DE10358310A1 - Two-stage conversion treatment - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur zweistufigen Korrosionsschutzbehandlung von Metalloberflächen, wobei man diese DOLLAR A a) in einem ersten Schritt mit einer chromfreien ersten wässrigen Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von 1,5 bis 5 in Kontakt bringt, die insgesamt mindestens 0,01 g/l und bis zu 10 g/l Ti- und/oder Zr- und/oder Si-Ionen sowie mindestens eine solche Menge an Fluorid enthält, dass das Atomverhältnis Ti zu F und/oder Zr zu F und/oder Si zu F im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 6 liegt, und danach DOLLAR A b) in einem zweiten Schritt mit einer chromfreien zweiten wässrigen Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von 1,5 bis 5 in Kontakt bringt, die insgesamt mindestens 0,01 g/l und bis zu 10 g/l Ti- und/oder Zr- und/oder Si-Ionen sowie mindestens eine solche Menge an Fluorid enthält, dass das Atomverhältnis Ti zu F und/oder Zr zu F und/oder Si zu F im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 6 liegt, und die zusätzlich eine solche Menge löslicher Anionen von Oxosäuren von Molybdän und/oder Wolfram in der Oxidationsstufe VI enthält, dass die Gesamtkonzentration von Molybdän und/oder Wolfram, berechnet als MoO¶4¶·2-· und/oder WO¶4¶·2-·, im Bereich von 5 bis 1500 mg/l liegt.A method for the two-stage corrosion protection treatment of metal surfaces, wherein said DOLLAR A a) in a first step with a chromium-free first aqueous solution having a pH in the range of 1.5 to 5 brings in the total of at least 0.01 g / l and up to 10 g / l of Ti and / or Zr and / or Si ions and at least one such amount of fluoride that the atomic ratio of Ti to F and / or Zr to F and / or Si to F in the range of 1: 1 to 1: 6, and then DOLLAR A b) in a second step with a chromium-free second aqueous solution having a pH in the range of 1.5 to 5 brings into contact, the total of at least 0.01 g / l and up to 10 g / l Ti and / or Zr and / or Si ions and at least one such amount of fluoride contains that the atomic ratio of Ti to F and / or Zr to F and / or Si to F in the range from 1: 1 to 1: 6, and in addition such an amount of soluble anions of oxo acids of molybdenum and / or tungsten in the oxidation state VI contains that the total concentration of molybdenum and / or tungsten, calculated as MoO¶¶¶¶. 2 · and / or WO¶¶¶¶2 ·, in the range of 5 to 1500 mg / l.
Description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Korrosionsschutzbehandlung von Metalloberflächen, beispielsweise von Fahrzeugkarosserien oder Haushaltsgeräten. Dabei wird auf eisenhaltigen Oberflächen wie beispielsweise Stahloberflächen und/oder auf ausgewählten Nichteisen-Oberflächen wie beispielsweise Zink oder Zinklegierungen (z.B. verzinkter oder legierungsverzinkter Stahl), Aluminium, Magnesium oder deren Legierungen eine korrosionsschützende Schicht erzeugt. Diese verbessert Korrosionsschutz und Haftung einer darüber aufgebrachten Schicht auf Basis organischer Polymere, wie beispielsweise einem Lack oder einem Klebstoff. Dabei liegt ein besonderes Merkmal der Erfindung darin, dass kein toxisches Chrom verwendet werden muss.The Invention is in the field of corrosion protection treatment of Metal surfaces, For example, of vehicle bodies or household appliances. there becomes on iron-containing surfaces such as steel surfaces and / or on selected Non-ferrous surfaces such as zinc or zinc alloys (e.g., galvanized or zinc) alloy-galvanized steel), aluminum, magnesium or their alloys a corrosion-protective Layer generated. This improves corrosion protection and adhesion of an applied over it Layer based on organic polymers, such as a Paint or an adhesive. Here is a special feature of Invention in that no toxic chromium must be used.
Aus Metallblechen zusammengefügte Bauteile wie beispielsweise Fahrzeugkarosserien, Gehäuse von Haushaltsgeräten oder metallische Möbelstücke können aus Metallblechen zusammengesetzt werden, die noch keine permanent korrosionsschützende Beschichtung aufweisen. In einer mehrere Stufen umfassenden Verfahrensfolge kann eine permanent korrosionsschützende Beschichtung bestehend aus einer Konversionsschicht und einer Lackierschicht nach dem Zusammenbau der metallischen Bauteile erzeugt werden. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die Verfahrensfolge Phosphatierung und Lackierung, wie sie beispielsweise im Automobilbau üblich ist. Der Begriff "Konversionsbehandlung" sagt aus, dass Komponenten der Behandlungslösung mit der Metalloberfläche chemisch reagieren, wodurch eine Korrosionsschutzschicht entsteht, in die sowohl Komponenten der Behandlungslösung als auch Metallatome aus der Metalloberfläche eingebaut sind. Out Metal sheets joined together Components such as vehicle bodies, housing of household appliances or metallic pieces of furniture can be made out Metal sheets are assembled, which is not a permanent corrosion-protective coating exhibit. In a multi-stage process sequence can a permanent corrosion protection Coating consisting of a conversion layer and a coating layer be generated after assembly of the metallic components. One well-known example of this is the process sequence phosphating and painting, as for example usual in the automotive industry is. The term "conversion treatment" states that components the treatment solution with the metal surface react chemically, creating a corrosion protection layer, into both the components of the treatment solution and metal atoms the metal surface are installed.
Fahrzeugkarosserien wie beispielsweise Automobilkarosserien werden zur Zeit aus Stahl und/oder anderen metallischen Materialien wie beispielsweise verzinktem Stahl oder Aluminium zusammengefügt. Nach dem Zusammenfügen werden die Karosserien ge reinigt und vor dem Lackieren einer Konversionsbehandlung zum Erzielen von ausreichendem Korrosionsschutz und ausreichender Lackhaftung unterzogen. Danach werden die Karosserien lackiert, heutzutage in der Regel durch eine kathodische Elektrotauchlackierung. Einem ähnlichen Verfahrensgang können metallische Komponenten enthaltende Haushaltsgeräte wie beispielsweise Kühlschränke, Gefriertruhen, Waschmaschinen, Wäscheschleudern, Herde, Mikrowellengeräte oder auch metallische Möbel unterzogen werden. Aufgrund der geringeren Anforderungen an den Korrosionsschutz für solche Gegenstände werden diese nach der Konversionsbehandlung in der Regel mit einem Pulverlack lackiert.vehicle bodies such as automobile bodies are currently made of steel and / or other metallic materials such as galvanized Steel or aluminum joined together. After joining The bodies are cleaned and ge before painting a conversion treatment for Achieve adequate corrosion protection and sufficient paint adhesion subjected. After that the bodies are painted, nowadays in usually by a cathodic electrodeposition coating. A similar one Procedure can Household appliances containing metallic components such as refrigerators, freezers, Washing machines, spin dryers, Stoves, microwave ovens or even metallic furniture be subjected. Due to the lower requirements of the Corrosion protection for such objects these are usually treated with one after conversion treatment Powder paint painted.
Als Konversionsbehandlung ist bei Haushaltsgeräten eine Phosphatierung weit verbreitet. Bei Fahrzeugkarosserien erfolgt die Konversionsbehandlung ausschließlich als sogenannte "schichtbildende" Zinkphosphatierung. Hierfür werden die Fahrzeugkarosserien mit einer wässrigen Lösung mit einem pH-Wert von etwa 2,5 bis etwa 3,8 in Berührung gebracht, die etwa 0,3 bis 2 g/l Zinkionen und etwa 10 bis etwa 20 g/l Phosphationen enthält. Häufig enthalten diese Phosphatierlösungen zusätzlich etwa 0,3 bis 2 g/l Manganionen und häufig Nickel- oder Kupferionen. Bei dieser Behandlung entsteht auf Stahloberflächen eine Schicht von kristallinen Zinkeisenphosphaten, auf Zink- oder Aluminiumoberflächen eine Schicht aus kristallinen Zinkphosphaten.When Conversion treatment is widespread in home appliances phosphating common. For vehicle bodies, the conversion treatment takes place exclusively as so-called "layer-forming" zinc phosphating. Therefor are the vehicle bodies with an aqueous solution having a pH of about 2.5 to about 3.8 in contact brought about 0.3 to 2 g / l zinc ions and about 10 to about 20 g / l phosphate ions. Often contain these phosphating solutions additionally about 0.3 to 2 g / l manganese ions and often nickel or copper ions. This treatment produces a layer of crystalline on steel surfaces Zinc iron phosphates, on zinc or aluminum surfaces Layer of crystalline zinc phosphates.
