CS226119B1 - Způsob úpravy povrchu žárově pozinkovaných předmětů pro zvýšení přilnavosti organických povlaků - Google Patents

Description

Vynález se týká úpravy povrchu žárově pozinkovaných předmětů a jeho cílem je zvýšení přilnavosti organických povlaků na těchto površích nanesených a současně zvýšení odolnosti proti korozi.

Použití žárově pozinkovaných výrobků umožňuje řešit řadu problémů jejich protikorozní ochrany pomocí tzv. kombinovaných — duplexních povlaků, jejichž podstatou je nanesení organických povlaků na žárově pozinkované pásy, plechy, dráty a kusové výrobky nebo na výrobky — výlisky, svařence — z plechu nebo drátů zhotovené.

Současné způsoby pozinkování vodou ke vzniku zinkových povlaků, jejichž následná úprava organickými povlaky je obtížná a z hlediska sledu potřebných operací složitá. Základní příčinou tohoto stavu je vlastní podstata konečných fází procesu pozinkování, při nichž vznikají povlaky s různou strukturou dendritů, které jsou nesmáčivé vodou i většinou organických rozpouštědel a ředidel nátěrových hmot. Navíc jsou tyto povlaky značně reaktivní, což působí potíže při transportu a skladování svitků nebo svazků plechů, drátů a kusových výrobků z žárově pozinkované oceli, které působením atmosférických činitelů a zejména zkondenzované vodní páry podléhají korozi za vzniku tzv. bílé rzi. Tento jev výrazně znehodnocu2 je zinkový povlak a ztěžuje, popřípadě i znemožňuje jeho strojírenské využití. Aby se snížila reaktivita povrchu zinkových povlaků, opatřují se pásy nebo plechy vrstvami konzervačních olejů, např. minerálních olejů s obsahem antikorozních inhibitorů, anebo se pasivují roztoky obsahujícími ionty CrO₄ ²-.

Oba tyto známé způsoby úpravy žárově pozinkovaných povrchů mají řadu nevýhod. Konzervace pozinkovaných pásů a plechů sice účinně snižuje náchylnost ke vzniku tzv. bílé rzi při skladování a přepravě, ale podstatně ztěžuje strojírenské zpracování těchto materiálů. Konzervované plechy jsou např. velmi kluzké, což zvyšuje nebezpečí úrazu při ručních manipulacích, jsou náchylné ke znečištění, před dalším zpracováním, zejména před svařováním a zhotovováním nátěrů je třeba náročnými operacemi povrchy odmastit. Pasivace roztoky na bázi chromátů jo obvykle málo účinná v důsledku již zmíněné špatné smáčivosti povrchů bezprostředně po pozinkování.

Další známý způsob omezení nevýhod žárově pozinkovaných povrchů je řízení konečných fází procesu kontinuálního pozinkování tak, aby se potlačil vznik dendritů anebo se zlepšila smáčivost povrchů vnesením inertních nekovových částic do zinko226119 vého povlaku. Částečná zlepšení, která tyto postupy umožňují, neřeší problém úplně, protože zejména neodstraňují nutnost chránit pozinkované výrobky a pásy — plechy pro údobí přepravy a skladování a zabezpečit smáčivost povrchů, resp. potřebu chemicky upravovat díly zhotovené z pozinkovaného pásu — z plechů pro následnou ochranu organickými povlaky. Jak dočasná ochrana, tak postupy předběžné úpravy povrchů předmětů vyrobených z žárově pozinkovaných pásů jsou složité a vnášejí do výrobního toku strojírenských operací prvky chemických technologií, což vyvolává značné potíže při projektování výroben a jejich provozu zejména tím, že je třeba řešit řadu problémů souvisejících s hygienickými, vodohospodářskými a ekologickými podmínkami. Investiční i výrobní náklady na tyto operace jsou proto vysoké.

Nedostatky těchto známých postupů do značné míry odstraňuje způsob úpravy povrchu žárově pozinkovaných předmětů pro zvýšení přilnavosti organických povlaků podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že se pozinkované předměty po jejich výstupu z taveniny a po odstranění přebytečného zinku uvedou do styku s vodným prostředím, například jejich postřikem vodným roztokem, ponorem nebo proudem vzduchu s obsahem vodného roztoku po dobu 1 až 10 sekund při počáteční teplotě 200 až 450 °C a konečné teplotě 80 až 250 °C.

Je výhodné, jestliže se pozinkované předměty uvedou do styku s vodným roztokem obsahujícím ionty Zn²⁺, SO/,^2-, Po4^3-, SÍO3^2-, ionty polysilikátové, ionty alkalických kovů a NH4 při součtovém obsahu kationtů a anlontů od 10 g. I^-1 do 300 g. I^-1 a při pH

5,8 až 6,2.

