DD283165A5 - METHOD FOR THE SURFACE PRE-TREATMENT OF METALS FOR CATALYSIC ELECTROCOAT LACQUERING - Google Patents
METHOD FOR THE SURFACE PRE-TREATMENT OF METALS FOR CATALYSIC ELECTROCOAT LACQUERING Download PDFInfo
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Abstract
Das erfindungsgemaesze Verfahren betrifft eine Methode der Oberflaechenvorbehandlung von Metallen vor dem katodischen Elektrotauchlackieren durch Aufbringen einer Silicoaterschicht. Das Silicoaterverfahren besteht aus den Teilschritten Aufbringen einer SiOx-Schicht und eines Silanhaftvermittlers. Diese Konversionsschichten kommen im Gegensatz zu allen bisher bekannten KETL-Vorbehandlungsverfahren ohne Phosphatierungen aus, so dasz die Phosphatentsorgungsprobleme entfallen. Der Silicoater-Behandlung musz sich nicht unmittelbar die Beschichtung anschlieszen, das Einschieben einer Zwischenlagerung oder Offenzeit ist moeglich. Auszerdem wirkt sich das Silicoatern der Metalloberflaeche sehr guenstig auf die Dauerhaftfestigkeit der aufgebrachten Anstriche, vor allem bei Feuchtbeanspruchung, aus.{Oberflaechenvorbehandlung; Metall; katodisches Elektrotauchlackieren; Silicoater-Verfahren; SiOx-Schicht; Silanhaftvermittler; Konversionsschicht; Phosphatschicht; Offenzeit; Dauerhaftfestigkeit; Umweltfreundlichkeit}The inventive method relates to a method of surface pretreatment of metals prior to cathodic electrodeposition by applying a Silicoaterschicht. The Silicoaterverfahren consists of the sub-steps applying a SiOx layer and a Silanhaftvermittlers. In contrast to all KETL pretreatment processes known hitherto, these conversion layers do not undergo phosphating, so that the phosphate disposal problems are eliminated. The Silicoater treatment does not have to be directly followed by the coating, it is possible to insert an intermediate storage or open time. In addition, the silicoating of the metal surface has a very favorable effect on the long-term stability of the applied coatings, especially in the case of moisturizing. {Surface pretreatment; Metal; cathodic electrodeposition coating; Silicoater method; SiOx layer; silane coupling agent; Conversion layer; Phosphate layer; Open time; Durable resistance; Environmental friendliness}
Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung von Metallen, wobei mit Hilfe des Silicoaterverfahrens eine Konversionsschicht 8 jf dem Metall erzeugt wird, die die katodische Elektrotauchlackierung ermöglicht, das Phosphatieren ersetzt und sich günstig auf die Dauerhaftfestigkeit des Anstriches auswirkt.The invention relates to a method for surface pretreatment of metals, wherein by means of the Silicoaterverfahrens a conversion layer 8 jf the metal is produced, which allows the cathodic electrodeposition coating, replaces the phosphating and has a favorable effect on the durability of the paint.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Bei der katodischen Elektrotauchlackierung (KETL) werden die zu beschichtenden Metallteile bekanntlich in ein Bad eingetaucht, das geeignete Polymerpartikel der allgemeinen Form NR3 nach partieller Neutralisation mit einer niedermolekularen Carbonsäure als positiv geladene Partikel NR3H+ in wäßriger Dispersion enthält. Für deren Koagulation an dem als Katode polarisierten Werkstoff ist die mit der Wasserstoffentwicklung verbundene sprunghafte Erhöhung des pH-Wertes im Phasengrenzbereich verantwortlich:In the cathodic electrodeposition coating (KETL), the metal parts to be coated are known to be immersed in a bath containing suitable polymer particles of general formula NR 3 after partial neutralization with a low molecular weight carboxylic acid as positively charged particles NR 3 H + in aqueous dispersion. Their coagulation on the material polarized as cathode is due to the sudden increase in the pH in the phase boundary region associated with the evolution of hydrogen:
2H2O + 2e" ->H, + 2OH' NR3H+ + OH" -> NR3(Me) + H2O2H 2 O + 2e "-> H, + 2OH 'NR 3 H + + OH"-> NR 3 (Me) + H 2 O
Die endgültige Formierung des dann vor Korrosion schützenden Polymerfilmes β folgt schließlich durch thermische Nachbehandlung der mit dem Naßkoagulat überzogenen Metallteile bei Temperaturen um 180°C.The final formation of the then corrosion-protecting polymer film β finally follows by thermal treatment of the coated with the wet coagulum metal parts at temperatures around 180 ° C.