Damit diese kristallinen zinkhaltigen Phophatschichten eine ausreichende Wirkung für Korrosionsschutz und Lackhaftung entfalten, wird der eigentliche Phosphatierungsschritt von zusätzlichen Schritten begleitet. Beispielsweise werden die Metalloberflächen vor der Phosphatierung zunächst – in der Regel mehrstufig – gereinigt und anschließend aktiviert. Für den Aktivierungsschritt bringt man die Metalloberflächen mit einer Lösung in Kontakt, die hauptsächlich sekundäre Alkalimetallphosphate sowie suspendierte kolloide Titanphosphate enthält. Dieser Schritt muss sehr sorgfältig kontrolliert werden, um eine ausreichende Qualität der anschließenden Phosphatierung zu gewährleisten. Insbesondere verbrauchen sich die Aktivierbäder im Vergleich zu Phosphatierbädern vergleichsweise rasch, so dass sie in kurzen Zeitabständen von wenigen Tagen bis einigen Wochen erneuert werden müssen. Die Überwachung und Pflege der Aktivierbäder stellt daher einen wesentlichen Anteil des Pflege- und Überwachungsaufwandes für eine Phosphatierlinie dar.In order to These crystalline zinc-containing Phophatschichten sufficient Effect for Anticorrosive and paint adhesion unfold, becomes the real Phosphating step of additional Accompanied steps. For example, the metal surfaces are present the phosphating first - in the Usually multi-level - cleaned and subsequently activated. For The activation step is carried along with the metal surfaces a solution in contact, mainly secondary Alkali metal phosphates and suspended colloidal titanium phosphates contains. This step must be very carefully be controlled to a sufficient quality of the subsequent phosphating to ensure. In particular, the activating baths consume comparatively in comparison with phosphating baths quickly, allowing them in short intervals of a few days to a few weeks have to be renewed. The supervision and care of the activating baths therefore represents a significant proportion of the care and monitoring effort for one Phosphating line.
Auf den eigentlichen Phosphatierungsschritt folgt regelmäßig eine sogenannte Nachpassivierung. Durch diese Nachpassivierung werden verbleibende Poren in der kristallinen Phosphatschicht geschlossen und Korrosionsschutz sowie Lackhaftung verbessert. Hierfür werden die phosphatierten Metalloberflächen mit einer wässrigen Lösung in Berührung gebracht, die unterschiedliche Komponenten enthalten kann. Im praktischen Einsatz sind derzeit Nachpassivierungslösungen auf Basis von sechswertigem Chrom, von komplexen Fluoriden von Titan und/oder Zirkon, von reaktiven Polymeren von Vinylphenolderivaten oder auch von Kupferionen. Auch diese Nachpassivierungsbäder müssen regelmäßig überprüft und nachgestellt werden.On the actual phosphating step is followed by a regular one so-called post-passivation. By this Nachpassivierung become remaining pores in the crystalline phosphate layer closed and Corrosion protection and paint adhesion improved. For this will be the phosphated metal surfaces with an aqueous solution in touch brought, which can contain different components. In practical Use is currently Nachpassivierungslösungen based on hexavalent Chromium, from complex fluorides of titanium and / or zirconium, of reactive Polymers of vinyl phenol derivatives or copper ions. Also these post-passivation baths have to regularly checked and adjusted become.
Eine Konversionsbehandlung in Form einer Phosphatierung erfordert also neben der Reinigung in der Regel mindestens 3 Behandlungsbäder für Aktivierung, Phosphatierung und Nachpassivierung, die alle regelmäßig kontrolliert und erforderlichenfalls nachgestellt bzw. erneuert werden müssen. Diese mindestens 3 erforderlichen Bäder und die zusätzlich zwischen ihnen liegenden Spülbäder führen zu einem hohen Platzbedarf und Investitionsaufwand und erhöhen so die Kosten für die Herstellung von Fahrzeugkarosserien und Haushaltsgeräten. Außerdem entstehen bei der Phosphatierung schwermetallhaltige Abfälle, die kostenaufwendig entsorgt werden müssen.A Conversion treatment in the form of phosphating thus requires in addition to cleaning usually at least 3 treatment baths for activation, Phosphating and post-passivation, all controlled regularly and must be readjusted or renewed if necessary. These at least 3 required baths and the additional between them lying rinses lead to a high space requirement and capital expenditure and thus increase the costs for the manufacture of vehicle bodies and household appliances. In addition, arise during phosphating heavy metal-containing waste, disposed of costly Need to become.
Außer einer
Phosphatierung sind weitere Verfahren zum Erzeugen einer sogenannten
Konversionsschicht bekannt, die das darunter liegende Metall vor
Korrosion schützt
und die einen Haftgrund für
eine nachfolgende Lackierschicht darstellt. Beispielsweise gelingt
dies mit Konversionslösungen
auf Basis komplexer Fluoride von Bor, Silicium, Titan oder Zirkon.
Meistens werden diese komplexen Fluoride zusammen mit organischen
Polymeren eingesetzt. Beispiele derartiger Konversionsbehandlungen
sind in DE-A-101 31 723 und der dort zitierten Literatur genannt.
Jedoch konnte keines dieser alternativen Verfahren bisher die Phosphatierung
als Vorbehandlung vor der Lackierung im Automobilbau verdrängen. Dies
gilt auch für
die Lehren der drei folgenden Dokumente:
Aus
- a) 0,01 bis 5 Gewichtsteile gelöster Phosphationen,
- b) 0,1 bis 2 Gewichtsteile Titanionen,
- c) 0,05 bis 5 Gewichtsteile Fluoridionen und
- d) 0,01 bis 2 Gewichtsteile eines wasserlöslichen Beschleunigers, der zum Beispiel eine Kombination aus Salpetersäure und Ammoniumheptamolybdat darstellen kann.
Out
- a) 0.01 to 5 parts by weight of dissolved phosphate ions,
- b) 0.1 to 2 parts by weight of titanium ions,
- c) 0.05 to 5 parts by weight of fluoride ions and
- d) 0.01 to 2 parts by weight of a water-soluble accelerator, which may be, for example, a combination of nitric acid and ammonium heptamolybdate.
Dabei ist offensichtlich, dass die Titanionen und die Fluoridionen miteinander zu Fluorokomplexen reagieren oder direkt als Fluorokomplexe eingesetzt werden können. Gemäß Ausführungsbeispielen kann als Beschleuniger neben Heptamolybdat auch Wolframat verwendet werden. Diese Behandlungslösung ist speziell für die Behandlung von Aluminiumoberflächen geeignet.there it is obvious that the titanium ions and the fluoride ions are related to each other react to fluoro complexes or used directly as fluorocomplexes can be. According to embodiments can be used as an accelerator in addition to heptamolybdate and tungstate become. This treatment solution is special for the treatment of aluminum surfaces suitable.
WO 03/078682 offenbart eine Methode zum Erzeugen einer Konversionsschicht auf einer metallischen Oberfläche durch Behandeln mit einer wässrigen Lösung mit folgenden Komponenten: a) einer Quelle von Wolframationen und b) eines löslichen Materials, das Zirkon enthält. Danach wird die Oberfläche getrocknet und/oder eingebrannt. Als Zirkonverbindungen sind beispielsweise Hexafluorozirkonsäure und deren Salze geeignet.WHERE 03/078682 discloses a method of generating a conversion layer on a metallic surface by treating with an aqueous solution with the following components: a) a source of tungsten ions and b) a soluble Material containing zircon. After that, the surface becomes dried and / or baked. As zirconium compounds are, for example hexafluorozirconic and their salts suitable.