Jestliže se pozinkované předměty uvedou do styku s vodným roztokem obsahujícím přídavek kyseliny křemičité při obsahu SiO₂ od 1 do 200 g. 1^_1 a při pH větším nebo rovném 8, získají se povlaky obsahující gel kyseliny křemičité, který dále zlepšuje přilnavost organických následně nanesených povlaků. Ochranná funkce vrstvy reakčních zplodin se zvýší, když se pozinkované předměty po vytvoření vrstvy reakčních zplodin impregnují vodným roztokem inhibitoru koroze, například fosforečnanu sodného Na₃PO₄ po dobu 3 až 10 s.

Postupem podle vynálezu se vytvoří velmi tenká vrstvička reakčních zplodin na povrchu zinku v bezprostřední souvislosti s procesem žárového pozinkování, přičemž se při vzniku této vrstvy využívá tepla akumulovaného v soustavě ocel — zinkový povlak v průběhu vytváření vlastního povlaku. Vytvoření rovnoměrné, tenké vrstvy reakčních zplodin je podmíněno reakcí teplého zinkového povrchu s vodou, resp. vodní párou obsahující přísady, které příznivě ovlivňují užitné vlastnosti vrstvy.

Základní složení vrstvičky vyplývá z tohoto reakčního mechanismu

Zn + H₂O + i/ίϊ O2 —> Zn(OH)₂

Vrstvička se tedy převážně skládá z hydroxidu zinečnatého. Při vyšších pracovních teplotách její složení odpovídá směsi Zn(OH)₂ a ZnO. Toto základní složení je možno měnit použitím vodných roztoků nebo suspenzí látek, které se reakce účastní tak, že vedle hydroxidu a oxidu zinečnatého též vznikají hydroxidsoli zlnečnaté, např. hydroxidsírany, hydroxidfosfáty. Použije-li se jako složka pracovního roztoku hydrosol kyseliny křemičité, získají se povlaky, které vedle základních složek — Zn(0H)₂, ZnO, hydroxidsoli obsahují též gel kyseliny křemičité, který zlepšuje smáčivost povrchu i přilnavost následně nanesených organických povlaků. Obsahuje-li pracovní roztok ionty mono- nebo polysilikátové, lze získat povlaky s převažujícím obsahem gelu kyseliny křemičité, v jehož struktuře jsou vázány ionty Zn²⁺. Impregnaci pozinkovaných předmětů roztokem inhibitoru koroze, například benzoanu sodného, fosforečnanů alkalických kovů, chlornanů alkalických kovů se dosáhne zvýšení odolnosti proti vzniku korozních zplodin.

Řízením technologických veličin procesu vytváření povlaku reakčních zplodin, zejména teploty, složení a doby působení prostředku lze odstupňovat tloušťku — plošnou hmotnost povlaku a jeho složení tak, že se dosáhne různého stupně ochranné funkce proti vzniku bílé rzi při skladování a přepravě, odstupňovaných vlastností ovlivňujících technologii svařování, odstupňované odolnosti proti mechanického poškození, např. při tváření za studená apod. Všechny alternativy tlouštěk a složení povlaku zabezpečují smáčivost povrchu a umožňují zhotovit na něm organické povlaky s potřebnou přilnavostí. Dojde-li při strojírenském zpracování takto upraveného materiálu k lehkému zamaštění povrchu, je možno použít běžných čisticích operací pomocí organických rozpouštědel, aniž se schopnost vrstvy zabezpečit přilnavost organických povlaků naruší.

Vynález je blíže osvětlen příklady zhotovení reakčních vrstev a jejich vlastností.

Příklad 1

Vzorek z komerčního žárově pozinkovaného pásu o jednostranné plošné hmotnosti zinkového povlaku 170 g. m~² byl ohřát na řadu teplot odpovídajících teplotám procesu chladnutí pásu při kontinuálním pozinkování:

la 400 °C lb 350 °C lc 300 °C ld 200 °C

Vzorky byly po dosažení uvedených tep226119 lot prudce zchlazeny ponorem do roztoku hmotnost vrstev a jejich složení. Výsledky obsahujícího 1 g Na₂SiO₃. 9 H₂O v 1 litru jsou uvedeny v tabulce: destilované vody. Poté byla zjištěna plošná

Vzorek Plošná hmotnost (g.m^-2) Složení (převládající složka je

la	2,5
lb	1,5
lc	1,2
ld	0,4

Smáčivost vzorků byla stanovena podle ČSN 03 8215 a srovnána se smáčivostí neupraveného pozinkovaného vzorku. U vzorku la, lb, lc, ld byla vesměs zjištěna dokonalá smáčivost povrchu — souvislý vodní film, kdežto u vzorku neupraveného byla potvrzena známá úplná nesmáčivost.