Heute werden praktisch alle Metallteile aus Fe-, Zn- und Al-Basiswerkstoffen vor der KETL mit einer Phosphatschicht überzogen.Today, virtually all metal parts made of Fe, Zn and Al base materials are coated with a phosphate layer before the KETL.
Das erfolgt mit dem Ziel, eine von Restrost, Zunder und Verschmutzungen freie Oberfläche vorzulegen, an der die Prozesse der H2-Entwicklung und der Koagulation der Polymerpartikel während der KETL streng lokalisiert ablaufen - ersterer in den Porten der reaktiv erzeugten Phosphatschicht und letzterer auf den Kristallitflächen des elektrisch isolierenden Phosphates. Es wird gefordert, daß die Phosphatschichten extrem dünn sind (Flächenmasse unter 2 g/m2), eine stochastisch gleichmäßige Verteilung sehr kleiner Poren bei einer relativen Porenfläche unter 1 % besitzen und sowohl mechanisch als auch chemisch unter den Bedingungen der KETL stabil bleiben.This is done with the aim to present a residual rust, scale and dirt-free surface on which to proceed 2 evolution and the coagulation of the polymer particles during the KETL strictly localized processes of H - the former to the Porten the phosphate layer reactive generated and the latter on Crystalline surfaces of the electrically insulating phosphate. It is required that the phosphate layers be extremely thin (basis weight below 2 g / m 2 ), have a stochastically uniform distribution of very small pores with a relative pore area below 1%, and remain stable both mechanically and chemically under the conditions of KETL.
Durch den katodisch erzeugten, gasförmigen Wasserstoff darf es nicht zur mechanischen Abspreizung von Teilen der Phosphatschicht kommen, da dadurch sowohl die Eigenschaften des entstehenden Polymerfilmes als auch die Badparameter der KETL verschlechtert werden.The cathodically generated, gaseous hydrogen must not lead to the mechanical spread of parts of the phosphate layer, because both the properties of the resulting polymer film and the bath parameters of the KETL are impaired.
Gleiches trifft zu, wenn infolge der Akalisierung des wäßrigen Mediums in den Poren der Phosphatschicht eine partielle Auflösung etwa nachThe same applies if, as a result of the Akalisierung of the aqueous medium in the pores of the phosphate layer, a partial resolution about after
Zn3(PO4I2 + 60H" + 3e"->3HZnO2- + 1,5H2 + 2PO4 3" einsetzt.Zn 3 (PO 4 I 2 + 60H "+ 3e"-> 3HZnO 2 - + 1.5H 2 + 2PO 4 3 ").
In der Monografie von W. Rausch: „Die Phosphatierung von Metallen", Eugen Leuze-Verlag Saulgau 1974 sind die in Verbindung mit einer nachfolgenden Elektrotauchlackierung stehenden Probleme ausführlich erörtert. Nachfolgend erschienene Erfindungen, die sich mit der Dosierung sog. Aktvatoren für Phosphatierungsbä'der befassen (z. B. DE-OS Π232067, DE-OS 3408577) und zu extrem feinkristallinen Hopeit (Zn3PO4)2-Schichten von Flächenmassen unter 1,8 g/m' führen sollen, oder die Entstehung von Phosphophyllit-Schichten (Zn2Fe(PO4I2 bzw. Zn2Mn(PO4I2), die alkalibeständiger als Hopeitschichten sein sollen, zum Inhalt haben (z.B. E jrop. Pat.0224190, Europ. Pat.0141341, Europ. Pat.0228151) führten bisher noch nicht zur Erfüllung aller genannten Anforderungen. Die bekannten Belastungen der Abwässb- und Umwelt durch Phosphate wurden bei allen bisherigen Modifizierungen der Phosphatierungsverfahren k&um verringert.In the monograph by W. Rausch: "The Phosphatization of Metals", Eugen Leuze-Verlag Saulgau 1974, the problems arising in connection with a subsequent electrodeposition coating are discussed in detail The inventions appearing below deal with the dosage of so-called activators for phosphating baths (see for example DE-OS Π232067, DE-OS 3408577) and to extremely fine-crystalline hopeite (Zn 3 PO 4 ) 2 layers of surface masses below 1.8 g / m 'lead, or the formation of phosphophyllite layers (Zn 2 Fe (PO 4 I 2 or Zn 2 Mn (PO 4 I 2 ), which are said to be more alkali-resistant than hopeite layers) (eg Eroprop Pat.0224190, Europ. Pat.0141341, Europ. Pat. 0228151) have not yet fulfilled all of the stated requirements The known pollution of the wastewater and environment by phosphates has been reduced in all previous modifications of the phosphating processes.