DE10006338C2 - Process for coating metal surfaces, aqueous concentrate therefor and use of the coated metal parts - Google Patents
Process for coating metal surfaces, aqueous concentrate therefor and use of the coated metal partsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Metalloberflächen mit einer Vorbehandlungsschicht vor der Abscheidung einer dünnen Elektro tauchlackschicht, ein wässeriges Konzentrat zur Zubereitung der wässerigen Lö sung für die Abscheidung der Vorbehandlungsschicht sowie die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkte.The invention relates to a method for coating metal surfaces with a pre-treatment layer before depositing a thin electro dip coating, an aqueous concentrate for the preparation of the aqueous solution solution for the deposition of the pretreatment layer and the use of the Products manufactured by the process according to the invention.
Verfahren zur Herstellung von Eisenphosphat-Beschichtungen als Vorbehand lungsschichten vor der Lackierung sind grundsätzlich gut bekannt.Process for the preparation of iron phosphate coatings as pretreatment Basically, coating layers before painting are well known.
Allgemein werden Eisenphosphat-Beschichtungen als Vorbehandlungsschichten vor der Lackierung hergestellt durch Kontakt mit einer sauren wässerigen Mono- oder/und Orthophosphat enthaltenden Phosphatierungslösung und anschließend durch Elektrotauchlackierung der gesamten Metalloberfläche und oft auch durch anschließende Pulverlackierung der von außen gut zugänglichen Oberflächen partien. Diese Verfahren werden heute immer weiter ausgereizt. Dabei wird an gestrebt, diese Verfahren immer prozeßsicherer und kostengünstiger zu gestal ten. Einen wesentlichen Kostenanteil bedingt die vergleichsweise dicke Elektro tauchlackschicht, die heute üblicherweise bei kompliziert aufgebauten, Hinter schneidungen oder/und verdeckte Hohlräume aufweisenden Metallteilen wie z. B. manchen Heizkörperelementen immer noch als Mittelwert über die gesamte Oberfläche mindestens 12 µm, oft mehr als 15 µm beträgt. Denn wegen der Hin terschneidungen bzw. verdeckte Hohlräume muß oft mit ca. 250 V anstelle mit ca. 40 V bei der Elektrotauchlackierung gefahren werden, um auch in den schlecht zugänglichen Partien (Faraday'scher Käfig) einen geschlossenen Lackauftrag zu ermöglichen. Hierbei wird auf den gut zugänglichen und daher leicht lackierbaren Partien der Metallteile eine unnötig dicke Elektrotauchlackschicht aufgetragen. Hierbei würde es genügen, wenn jeweils eine durchgehende, nämlich eine sog. durchgeschichtete Elektrotauchlackschicht erreicht wurde. Die Verringerung der Dicke der Elektrotauchlackschicht um durchschnittlich nur 1 µm kann hierbei in den Lackierbetrieben bereits zu jährlich sechsstelligen DM-Einsparungen führen.Generally, iron phosphate coatings are used as pretreatment layers Before painting, made by contact with an acidic aqueous mono- or / and phosphating solution containing orthophosphate and subsequently by electrocoating the entire metal surface and often also by subsequent powder coating of the surfaces that are easily accessible from the outside games. These processes are being pushed to the max today. Here is on strived to make these processes more reliable and cost-effective The comparatively thick electrical system accounts for a significant proportion of the costs Dipping lacquer layer, which is usually used today in the case of complicated structures, rear cuts and / or concealed metal parts such as. B. some radiator elements still as an average over the entire Surface is at least 12 microns, often more than 15 microns. Because because of the hin Cuts or hidden cavities often have to be approx. 250 V instead of approx. 40 V can be used for electro-dipping, even in the bad accessible areas (Faraday cage) to a closed paint application enable. Here is on the easily accessible and therefore easy to paint Parts of the metal parts are coated with an unnecessarily thick electrocoat. It would be sufficient if a continuous, namely a so-called. stratified electrocoat layer was achieved. The reduction in The thickness of the electrocoat layer by an average of only 1 µm can be in the paint shops already lead to six-figure DM savings per year.
DE-A1-195 44 614, DE-A1-40 13 483, DE-A1-195 40 085 und DE-A1-196 34 732 beschreiben Zinkphosphatierverfahren, die sich von Eisenphosphatierverfahren grundlegend unterscheiden. Diese Publikationen lehren Zink-Gehalte im Bereich von 0,2 bis 3 g/L und betreffen daher die Niedrig-Zink-Phosphatierung. Zinkphos phatschichten bestehen üblicherweise vorwiegend oder gänzlich aus Huréaulith, Phosphophyllit, Scholzit oder/und Hopeit, während Eisenphosphatschichten hauptsächlich aus Eisenphosphat, Eisenoxid oder/und Eisenhydroxid aufgebaut sind.DE-A1-195 44 614, DE-A1-40 13 483, DE-A1-195 40 085 and DE-A1-196 34 732 describe zinc phosphating processes that differ from iron phosphating processes fundamentally differentiate. These publications teach zinc levels in the area of 0.2 to 3 g / L and therefore concern the low zinc phosphating. Zinkphos phat layers usually consist predominantly or entirely of Huréaulith, Phosphophyllite, Scholzit and / or Hopeit, during iron phosphate layers mainly composed of iron phosphate, iron oxide and / or iron hydroxide are.
