CZ36687U1 - Aktivační lázeň pro úpravu povrchu před fosfátováním ocelových komponent - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.

CZ 36687 UI

Aktivační lázeň pro úpravu povrchu před fosfátováním ocelových komponent

Oblast techniky

Technické řešení se týká realizace jemnozmných fosfátových povlaků s žádanými vlastnostmi, tedy především vyšší nasákavostí a zajištěním vyšší přídržnosti pro nátěrové hmoty, konzervační přípravky a vosky. Tyto vlastnosti je možné zajistit tzv. technologickým aktivačním oplachem. Aktivace je zcela nezbytná pro tvorbu jemnozmných, chemicky odolnějších (vyšší odolnost vůči alkalickému prostředí) a korozně odolnějších povlaků tzv. tříkationtového fosfátu majoritně složených z krystalické fáze fosfofyllit (Zn2Fe(PO4)2 4H2O).

Dosavadní stav techniky

Z celého spektra průmyslem využívaných fosfátových povlaků zaujímá tříkationtové fosfátování mimořádné postavení díky uplatnění v automobilovém průmyslu jako standard v předúpravě ocelových profilů karosérií s cílem zajištění nejvyšší korozní odolnosti vůči atmosférickým podmínkám a odolnosti vůči abrazivnímu poškození. V současnosti je zajištěna průmyslová produkce povlaků z lázní tříkationtového fosfátu prostřednictvím aktivačního oplachu s použitím vodné suspenze a polymemí modifikace titanofosfátu (Na4TiO(PO4)2 4H2O), viz aplikační patent - Jemstedt 1943. Jedná se práškovou látku bělo-růžového barevného odstínu, jejíž aktivační potenciál pro následné fosfátování je zajištěn tvorbou velmi zředěné suspenze v podobě aktivační lázně. Suspenze se v průběhu vlastní aktivace intenzivně míchá, ale nezahřívá. Fyzikálně adsorbované částice polymemí modifikace titanofosfátu zajišťují následné zjemnění morfologie vyloučeného fosforečnanového povlaku, byla totiž odborně prokázána iontová výměna sodíkových kationtů z molekuly titanofosfátu za zinečnaté z fosfátovací lázně. Tříkationtový fosfátový povlak vzniklý s použitím konvenčního aktivačního procesu je nejvyšším standardem při předúpravě povrchu automobilových plechů před vlastním kataforetickým lakováním, které má výborné adsorbční vlastnosti pro rozličné nátěrové systémy.

Použití a polymemí modifikace titanofosfátu (Na4TiO(PO4)2 4H2O) pro aktivační fosfátovací lázně se ovšem pojí aktuálně s určitými těžkostmi. Produkce této látky s využitím fluorotitaničitanu (K2T1F6), polyfosforečnanu sodného (Na4P2O? I0H2O), kyseliny fosforečné (H3PO4) a hydrogenfosforečnanu sodného (Na2HPO4 2H2O) je velmi ekonomicky a ekologicky náročná. Nerostné suroviny titanu (K2T1F6) jsou velmi drahé a přednostně se používají na výrobu vysokopevnostních kompozitů, např. pro centroplány letadel, a bioakceptovatelných slitin používaných pro kloubní protézy apod. Výrobu a polymemí modifikace titanofosfátu zatěžuje i nutnost realizace a použití fosforečnanových látek, které je nutné ekologicky likvidovat - iniciace přemnožení sinic u vodních toků. Výroba je navíc recemická, a proto je nezbytné směs přečišťovat, což opět zvyšuje náklady na přípravu vhodného aktivátoru. Vhodné aktivační schopnosti má pouze a polymemí modifikace a tyto souvisejí rovněž s celkovou dobou skladování. Nečistoty z výroby obsahující některé kovy a nekovy, např. Fe, As, Cu, Si, AI aj., výrazně snižují aktivační schopnost sypkých směsí. Důležitým problémem tohoto aktivačního přípravku je rovněž výrazné snížení aktivační schopnosti vlivem skladování. Problém souvisí se změnou distribuce velikosti částic, tj. konglomerace, vlivem vzdušné vlhkosti. U této látky byla rovněž prokázána mírná destabilizace struktury molekuly vlivem působení UV. S ohledem na aktuální geopolitický vývoj s výrazným dopadem na energetický a surovinový průmysl je zcela nezbytné, aby došlo k hledání alternativy se srovnatelným aktivačním účinkem.