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung war für die Oberflächenvorbehandlung von Metallteilen zur nachfolgenden katodischen Elektrotauchlackierung ein Verfahren zu schaffen, das auf den Substraten zu einer dünnen, gleichmäßigen Konversionsschicht führt, die sich durch geringe Porigkeit und hohe Beständigkeit unter den Bedingungen der KETL auszeichnet und überdies phosphatfrei ist.The aim of the invention was to provide for the surface pretreatment of metal parts for subsequent cathodic electrocoating a method that leads to a thin, uniform conversion layer on the substrates, which is characterized by low porosity and high resistance under the conditions of KETL and is also phosphate-free.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Diese Konversionsschicht wird mit Hilfe des Silicoater-Verfahrens erzeugt. Dabei handelt es sich um silikatische Schichten mit einem zusätzlichen organischen Anteil, die auf Metalle wie Eisen, Zink, Aluminium u. a. aufgebracht werden und folgende für die katodische Elektrotauchlackierung wichtige Eigenschaften aufweisen:This conversion layer is produced by means of the silicoater process. These are silicate layers with an additional organic content, which on metals such as iron, zinc, aluminum u. a. and have the following properties important for cathodic electrocoating:
• außerordentliche geringe Schichtdicke (Größenordnung <0,1 pm) bei hoher Gleichmäßigkeit• extraordinarily small layer thickness (order of magnitude <0.1 pm) with high uniformity
• gleichmäßige Verteilung feinster Poren• even distribution of finest pores
• deutliche Verbesserung der Adhäsion der Schutzschicht auf dem Metall, die vor allem bei Wasserbeanspruchung des Systems zum Tragen kommt.• Significant improvement in the adhesion of the protective layer to the metal, which is particularly noticeable when the system is exposed to water.
Das Silicoater-Verfahren gelangte bisher nur zur Verbesserung der Adhäsion organischer Polymere auf Metallsubstraten zum Einsatz. Zunächst wurden Problem«, ^er Dentalprothetik mit diesem Verfahren gelöst (DE 3403894 C1), sodann wurde es auf die technischen Anwendungsgebiete Beschichten (DD 253257 A1 und DD 253259 A1) und Kleben (Patentanmeldungsnummer 3125753 und 3125737) ausgedehntThe silicoater process has hitherto only been used to improve the adhesion of organic polymers to metal substrates. First, dental prosthetics were solved by this method (DE 3403894 C1), then it was extended to the technical fields of application coating (DD 253257 A1 and DD 253259 A1) and gluing (patent application numbers 3125753 and 3125737)
Das Silicoatern geschieht in zwei Teilschritten: The silicoating is done in two steps:
• Durch flammenpyrolitische Zersetzung einer siliziumorganischen Verbindung ent ,teht auf der Metalloberfläche eine sehr dünne, festhaftende, mikroporöse SiO„-Schicht, in der das Verhältnis O:Si > 2 r'.. Außerdem hat diese Schicht außerordentlich gutes Benetzungsverhalten.• By flame pyrolytic decomposition of an organosilicon compound ent teht on the metal surface, a very thin, adherent, microporous SiO "layer in which the ratio O: Si> 2 r '.. In addition, this layer has exceptionally good wetting behavior.
• Auf diese SiOx-Schicht wird im zweiten Schritt ein Silanhaftvermittler aufgebracht, der folgende chemische Struktur aufweist:In the second step, a silane coupling agent having the following chemical structure is applied to this SiO x layer:
OR'OR '
RO-Si-CH2-CH2-CHj- R OR'RO-Si-CH 2 -CH 2 -CHj-R OR '
In leicht saurer Lösung werden die Si-OR'-Gruppen verseift und reagieren mit der SiOx-SchicM unter Ausbildung fester Si-O-Si-Bindungen. Auf der anderen Seite reagieren der reaktive Rest R des Silanhaftvermitt ers mit der nachfolgend aufgebrachten organischen Schicht.In slightly acidic solution, the Si-OR 'groups are saponified and react with the SiOx-SchicM to form solid Si-O-Si bonds. On the other hand, the reactive radical R of the silane coupling agent reacts with the subsequently applied organic layer.