Überraschend wurde gefunden, daß ein Zusatz von Ionen von Kupfer und che misch verwandten Metallen zur Phosphatierungslösung eine Vorbehandlungs schicht auszubilden gestattet, auf der die Abscheidung des Elektrotauchlackes beschleunigt und vergleichmäßigt wird. Im Bereich der Hinterschneidungen bzw. verdeckten Hohlräume ist die Lackabscheidung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich besser im Vergleich zu den gut zugänglichen Partien als bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik.Surprisingly, it was found that an addition of ions from copper and che a mixture of related metals to the phosphating solution a pretreatment layer allowed to form on which the deposition of the electrocoat is accelerated and equalized. In the area of the undercuts or hidden cavities is the paint deposition in the invention Process significantly better compared to the easily accessible areas than in the method according to the prior art.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Eisenphosphatierungsverfahren vorzuschlagen, bei dem es möglich ist, die nachfolgend aufgebrachte Elektrotauchlackschicht insgesamt dünner als nach dem Stand der Technik aufzubringen, ohne den Kor rosionsschutz dadurch zu beeinträchtigen.The object of the invention is to propose an iron phosphating process, in which it is possible to apply the subsequently applied electrocoat layer altogether thinner than in the prior art to apply without the Kor to impair corrosion protection.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Beschichtung von Metalloberflächen mit einer Vorbehandlungsschicht vor der Abscheidung einer dünnen Elektro tauchlackschicht gelöst, bei dem eine Vorbehandlungsschicht auf Basis Eisen phosphat/Eisenoxid/Eisenhydroxid mit einem Gehalt an Kupfer, Silber, Gold, Pla- Platin, Iridium, Osmium, Palladium, Rhodium oder/und Ruthenium abgeschieden wird.The task is accomplished by a process for coating metal surfaces with a pre-treatment layer before depositing a thin electro Dip coating layer solved, in which a pre-treatment layer based on iron phosphate / iron oxide / iron hydroxide containing copper, silver, gold, platinum Platinum, iridium, osmium, palladium, rhodium and / or ruthenium deposited becomes.
Die Ansprüche 2 bis 18 bilden das Verfahren weiter. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein wässeriges Konzentrat entsprechend Anspruch 19.Claims 2 to 18 further develop the method. The task continues dissolved by an aqueous concentrate according to claim 19.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise eine wässerige Lö sung (Phosphatierungslösung) für die Abscheidung der Vorbehandlungsschicht verwendet, die einen Gehalt an Ionen von Kupfer, Silber, Gold, Platin, Iridium, Osmium, Palladium, Rhodium oder/und Ruthenium im Bereich von 0,2 bis 40 mg pro Liter aufweist, insbesondere von 0,5 bis 20 mg pro Liter, vorzugsweise von 1 bis 15 mg pro Liter, besonders bevorzugt von 2 bis 10 mg pro Liter. Kupferionen sind hierbei ebenso wie Mischungen von Kupferionen mit Ionen von einem der anderen genannten Edelmetalle bevorzugt.In the method according to the invention, an aqueous solution is preferably used solution (phosphating solution) for the deposition of the pretreatment layer used which contains ions of copper, silver, gold, platinum, iridium, Osmium, palladium, rhodium and / or ruthenium in the range from 0.2 to 40 mg per liter, in particular from 0.5 to 20 mg per liter, preferably from 1 up to 15 mg per liter, particularly preferably from 2 to 10 mg per liter. copper ions are here as well as mixtures of copper ions with ions from one of the other precious metals mentioned preferred.
Die Wirkung der Ionen von Kupfer bzw. der anderen genannten Edelmetalle ist noch nicht gänzlich verstanden. Möglicherweise bilden sich hiermit Lokalelemen te auf der Oberfläche, die den elektrischen Widerstand herabsetzen und den Prozeß der Elektrotauchlackabscheidung beschleunigen. Außerdem wird durch diesen Zusatz ein noch höherer temporärer Korrosionsschutz erzielt.The effect of the ions of copper or the other precious metals mentioned is not fully understood yet. This may result in local elements te on the surface, which reduce the electrical resistance and the Accelerate the process of electrodeposition. In addition, through this additive achieves even higher temporary corrosion protection.
Der Gehalt der Phosphatierungslösung an Phosphat kann im Bereich von 1 bis 10 g pro Liter liegen, vorzugsweise von 2 bis 8 g pro Liter, besonders bevorzugt von 3,5 bis 5,5 g pro Liter. Die Zugabe des Phosphats, insbesondere zu einem Konzentrat, erfolgt vorzugsweise durch Zusatz von Orthophosphorsäure.The content of phosphate in the phosphating solution can range from 1 to 10 g per liter are preferably from 2 to 8 g per liter, particularly preferably from 3.5 to 5.5 g per liter. The addition of the phosphate, especially to one Concentrate, preferably done by adding orthophosphoric acid.
Die Phosphatierungslösung weist vorzugsweise einen Gehalt an Ionen von min destens einem Alkalimetall oder/und Erdalkalimetall, insbesondere von Natrium, im Bereich von 0,3 bis 3,5 g pro Liter auf, vorzugsweise von 0,6 bis 3 g pro Liter, besonders bevorzugt von 1 bis 2,5 g pro Liter. Der Zusatz von Natriumionen hilft bei der Einstellung des pH-Wertes und ist bevorzugt an die Phosphorsäure ge bunden. Die Natriumionen können beispielsweise durch Zusatz von Natrium hydroxid eingebracht werden.The phosphating solution preferably has an ion content of min at least one alkali metal and / or alkaline earth metal, especially sodium, in the range from 0.3 to 3.5 g per liter, preferably from 0.6 to 3 g per liter, particularly preferably from 1 to 2.5 g per liter. The addition of sodium ions helps when adjusting the pH and is preferred to the phosphoric acid prevented. The sodium ions can, for example, by adding sodium hydroxide are introduced.