- a) eine anionische Komponente, die beispielsweise ein Fluorokomplex von Titan oder Zirkon sein kann,
- b) eine kationische Komponente ausgewählt aus den Metallen Co, Mg, Mn, Zn, Ni, Sn, Cu, Zr, Fe und Sr,
- c) eine ausreichende Menge Säure, um einen pH-Wert im Bereich von 0,5 bis 5 einzustellen,
- d) Oxo-Anionen von Phosphor oder Phosphonatanionen,
- e) ein organisches Polymer.
- a) an anionic component, which may be, for example, a fluorocomplex of titanium or zirconium,
- b) a cationic component selected from the metals Co, Mg, Mn, Zn, Ni, Sn, Cu, Zr, Fe and Sr,
- c) a sufficient amount of acid to adjust a pH in the range of 0.5 to 5,
- d) oxo anions of phosphorus or phosphonate anions,
- e) an organic polymer.
Vorzugsweise enthält diese Lösung zusätzlich eine weitere Komponente ausgewählt aus Wolframat, Molybdat, Silicowolframat und Silicomolybdat.Preferably contains this solution additionally another component selected from tungstate, molybdate, silicotungstate and silicomolybdate.
Die vorstehend genannten Beispiele von Konversionslösungen, die komplexe Fluoride von Titan oder Zirkon enthalten, stellen Konversionslösungen zum Erzeugen von Konversionsschichten auf blanken Metalloberflächen dar. Es ist jedoch auch bekannt, Lösungen komplexer Fluoride von Titan oder Zirkon zur passivierenden Nachbehandlung von Phosphatschichten einzusetzen.The aforementioned examples of conversion solutions containing complex fluorides of titanium or zirconium, provide conversion solutions to Creating conversion layers on bare metal surfaces. However, it is also known solutions complex fluorides of titanium or zirconium for passivating aftertreatment of phosphate layers.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Prozesskette z. B. der Automobilproduktion ökonomischer und ökologischer zu gestalten. Dabei soll zum einen die Bildung schwermetallhaltiger Abfälle vermieden werden, insbesondere solcher Abfälle, die toxische Schwermetalle wie Chrom oder Nickel enthalten. Zum anderen soll die Prozessfolge gegenüber der gebräuchlichen Phosphatierung verkürzt werden. Dies verkürzt zum einen die Länge der Produktionslinie und verringert zum anderen die Zahl der erforderlichen Spülschritte, was zu einer Wassereinsparung führt. Dennoch soll eine Konversionsschicht erzeugt werden, die in ihrer Qualität hinsichtlich Korrosionsschutz und Lackhaftung einer konventionellen Phosphatierschicht entspricht.The present invention has as its object, the process chain z. B. to make the automobile production more economical and ecological. The intention is to avoid the formation of waste containing heavy metals, especially waste containing toxic heavy metals such as chromium or nickel. On the other hand, the process sequence should be shortened compared to the conventional phosphating. This, on the one hand, shortens the length of the production line and, on the other hand, reduces the number of rinsing steps required, which leads to a saving of water. Nevertheless, a conversion layer is to be produced, the ent quality in terms of corrosion protection and paint adhesion of a conventional phosphating speaks.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur zweistufigen Korrosionsschutzbehandlung von Metalloberflächen, wobei man die Metalloberflächen
- a) in einem ersten Schritt mit einer chromfreien ersten wässrigen Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von 1,5 bis 5 in Kontakt bringt, die insgesamt mindestens 0,01 g/l, vorzugsweise mindestens 0,025 g/l, und bis zu 10 g/l, vorzugsweise bis zu 1 g/l, insbesondere bis zu 0,5 g/l Ti- und/oder Zr- und/oder Si-Ionen sowie mindestens eine solche Menge an Fluorid enthält, dass das Atomverhältnis Ti zu F und/oder Zr zu F und/oder Si zu F im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 6 liegt, und danach, mit oder ohne Zwischenspülung mit Wasser,
- b) in einem zweiten Schritt mit einer chromfreien zweiten wässrigen Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von 1,5 bis 5 in Kontakt bringt, die insgesamt mindestens 0,01 g/l, vorzugsweise mindestens 0,025 g/l, und bis zu 10 g/l, vorzugsweise bis zu 1 g/l, insbesondere bis zu 0,5 g/l Ti- und/oder Zr- und/oder Si-Ionen sowie mindestens eine solche Menge an Fluorid enthält, dass das Atomverhältnis Ti zu F und/oder Zr zu F und/oder Si zu F im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 6 liegt, und die zusätzlich eine solche Menge löslicher Anionen von Oxosäuren von Molybdän und/oder Wolfram in der Oxidationsstufe VI enthält, dass die Gesamtkonzentration von Molybdän und/oder Wolfram, berechnet als MoO4 2– und/oder WO4 2–, im Bereich von 5 bis 1500 mg/l liegt.
- a) contacting in a first step with a chromium-free first aqueous solution having a pH in the range of 1.5 to 5, the total of at least 0.01 g / l, preferably at least 0.025 g / l, and up to 10 g / l, preferably up to 1 g / l, in particular up to 0.5 g / l Ti and / or Zr and / or Si ions and at least one such amount of fluoride contains that the atomic ratio of Ti to F and / or Zr to F and / or Si to F in the range of 1: 1 to 1: 6, and thereafter, with or without intermediate rinsing with water,
- b) contacting in a second step with a chromium-free second aqueous solution having a pH in the range of 1.5 to 5, the total of at least 0.01 g / l, preferably at least 0.025 g / l, and up to 10 g / l, preferably up to 1 g / l, in particular up to 0.5 g / l Ti and / or Zr and / or Si ions and at least one such amount of fluoride contains that the atomic ratio of Ti to F and or Zr to F and / or Si to F in the range from 1: 1 to 1: 6, and which additionally contains such an amount of soluble anions of oxo acids of molybdenum and / or tungsten in the oxidation state VI, that the total concentration of molybdenum and / or tungsten, calculated as MoO 4 2- and / or WO 4 2- , in the range of 5 to 1500 mg / l.
Selbstverständlich ist diese zweistufige Prozessfolge Teil der längeren Behandlungskette bei der Herstellung lackierter Metallgegenstände wie beispielsweise Automobilkarosserien, Haushaltsgeräten und ähnlichem. In dieser Behandlungskette werden die zusammengefügten Bauteile zunächst gereinigt und gespült, bevor sie der erfindungsgemäßen zweistufigen Konversionsbehandlung unterzogen werden. Zwischen den beiden Teilschritten a) und b) des erfindungsgemäßen Zweistufenprozesses kann mit Wasser gespült werden, muss aber nicht. Nach dem zweiten Schritt b) wird in der Regel ein- bis mehrfach mit Wasser gespült, wobei der letzte Spülschritt vorzugsweise mit vollentsalztem Wasser erfolgt. Danach kann der Gegenstand lackiert werden. Bei geringen Anfor derungen an den Korrosionsschutz wie beispielsweise bei Haushaltsgeräten kann dies mit einem Pulverlack erfolgen. Zum Bewältigen der höheren Korrosionsschutzanforderungen des Automobilbaus bringt man vorzugsweise den derzeit technisch üblichen mehrschichtigen Lackaufbau auf, dessen metallnächste Schicht üblicherweise ein kathodischer Elektrotauchlack darstellt. Die erfindungsgemäße Prozessfolge ist jedoch nicht nur im Stande, die Metalloberflächen für eine Lackierung vorzubereiten, sondern sie kann auch als eine Grundlage für Verklebungen dienen.Of course it is This two-stage process is part of the longer treatment chain the production of painted metal objects such as automobile bodies, household appliances and the like. In this treatment chain become the assembled components first cleaned and rinsed before they are the two-stage according to the invention Be subjected to conversion treatment. Between the two steps a) and b) of the two-stage process according to the invention can be rinsed with water but not necessarily. After the second step b) is in the Usually rinsed one to several times with water, the last rinse step preferably with demineralized water. After that, the Object to be painted. For low demands on the corrosion protection As with household appliances, this can be done with a powder coating respectively. To master the higher one Corrosion protection requirements of the automotive industry is preferably brought the currently technically usual multi-layer paint system, the metal next layer usually represents a cathodic electrodeposition paint. The process sequence according to the invention is not only able to prepare the metal surfaces for painting, but it can also serve as a foundation for bonding.