Auf diese Weise wird die Oberfläche des Metalls für die katodische Elektrotauchlackierung spezifisch präpariert und andererseits werden Adhäsions-Ü^gangs-Mechanismen geschaffen, die eine dauerhafte, wasserbeständige Haftfestigkeit der organischen Schutzschicht auf dem Metallsubstrat schaffen. Der Rest R ί.τι Silanhaftvermittler ist variabel und muß der chemischen Struktur der organischen Schicht angepaßt werden, um maximale Wirkung zu erreichen.In this way, the surface of the metal for the cathodic electrocoating is specifically prepared and, on the other hand, adhesion-passing mechanisms are provided which provide a durable, water-resistant adhesive strength of the organic protective layer on the metal substrate. The remainder R ί.τι silane coupling agent is variable and must be adapted to the chemical structure of the organic layer to achieve maximum effect.
Die auf diese Weise durchgeführte Silicoater-Beschichtung stellt ein Vorbehandlungsverfahren dar, dem sich nicht unverzüglich die Beschichtung anschließen muß. Es besteht die Möglichkeit des Einschaltens einer Offenzeit, in der die präparierten Bleche trocken gelagort, aber auch mit Korrosionsschutzölen temporär geschützt und anschließend wieder mit organischen Lösungsmitteln entfettet werden können.The silicoate coating carried out in this way represents a pretreatment process which does not have to be followed immediately by the coating. It is possible to switch on an open time, in which the prepared sheets are stored dry, but also temporarily protected with corrosion protection oils and then degreased again with organic solvents.
Das Silicoater-Verfahren ist also ein Vorbehandlungsverfahren vor dem katodischen Elektrotauchlackieren, bei dem ohne die bisher üblichen Phosphatschichten gearbeitet wird und demzufolge die P'oblemo der Entsorgung der Phosphatbäder nicht auftreten. Außerdem bereitet die Phosphatierung nicht nur Abwasserprobiame, sondern die Phosphatbäder sind auch nicht unbepro.iii nutzbar, da sich in ihnen angefallene Reaktionsprodukte als Schlamm absetzen. Demgegenüber arbeitet das Silicosterverfahren ausgesprochen abproduktarm und umweltfreundlich.The silicoater process is therefore a pretreatment process prior to cathodic electrocoating in which work is carried out without the usual phosphate coatings and, consequently, the problem of disposal of the phosphate baths does not occur. In addition, phosphating not only prepares sewage problems, but the phosphate baths are also not unbepro.iii usable because deposited in them reaction products settle as sludge. In contrast, the silicostatic process works extremely low-waste and environmentally friendly.
1. Durchführung des Silicoater-Verfahrens1. Implementation of the silicoater process
Die Vorbehandlung der Bleche durch Silicoatern für das katodische Elektrotauchlackieren (Versuch III im Anwendungsbeispiel 2) geschieht in zwei Schritten.The pretreatment of the metal sheets by Silicoatern fo r the cathodic electrodeposition coating (experiment III in Example 2) in two steps.
Die gründlichst entfetteten Bleche aus kaltgewalztem Stahl der Abmessung 150mm x 70 mm werden mit einem Flüssiggasbrenner beflammt. Um die SiO„-Schicht zu erzeugen, werden dem Katalyt-Benzin im Flüssiggasbrenner 2% Tetraethoxysilan zugesetzt. Dieser Prozentsatz ist in gewissen Grenzen variabel, über 5% der siliziumorganischen Verbindung sollten nicht zugegeben werden, da sonst zu dicke und weniger gut haftende SiO.-Schichten entstehen. Das Beflammen muß so geschehen, daß örtliche Überhitzungen des Bleches vermieden werden (z.B. rhythmische Bewegungen des Beflammungsgerätes), wenige Sekunden des Beflammens sind ausreichend. Das Blech kann auch vorgewärmt werden, die günstigste Befismmungstemperatur des Bleches liegt bei etwa 110°C. Erhitzungen auf über 3000C sind ungünstig, da mit Veränderungen der Metalloberfläche gerechnet werden muß.The thoroughly degreased sheets of cold-rolled steel measuring 150mm x 70 mm are fired with a liquid gas burner. To produce the SiO 2 layer, 2% tetraethoxysilane is added to the catalytic gasoline in the LPG burner. This percentage is variable within certain limits, over 5% of the organosilicon compound should not be added, since otherwise too thick and less well adhering SiO.-layers arise. Flaming must be done in such a way that local overheating of the sheet is avoided (eg rhythmic movements of the flame treatment device), a few seconds of flaming are sufficient. The sheet metal can also be preheated, the most favorable Befismmungstemperatur of the sheet is about 110 ° C. Heating to more than 300 0 C are unfavorable, since changes in the metal surface must be expected.