Die Phosphatierungslösung weist vorzugsweise einen Gehalt an Ammoniumio nen im Bereich von 2 bis 50 mg pro Liter auf, vorzugsweise von 5 bis 30 mg pro Liter, besonders bevorzugt von 8 bis 20 mg pro Liter. Die Ammoniumionen kön nen in Kombination mit Molybdat-/Molybdänionen die Oxidation des Fe0 bzw. Fe2+ zum Fe3+ bzw. entsprechender anderer Metalle bzw. Metallionen bewirken. Sie wirken daher beschleunigend.The phosphating solution preferably has an ammonium content in the range from 2 to 50 mg per liter, preferably from 5 to 30 mg per liter, particularly preferably from 8 to 20 mg per liter. The ammonium ions in combination with molybdate / molybdenum ions can cause the oxidation of Fe 0 or Fe 2+ to Fe 3+ or corresponding other metals or metal ions. They therefore have an accelerating effect.
Die Phosphatierungslösung weist vorzugsweise einen Gehalt an freien Fluoridio nen im Bereich von 0 bis 400 mg pro Liter auf, vorzugsweise von 1 bis 350 mg pro Liter, besonders bevorzugt von 50 bis 300 mg pro Liter. Der Zusatz von Flu orid erfolgt bevorzugt durch Zugabe von Flußsäure.The phosphating solution preferably has a free fluoride content NEN in the range of 0 to 400 mg per liter, preferably from 1 to 350 mg per liter, particularly preferably from 50 to 300 mg per liter. The addition of flu oride is preferably carried out by adding hydrofluoric acid.
Die Phosphatierungslösung weist vorzugsweise einen Gehalt an Molybdänionen oder/und Molybdationen im Bereich von 0 bis 500 mg pro Liter auf, insbesondere mindestens 5 mg pro Liter, vorzugsweise von 15 bis 250 mg pro Liter, besonders bevorzugt von 30 bis 200 mg pro Liter, berechnet als MoO3.The phosphating solution preferably has a content of molybdenum ions and / or molybdate ions in the range from 0 to 500 mg per liter, in particular at least 5 mg per liter, preferably from 15 to 250 mg per liter, particularly preferably from 30 to 200 mg per liter as MoO 3 .
Die Phosphatierungslösung weist vorzugsweise einen Gehalt an Nitrationen im Bereich von 0 bis 5 g pro Liter auf, vorzugsweise von 0,001 bis 2 g pro Liter, be sonders bevorzugt von 0,002 bis 1 g pro Liter. Der Gehalt an Nitrationen ermög licht eine Verstärkung des Beizangriffs, eine Vergleichmäßigung der Phosphat schichtbildung und wirkt beschleunigend.The phosphating solution preferably has a content of nitrate ions in the Range from 0 to 5 g per liter, preferably from 0.001 to 2 g per liter particularly preferably from 0.002 to 1 g per liter. The nitrate ion content enables light an increase in the pickling attack, an equalization of the phosphate layer formation and accelerates.
Die Phosphatierungslösung weist vorzugsweise einen Gehalt an mindestens ei nem nichtionischen oder/und anionischen Tensid im Bereich von 50 bis 5000 mg pro Liter auf, vorzugsweise von 100 bis 4000 mg pro Liter, besonders bevor zugt von 200 bis 3000 mg pro Liter. Diese Tenside sorgen für die bessere Benet zung der Metalloberfläche und somit für die gleichmäßigere Entfernung von or ganischen Verunreinigungen auf der Metalloberfläche, für den gleichmäßigeren Beizangriff auf der Metalloberfläche und für die gleichmäßigere Phosphatschicht ausbildung auf der Metalloberfläche.The phosphating solution preferably has at least one egg content non-ionic and / or anionic surfactant in the range from 50 to 5000 mg per liter, preferably from 100 to 4000 mg per liter, especially before increases from 200 to 3000 mg per liter. These surfactants provide the better benet of the metal surface and thus for the more uniform removal of or ganic impurities on the metal surface, for the more uniform Stain attack on the metal surface and for the more uniform phosphate layer training on the metal surface.
Die Phosphatierungslösung weist vorzugsweise einen Gehalt an mindestens ei nem organischen Lösungsvermittler im Bereich von 0 bis 200 mg pro Liter auf, vorzugsweise von 10 bis 100 mg pro Liter, besonders bevorzugt von 20 bis 80 mg pro Liter. Der Lösungsvermittler dient dazu, daß die Tenside einkomponentig in der wässerigen Lösung enthalten bleiben.The phosphating solution preferably has at least one egg content organic solubilizer in the range from 0 to 200 mg per liter, preferably from 10 to 100 mg per liter, particularly preferably from 20 to 80 mg per liter. The solubilizer serves that the surfactants in one component remain in the aqueous solution.
Die Phosphatierungslösung weist vorzugsweise einen Gehalt an mindestens ei nem Beschleuniger, insbesondere einem Beschleuniger ausgewählt aus der Gruppe von Nitroguanidin, Chlorationen und NBS-Ionen im Bereich von 0 bis 3 g pro Liter auf, vorzugsweise von 0,2 bis 2,5 g pro Liter, besonders bevorzugt von 0,3 bis 2 g pro Liter. Dieser Beschleuniger wirkt in einem breiteren pH- Wertbereich, so daß in einem breiteren pH-Wertbereich gearbeitet werden kann.The phosphating solution preferably has at least one egg content nem accelerator, in particular an accelerator selected from the Group of nitroguanidine, chlorate ions and NBS ions in the range of 0 to 3 g per liter, preferably from 0.2 to 2.5 g per liter, particularly preferably from 0.3 to 2 g per liter. This accelerator works in a wider pH Value range, so that you can work in a wider pH range.