Dabei sind die Teilschritte a) und b) die einzigen Schritte (abgesehen von den üblichen Spülschritten), die zwischen der Reinigung der Teile und dem Auftragen einer Schicht auf Basis organischer Polymere wie beispielsweise eines Lacks oder eines Klebstoffs zur Konversionsbehandlung der Metalloberflächen durchgeführt werden müssen. Eine zusätzliche Aktivierung wie beispielsweise bei der Phosphatierung oder ein weiterer Nachpassierungsschritt ist nicht erforderlich.there the sub-steps a) and b) are the only steps (apart from the usual Rinsing steps), the between cleaning the parts and applying a coat based on organic polymers such as a varnish or an adhesive for the conversion treatment of the metal surfaces have to. An additional Activation such as phosphating or another Post-pass step is not required.
Die
erfindungsgemäße zweistufige
Prozessfolge kann auch zur Passivierung blanker Metallstellen eingesetzt
werden, die entstehen, wenn man die Bauteile wie beispielsweise
die Automobilkarosserien vollständig aus
bereits vorbeschichtetem Material zusammenfügt. Hierbei gelten folgende Überlegungen:
Prinzipiell
wäre es ökonomisch
und ökologisch
vorteilhaft, metallische Bauteile aus bereits vom Hersteller der Metallbänder vorbeschichtetem
Material herzustellen und nach dem Zusammenbau nur noch zu reinigen
und zu lackieren. Mit der Vorbehandlung verbundener Abfall fiele
dann zentralisiert bei den Herstellern der Metallbänder und
nicht weit verstreut bei den Weiterverarbeitern der Metallbänder an.
Dementsprechend werden vorbeschichtete Metallbänder bereits am Markt angeboten.
Zum einen können
diese vorphosphatiert sein, d. h. eine Phosphatschicht, aber keine
weitere Beschichtung auf Basis organischer Polymere tragen. In der
Automobil- und Haushaltsgeräteindustrie
werden in zunehmendem Maße
auch Metallbänder
verarbeitet, die bereits beim Hersteller der Bänder mit einer Korrosionsschutzschicht
versehen sind. Derartige Materialien sind beispielsweise unter dem
Namen Granocoat®,
Durasteel®,
Bonazinc® und
Durazinc® bekannt.
Sie tragen eine dünne
organische Beschichtung über
einer Konversionsschicht, beispielsweise einer Chromatier- oder
Phosphatierschicht. Die organische Beschichtung besteht aus Polymersystemen
wie beispielsweise Epoxy- oder Polyurethanharzen, Polyamiden und
Polyacrylaten. Feste Additive wie Kieselsäuren, Zinkstaub und Ruß verbessern
den Korrosionsschutz und erlauben es aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit,
die mit Schichten einer Dicke von etwa 0,3 bis etwa 10 μm, vorzugsweise
bis etwa 5 μm überzogenen
Metallteile elektrisch zu schweißen und elektrolytisch zu lackieren.
Die Beschichtung der Substratmaterialien erfolgt in der Regel in
einem Zweistufenprozess, bei dem zuerst die anorganische Konversionsschicht
erzeugt und anschließend
in einer zweiten Behandlungsstufe der organische Polymerfilm aufgebracht
werden. Nähere
Informationen hierzu können
DE-A-100 22 075 und der darin zitierten Literatur entnommen werden.The two-stage process sequence according to the invention can also be used for the passivation of bare metal sites which arise when the components such as, for example, the automobile bodies are completely assembled from already precoated material. The following considerations apply here:
In principle, it would be economically and ecologically advantageous to produce metallic components already pre-coated by the manufacturer of the metal strips material and after assembly only to clean and paint. Waste associated with the pretreatment would then be centralized by the manufacturers of the metal strips and not widely dispersed by the downstream converters of the metal strips. Accordingly, pre-coated metal strips are already offered on the market. On the one hand, these can be pre-phosphated, ie they can carry a phosphate layer but no further coating based on organic polymers. In the automotive and household appliance industry, metal strips are increasingly being processed which are already provided with a corrosion protection layer by the manufacturer of the strips. Such materials are known for example under the name Granocoat ®, DuraSteel ®, ® and Bonazinc Durazinc ®. They carry a thin organic coating over a conversion layer, for example a chromating or phosphating layer. The organic coating consists of polymer systems such as epoxy or polyurethane resins, polyamides and polyacrylates. Solid additives such as silicic acids, zinc dust and soot improve the corrosion protection and, due to their electrical conductivity, allow the metal parts coated with layers of about 0.3 to about 10 μm, preferably up to about 5 μm, to be electrically welded and electrolytically painted. The coating of the substrate materials is generally carried out in a two-stage process, in which first the inorganic conversion layer is produced and subsequently the organic polymer film is applied in a second treatment stage. Further information can be found in DE-A-100 22 075 and in the literature cited therein.
Im Bandverfahren mit einer Beschichtung auf Basis organischer Polymere versehene Metallbleche werden also bereits teilweise beim Bau von Fahrzeugkarosserien, von Haushaltsgeräten und von Einrichtungsgegenständen eingesetzt. Dabei werden im Automobilbau die strengsten Anforderungen hinsichtlich Korrosionsschutz und Haftung eines nachträglich aufgebrachten Lacks gestellt, da Fahrzeuge den stärksten Korrosionsbeanspruchungen ausgesetzt sind. Derzeit werden noch keine Fahrzeugkarosserien ausschließlich aus organisch vorbeschichteten Metallblechen hergestellt. Vielmehr wird dieses Material allenfalls zusammen mit nicht vorbeschichteten Blechen zu den Fahrzeugkarosserien verbaut. Die zusammengebauten Karosserien durchlaufen daher derzeit noch das übliche Vorbehandlungsverfahren vor einer Lackierung, d. h. sie werden der aufwendigen Prozessfolge der Phosphatierung unterzogen.in the Tape method with a coating based on organic polymers provided metal sheets are therefore already partially in the construction of Vehicle bodies, used by household appliances and furnishings. In the automotive industry, the strictest requirements in terms of Corrosion protection and adhesion of a subsequently applied paint, because vehicles are the strongest Are exposed to corrosion stresses. Currently none are Vehicle bodies made exclusively organically pre-coated metal sheets produced. Rather, it will this material possibly together with non-pre-coated sheets installed to the vehicle bodies. The assembled bodies therefore currently undergo the usual pretreatment process before painting, d. H. they become the elaborate process sequence subjected to phosphating.
Prinzipiell könnte das Phosphatierverfahren durch ein weniger aufwendiges Vorbehandlungsverfahren ersetzt werden, wenn die Fahrzeugkarosserien ausschließlich aus organisch vorbeschichtetem Metallsubstrat hergestellt werden würden. Hierzu muss jedoch das Problem gelöst werden, dass beim Zusammenbau von Karosserien aus organisch vorbeschichteten Metallblechen zwangsläufig Stellen entstehen, an denen die organische Vorbeschichtung beschädigt ist oder ganz fehlt. Dies ist beispielsweise an Schnittkanten, an Schweißpunkten und an geschliffenen Stellen der Fall.in principle could replaced the phosphating by a less expensive pretreatment process be when the vehicle bodies exclusively from organically pre-coated Metal substrate would be produced. However, this must be the problem solved be that when assembling bodies from organically pre-coated Metal sheets inevitably There are places where the organic precoating is damaged or completely missing. This is for example at cut edges, at welding points and at polished places the case.