Nach dem Abkühlen der Bleche auf etwa 30°C wird die Silanhaftvermittler aufgebracht. Dies geschieht aus einer schwach angesäuerten alkoholischen Lösung, als Säure können in Abhängigkeit von der Art des Silanhaftvermittlers Essigsäure oder 0,01 η Salzsäure Verwendung finden, als Lösungsmittel sind Isopropanol-Wasser-, auch Äthanol-Wassor-Gemische geeignet. Der Anteil des Silanhaftvermittlers in der Lösung sollte zwischen 1 % und 3 % liegen. Im vorliegenden Fall wurde mit einer 2%igen Lösung von Glycidoxipropyltriethoxysilan, mit 1 ml 0,01 η HCI angesäuert, in Isopropanol gearbeitet. Diese Lösung wurde mit dem Pinsel dünn aufgestrichen, aber auch das Auftragen durch Spritzen, Tauchen oder ähnliche Verfahren ist denkbar. Damit ist das Silicoatern abgeschlossen. Die Bloche werden nun der Beschichtung zugeführt. Sie können in diesem Zustand wochenlang trocken aufbewahrt werden, ohne daß die Wirksamkeit der Silicoaterschicht herabgesetzt wird. Auch das Aufbringen von Korrosionsschutzölen als temporöser Korrosionsschutz (z.B. KMO 16) und deren gründliches Entfernen mit geeigneten Lösungsmitteln (z. B. Perchloräthylen) beeinträchtigt die Wirksamkeit der Silicoater-Vorbehandlung nicht.After cooling the sheets to about 30 ° C, the Silanhaftvermittler is applied. This is done from a weakly acidified alcoholic solution, acid can be used depending on the nature of the silane coupling agent acetic acid or 0.01 η hydrochloric acid, as the solvent are isopropanol-water, and ethanol-water mixtures are suitable. The proportion of silane coupling agent in the solution should be between 1% and 3%. In the present case, a 2% solution of Glycidoxipropyltriethoxysilan, acidified with 1 ml of 0.01 η HCl, worked in isopropanol. This solution was brushed thin with the brush, but also the application by spraying, dipping or similar procedures is conceivable. This concludes the silicoating. The blocks are now fed to the coating. They can be kept dry for weeks in this state, without the effectiveness of Silicoaterschicht is lowered. Also, the application of anticorrosive oils as a temporary corrosion inhibitor (e.g., KMO 16) and their thorough removal with suitable solvents (e.g., perchlorethylene) does not compromise the effectiveness of the silicoate pretreatment.
2. Katodische Elektrotauchlackierung und Nachweis der Wirksamkeit des Vorbehandiungsverfahrons Proben aus Stahlblechen o'er Abmessungen 150mm x 70mm wurden entweder I lediglich mit einem bekannten Industriereiniger entfettet, Il mit einem für die KETL üblichen Phosphatierungsmittel behandelt, so daß eine Zinkphosphatschicht mit der Hauptkomponente Zn3(PO4)? eines Flächengewichtes von (1,8 + 0,2) g/m2 entsteht, sowie III nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Silicoater-Beschichtung behandelt wird (Beschreibung des Silicoaterns siehe Ausführungsbeispiel 1). Alle Probenchargen wurden anschließend durch KETL unter denselben Bedingungen beschichtet. Dafür kam ein technisches Beschichtungsmittel zur Anwendung. Das Bad war durch χ = 1,3mS/cm, pH = 5,6 gekennzeichnet. Die Abscheidung des Naßkoagulats erfolgte bei 240 V, 2,5 min bei 270C unter ständiger Konvektion des Bades. Es schloß sich die thermische Nachbehandlung 20min bei 180°C an.2. Cathodic electrodeposition coating and proof of the effectiveness of the pretreatment process Samples of steel sheets 150 mm × 70 mm in size were either degreased I only with a known industrial cleaner, II treated with a phosphating agent customary for KETL, so that a zinc phosphate layer with the main component Zn 3 ( PO 4 )? a surface weight of (1.8 + 0.2) g / m 2 is formed, and III is treated by silicoater coating according to the method of the invention (description of the silicoatern see Example 1). All sample lots were then coated by KETL under the same conditions. For this a technical coating agent was used. The bath was characterized by χ = 1.3mS / cm, pH = 5.6. The deposition of the wet coagulum was carried out at 240 V, 2.5 min at 27 0 C under constant convection of the bath. It followed the thermal treatment for 20 min at 180 ° C.