Die Phosphatierungslösung weist vorteilhafterweise aus Gründen des Umwelt schutzes keinen oder nur einen geringen Gehalt an Nitritionen, Chromionen, Nic kelionen, Kobaltionen, Manganionen und Cadmiumionen auf. Wenn das Bad ei nen höheren Gehalt mindestens eines dieser Stoffe aufweisen sollte, müßte für die abgearbeitete Lösung u. U. eine aufwendige Entsorgung veranlaßt werden. Ferner weist die Phosphatierungslösung vorzugsweise aus Gründen des Korro sionsschutzes der zu beschichtenden Metallteile auch keinen Gehalt an Chlorid- und Sulfationen auf.The phosphating solution advantageously has for environmental reasons protection no or only a low content of nitrite ions, chromium ions, Nic celions, cobalt ions, manganese ions and cadmium ions. If the bath egg should have a higher content of at least one of these substances, the processed solution u. U. elaborate disposal can be arranged. Furthermore, the phosphating solution preferably has for reasons of corrosion protection of the metal parts to be coated also contains no chloride and sulfate ions.
Gewisse Gehalte an Aluminium in der Phosphatierungslösung können u. U. zur Ausfällung von Kryolith, solche von Calcium u. U. zur Ausfällung von Calciumflu orid führen. Daher ist es vorteilhaft, Gehalte solcher Ionen in solchen Grenzen zu halten, in denen Ausfällungen vermieden oder gering gehalten werden können.Certain levels of aluminum in the phosphating solution can U. to Precipitation of cryolite, calcium and others. U. for the precipitation of calcium flu lead orid. It is therefore advantageous to keep such ions within such limits hold in which precipitation can be avoided or kept to a minimum.
Die Phosphatierungslösung weist vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von 30 bis 70°C, vorzugsweise von 40 bis 65°C, besonders bevorzugt von 50 bis 60°C auf. The phosphating solution preferably has a temperature in the range of 30 to 70 ° C, preferably from 40 to 65 ° C, particularly preferably from 50 to 60 ° C.
Die Phosphatierungslösung weist vorzugsweise einen pH-Wert im Bereich von 3,5 bis 6,5, vorzugsweise von 4 bis 5,5, besonders bevorzugt von 4,5 bis 4,8 auf. Der pH-Wert sollte vergleichsweise genau eingestellt werden.The phosphating solution preferably has a pH in the range of 3.5 to 6.5, preferably from 4 to 5.5, particularly preferably from 4.5 to 4.8. The pH should be set comparatively precisely.
Die Phosphatierungslösung weist vorzugsweise eine Gesamtsäure-Punktzahl im Bereich von 2 bis 20, vorzugsweise von 6 bis 14, ganz besonders bevorzugt von 8 bis 12 auf.The phosphating solution preferably has a total acid number in the Range from 2 to 20, preferably from 6 to 14, very particularly preferably from 8 to 12.
Die Punktzahl der Gesamtsäure ist die Anzahl an ml, die sich ergibt, wenn 10 ml Phosphatierungslösung, die mit vollentsalztem Wasser auf 50 ml verdünnt wurde, mit 0,1-normaler Natronlauge bis zu einem pH-Wert von 8,7 titriert wird.The total acid score is the number of ml that results when 10 ml Phosphating solution diluted to 50 ml with deionized water, titrated with 0.1 normal sodium hydroxide solution up to a pH of 8.7.
Die Phosphatierungslösung weist vorzugsweise einen Gehalt an freier Säure von bis zu 2 Punkten, vorzugsweise von 0 bis 1,5 Punkten, besonders bevorzugt von 0,01 bis 1 Punkt auf.The phosphating solution preferably has a free acid content of up to 2 points, preferably from 0 to 1.5 points, particularly preferably from 0.01 to 1 point.
Die Punktzahl der freien Säure ist die Anzahl an ml, die sich ergibt, wenn 10 ml Phosphatierungslösung, die mit vollentsalztem Wasser auf 50 ml verdünnt wurde, mit 0,1-normaler Natronlauge bis zu einem pH-Wert von 4,2 titriert wird, wobei der zu titrierenden Probe dann KCl bis zur Sättigung hinzugefügt wird, wenn in der Probe komplex gebundenes Fluorid enthalten ist, um dessen Dissoziation weitestgehend zu unterbinden.The free acid score is the number of ml that results when 10 ml Phosphating solution diluted to 50 ml with deionized water, is titrated with 0.1 normal sodium hydroxide solution up to a pH of 4.2, whereby KCl is then added to the sample to be titrated to saturation if in the sample contains complex-bound fluoride to dissociate it prevent as much as possible.
Als Wasserqualität für die Phosphatierungslösung, als auch für das wässerige Konzentrat, das sowohl zum Anmachen, als auch zum Ergänzen der Phosphatie rungslösung verwendet werden kann, sind Stadtwasser, das bei höheren Härte graden vorzugsweise entkarbonisiert ist, aber auch noch reinere Wasserqualitä ten wie z. B. vollentsalztes Wasser gut geeignet.As water quality for the phosphating solution as well as for the aqueous one Concentrate, which can be used both to turn on and to supplement the phosphate Solution can be used are city water, which is of higher hardness grade is preferably decarbonized, but also purer water quality ten such as B. demineralized water well suited.