Odolnost proti vzniku bílé rzi byla ověřována zrychlenou korozní zkouškou podle ČSN 03 8130, a to opět srovnáním s neupraveným vzorkem. Výsledky této zkoušky jsou v tabulce:

Vzorek Doba vzniku první bílé rzi (hj¹* la 72 lb 48 lc 24 ld 24 bez úpravy 4 ^1# Vzorky byly hodnoceny prvních 8 h každou hodinu, později lx za den.

Přilnavost komerčního třívrstvého nátěru na bázi alkydových nátěrových hmot byla na vzorcích la, lb, lc, ld vesměs AI, A2 (podle ČSN 67 3085), na vzorku neupraveném A4, A5, tedy zcela nevyhovující.

Příklad 2

Provedení pokusu bylo shodné s příkladem 1 s tím rozdílem, že pracovní roztok obsahoval navíc síran zinečnatý v odstupňovaných koncentracích od 1 g . I“¹ do 100 g. . 1^_1. Podle očekávání vrstva reakčních zplodin obsahovala krystalické hydroxidsírany zinečniaté se stoupajícím podílem složky ZnSO₄ při vyšších koncentracích roztoků. Plošné hmotnosti vrstev byly přibližně shodné s příkladem 1. Byla zjištěna zvětšená odolnost proti vzniku bílé rzi, a to až 144 hodin pro vrstvy vzniklé při zchlazení z 350 podškrtnuta]

Zn(OH)₂, ZnO Zn(0H]₂, ZnO Zn(OH)₂, ZnO

Zn(0H)₂, ZnO stopy stupňů Celsia roztokem obsahujícím 10 g. .I^-1 až 30 g.l^-1 síranu zinečnatého. Smáčivost a přilnavost organického povlaku byla opět velmi dobrá.

Příklad 3

Provedení bylo obdobné jako v příkladu 2 s tím rozdílem, že do základního pracovního prostředí, tj. do roztoku Na₂SiO₃ byl přidán (NH/J2HPO3 připravený z vypočtených množství H₃PO₄ a NH₄OH, v rozpětí koncentrací 1 g.l^-1 až 30 g.l^-1. V tomto případě byla plošná hmotnost i ochranná účinnost vrstev menší a také přilnavost nátěru nebyla zcela vyhovující. Ukázalo só, že snížená hodnota pH, menší než 7, tvorbu ochranné vrstvy zhoršila.

Příklad 4

Provedení bylo shodné s příkladem 1 s tím rozdílem, že pracovní prostředí — roztok Na^SiC^ obsahovalo 1 g.l“¹ až 30 g. . I”¹ SiO₂ ve formě soli kyseliny křemičité. V tomto případě byly zjištěny zhruba dvojnásobné plošné hmotnosti vrstev a také jejich ochranná účinnost vzrostla až na 240 hodin. Ve struktuře vrstvy byla prokázána přítomnost SiO₂. Smáčivost vrstvy byla velmi dobrá a přilnavost organického povlaku vesměs AI.

Příklad 5

Provedení bylo shodné s příkladem 4. Po vytvoření reakční vrstvy byly vzorky ponořeny do roztoku obsahujícího 50 g Na₃PO₄ v 1 1 vody na dobu 5 s a poté osušeny. Odolnost proti vzniku korozních zplodin zinku při zrychlené korozní zkoušce stoupla na více než 360 h.

Vynález je možno využívat zejména ve strojírenství.

Claims (4)

1. Způsob úpravy povrchu žárově pozinkovaných předmětů pro zvýšení přilnavostí organických povlaků, vyznačující se tím, že se pozinkované předměty po jejich výstupu z taveniny a po odstranění přebytečného zinku uvedou do styku s vodným roztokem, například jejich postřikem vodným roztokem, ponorem nebo proudem vzduchu s obsahem vodného roztoku, po dobu 1 až 10 s při počáteční teplotě 200 až 450 °C a konečné teplotě 80 až 250 °C.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, iže se pozinkované předměty uvedou do styku s vodným roztokem obsahujícím ionty Zn²⁺, SO4^2-, P04^3-, SiO3^2-, ionty polysilikátiové, ionty alkalických kovů a NH₄ ⁺ při součtovém .obsahu kationtů a aniontů od 10 g.1^_1 do 300 g. I¹ a při pH 5,8 až 6,2.

3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že se pozinkované předměty uvedou do styku s vodným roztokem obsahujícím přídavek kyseliny křemičité při obsahu S1O2 od 1 do 200 g . 1^_1 a při pH větším nebo rovném 8.

4. Způsob podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že se pozinkované předměty po vytvoření vrstvy reakčních zplodin impregnují vodným roztokem inhibitoru koroze, například fosforečnanu sodného Na₃PO4, po dobu 3 až 10 s.