Die magnetinduktiv durchgeführte Schichtdickenmessung ergab bei den Proben der Charge I lokal stärker ausgeprägte Differenzen, während in mittleren Bereichen der Probebleche Werte um 15 pm registriert wurden, waren an den unteren Kantenzonen Werte bis 35Mm festzustellen. Die Proben der Chargen Il und III waren durch gleichmäßige Schichtdicken mit (17 ± 2) [im ohne Differenzen zwischen Flächen und Kantenabschnitten gekennzeichnet.The magnetically inductive layer thickness measurement showed more pronounced local differences in the samples of batch I, while in central areas of the sample sheets values of about 15 μm were registered. Values up to 35 μm were observed at the lower edge zones. The samples of batches II and III were characterized by uniform layer thicknesses with (17 ± 2) [im with no differences between areas and edge sections.
Die beschichteten Probebleche wurden der Schwitzwasserbeanspruchung (A) nach TGL18754/04 und dem SalzsprühversuchThe coated test panels were subjected to condensation (A) according to TGL18754 / 04 and the salt spray test
(B) nach TGL 18754/03 ausgesetzt. Vor diesen Beanspruchungen und nach verschiedenen Zeitabständen während der Beanspruchung wurden die Proben mittels Impedanzmessungen zerstörungsfrei charakterisiert und anschließend wieder dem entsprechenden Medium ausgesetzt. Intakte Polymerschichten auf Metallsubstraten repräsentieren sich bei Impedanzmessungen bekanntlich durch sehr hohe Ohmsche Widerstandswerte und extrem kleine Kapazitäten.(B) exposed to TGL 18754/03. Before these stresses and at various time intervals during the stress, the samples were characterized by impedance measurements without destruction and then exposed to the appropriate medium again. Intact polymer layers on metal substrates are known for impedance measurements by very high ohmic resistance values and extremely small capacitances.
Sobald das wäßrige Medium in Poren, Mikrorissenod r strukturbedingten Hohlräumen bis zum Metallsubstrat vorgedrungen ist und letzteres ebenfalls elektrochemisch wirksam wird, kommt es zur deutlichen Abnahme des elektrischen Widerstandes, während die Kapazitätswerte,stärker zunehmen. Damit hat man ein sicheres Indiz für das beginnende Versagen von Korrosionsschutzschichten, noch weit bevor sichtbare Rosterscheinungen auftreten. Die in Tabelle 1 angegebene Expositionsdauer betrifft gerade die Situation, wo das durchdringende Wasser unerwünscht wirksam wird und die lokale (aber noch submikroskopisch geringe) Zerstörung mittels Impedanzmessung signalisiert wird.As soon as the aqueous medium in pores, microcracking structure-related cavities has penetrated to the metal substrate and the latter is also electrochemically effective, there is a marked decrease in the electrical resistance, while the capacitance values increase more strongly. This is a sure indication of the beginning failure of anti-corrosion coatings, even before visible signs of rust occur. The exposure duration given in Table 1 concerns precisely the situation where the penetrating water becomes undesirably effective and the local (but still submicroscopic) destruction is signaled by means of impedance measurement.
Die Ergebnisse zeigen eindeutig, daß die erfindungsgemäße phosphatfreie Oberflächenvorbehandlung die Abscheidung organischer Deckschichten durch KETL ermöglicht, die in ihren Schichtparametern und den Korrosionsschutzeigenschaften denen gleichwertig sind, die auf Substraten abgeschieden wurden, die mit einem spezifischen Phosphatierungsmittel der Spitzenklasse vorbehandelt worden waren.The results clearly show that the phosphate-free surface pretreatment of the present invention enables the deposition of organic overcoats by KETL, which are equivalent in their layer parameters and anti-corrosive properties to those deposited on substrates pretreated with a premium grade phosphating agent.