Aus Gründen der besseren Korrosionsschutzwirkung werden im Fahrzeugbau häufig solche organisch vorbeschichteten Metallsubstrate eingesetzt, bei denen als Metallsubstrat elektrolytisch verzinkter oder schmelztauchverzinkter Stahl dient. Bei derartigen organisch beschichteten Metallsubstraten sind aber die genannten Stellen mit beschädigter organischer Schicht besonders schwierig zu behandeln, da sie sich hinsichtlich ihrer elektrochemischen Potentiale und ihrer chemischen Reaktivität von den üblichen Metalloberflächen unterscheiden. An solchen beschädigten Stellen liegen in der Regel sowohl Anteile des Stahlsubstrats (also Eisen) als auch der Zinkbeschichtung bloß.Out establish The better corrosion protection effect are often used in vehicle construction organically pre-coated metal substrates used in which as a metal substrate electrolytically galvanized or hot dip galvanized Steel serves. In such organically coated metal substrates But these are the places with a damaged organic layer especially difficult to deal with as they are in terms of their electrochemical potentials and their chemical reactivity from the usual Distinguish metal surfaces. At such damaged Places are usually both shares of the steel substrate (ie iron) as well as the zinc coating bare.
Dabei kann ein hohes lokales Flächenverhältnis von Stahl (Eisen) zu Zink vorliegen, beispielsweise ein Verhältnis von > 9 : 1. Insbesondere ist dies bei Schnittkanten der Fall, die einen Querschnitt durch das beschichtete Stahlsubstrat darstellen. Die Korrosionsverhältnisse weichen an diesen Grenzbereichen, die Zink und Eisen kombinieren, von den sonstigen Verhältnissen auf der homogenen Fläche ab. Je nach dem lokalen Verhältnis von Zink zu Eisen an den freiliegenden Metallstellen stellt sich ein unterschiedliches elektrochemisches Potential zwischen den Potentialen von Zink und Eisen ein. Weiterhin entstehen bei der Bearbeitung der Karosserien geschliffene Bereiche, die spezielle Verhältnisse und damit besondere elektrochemische Potentiale aufweisen. Denn durch den Schleifvorgang entsteht eine aktivierte Grenzfläche von Stahl (Eisen) mit fein verteiltem reaktiven Zink.there can have a high local area ratio of Steel (iron) to zinc, for example, a ratio of> 9: 1. In particular this is the case with cut edges that cross a section through represent the coated steel substrate. The corrosion conditions soften at those border areas that combine zinc and iron, from the other conditions on the homogeneous surface from. Depending on the local ratio from zinc to iron at the exposed metal sites a different electrochemical potential between the potentials of zinc and iron. Furthermore arise during processing the bodies ground areas, the special conditions and thus have special electrochemical potentials. Because The grinding process creates an activated interface of Steel (iron) with finely divided reactive zinc.
Die erfindungsgemäße zweistufige Behandlungsfolge ist dafür geeignet, an den genannten Problemstellen, an denen die organische Vorbeschichtung beschädigt ist oder ganz fehlt, eine ausreichende Passivierungsschicht für eine weitere Lackierung zu erzeugen.The two-stage according to the invention Treatment sequence is for suitable, at said problem areas, where the organic Pre-coating damaged is or is missing, a sufficient Passivierungsschicht for another To produce paint.
Daher besteht ein spezieller Aspekt der vorliegenden Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung eines lackierte Metallteile enthaltenden Bauteils, wobei man
- I) Bleche aus Metall, die eine Beschichtung auf Basis organischer Polymere tragen, schneidet und/oder stanzt und/oder umformt und die hierdurch erhaltenen Metallteile zur Herstellung des Bauteils zusammenfügt, wobei Bereiche der Metalloberfläche des Blechs entstehen, die nicht von der Beschichtung auf Basis organischer Polymere bedeckt sind;
- II) das zusammengefügte Bauteil reinigt,
- III) das gereinigte zusammengefügte Bauteil einer Verfahrensfolge unterzieht, die auf den im Teilschritt I) entstandenen Bereichen der Metalloberfläche, die nicht von der Beschichtung auf Basis organischer Polymere bedeckt sind, eine Passivierungsschicht erzeugt, die keine Zinkphosphatschicht darstellt, wobei man die Bereiche der Metalloberfläche des Blechs, die nicht von der Beschichtung auf Basis organischer Polymere bedeckt sind a) in einem ersten Schritt mit einer chromfreien ersten wässrigen Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von 1,5 bis 5 in Kontakt bringt, die insgesamt mindestens 0,01 g/l, vorzugsweise mindestens 0,025 g/l, und bis zu 10 g/l, vorzugsweise bis zu 1 g/l, insbesondere bis zu 0,5 g/l Ti- und/oder Zr- und/oder Si-Ionen sowie mindestens eine solche Menge an Fluorid enthält, dass das Atomverhältnis Ti zu F und/oder Zr zu F und/oder Si zu F im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 6 liegt, und danach, mit oder ohne Zwischenspülung mit Wasser, b) in einem zweiten Schritt mit einer chromfreien zweiten wässrigen Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von 1,5 bis 5 in Kontakt bringt, die insgesamt mindestens 0,01 g/l, vorzugsweise mindestens 0,025 g/l, und bis zu 10 g/l, vorzugsweise bis zu 1 g/l, insbesondere bis zu 0,5 g/l Ti- und/oder Zr- und/oder Si-Ionen sowie mindestens eine solche Menge an Fluorid enthält, dass das Atomverhältnis Ti zu F und/oder Zr zu F und/oder Si zu F im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 6 liegt, und die zusätzlich eine solche Menge löslicher Anionen von Oxosäuren von Molybdän und/oder Wolfram in der Oxidationsstufe VI enthält, dass die Gesamtkonzentration von Molybdän und/oder Wolfram, berechnet als MoO4 2– und/oder WO4 2–, im Bereich von 5 bis 1500 mg/l liegt
- IV) erwünschtenfalls, aber nicht zwingend das im Teilschritt c) behandelte Bauteil ein- oder mehrmals mit Wasser spült und
- V) mit einer Lackschicht beschichtet.
- I) Sheets of metal carrying, cutting and / or punching and / or reshaping a coating based on organic polymers and assembling the resulting metal parts to make the component, thereby creating areas of the metal surface of the sheet which are not based on the coating organic polymers are covered;
- II) cleans the assembled component,
- III) subjecting the cleaned assembled component to a process sequence which, on the areas of the metal surface which are not covered by the organic polymer based coating, produces a passivation layer which does not constitute a zinc phosphate layer, the areas of the metal surface of the Sheets not covered by the organic polymer-based coating a) in a first step, bringing into contact with a chromium-free first aqueous solution having a pH in the range of 1.5 to 5, containing a total of at least 0.01 g / l, preferably at least 0.025 g / l, and up to 10 g / l, preferably up to 1 g / l, in particular up to 0.5 g / l of Ti and / or Zr and / or Si ions and at least one contains such an amount of fluoride that the atomic ratio Ti to F and / or Zr to F and / or Si to F in the range of 1: 1 to 1: 6, and thereafter, with or without intermediate rinsing with water, b) in one second step m it brings into contact with a chromium-free second aqueous solution having a pH in the range from 1.5 to 5, which in total at least 0.01 g / l, preferably at least 0.025 g / l, and up to 10 g / l, preferably to to 1 g / l, in particular up to 0.5 g / l Ti and / or Zr and / or Si ions and at least one such amount of fluoride contains that the atomic ratio of Ti to F and / or Zr to F and / or Si to F is in the range from 1: 1 to 1: 6, and which additionally contains such an amount of soluble anions of oxo acids of molybdenum and / or tungsten in the oxidation state VI that the total concentration of molybdenum and / or tungsten, calculated as MoO 4 2- and / or WO 4 2- , in the range of 5 to 1500 mg / l
- IV) if desired, but not necessarily the component treated in step c) one or more times with water rinses and
- V) coated with a lacquer layer.
Die
weiteren Erläuterungen
gelten sowohl für
den allgemeinen Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch
1 als auch für
deren spezielle Anwendung gemäß Anspruch
2:
Im Gegensatz zur zweiten wässrigen Lösung, die im Teilschritt b)
eingesetzt wird, enthält
die erste wässrige Lösung im
Teilschritt a) vorzugsweise keine Verbindungen von Molybdän oder Wolfram.
Ihr Einsatz bringt hier keinen technischen Vorteil und wäre daher
unökonomisch.
Technisch nachteilig wäre
er jedoch nicht.The further explanations apply both to the general aspect of the present invention according to claim 1 and to its specific application according to claim 2:
In contrast to the second aqueous solution which is used in substep b), the first aqueous solution in substep a) preferably contains no compounds of molybdenum or tungsten. Their use brings no technical advantage and would therefore be uneconomical. However, he would not be technically disadvantageous.