Der Behandlungsgang kann je nachdem, ob die Vorbehandlung in einer 2-, 3-
oder 4-Zonen-Anlage durchgeführt wird, folgende Schritte umfassen:
Depending on whether the pretreatment is carried out in a 2, 3 or 4-zone system, the treatment course can include the following steps:
- a) Reinigen und Phosphatieren mit der erfindungsgemäßen Phosphatierungslö sung - Nachspülen mit Wassera) Cleaning and phosphating with the phosphating solution according to the invention solution - rinsing with water
- b) Reinigen und Phosphatieren mit der erfindungsgemäßen Phosphatierungslö sung - Spülen mit Wasser - Nachspülen mit Wasserb) cleaning and phosphating with the phosphating solution according to the invention solution - rinsing with water - rinsing with water
- c) Vorreinigen mit einer ersten erfindungsgemäßen Phosphatierungslösung - Reinigen und Phosphatieren mit einer zweiten erfindungsgemäßen Phospha tierungslösung - Spülen mit Wasser - Nachspülen mit Wasser.c) pre-cleaning with a first phosphating solution according to the invention - Cleaning and phosphating with a second phospha according to the invention solution - rinsing with water - rinsing with water.
Für den Schritt des Reinigens und Phosphatierens wird vorzugsweise mit einer Spritzzeit über 0,5 bis 4 Minuten, insbesondere über 0,8 bis 3 Minuten, ganz be sonders über 1 bis 2 Minuten mit einem Spritzdruck im Bereich von 0,3 bis 2,5 bar gearbeitet. Alternativ können die Metallteile auch in ein Bad über eine Zeit von 1 bis 10 Minuten, besonders über 1,5 bis 6 Minuten getaucht werden. Bei einem Verfahren mit einer 4-Zonen-Anlage beziehen sich die genannten Zeiten auf die Summe der Vorbehandlungszeiten beim Vorreinigen/Phosphatieren und Reinigen/Phosphatieren.For the step of cleaning and phosphating is preferably with a Spray time over 0.5 to 4 minutes, in particular over 0.8 to 3 minutes, completely especially over 1 to 2 minutes with a spray pressure in the range of 0.3 to 2.5 bar worked. Alternatively, the metal parts can be placed in a bath over time from 1 to 10 minutes, especially over 1.5 to 6 minutes. at The times mentioned refer to a process with a 4-zone system on the sum of the pre-treatment times for pre-cleaning / phosphating and Cleaning / phosphating.
Das Reinigen und Phosphatieren kann wie bei c) auch in zwei direkt aufeinander folgenden Bädern durchgeführt werden: Hierbei empfiehlt es sich, im ersten Bad eine höhere Gesamtsäurepunktzahl einzustellen als im zweiten Bad und darauf zu achten, daß der Gehalt an freier Säure in beiden Bädern möglichst Null ist.As in c), cleaning and phosphating can also be done directly in two following baths are carried out: It is recommended to take the first bath set a higher total acid score than in and after the second bath ensure that the free acid content in both baths is as low as possible.
Das Spülen erfolgt vorzugsweise über 20 bis 80 Sekunden mit einem Spritzdruck von 0,3 bis 2,5 bar. Es genügt ein unbeheiztes Bad mit Frischwasserzulauf von Stadtwasserqualität. Stadtwasserqualität ist bevorzugt, um eine größere Puffer wirkung zu haben.The rinsing is preferably carried out over 20 to 80 seconds with a spray pressure from 0.3 to 2.5 bar. An unheated bath with fresh water supply from is sufficient City water quality. City water quality is preferred to a larger buffer to have an effect.
Das Nachspülen kann über 20 bis 80 Sekunden mit einem Spritzdruck von 0,3 bis 2,5 bar erfolgen. Vorzugsweise wird hierbei vollentsalztes Wasser eingesetzt. Hierbei soll die Salzfracht durch geeignete Maßnahmen wie z. B. nachgeschalte ten Sprühring mit vollentsalztem Wasser möglichst stark reduziert werden. Rinsing can last for 20 to 80 seconds with a spray pressure of 0.3 up to 2.5 bar. Deionized water is preferably used here. Here, the salt load should be taken by suitable measures such. B. downstream th spray ring with deionized water as much as possible.
Nach dem letzten Sprühschritt sollte das Abtropfwasser einen Wert der elektri schen Leitfähigkeit wegen der nachfolgenden Elektrotauchlackierung von 50 µS/cm nicht überschreiten.After the last spraying step, the drained water should have a value of electri conductivity due to the subsequent electrocoating of Do not exceed 50 µS / cm.
Üblicherweise werden die so vorbehandelten Metallteile unmittelbar in die Elek trotauchlackanlage eingefahren. Das Trocknen kann dann entfallen.Usually, the metal parts pretreated in this way are transferred directly to the elec Trotauchlack system retracted. Drying can then be omitted.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise für Metallteile - insbesonde re für solche von komplexer Geometrie - verwendet, besonders bevorzugt für Metallteile aus Eisen- oder Stahlwerkstoffen, Aluminium oder Aluminiumlegierun gen, Magnesiumlegierungen oder verzinkten Metallteilen. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere für einfache Baustähle wie z. B. St 370 gut an wenden.The method according to the invention is preferably used for metal parts - in particular re for those of complex geometry - used, particularly preferred for Metal parts made of iron or steel materials, aluminum or aluminum alloy genes, magnesium alloys or galvanized metal parts. The invention The method can be used in particular for simple structural steels such as. B. St 370 well turn.