Der Vorteil der neuartigen Oberflächenvorbehandlung besteht vor allem darin, daß keinerlei phosphathaltige Abprodukte auftreten.The advantage of the novel surface pretreatment is, above all, that no phosphate-containing waste products occur.
3. Verbesserung der Adhäsion organischer Schutzschichten auf Metallsubstraten durch das Silicoater-Verfahren3. Improvement of the adhesion of organic protective layers on metal substrates by the silicoater method
Da durch das Verfahren der KETL prinzipiell nur relativ dünne organische Deckschichten erzeugt werden können, deren Haftfestigkeit auf den vorbehandelten Metallsubstraten nicht mit den dafür üblichen Meßmethoden charakterisierbar ist, wurde der Einfluß des erfindungsgemäßen Vorbehandlungsverfahrens auf die Verbesserung des Haftverbundes mit Hilfe eines Alkydharzanstriches, der in seiner chemischen Zusammensetzung dem zur KETL verwendeten Bindemittel ähnlich ist, belegt. Zu diesem Zwecke wurden feuerverzinkte Stahltafeln der Abmessung 250mm x 50mm mit Perchlorethylen gründlichst entfettet (I), im zweiten Schritt nur mit einem Silanhaftvermittler bestrichen (II), sowie In Variante III silicoatert (SiOx-Schicht + Silanhaftvermittler), wobei die Offenzeit (Zeitspanne zwischen Silicoatern und Anstrichstoffbeschichten) variiert wurde, 1 Tag Offenzeit (lila)Since in principle only relatively thin organic cover layers can be produced by the method of KETL whose adhesive strength on the pretreated metal substrates is not characterized by the usual measuring methods, the influence of the pretreatment process according to the invention on the improvement of the adhesive bond with the aid of an alkyd resin, which in his chemical composition similar to the binder used for KETL. For this purpose, hot dip galvanized steel plates measuring 250mm x 50mm were thoroughly degreased with perchlorethylene (I), in the second step only coated with a silane coupling agent (II), and in variant III silicoatert (SiO x layer + silane coupling agent), the open time (time between silicates and paint coatings), 1 day open time (purple)
Tabelle 1; Ausgewählte Ergebnisse zu den Korrosionsschutzeigenschaften der erzeugten BeschichtungssystemeTable 1; Selected results on the corrosion protection properties of the coating systems produced
Proben-Nr.: I (entfettet) Il (phosphatiert) III (silicoatert)Sample No .: I (degreased) II (phosphated) III (silicoated)
Chargen-Nr.: 123412341234Batch no .: 123412341234
und 8 Tage Offenzeit (III b).and 8 days open time (III b).
Das Silicoatern erfolgt wie im Anwendungsbeispiel 1 beschrieben. Nach den unterschiedlichen Vorbehandlungen wurden die verzinkten Bleche mit Alkydharz-Deckanstrich zweischichtig versehen und etwa 4 Wochen bii 25°C und 60 % relativer Luftfeuchte klimatisierend gelagert. Danach wurde von je einer Probe die Haftfestigkeit nach der Abreißmethode gemessen (TGL 27608), der Rest der Proben wurde einem Dauertauschversuch in destilliertem Wasser bei 2O0C ± 3 K nach TGL18754/01 unterzogen. In bestimmten Abständen wurden der Wasserlagerung Proben entnommen und nach 60 Stunden Klimatisieren bei 25°C und 60% rel. Luftfeuchte ebenfalls der Haftfestigkeitsmessung zugeführt.The silicoating is carried out as described in Application Example 1. After the various pretreatments, the galvanized sheets were provided with two layers of alkyd resin topcoat and stored for about 4 weeks at 25 ° C and 60% relative humidity air-conditioning. Thereafter, the adhesive strength was measured by the tear-off method (TGL 27608), the rest of the samples were subjected to a continuous exchange test in distilled water at 2O 0 C ± 3 K according to TGL18754 / 01. At certain intervals, the water storage samples were taken and after 60 hours of air conditioning at 25 ° C and 60% rel. Humidity also supplied to the adhesion measurement.