Sowohl im Teilschritt a) als auch im Teilschritt b) wird eine wässrige Behandlungslösung eingesetzt, die insgesamt mindestens 0,01 g/l, vorzugsweise mindestens 0,025 g/l, und bis zu 10 g/l, vorzugsweise bis zu 1 g/l, insbesondere bis 0,5 g/l Ti- und/oder Zr- und/oder Si-Ionen sowie mindestens eine solche Menge an Fluorid enthält, dass das Atomverhältnis Ti zu F und/oder Zr zu F und/oder Si zu F im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 6 liegt, und die zusätzlich mindestens 0,005 g/l, vorzugsweise mindestens 0,01 g/l, und bis zu 20 g/l, vorzugsweise bis zu 1 g/l organische Polymere enthalten kann, aber nicht muss. Dabei können die genannten Ti-, Zr- und/oder Si-Ionen vollständig in Form von Hexafluorokomplexen wie beispielsweise den Hexafluorosäuren oder ihrer im genannten Konzentrationsbereich wasserlöslichen Salze wie beispielsweise der Natriumsalze eingesetzt werden. In diesem Fall beträgt das Atomverhältnis 1 : 6. Es können jedoch auch Komplexverbindungen eingesetzt werden, bei denen jeweils weniger als sechs Fluoridionen mit den Zentralelementen Ti, Zr oder Si verbunden sind. Diese können sich in der Behandlungslösung von selbst bilden, wenn zu dieser sowohl Hexafluorokomplexe mindestens eines der Zentralelemente Ti, Zr oder Si als auch mindestens eine weitere Verbindung eines dieser Zentralelemente zugegeben werden. Als solche weitere Verbindungen kommen beispielsweise Nitrate, Carbonate, Hydroxide und/oder Oxide desselben oder eines anderen der drei genannten Zentralelemente in Betracht. Beispielsweise kann die Behandlungslösung Hexafluorozirkonationen sowie (vorzugsweise kolloide) Kieselsäure (SiO2) oder deren Reaktionsprodukte enthalten. Nicht umgesetzte Kieselsäure kann in der Behandlungslösung suspendiert sein. Eine derartige Behandlungslösung lässt sich auch dadurch erhalten, dass man Flusssäure oder deren (gegebenenfalls saure) Salze zusammen mit solchen Verbindungen von Ti, Zr und/oder Si einsetzt, die hiermit Fluorokomplexe bilden können. Beispiele sind die bereits genannten Nitrate, Carbonate, Hydroxide und/oder Oxide. Vorzugsweise setzt man insgesamt eine solche Menge an Ti, Zr und/oder Si als Zentralmetall und eine solche Menge an Fluorid ein, dass das Atomverhältnis Zentralmetall zu Fluorid kleiner oder gleich 1 zu 2, insbesondere kleiner oder gleich 1 zu 3 ist. Das Atomverhältnis kann auch kleiner als 1 zu 6 werden, wenn die Behandlungslösung mehr Fluorid, beispielsweise in Form von Flusssäure oder deren Salze enthält, als stöchiometrisch zur Bildung der Hexafluorokomplexe der Zentralmetalle Ti, Zr und/oder Si erforderlich ist. Beispielsweise kann das Atomverhältnis so klein werden wie 1 zu 12 oder 1 : 18 oder noch darunter, wenn man einen entsprechenden Überschuss an Fluorid einsetzt, d.h. die zwei- oder dreifache oder noch mehrfache Menge dessen, was zur vollständigen Bildung der Hexafluorokomplexe erforderlich ist.Both in substep a) and in substep b), an aqueous treatment solution is used which has a total of at least 0.01 g / l, preferably at least 0.025 g / l, and up to 10 g / l, preferably up to 1 g / l, contains in particular up to 0.5 g / l Ti and / or Zr and / or Si ions and at least one such amount of fluoride that the atomic ratio of Ti to F and / or Zr to F and / or Si to F in the range from 1: 1 to 1: 6, and which may, but not, contain at least 0.005 g / L, preferably at least 0.01 g / L, and up to 20 g / L, preferably up to 1 g / L of organic polymers got to. The said Ti, Zr and / or Si ions can be used completely in the form of hexafluoro complexes such as, for example, the hexafluoroacids or their salts which are soluble in water in the stated concentration range, for example the sodium salts. In this case, the atomic ratio is 1: 6. However, it is also possible to use complex compounds in which less than six fluoride ions in each case are connected to the central elements Ti, Zr or Si. These can form themselves in the treatment solution if hexafluoro complexes of at least one of the central elements Ti, Zr or Si and also at least one further compound of one of these central elements are added to it. As such further compounds are, for example, nitrates, carbonates, hydroxides and / or oxides thereof or another of the three mentioned central elements into consideration. For example, the treatment solution may contain hexafluorozirconations as well as (preferably colloidal) silica (SiO 2 ) or their reaction products. Unreacted silica may be suspended in the treatment solution. Such a treatment solution can also be obtained by using hydrofluoric acid or its (optionally acidic) salts together with those compounds of Ti, Zr and / or Si which can form fluorocomplexes herewith. Examples are the already mentioned nitrates, carbonates, hydroxides and / or oxides. Preferably, a total of such an amount of Ti, Zr and / or Si as the central metal and such an amount of fluoride, that the atomic ratio of central metal to fluoride is less than or equal to 1 to 2, in particular less than or equal to 1 to 3. The atomic ratio may also become less than 1 to 6 when the treating solution contains more fluoride, for example in the form of hydrofluoric acid or its salts, than is stoichiometrically required to form the hexafluorocomplexes of the central metals Ti, Zr and / or Si. For example, the atomic ratio may become as small as 1 to 12 or 1:18, or even less, by employing a corresponding excess of fluoride, ie, two or three times or even more times what is necessary to complete formation of the hexafluoro complexes.
Dabei können im Teilschritt a) Behandlungslösungen eingesetzt werden, die im Stand der Technik bekannte Kombinationen von Inhaltsstoffen enthalten, beispielsweise gemäß US-A-5 129 967 eine Behandlungslösung, die in Wasser mindestens folgende Komponenten enthält:
- a) Polyacrylsäure oder deren Homopolymere,
- b) Hexafluorozirkonsäure,
- c) 0,17 bis 0,3 g/l Fluorwasserstoffsäure und
- d) bis zu 0,6 g/l Hexafluorotitansäure,
- a) Polyacrylsäure oder eines Esters davon und
- b) mindestens einer der Verbindungen H2ZrF6, H2TiF6 und H2SiF6, wobei der pH-Wert der Lösung unterhalb von 3,5 liegt, (weitere Polymere, die in ähnlichen Behandlungsbädern eingesetzt werden können, sind in WO 02/20652 aufgeführt),
- a) Phosphationen im Konzentrationsbereich zwischen 1,1 × 10–5 bis 5,3 × 10–3 mol/l, entsprechend 1 bis 500 mg/l,
- b) mindestens eine Fluorosäure eines Elements der Gruppe Zr, Ti, und Si und
- c) eine Polyphenolverbindung, erhältlich durch Umsetzung von Poly(vinylphenol) mit Aldehyden und organischen Aminen,
- a) polyacrylic acid or its homopolymers,
- b) hexafluorozirconic acid,
- c) 0.17 to 0.3 g / l hydrofluoric acid and
- d) up to 0.6 g / l hexafluorotitanic acid,
- a) polyacrylic acid or an ester thereof and
- b) at least one of the compounds H 2 ZrF 6 , H 2 TiF 6 and H 2 SiF 6 , wherein the pH of the solution is below 3.5, (further polymers which can be used in similar treatment baths are in WO 02/20652 listed),
- a) phosphate ions in the concentration range between 1.1 × 10 -5 to 5.3 × 10 -3 mol / l, corresponding to 1 to 500 mg / l,
- b) at least one fluoro acid of an element of the group Zr, Ti, and Si and
- c) a polyphenol compound obtainable by reacting poly (vinylphenol) with aldehydes and organic amines,
Im Teilschritt a) sind auch solche Behandlungslösungen einsetzbar, bei denen die organischen Polymere ausgewählt sind aus Homo- und Copolymeren von Vinylpyrrolidon. Derartige Behandlungslösungen sind beschrieben in DE-A-100 05 113 und DE-A-101 31 723. Sofern demgemäß im erfindungsgemäßen Verfahren eine Behandlungslösung eingesetzt wird, die Copolymere von Vinylpyrrolidon enthält, können diese Copolymere außer Vinylpyrrolidon eines oder mehrere andere Monomere enthalten. Sie können also beispielsweise als Copolymere aus 2 Komponenten oder als Copolymere aus 3 Komponenten (= Terpolymere) vorliegen. Weiterhin können Mischungen von Homo- und zweikomponentigen Copolymeren, Homo- und Terpolymeren oder zweikomponentigen Copolymeren und Terpolymeren eingesetzt werden.in the Sub-step a) are also those treatment solutions can be used in which the organic polymers selected are from homopolymers and copolymers of vinylpyrrolidone. Such treatment solutions are described in DE-A-100 05 113 and DE-A-101 31 723. Provided accordingly in the inventive method treatment solution used, which contains copolymers of vinylpyrrolidone, these can Copolymers except Vinylpyrrolidone one or more other monomers. she can for example, as copolymers of 2 components or as copolymers of 3 components (= terpolymers) are present. Furthermore, mixtures can of homo- and two-component copolymers, homopolymers and terpolymers or two-component copolymers and terpolymers.