Die Vorbehandlungsschicht kann, wenn auch aus der Metalloberfläche herausge löste Ionen am Schichtaufbau beteiligt sind, als Konversionsschicht bezeichnet werden. Sie eignet sich hervorragend als temporärer Lagerschutz und als Haft grund für Lackierungen. Die Vorbehandlungsschicht weist vorzugsweise eine Dicke von 0,05 bis 0,6 µm, insbesondere von 0,15 bis 0,4 µm, und ein Flä chengewicht von 0,1 bis 1,2 g/m2, vorzugsweise von 0,2 bis 0,8 g/m2, auf. Sie ist vorteilhafterweise amorph ausgebildet.The pretreatment layer, even if ions released from the metal surface are involved in the layer structure, can be referred to as a conversion layer. It is ideal as temporary storage protection and as a primer for paintwork. The pretreatment layer preferably has a thickness of 0.05 to 0.6 μm, in particular of 0.15 to 0.4 μm, and a weight per unit area of 0.1 to 1.2 g / m 2 , preferably of 0.2 to 0.8 g / m 2 . It is advantageously amorphous.
Die Vorbehandlungsschicht weist Gehalte auf an Eisenphosphat, Eisenoxid oder/und Eisenhydroxid. Sie ist das Ergebnis einer sog. Eisenphosphatierung.The pretreatment layer has iron phosphate, iron oxide contents or / and iron hydroxide. It is the result of a so-called iron phosphating.
Auf der Vorbehandlungsschicht können Lackschichten mit einer Schichtdicke von 0,5 bis 100 µm insbesondere durch kathodische oder anodische Tauchlackierung und ggf. durch mindestens eine nachfolgende Lackierung aufgebracht werden. Nach dem Stand der Technik hat die erste auf die Vorbehandlungsschicht aufge brachte Tauchlackschicht ein Schichtgewicht im Bereich von 18 bis 22,5 g/m2, was unter der Annahme einer Dichte der eingebrannten Lackschicht von 1,5 g/cm3 einer gemittelten Schichtdicke im Bereich von 12 bis 15 µm entspricht, oder sogar noch höhere Schichtgewichte, während bei dem erfindungsgemäßen Ver fahren an gleichartigen Metallteilen mit verdeckten Bereichen ein Schichtgewicht etwa im Bereich von 12 bis 17,5 g/m2, was unter der Annahme einer Dichte der eingebrannten Lackschicht von 1,5 g/cm3 einer gemittelten Schichtdicke im Be reich von 8 bis 11,7 µm entspricht.Paint layers with a layer thickness of 0.5 to 100 μm can be applied to the pretreatment layer, in particular by cathodic or anodic dip coating and, if appropriate, by at least one subsequent coating. According to the prior art, the first immersion lacquer layer applied to the pretreatment layer has a layer weight in the range from 18 to 22.5 g / m 2 , which, assuming a density of the baked lacquer layer of 1.5 g / cm 3, means an average layer thickness in Corresponds to the range of 12 to 15 microns, or even higher layer weights, while in the process according to the invention on similar metal parts with hidden areas, a layer weight is approximately in the range of 12 to 17.5 g / m 2 , which assumes a density of the branded Lacquer layer of 1.5 g / cm 3 corresponds to an average layer thickness in the range from 8 to 11.7 µm.
Auf eine derartige Tauchlackschicht kann zusätzlich eine Lackschicht oder eine andersartige Organik-haltige Beschichtung oder/und eine Klebeschicht insbe sondere mit lackierten Metallteilen wie z. B. in Form von Platten aufgebracht wer den. Die zusätzliche Lackschicht hat hierbei üblicherweise dekorative Aufgaben und verbessert den Korrosionsschutz geringfügig; sie wird oft durch Pulverlackie ren aufgetragen.Such an immersion lacquer layer can additionally include a lacquer layer or a different organic-containing coating and / or an adhesive layer in particular special with painted metal parts such. B. applied in the form of plates the. The additional layer of lacquer usually has decorative functions and slightly improves corrosion protection; it is often done by powder coating ren applied.
Mit einer Klebeschicht, die vorzugsweise auf die zusätzliche Lackschicht aufge bracht wird, können Metall- oder Kunststoffteile aufgeklebt werden, die vorteilhaf terweise auch vorbehandelt oder/und lackiert sind. Diese aufgeklebten Teile ha ben z. B. bei Flachheizkörpern oft die Form von Platten.With an adhesive layer that is preferably applied to the additional lacquer layer is brought, metal or plastic parts can be glued, the advantageous t are also pretreated and / or painted. These glued parts ha ben z. B. in the case of flat radiators often the shape of plates.
Zum Ansetzen der Phosphatierungslösung wird erfindungsgemäß ein wässeriges
Konzentrat verwendet, das folgende Gehalte aufweist:
Ionen von Kupfer, Silber, Gold, Platin, Iridium, Osmium, Palladium, Rhodium
oder/und Ruthenium von jeweils 0,005 bis 0,4 Gew.-%, vorzugsweise von
0,01 bis 0,2 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,02 bis 0,15 Gew.-%, insbe
sondere Kupferionen,
Phosphationen von 5 bis 30 Gew.-% P2O5,
mindestens einen Beschleuniger von jeweils 0,2 bis 5 Gew.-%,
Molybdänionen oder/und Molybdationen von insgesamt 0,1 bis 1 Gew.-%, be
rechnet als MoO3, und
freie Fluoridionen von 0,1 bis 2 Gew.-%.
According to the invention, an aqueous concentrate which has the following contents is used to prepare the phosphating solution:
Ions of copper, silver, gold, platinum, iridium, osmium, palladium, rhodium and / or ruthenium in each case from 0.005 to 0.4% by weight, preferably from 0.01 to 0.2% by weight, particularly preferably from 0.02 to 0.15% by weight, in particular copper ions,
Phosphate ions of 5 to 30% by weight of P 2 O 5 ,
at least one accelerator each from 0.2 to 5% by weight,
Molybdenum ions and / or molybdenum ions totaling 0.1 to 1% by weight, calculated as MoO 3 , and
free fluoride ions from 0.1 to 2% by weight.
