôt carboné sur la surface, on met la surface en contact avec une solution alcaline de perman ganate et, ensuite, on met la surface en contact avec une solution acide de décapage pendant un laps de temps suffisant pour former un fini mat sur la surface.
Lors de la mise en aeuvre de ce procédé, l'utilisation en com binaison de la solution acide de décapage suivie par la solution alcaline de permanganate attaque, d'une cer taine manière, la surface éclatante du métal ferreux, rendant ainsi la solution acide de décapage ultérieure efficace pour former un fini mat sur la surface. Ni le décapage acide, ni la solution de permanganate seules ne se sont révélées donner ces résultats.
Bien qu'il soit préférable d'effectuer la mise en con tact du métal ferreux et du produit de décapage acide en plongeant la surface de métal ferreux dans la solution acide de décapage, on se rendra compte que la solution de décapage peut être amenée d'autres manières en con tact avec la surface métallique, par exemple par pulvé risation, écoulement, etc. Toutefois, on a trouvé, dans bien des cas, qu'on réalise l'utilisation la plus économi que de la solution acide de décapage lorsque la surface métallique est plongée dans celle-ci et, pour cette raison, on se référera essentiellement ci-dessous à la mise en contact du métal ferreux avec la solution acide de déca page par immersion.
D'une façon générale, des temps de contact de cinq à quarante-cinq minutes environ sont typiques, des temps de contact de huit à vingt minutes environ étant préfé rables. Bien que, dans certains cas, on puisse utiliser des temps de contact plus longs, il est important que la durée de la mise en contact entre la solution de décapage et la surface de métal ferreux contenant du carbone ne soit pas suffisante pour que se produise un dépôt car boné sur la surface du métal.
En conséquence, lorsqu'on choisit le temps de contact, il faut tenir compte de ce facteur de façon que les temps de contact utilisables entre la solution acide de décapage et le métal ferreux soient compris entre cinq minutes et un temps qui pro voquerait la formation d'une quantité substantielle de dépôt carboné sur la surface du métal ferreux.
On peut utiliser diverses solutions aqueuses acides de décapage. Celles-ci peuvent être composées à partir de divers acides, y compris d'acides organiques et d'aci des minéraux tels que l'acide sulfurique, l'acide chlorhy drique, l'acide phosphorique, ete. Par exemple, les solu tions de décapage sont des solutions aqueuses d'acides minéraux et sont de préférence des solutions aqueuses d'acide sulfurique ou d'acide chlorhydrique. Bien qu'on puisse utiliser diverses concentrations de ces solutions acides, des concentrations de 5 à 25'/a environ étant typiques, des concentrations en acide de 10 à 20 % environ par rapport au poids de la solution sont préfé rables.
Après mise en contact avec la solution aqueuse acide de décapage pendant le temps désiré,- on met ensuite la surface métallique en contact avec une solution alcaline de permanganate. Là encore, il est préférable d'effectuer la mise en contact en plongeant la surface de métal fer reux dans la solution de permanganate, bien qu'on puisse également utiliser d'autres modes de mise en contact. La solution alcaline de permanganate est une solution alcaline aqueuse contenant un permanganate de métal alcalin.
Par permanganate de métal alcalin , on entend se référer aux permanganates de lithium, de sodium, de potassium, de césium et de rubidium. Parmi ceux-ci, c'est le permanganate de potassium qu'on préfère et, en conséquence, on se référera ci-dessous essentiellement à cette substance. La quantité de permanganate de potas sium dans cette solution est au moins la quantité qui fournit l'activation désirée de la surface pour faire que la solution acide de décapage ultérieurement appliquée soit efficace pour faire disparaître le fini éclatant du métal.
Typiquement, le permanganate de potassium est présent dans la solution de traitement en une quantité comprise entre 5 et 50 g/litre environ et, de préférence, en une quantité de 15 à 35 g/litre environ. Il est bien évident que, dans certains cas, la solution de traitement peut contenir du permanganate de potassium en quanti tés plus élevées ou plus basses que celles qui ont été indiquées, à condition que les quantités utilisées soient suffisantes pour réaliser l'activation désirée précitée de la surface métallique. Outre le permanganate de métal alcalin, la solution de traitement du métal selon la présente invention peut contenir également un hydroxyde de métal alcalin.