Mezi zásadní nevýhody dosavadní aktivace oceli, tedy použití tzv. a - polymorfiií modifikace Na4TiO(PO4)2 4H2O před vlastním fosfátováním je značná ekonomická a ekologická náročnost spjatá s výrobou titanofosfátu. Do ekonomické náročnosti se promítají především nákladné vstupní suroviny pro výrobu titanofosfátu a rovněž i technologická náročnost vlastní výroby, kdy je potřeba intenzivní přečištění synteticky vyráběné polymorfiií modifikace od dalších polymorfních

- 1 CZ 36687 UI modifikací a sloučenin doprovázejících nerostné suroviny titanu - na bázi Fe, As, Cu, Si. Ekologická náročnost výroby titanofosfátu je spojena s nutností likvidace sloučenin bohatých na fosforečnany. Mezi další zásadní nevýhody použití této aktivace je pozvolné snižování účinku vlivem skladování, např. konglomerace částic, UV degradace, a rovněž nutnost vysoké úrovně předúpravy povrchu před aktivací, především vysoký stupeň odmašťování a moření povrchu ocelí, protože přítomnost i malého množství oxo-hydroxidických nečistot, mastnoty, případně zbytkových solí může zcela zablokovat aktivační proces.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny aktivační lázní pro úpravu povrchu před fosfátováním ocelových komponent. Lázeň obsahuje mikrostrukturovaný dihydrát fosforečnanu zinečnatého dispergovaný v roztoku destilované vody o koncentraci v rozsahu 0,2 až 0,3 % hmota.

Jedná se o za sucha mikronizovaný práškový dihydrát fosforečnanu zinečnatého určený k aktivaci povrchu oceli před fosfátováním.

Daných rozměrů distribuce velikosti částic [pm] je dosaženo specifickou metodikou mletí na tzv. tryskovém mlýnu.

Nej významnější výhodou je použití tzv. mletí na suché cestě, kdy není nutné fosforečnan dispergovat do kapaliny. Dochází tak k výraznému nárůstu životnosti takto připraveného prášku. Komerčně dostupné výrobky mají omezenou trvanlivost, po které dochází k rekrystalizaci, a jsou citlivé na teploty pod 0 °C. Rovněž je to výhodné z hlediska dopravy, s ohledem na redukci hmotnosti, kdy se nepřeváží „voda“.

Velmi zajímavou možností je v tomto směru využití dostupného tzv. lakařského pigmentu ze Zn3(PO4)2 2H2O. Tento pigment se v různých čistotách nesrovnatelně ekonomičtější a ekologičtější výrobou produkuje za cílem plnění základních (především epoxidových) nátěrů v rámci realizace moderních protikorozních nátěrových systémů oceli. Dihydrát fosforečnanu zinečnatého v tomto případě zastupuje v základním nátěru (primer) funkci korozního inhibitoru. Jeho částečná hydratace zajišťuje blokaci katodických korozních míst (lokální fosfátování) a tím výrazné zpomalení korozního procesu v atmosférických podmínkách. Principiálně lze jen částečně rozpustný Zn3(PO4)2 2H2O použít jako vhodný aktivátor, neboť iontová výměna adsorbované molekuly (Zn za Na v případě titanofosfátu) nebude nutná. Stabilita Zn3(PO4)2 2H2O vůči UV a vzdušné vlhkosti je výrazně větší než v případě a polymemí modifikace titanofosfátu (Na4TiO(PO4)2 4H2O). Částečná rozpustnost lakařského pigmentu zároveň zajišťuje snížení konglomeračních vlastností směsi. Nečistoty v lakařském pigmentu nemohou v tomto případě ovlivnit aktivační proces.

Morfologie jednotlivých částic všech komerčně dostupných lakařských pigmentů na bázi Ζη3(Ρθ4)2·2Η2θ je ovšem nevhodná, kvůli značné velikosti, pro vlastní aktivační proces. Dle aktuálních literárních zdrojů je aktivační schopnost mikronizovaného pigmentu větší než u konvenčně používaného titanofosfátu (Na4TiO(PO4)2 4H2O), tedy je možné i uvažovat snížení obsahu těžkých kovů, primárně Co, sekundárně Ni, ve fosfátovacích lázních tříkationtového fosfátu, za tvorby srovnatelně vhodných konverzních povlaků.

Unikátnost fosfátového precipitátu z lázně tříkationtového fosfátu je zajištěn vysokým P/H indexem majoritní zastoupení fosfofyllitu oproti hopeitu-ZmíPCLh-dELO, a tedy zvýšenou odolností povlaku vůči alkalickému prostředí. Významné zvýšení alkality v blízkosti povlakovaného fosfátovaného plechu vlivem aplikace potenciálu při kataforetickém lakování v automobilových lakovnách.