Vorzugsweise weist das wässerige Konzentrat zusätzlich auch einen Gehalt auf
von:
mindestens einem nichtionogenen oder/und anionogenem Tensid von jeweils
0,05 bis 15 Gew.-%
oder/und von mindestens einem organischen Lösevermittler von jeweils 0,05
bis 0,5 Gew.-%
oder/und Ionen von mindestens einem Alkalimetall oder/und Erdalkalimetall
von jeweils 2 bis 10 Gew.-%, insbesondere von Natriumionen.The aqueous concentrate preferably also has a content of:
at least one nonionic and / or anionogenic surfactant, each from 0.05 to 15% by weight
or / and of at least one organic solubilizer each from 0.05 to 0.5% by weight
or / and ions of at least one alkali metal and / or alkaline earth metal each of 2 to 10% by weight, in particular of sodium ions.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Metallteile lassen sich als Heizkörperelemente, Heizkörper, Gestelle, Platten, Verkleidungen, Win kel, Komponenten im Fahrzeug- oder Flugzeuginnenbereich, Komponenten im Apparate- und Maschinenbau verwenden.Leave the metal parts coated by the method according to the invention itself as radiator elements, radiators, frames, panels, cladding, win kel, components in the vehicle or aircraft interior, components in Use apparatus and mechanical engineering.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber den bisher beschriebenen und praktizierten Vorbehandlungsverfahren durch Eisenphosphatierung den Vorteil, daß die Dicke der ersten Lackschicht deutlich verringert werden kann, ohne daß der Korrosionsschutz beeinträchtigt wird.The method according to the invention has compared to the previously described and pretreatment processes by iron phosphating have the advantage that the thickness of the first layer of lacquer can be significantly reduced without corrosion protection is impaired.
Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen näher erläutert:The subject matter of the invention will be explained in the following with the help of embodiments play explained in more detail:
Behandlungszeit: 45 sec.
Temperatur: 55°C
Spritzdruck: 1,2 bar
Gesamtsäure: 10 Punkte
Freie Säure: 0 Punkte
pH-Wert: 4,8.Treatment time: 45 sec.
Temperature: 55 ° C
Spray pressure: 1.2 bar
Total acidity: 10 points
Free acidity: 0 points
pH: 4.8.
Behandlungszeit: 45 sec.
Temperatur: 50°C
Spritzdruck: 1,2 bar
Gesamtsäure: 3 Punkte
Freie Säure: 0 Punkte
pH-Wert: 5,3.Treatment time: 45 sec.
Temperature: 50 ° C
Spray pressure: 1.2 bar
Total acidity: 3 points
Free acidity: 0 points
pH: 5.3.
Behandlungszeit: 30 sec.
Temperatur: unbeheizt, d. h. Raumtemperatur
Spritzdruck: 1,2 bar
Wasserqualität: Stadtwasser.Treatment time: 30 sec.
Temperature: unheated, ie room temperature
Spray pressure: 1.2 bar
Water quality: city water.
Behandlungszeit: 30 sec.
Temperatur: unbeheizt, d. h. Raumtemperatur
Spritzdruck. 1,2 bar
Wasserqualität: Kontaminiertes voll entsalztes Wasser, bei dem VE-Wasser ver
unreinigtes Wasser aus dem Spülen und aus dem Nachspülen mit dem Sprühring
aufgenommen hat. Die Wasserqualität ist weit besser als Stadtwasser.Treatment time: 30 sec.
Temperature: unheated, ie room temperature
Injection pressure. 1.2 bar
Water quality: Contaminated, fully demineralized water, in which demineralized water has taken up contaminated water from the rinsing and from the rinsing with the spray ring. The water quality is far better than city water.
1,1 l VE-Wasser je m2 1.1 l demineralized water per m 2
Oberfläche
Wasserqualität: VEW = voll entsalztes Wasser.
Fließt anschließend in Kaskade nach Zone 4.surface
Water quality: VEW = demineralized water.
Then flows in a cascade to Zone 4.
Nach dieser Spritzvorbehandlung wurden die vorbehandelten Metallteile in eine Blaszone mit 4000 m3 Kaltluft pro Stunde geleitet und anschließend in die Ka thodische Elektrotauchlackbeschichtung, wo die vorbehandelten Metallteile über 90 sec. bei 22°C lackiert wurden.After this spray pretreatment, the pretreated metal parts were passed into a blowing zone with 4000 m 3 of cold air per hour and then into the cathodic electrodeposition coating, where the pretreated metal parts were coated at 22 ° C. for 90 seconds.
Die zu beschichtenden Substrate waren aus normalem Baustahl St 370 und hat ten verschiedene geometrische Formen, wie sie zur Gestaltung von Heizkörpern üblich sind.The substrates to be coated were made of normal structural steel St 370 and has different geometric shapes, such as those used to design radiators are common.
Es wurde ein zur Beschichtung besonders problematischer Heizkörper ausge wählt: Heizkörper vom Typ 22 von 600 mm Höhe und 1000 mm Breite. Der Typ 22 weist jeweils zwei außenliegende Wasserkanäle aus strukturierten Platten und zwei innenliegende Konvektorbleche auf. Dadurch verfügt er über eine Viel zahl von abgeschirmten Flächen.A particularly problematic radiator was coated chooses: Type 22 radiators 600 mm high and 1000 mm wide. The guy 22 each has two external water channels made of structured plates and two internal convector sheets. As a result, he has a lot number of shielded areas.