Bien que divers hydroxydes de métaux alcalins puissent être utilisés, comme, par exemple les hydroxydes de lithium, de sodium, de potassium, de césium ou de rubidium, on a trouvé qu'il est, d'une façon générale, préférable d'uti liser de l'hydroxyde de sodium dans la solution de traite ment selon la présente invention. Par exemple, l'hy droxyde de sodium est présent en une quantité comprise entre 10 et 200 g/litre environ, une quantité de 20 à 150 g/litre environ étant préférable.
On pense que l'alcalinité ajoutée à la solution de traitement par l'addition d'hy droxyde de sodium augmente d'une certaine manière l'efficacité du permanganate à activer la surface du mé tal ferreux, de façon à rendre la solution acide de déca page ultérieurement appliquée, efficace à produire un fini mat sur la surface. En conséquence, dans certains cas, on peut utiliser dans la solution de traitement des quantités plus élevées ou moins élevées de l'hydroxyde de métal alcalin, à condition que, quelle que soit la quantité utilisée, celle-ci soit au moins suffisante pour réaliser cette exaltation désirée de l'efficacité de la solu tion de permanganate.
On maintient la solution alcaline de permanganate en contact avec la surface de métal ferreux pendant un laps de temps qui est d'au moins cinq minutes pour réaliser l'activation désirée de la surface de métal fer reux de façon que la solution acide de décapage ulté rieurement appliquée soit efficace pour faire disparaître le fini éclatant de la surface. Par exemple. les temps de contact utilisés sont compris entre deux et vingt minutes environ, des temps de contact de cinq à quinze minutes environ étant préférables. Comme pour la solution acide de décapage, on peut utiliser des temps de contact aussi bien plus longs que plus courts, dans certains cas, à condition qu'on obtienne l'activation requise de la sur face ferreuse.
Après la mise en contact désirée de la surface fer reuse avec la solution de permanganate de potassium, on met à nouveau la surface en contact avec une solution acide de décapage. Les solutions de décapage qui peu vent être utilisées sont les solutions acides aqueuses telles qu'on les a décrites ci-dessus, et la surface ferreuse peut être mise en contact avec elles par immersion, ou autre mode de mise en contact tels que décrits ci-dessus.
D'une façon générale, la solution acide de décapage avec la quelle on met la surface en contact après traitement avec la solution de permanganate est du même type que la solution acide de décapage avec laquelle les surfaces fer reuses sont mises en contact préalablement au traitement par la solution alcaline de permanganate.
On se rendra compte, toutefois, que si on le désire, on peut utiliser une solution acide de décapage différente dans les traite- ments qui précèdent et suivent le traitement par le per manganate alcalin. Après le stade de traitement au per manganate, on maintient les surfaces de métaux ferreux dans la solution acide de décapage pendant un laps de temps d'au moins cinq minutes pour réaliser un fini terne ou mat sur le métal ferreux. Là encore, il est im portant que les temps de contact ne soient pas suffisants pour provoquer un dépôt de suie carbonée sur la surface du métal ferreux. A titre d'exemples des temps de con tact utilisés, on citera ceux atteignant jusqu'à cinq minu tes environ, des temps compris entre plusieurs secondes et trois minutes environ étant typiques.
Après le second stade de décapage acide, les surfaces de métal ferreux qui ont été traitées se trouvent prêtes pour l'application de divers revêtements, par exemple de revêtements par voie électrique, de revêtements de phos phate, de peinture, etc. Si on le désire, les surfaces peu vent être rincées à l'eau après qu'elles ont été retirées de la seconde solution acide de décapage, de façon à éliminer tout acide résiduel pouvant rester sur la surface du métal. De façon similaire, on peut effectuer des rin çages à l'eau entre les autres stades de traitement du processus, c'est-à-dire entre la première solution acide de décapage et la solution de permanganate, et entre la solution de permanganate et la seconde solution acide de décapage.
Lorsqu'on prépare les solutions alcalines de perman ganate à utiliser selon la présente invention, on prépare une composition sèche en mélangeant le permanganate de potassium et l'hydroxyde de sodium en des quantités suffisantes pour réaliser la concentration désirée de ces constituants dans la solution aqueuse. On mélange en suite cette composition sèche avec de l'eau, afin d'obte nir la solution aqueuse de traitement. Par exemple, une telle composition sèche peut contenir de 40 à 95 parties en poids environ d'hydroxyde de sodium et de 5 à 60 parties en poids environ de permanganate de potassium. Des quantités d'hydroxyde de sodium comprises entre 60 et 90 parties environ, en poids, et des quantités de per manganate de potassium comprises entre 10 et 40 parties en poids environ, sont préférables.