Der Haftfestigkeitskennwert wird in N mm"2 nach TGL 27608 nach der Abreißmethode ermittelt, indem Prüfstempel auf die beidseitig gleichartig beschichteten Prüfkörper von 50mm x 50 mm zentrisch aufgeklebt und nach einer Verklebedauer von etwa 24 Stunden mit einer Zugprüfmaschine abgerissen werden. In Tabelle 2 wird der Mittelwert der Haftfestigkeit (1) aus fünf Einzelmessungen angegegeben, der prozentuale Fehler lag meist deutlich unter 15%. Außer dem eigentlichen Haftfestiakeitskennwert wird noch das typische p ruclibild (2) angegeben, das die Schwachstelle im Verbundsystem kennzeichnet. Es treten auch Mischbrüche auf, die Reihenfolge der Charakteristika geben die Relevanz der Bruchbilder an. Der Einfachheit halber werden die Bruchbild-Charakteristika unterschieden in A/B = Adhäsionsbruch Grenzfläche Metall/AnstrichThe adhesive strength index is determined in N mm " 2 according to TGL 27608 using the tear-off method by sticking test stamps centrically to the test specimens of 50 mm x 50 mm coated on both sides and tearing them off with a tensile tester after a bonding time of about 24 hours average value of the adhesion strength (1) of five individual measurements is given, the percentage error was usually well below 15%. in addition to the actual Haftfestiakeitskennwert is not specified if the typical p ruclibild (2) identifying the vulnerability in the composite system. It also occur mixed fractions that Order of the characteristics indicate the relevance of the fracture images For the sake of simplicity, the fracture image characteristics are differentiated in A / B = adhesion break interface metal / paint
Des weiteren wird als dritter technologischer Haftfestigkeitskennwert in Tabelle 2 der Gitterschnitt-Kennwert (3) nach TGL 14302/05 angegeben. Er stellt eine Abstufung von 1 (sehr gut) bis 4 (mangelhaft) dar.Further, as the third technological adhesive characteristic value in Table 2, the cross-cut characteristic value (3) according to TGL 14302/05 is given. It represents a grading from 1 (very good) to 4 (poor).
Die Versuchsergebnisse der Tabelle 2 zeigen, daß nur Entfetten (I) der Zinkoberfläche nach Wasserlagerung sehr rasch zum Versagen des Verbundes führt, daß aber auch das Aufbringen des Silanhaftvermittlers allein (II) nicht ausreicht als Oberflächenvorbehandlung. Erst durch Silicoatern (Ilia, HIb) erreicht man die gewünschte Dauerhaftfestigkeit, auch unter extremen Beanspruchungsbedingungen. Typisch ist auch, daß die silicoaterten Proben kaum an der Grenzfläche Zink/Anstrich (Bruchbild A/b) reißen, sondern überwiegend in der Schicht (Bruchbild B). Aus dem Ausführungsbeispiel kann geschlußfolgcrt werden, daß die erfindungsgemäße Oberflächenvorbehandlung auch über die KETL hinaus als wirksames Mittel zur Verbesserung der Adhäsion organischer Deckschichten auf Metallsubstraten anwendbar ist.The test results of Table 2 show that only degreasing (I) of the zinc surface after water storage very quickly leads to failure of the composite, but that the application of the Silanhaftvermittlers alone (II) is not sufficient as a surface pretreatment. Only by silicoaters (Ilia, HIb) to achieve the desired durability, even under extreme stress conditions. It is also typical that the silicoated samples barely tear at the zinc / paint interface (fracture pattern A / b) but predominantly in the layer (fracture image B). It can be concluded from the exemplary embodiment that the surface pretreatment according to the invention can also be used beyond the KETL as an effective means for improving the adhesion of organic cover layers to metal substrates.
Tabelle 2: Haftfestigkeit von Alkydharz auf feuerverzinktem Stahl ohne und mit Silicoatern in Abhängigkeit von der Beanspruchungsdauer Kennwerte: Haftfestigkeit in N mm"1 (1), Charakter. Bruchbild (2), Gitterschnitt-Kennwert (3)Table 2: Adhesive strength of alkyd resin on hot-dipped galvanized steel without and with silicates as a function of the duration of use Characteristic values: Adhesive strength in N mm " 1 (1), character, fracture pattern (2), cross-cut characteristic value (3)
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