Es bestand die Aufgabe, die Oberflächen der Konvektoren durchzubeschichten. Die Konvektoren stellen, da sie innen liegen, Faraday'sche Käfige dar. Außerdem bestand die Aufgabe, das Lackgewicht, also auch die über die gesamte Oberflä che gemittelte Lackschicht, so gering als möglich zu halten.The task was to coat the surfaces of the convectors. The convectors, since they are inside, represent Faraday cages. Also there was the task of coating weight, including the over the entire surface surface, to keep it as low as possible.
Zur Überprüfung der Ergebnisse wurden die Heizkörper im jeweils trockenen Zu stand vor und nach der kathodischen Tauchlackierung gewogen. In der laufen den Serie wurde darüber hinaus die Tauchlackschichtdicke gemessen. Da sich diese Messungen jedoch auf die Elemente der Wasserkanäle, also die äußeren Elemente, beschränken mußten und auch nur punktuell durchgeführt werden konnten, können die Meßergebnisse nur näherungsweise gewertet werden.To check the results, the radiators were dry in each case stood weighed before and after the cathodic dip painting. In the run The dip coating thickness was also measured in the series. That I however, these measurements refer to the elements of the water channels, i.e. the outer ones Elements, had to be limited and only carried out selectively the measurement results can only be evaluated approximately.
Bei gleichen Badparametern der Phosphatierung wurden jeweils zwei Heizkörper des Typs 22 in einer ersten Fertigungslinie und in einer Parallelfertigungslinie vorbehandelt, ohne danach in der Linie lackiert zu werden. Nach dem Trocknen wurden die vorbehandelten Metallteile gewogen und anschließend wurden alle vier Heizkörper in der ersten Fertigungslinie unter identischen Bedingungen tauchlackiert, um unterschiedliche Einstellungen verschiedener Lackbäder zu vermeiden.With the same bath parameters of phosphating, two radiators were used Type 22 in a first production line and in a parallel production line pretreated without being subsequently painted in the line. After drying the pretreated metal parts were weighed and then all four radiators in the first production line under identical conditions dip-coated to different settings of different paint baths avoid.
Bei diesem ersten Kreuzversuch hatten alle 4 Heizkörper Lackschichtgewichte von 142 bis 148 g bei einer Oberfläche von 7,8 m2.In this first cross-test, all 4 radiators had coating weights of 142 to 148 g with a surface area of 7.8 m 2 .
Beim zweiten Kreuzversuch zwischen der ersten Fertigungslinie und der Parallel fertigungslinie wurde den Phosphatierbädern der ersten Fertigungslinie jeweils 3 mg/l, Kupfer als Kupfernitrat zugegeben, bei der Parallelfertigungslinie jedoch nicht.In the second cross-test between the first production line and the parallel production line was 3 mg / l each for the phosphating baths of the first production line, Copper added as copper nitrate, but in the parallel production line Not.
Vor dem zweiten Kreuzversuch wurde allen Lackbädern außerdem zwecks Ver besserung des Lackverlaufes Butylglycol zugegeben, was i. d. R. zu erhöhten Schichtgewichten führte.Before the second cross-test, all paint baths were also used for the purpose of ver Improvement of the varnish course Butylglycol added, which i. d. R. to increase Layer weights led.
Die Lackschichtgewichte der mit der kupferhaltigen Phosphatierlösung vorbe handelten Heizkörper reduzierten sich bei dem erfindungsgemäßen Beispiel auf 120 g, während die Referenzheizkörper der Parallelfertigungslinie (Vergleichsbeispiel) Lackschichtgewichte von 162 g und 165 g aufwiesen. Der Zusatz von Butylglycol hatte sich bei den Referenzheizkörpern erwartungsgemäß mit steigenden Schichtgewichten ausgewirkt, aber nicht bei den erfindungsge mäß vorbehandelten Heizkörpern. Vielmehr hat sich bei den erfindungsgemäß vorbehandelten Heizkörpern trotz Zusatz von Butylglycol eine deutliche Verringe rung des Schichtgewichts ergeben.The coating layer weights of the copper-containing phosphating solution are over acted radiators were reduced in the example according to the invention 120 g, while the reference radiator of the parallel production line (Comparative example) had coating layer weights of 162 g and 165 g. The The addition of butyl glycol had turned out as expected in the reference radiators impacted with increasing layer weights, but not with the fiction according to pre-treated radiators. Rather, the invention has pretreated radiators significantly reduced despite the addition of butyl glycol tion of the layer weight.
Claims (20)
Ionen von Kupfer, Silber, Gold, Platin, Iridium, Osmium, Palladium, Rhodium oder/und Ruthenium von jeweils 0,005 bis 0,4 Gew.-%,
Phosphationen von 5 bis 30 Gew.-% P2O5,
mindestens einen Beschleuniger ausgewählt aus der Gruppe von Nitroguani din, Chlorationen und Nitrobenzolsulfonsäure-Ionen von jeweils 0,2 bis 5 Gew.-%,
Molybdänionen oder/und Molybdationen von insgesamt 0,1 bis 1 Gew.-%, berechnet als MoO3, und
freie Fluoridionen von 0,1 bis 2 Gew.-%.19. Aqueous concentrate for preparing an aqueous solution for the deposition of a pretreatment layer, characterized in that the concentrate has the following contents:
Ions of copper, silver, gold, platinum, iridium, osmium, palladium, rhodium and / or ruthenium, each from 0.005 to 0.4% by weight,
Phosphate ions of 5 to 30% by weight of P 2 O 5 ,
at least one accelerator selected from the group of nitroguanidine, chlorate ions and nitrobenzenesulfonic acid ions, each from 0.2 to 5% by weight,
Molybdenum ions and / or molybdenum ions totaling 0.1 to 1% by weight, calculated as MoO 3 , and
free fluoride ions from 0.1 to 2% by weight.
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