Lorsqu'on établit la formule d'une telle composition sèche, il peut être désirable d'y inclure un carbonate de métal alcalin, comme le carbonate de sodium, par exem ple. Notamment, lorsque le carbonate de sodium est inclus dans le mélange sec, il est présent en une quantité comprise entre 5 et 50 parties environ, en poids, des quantités de 10 à 40 parties environ, en poids, étant pré férables. Une composition particulièrement préférée de ce type, à utiliser pour la préparation de la solution aqueuse alcaline de traitement au permanganate selon la présente invention, contient environ 60 parties en poids d'hydroxyde de sodium, environ 20 à 25 parties en poids de permanganate de sodium et environ 15 à 20 parties en poids de carbonate de sodium.
Comme on l'a fait remarquer ci-dessus, on mélange un tel mélange sec avec de l'eau en quantités suffisantes pour obtenir une solution aqueuse de traitement conte nant l'hydroxyde de métal alcalin et le permanganate de métal alcalin en les quantités qui ont été indiquées. Lorsque le mélange sec contient un carbonate de métal alcalin, ce constituant est présent dans la solution aqueuse de traitement en une quantité de 5 à 50 g/litre environ et, de préférence, en une quantité de 15 à 35 g/litre environ.
Une solution aqueuse de traitement parti culière préférée contient environ 120 g/litre d'hydroxyde de sodium et environ 30 g/litre de permanganate de sodium et 30 g/litre environ de carbonate de sodium.
Lors de la mise en oeuvre du procédé selon la pré sente invention, un métal ferreux présentant une surface éclatante qui est normalement pratiquement non affectée par une solution acide de décapage est mis en contact, de préférence par immersion, avec une solution acide aqueuse, par exemple une solution acide aqueuse d'acide sulfurique ou chlorhydrique. Cette solution acide de dé capage est maintenue en contact avec la surface du métal ferreux pendant quinze minutes environ. On retire en suite la surface métallique de l'acide de décapage et, de préférence, on la rince à l'eau afin d'éliminer toute trace de solution acide restant sur sa surface.
Ensuite, on met la surface de métal ferreux en contact, de préférence par immersion, avec une solution aqueuse alcaline de per manganate, contenant de préférence environ 120 g/litre d'hydroxyde de sodium, 30 g/litre de permanganate de potassium et 20 g/litre de carbonate de sodium. II est désirable que cette solution soit à une température supé rieure à la température ambiante, c'est-à-dire supérieure à 200 C, des températures de 25 à 1000 C environ étant typiques, des températures de 50 à 851> C environ étant préférables.
Il est préférable de maintenir la surface du métal ferreux en contact avec la solution de permanga nate pendant dix minutes environ. Puis, il est désirable de rincer la surface du métal ferreux à l'eau, de façon à éliminer toute trace de solution alcaline de permanganate restant sur la surface, et on la met ensuite à nouveau en contact avec la solution aqueuse acide de décapage. Il est préférable que cette solution soit la même que celle qu'on a précédemment utilisée et on maintient la surface dans celle-ci pendant un laps de temps suffisant pour produire un fini mat sur le métal ferreux.
Dans ce but, des temps de contact de deux minutes environ se sont souvent révélés appropriés. Lorsque le fini mat a été obtenu sur la surface du métal ferreux, on retire le métal de la solution acide et, de façon désirable, on effectue un autre rinçage à l'eau pour éliminer tout acide restant sur la surface. Les surfaces ainsi traitées sont alors prêtes pour l'application de tout revêtement ultérieur, comme indiqué ci-dessus.
Les exemples suivants sont donnés à titre d'illustra tion de l'invention. Dans ces exemples, sauf autrement indiqué, les températures sont en degrés centigrades et les parties sont en poids.
<I>Exemple 1</I> On plonge des pièces d'acier dans une solution aqueuse d'acide sulfurique contenant environ 15% en poids d'H,,SOI, pendant quinze minutes environ. La solution d'acide sulfurique est à une température d'en viron 75 . Ces pièces, avant d'être plongées dans la solu tion d'acide sulfurique, présentent un fini éclatant sur la surface. Après sortie de la solution d'acide sulfurique et rinçage à l'eau pour éliminer tout acide restant sur la surface des pièces, on remarque que le fini éclatant de la surface est pratiquement inchangé par le contact avec l'acide.