Als Homo- oder Copolymere von Vinylpyrrolidon kommen beispielsweise die in Tabelle 1 aufgelisteten Polymere bzw. Polymere der dort angeführten Monomere in Betracht. Copolymere von Vinylpyrrolidon mit Monomeren, die Caprolactam- oder Imidazol-Gruppen aufweisen, sind besonders bevorzugt.When Homopolymers or copolymers of vinylpyrrolidone are, for example the listed in Table 1 polymers or polymers of the monomers listed there into consideration. Copolymers of vinylpyrrolidone with monomers containing caprolactam or imidazole groups are particularly preferred.
Tabelle 1: Beispiele für Homo- oder Copolymere von Vinylpyrrolidon Table 1: Examples of homopolymers or copolymers of vinylpyrrolidone
Enthält die Behandlungslösung im Teilschritt a) organische Polymere, so liegen diese vorzugsweise in Konzentrationen von mindestens 0,005 g/l, insbesondere mindestens 0,01 g/l, und bis zu 20 g/l, insbesondere bis zu 1 g/l vor.Contains the treatment solution in the Sub-step a) organic polymers, they are preferably in concentrations of at least 0.005 g / l, in particular at least 0.01 g / l, and up to 20 g / l, in particular up to 1 g / l before.
Demgegenüber ist die Behandlungslösung für den Teilschritt b) vorzugsweise frei von organischen Polymeren. Ihr Einsatz im Teilschritt b) ist zwar ohne Nachteil möglich, bringt aber auch keinen wesentlichen technischen Vorteil mehr und ist daher unwirtschaftlich.In contrast, is the treatment solution for the Partial step b) preferably free of organic polymers. you Use in sub-step b) is possible without disadvantage brings but also no significant technical advantage and is therefore uneconomical.
Im Teilschritt b) bedeutet die Formulierung „lösliche Anionen von Oxosäuren von Molybdän und/oder Wolfram in der Oxidationsstufe VI", dass die Verbindungen, in der Regel Salze, die die genannten Anionen enthalten, unter den in dieser Offenbarung beschriebe nen Bedingungen hinsichtlich Konzentrationen, pH-Werten und Temperaturen in der Behandlungslösung löslich sind. Dabei ist dem Fachmann bewusst, dass unter den genannten Bedingungen in der Behandlungslösung die Anionen der Oxosäuren von Molybdän und/oder Wolfram in der Oxidationsstufe VI durchaus in einer anderen Form vorliegen können, als sie eingebracht wurden. Entscheidend hierfür sind zum einen die pH-abhängigen Protolyse-Gleichgewichte der jeweiligen Anionen. Diese können also teilweise als freie Anionen, je nach pH-Wert aber auch in teil- oder völlig protonierter Form vorliegen. Außerdem ist dem Fachmann bekannt, dass die genannten Anionen je nach Temperatur, pH-Wert und Konzentration zum Kondensieren oder zur hydrolytischen Spaltung neigen. Auch hierfür ist die Lage der entsprechenden Gleichgewichte entscheidend. Beispielsweise können die Anionen der Oxosäuren von Molybdän und/oder Wolfram in der Oxidationsstufe VI in Form der Orthometallate, Metametallate, Parametallate, Polymetallate wie insbesondere Heptametallate oder als Heteropolymetallate eingebracht werden. Dabei werden hier unter „Metallate" die Molybdate oder die Wolframate verstanden. Sie werden vorzugsweise als Salze mit Kationen wie beispielsweise Natrium, Kalium, Lithium, Calcium, Cer, Barium, Magnesium, Strontium, Ammonium oder als entsprechende Säuren eingesetzt.in the Sub-step b) means the formulation "soluble anions of oxo acids of molybdenum and / or tungsten in the oxidation state VI ", that the compounds, as a rule Salts containing the said anions, among those in this Revelation describes conditions regarding concentrations, pH values and temperatures in the treatment solution are soluble. It is the expert aware that under the conditions mentioned in the treatment solution the Anions of oxo acids of molybdenum and / or tungsten in the oxidation state VI in quite another Can be in shape when they were introduced. Crucial for this are, on the one hand, the pH-dependent protolysis equilibria the respective anions. these can Partially as free anions, depending on the pH value but also in partial or completely protonated form. Furthermore it is known to the person skilled in the art that the said anions, depending on the temperature, pH and concentration for condensation or hydrolytic Splitting tend. Also for this the position of the corresponding equilibria is decisive. For example can the anions of oxo acids of molybdenum and / or tungsten in the oxidation state VI in the form of orthometallates, Metametalates, parametallates, polymetalates, in particular heptametallates or introduced as Heteropolymetallate. It will be here under "Metallates" the Molybdate or the tungstates understood. They are preferably used as salts with cations such as sodium, potassium, lithium, calcium, cerium, barium, Magnesium, strontium, ammonium or used as corresponding acids.
Die Metalloberflächen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden können, sind vorzugsweise ausgewählt aus Oberflächen von Stahl, verzinktem oder legierungsverzinktem Stahl, aluminiertem Stahl, Zink, Aluminium, Magnesium oder Legierungen, die zu mindestens 50 Atomprozent aus Zink, Aluminium oder Magnesium bestehen. Dabei können auch unterschiedliche Metalloberflächen nebeneinander vorliegen, wie es im Automobilbau zunehmend der Fall ist. Besonders bei der Behandlung von Stahl zeigt das erfindungsgemäße Verfahren seine Vorteile. Insbesondere für diese Oberflächen gibt es bisher kein geeignetes Verfahren außer einer Phosphatierung, um die hohen Korrosionsschutz- und Lackhaftungsanforderungen im Fahrzeugbau zu erfüllen. Das erfindungsgemäße Verfahren führt bei Anwendung auf Stahloberflächen jedoch zu Eigenschaften hinsichtlich Korrosionsschutz und Lackhaftung, die denjenigen einer technisch fortgeschrittenen Phosphatierung vergleichbar sind.The Metal surfaces, with the method according to the invention can be treated are preferably selected from surfaces steel, galvanized or alloy-galvanized steel, aluminized steel, Zinc, aluminum, magnesium or alloys containing at least 50% Atomic percent of zinc, aluminum or magnesium. It also can different metal surfaces coexist, as is increasingly the case in automotive engineering is. Especially in the treatment of steel, the inventive method its advantages. Especially for these surfaces So far, there is no suitable method except phosphating to the high corrosion protection and paint adhesion requirements in vehicle construction to fulfill. The inventive method leads Application on steel surfaces however, properties relating to corrosion protection and paint adhesion, those of a technically advanced phosphating are comparable.