-2CZ 36687 UI

Mezi hlavní výhody aktivace podle tohoto technického řešení patří jednoznačně ekonomičnost a ekologické parametry výroby Zn3(PO4)2 2H2O, které jsou podstatně nižší než v případě výroby α-titanofosfátu. Dihydrát fosforečnanu zinečnatého vzniká jako druhotná surovina při výrobě kyseliny fosforečné a rovněž také při výrobě fosforečných hnojiv. Ekologické parametry výroby jsou rovněž nižší ve srovnání s výrobou Na4TiO(PO4)2 4H2O a nadprodukce této suroviny je zajištěna v rámci výroby primárních inhibitorů koroze do primerové organické báze, nátěrové systémy na ocel obvykle na epoxidové bázi. Použití mikronizo váného pigmentuje ohleduplnější k životnímu prostředí a lidskému zdraví, protože přítomnost arsenu (As) v sypkém materiálu je vyloučena. Dále není vyžadován nejvyšší stupeň předúpravy povrchu, především odmaštění a moření, před aktivací na bázi Zn3(PO4)2 2H2O, protože proces vlastní aktivace neprobíhá s iontovou výměnou. Účinnost aktivace souvisí s distribucí velikosti částic mikronizovaného dihydrátu fosforečnanu zinečnatého a v navrhovaném konceptu je významně účinnější. Dle navrhovaného konceptu přípravy prášku nehrozí pokles účinnosti, tj. aktivační schopnosti, vlivem prodloužené doby skladování. UV degradace je rovněž vyloučena.

Příklady uskutečnění technického řešení

Pro vlastní zařazení inovativní aktivace pro provozy povrchové ochrany ocelových dílců proti korozi v automobilovém průmyslu, případně v provozech lehkého strojírenství a stavebního průmyslu je stěžejní pouze vlastní popis aktivačního předoplachu, respektive aktivace. Vlastní aktivační lázeň je zařazená jako mezistupňová lázeň před vlastním fosfátováním. Po aktivaci dochází ihned k průmyslovému fosfátování bez zavedení oplachu destilovanou vodou. Podstata aktivačního procesuje založena na povrchové adsorpci mikronizovaných částic Zn3(PO4)2 2H2O na ocelový podklad s vysokým stupněm obsazení povrchu. Vlastní aktivační proces je realizován ve vanách, ve kterých je koncentrace, tedy hmotnostní zlomek, mikronizovaného Zn3(PO4)2 2H2O 0,25 % hmota, rozpouštěného v destilované vodě. Vlastní aktivace probíhá při teplotě 20 až 40 °C po dobu 2 až 3 minut a lázeň je před vlastní aktivací i v průběhu ní intenzivně míchána, kdy nesmí docházet k sedimentaci částic na dně vany. Míchání je zajištěno ponorovým míchadlem s nastavením otáček tak, aby nedocházelo k turbulentnímu proudění kolem aktivované ocelové součásti, tj. nesmí docházet ke vzniku středového víru. Rozměry van pro aktivaci na této bázi jsou uzpůsobeny s ohledem na rozměry následně fosfátovaných dílců, tedy rozměry těchto van pro aktivační oplach se neliší od rozměrů van pro vlastní fosfátování. Objem aktivační lázně podléhá volbě rozměrů dílců, na který má vliv velikost fosfátovaných součástí s tím, že kolem hran dílců musí být zvolen prostor pro obtékání lázně a během aktivace nesmí docházet ke statickému a/nebo dynamickému chvění povlakováného dílce. Před vlastní aktivací musí být zvolena vhodně předúprava povrchu dílců, aby tyto byly zbaveny mastnoty u hydrofobních částic všech druhů, okují a případně precipitátu korozních produktů vznikajících prostřednictvím elektrochemické koroze kovů. Způsoby a druhy roztoků k těmto účelům jsou voleny individuálně s ohledem na celkový linkový proces předúpravy povrchu před nanášením nátěrových hmot, případně vosků apod. Pokud nebude zajištěna dostatečná účinnost předúpravy povrchu, tj. zbavení povrchu kovu nečistot, korozního precipitátu a mastnoty, může být účinnost aktivace s ohledem na tvorbu jemnozmné a dobře přilnavé struktury následně vyloučeného fosfátového povlaku značně omezena.

Průmyslová využitelnost

Obecné uplatnění inovované aktivační lázně bude mít dopad především pro automobilový průmysl, kde může být využita především pro zařazení konvenční linky na tříkationtový fosfát před nanášením kataforetických laků při úpravě karosérií automobilů, případně při lakování komponent automobilových tlumičů. Uplatnění této aktivační lázně může doznat rovněž lehký strojírenský průmysl pro úpravu transformátorových plechů, případně součástí, obvykle soukolí, pro snížení záběhu, případně snížení vlečného tření. V rámci stavebního průmyslu může být tato aktivační lázeň využita pro povlakování součástí určených pro aplikaci organických povlaků se

-3 CZ 36687 UI zvýšenými nároky na životnost, tj. odolnost vůči podkorodování. Z tohoto pohledu se může jednat o patky sloupů, kotvy ocelových konstrukcí, doplňkový spojovací materiál apod.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Aktivační lázeň pro úpravu povrchu před fosfátováním ocelových komponent, vyznačující se tím, že obsahuje mikrostrukturovaný dihydrát fosforečnanu zinečnatého dispergovaný v roztoku 5 destilované vody o koncentraci v rozsahu 0,2 až 0,3 % hmotn.