On plonge alors ces pièces pendant dix minutes dans une solution aqueuse contenant environ 108 g/litre d'hydroxyde de sodium, environ 36 g/litre de perman ganate de potassium et environ 36 g/litre de carbonate de sodium. Cette solution aqueuse est à une température d'environ 80 et on la prépare en dissolvant dans de l'eau une composition sèche contenant environ 60 parties en poids d'hydroxyde de sodium et environ 20 parties en poids de permanganate, ainsi que 20 parties en poids, environ, de carbonate de sodium, en une quantité per mettant d'obtenir une concentration du mélange sec total d'environ 180 -/litre.
Au bout de dix minutes, on retire les pièces de la solution de permanganate et on remarque que le fini éclatant sur la surface métallique est pratique ment inchangé. On rince alors les pièces à l'eau, et on les plonge une seconde fois dans la solution acide, pen dant deux minutes. Au bout de ce temps, on retire les pièces de la solution acide et on voit qu'elles présentent un fini terne, mat, sur leur sui-face, le fini éclatant qui se trouvait précédemment sur la surface ayant été complè tement éliminé. Lorsqu'on traite ces pièces avec une solution classique de revêtement au phosphate de zinc, on obtient sur les pièces un excellent revêtement adhé rent protecteur de phosphate.
<I>Exemple 2</I> On répète le mode opératoire de l'exemple 1, à cette exception près que la solution aqueuse alcaline de per manganate ne contient que 30 -/litre de permanganate de potassium et 20 -/litre d'hydroxyde de sodium. On prépare cette solution en dissolvant dans de l'eau une composition sèche contenant environ 60 parties en poids de permanganate de potassium et 40 parties en poids d'hydroxyde de sodium. Comme à l'exemple précédent, après traitement avec la seconde solution acide aqueuse, on obtient sur la surface des pièces un fini terne, mat.
<I>Exemple 3</I> On répète le mode opératoire de l'exemple 1, à cette exception près que la solution aqueuse de permanganate ne contient que 15 -/litre de permanganate de potassium et 20 -/litre d'hydroxyde de sodium. On prépare cette solution en dissolvant dans l'eau une composition sèche contenant environ 57 parties en poids d'hydroxyde de sodium et 43 parties en poids de permanganate de potas sium. Comme dans les exemples précédents, le fini écla tant sur la surface des pièces d'acier est complètement éliminé dans la seconde solution acide de décapage et on obtient sur ces pièces un fini terne et mat.
<I>Exemple 4</I> A titre de comparaison, on plonge des pièces d'acier, du même type que celles utilisées à l'exemple 1, dans une solution acide de décapage, telle que décrite à l'exemple 1, pendant un laps de temps de quarante-cinq minutes. Au bout de ce temps, on retire les pièces et on trouve qu'un épais dépôt de suie carbonée s'est formé sur la surface des pièces. Lorsqu'on retire ce dépôt de suie, on trouve que le fini éclatant sur la surface est pratiquement non affecté par le traitement acide. Lors qu'on traite ces pièces avec une solution classique de revêtement au phosphate de zinc, le revêtement qui en résulte est de mauvaise qualité, présentant une mauvaise adhérence et étant, d'une façon générale, insatisfaisant.
<I>Exemple S</I> A titre d'autre comparaison, on répète le mode opé ratoire de l'exemple précédent, à cette exception près qu'on utilise, au lieu de solution acide de décapage, seu lement une solution alcaline de permanganate comme décrit à l'exemple 1. Après sortie de cette solution de permanganate, on trouve que le fini éclatant sur les pièces est pratiquement non affecté par la solution. On met ensuite une partie de ces pièces en contact avec une solution acide de décapage, comme à l'exemple 1, et on la maintient dans cette solution pendant un laps de temps de quinze minutes environ, temps au bout duquel des traces d'une suie carbonée commencent à se former sur la surface du métal.
Lorsqu'on retire ces pièces de la solution de décapage, on trouve que le fini éclatant sur la surface du métal est pratiquement non affecté par la solution de décapage. Lorsqu'on traite les deux jeux de pièces avec une solution classique acide de revête ment au phosphate de zinc, les revêtements produits sont de mauvaise qualité, présentent une mauvaise adhérence et sont, d'une façon générale, inacceptables.
On répète le mode opératoire de l'exemple 1 en utili sant une solution de décapage à l'acide chlorhydrique et une solution de traitement au permanganate contenant du permanganate de sodium, de l'hydroxyde de potas sium et du carbonate de potassium, et on obtient des résultats comparables.