Sowohl die erste als auch die zweite Behandlungslösung können Metallionen enthalten, die aus den zu behandelnden Oberflächen herausgelöst worden sind. Dies sind insbesondere Eisen-, Zink- und/oder Aluminiumionen. Diese können beispielsweise in Konzentrationen zwischen 0,001 und 1 g/l, insbesondere zwischen 0,005 und 0,5 g/l vorliegen.Either the first and second treatment solutions may contain metal ions, which has been removed from the surfaces to be treated are. These are in particular iron, zinc and / or aluminum ions. these can for example, in concentrations between 0.001 and 1 g / l, in particular between 0.005 and 0.5 g / l.
Die zweite wässrige Lösung kann zusätzlich Komplexbildner enthalten, beispielsweise in Mengen von 0,01 bis 10 g/l, insbesondere von 0,05 bis 5 g/l. Bei geringeren Mengen geht der technische Vorteil zunehmend verloren. Größere Mengen bringen keinen weiteren Vorteil und sind daher unwirtschaftlich. Sie stören jedoch auch nicht. Die Komplexbildner können beispielsweise ausgewählt sein aus chelatisierenden Anionen von Hydroxycarbonsäuren oder von mehrbasischen Carbonsäuren wie beispielsweise Lactat, Oxalat, Citrat, Tartrat oder Gluconat. Acetylacetonat ist ebenfalls als Komplexbildner geeignet. Weitere geeignete Komplexbildner sind Amino-, Imino- oder Nitrilocarbonsäuren wie beispielsweise Ethylendiamintetraessigsäure oder Nitrilotriessigsäure oder deren Anionen. Mehrbasische Phosphonate, Phosphonocarboxylate oder Amino-, Imino- oder Nitriloalkylenphosphonate sind ebenfalls als Komplexbildner geeignet. Beispiele sind 1-Hydroxyethan-1,1-diphosphonsäure, Nitrilotri(methylenphosphonsäure), Phosphonobutantricarbonsäure und weitere, dem Fachmann bekannte Phosphonsäuren mit ähnlichen Eigenschaften.The second aqueous solution can additionally Complexing agents, for example, in amounts of 0.01 to 10 g / l, in particular from 0.05 to 5 g / l. For smaller quantities the technical advantage increasingly lost. Larger quantities bring no Another advantage and are therefore uneconomical. However, they also bother you Not. The complexing agents can for example, selected be from chelating anions of hydroxycarboxylic acids or of polybasic carboxylic acids such as lactate, oxalate, citrate, tartrate or gluconate. Acetylacetonate is also suitable as a complexing agent. Further suitable complexing agents are amino, imino or nitrilocarboxylic acids such as for example, ethylenediaminetetraacetic acid or nitrilotriacetic acid or their anions. Polybasic phosphonates, phosphonocarboxylates or Amino, imino or Nitriloalkylenphosphonate are also as Complexing agent suitable. Examples are 1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid, nitrilotri (methylenephosphonic acid), phosphonobutane tricarboxylic acid and further, known in the art phosphonic acids with similar properties.
Die erste und/oder die zweite Behandlungslösung weist vorzugsweise einen pH-Wert von mindestens 1,5, insbesondere von mindestens 1,7, und bis zu 5, bevorzugt bis zu 4 auf. Dabei können die pH-Werte von erster und zweiter Behandlungslösung selbstverständlich unterschiedlich sein. Dabei ist es insbesondere für die zweite wässrige Lösung bevorzugt, dass diese Puffersubstanzen für den genannten pH-Bereich enthält.The first and / or the second treatment solution preferably has one pH of at least 1.5, in particular of at least 1.7, and up to 5, preferably up to 4. The pH values of the first and second treatment solution Of course be different. It is especially for the second aqueous solution preferred that these buffer substances for the said pH range contains.
Wie weiter oben erwähnt, bringt die Anwesenheit organischer Polymere in der zweiten wässrigen Lösung keinen signifikanten technischen Vorteil. Daher ist es aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt, dass diese nicht mehr als 5 mg/l organische Polymere enthält.As mentioned above, brings the presence of organic polymers in the second aqueous solution no significant technical advantage. Therefore it is economical establish preferred that these not more than 5 mg / l of organic polymers contains.
Zur Ausführung von Teilschritt a) können Behandlungsparameter gewählt werden, wie sie in der hierfür zitierten Literatur genannt sind. Dies gilt insbesondere für die Temperatur der ersten wässrigen Lösung, die Kontaktzeit mit der Metalloberfläche und die Art des Auftrags. Im zweiten Schritt b) bringt man die Metalloberflächen mit der wässrigen Lösung vorzugsweise für eine Zeitdauer im Bereich von 5 Sekunden bis zu 10 Minuten, insbesondere von 10 Sekunden bis 1 Minute in Kontakt. Dies kann, wie technisch geläufig, durch Eintauchen der Metalloberflächen in die Behandlungslösung, durch Besprühen mit der Behandlungslösung oder durch Kombinationen hiervon erfolgen. Die Temperatur der zweiten wässrigen Lösung beträgt dabei vorzugsweise mindestens 20 °C, insbesondere mindestens 30 °C, und vorzugsweise nicht mehr als 60 °C, insbesondere nicht mehr als 50 °C. Bei geringeren Temperaturen lässt die Wirkung der Behandlung zunehmend nach.For carrying out partial step a) treatment parameters can be selected, as they are mentioned in the cited literature. This is especially true for the temperature of the first aqueous solution, the Contact time with the metal surface and the type of job. In the second step b), the metal surfaces are brought into contact with the aqueous solution, preferably for a period of time in the range of 5 seconds to 10 minutes, in particular 10 seconds to 1 minute. This can be done, as is technically known, by immersing the metal surfaces in the treatment solution, by spraying with the treatment solution or by combinations thereof. The temperature of the second aqueous solution is preferably at least 20 ° C., in particular at least 30 ° C., and preferably not more than 60 ° C., in particular not more than 50 ° C. At lower temperatures, the effect of the treatment decreases more and more.
Höhere Temperaturen als die genannten Obergrenzen schaden nicht, sind jedoch nicht erforderlich und daher aufgrund des erhöhten Energiebedarfs wirtschaftlich nachteilig.Higher temperatures as the above limits do not hurt, but are not required and therefore due to the increased Energy demand economically disadvantageous.
Abkürzungen:Abbreviations:
- ss
- Sekunden; seconds;
- minmin
- Minuten;minutes;
- hH
- Stundenhours
- dd
- Tagedays
- VE-WasserVE water
- vollentsalztes Wasser;completely desalinated water;
- CASSCASS
- Kupferbeschleunigter Salzsprühtestcopper Accelerated salt spray test
- EGEC
- elektrolytisch verzinkter Stahl, electrolytically galvanized Stole,
- CRSCRS
- kaltgewalzter Stahlcold rolled steel
- KTLKTL
- kathodischer Elektrotauchlackcathodic electrodeposition paint
- Ridoline® und Ridosol® sind alkalische Reiniger der Anmelderin.Ridoline® ® and Ridosol® are alkaline cleaners the applicant.
- Sokalan® HP 56 ist ein Vinylimidazol-Vinylpyrrolidon-Copolymer (Fa. BASF), CAS-Nr 117197-37-2.Sokalan ® HP 56 is a vinylimidazole-vinylpyrrolidone copolymer (Fa. BASF), CAS No. 117197-37-2.
- Molybdat wurde als Ammoniumsalz eingebracht.Molybdate was introduced as the ammonium salt.
- PH-Werte wurden, falls erforderlich, nach unten mit Salpetersäure, nach oben mit Ammoniaklösung oder mit Natriumcarbonatlösung eingestellt.PH levels were decreased, if necessary, down with nitric acid top with ammonia solution or with sodium carbonate solution set.
Beispiel 1: MoO4/ZrF6 Spüle nach Konversionsbehandlung mit H2ZrF6/Sokalan HP56Example 1: MoO 4 / ZrF 6 rinse after conversion treatment with H 2 ZrF 6 / Sokalan HP56
Substrat: Aluminium AA 6016 Prozessfolge (Spritzapplikation): Substrate: Aluminum AA 6016 Process sequence (spray application):
Korrosionstest:
Vergleichsbeispiel 1: Konversionsbehandlung mit H2ZrF6/Sokalan HP56 ohne NachspülungComparative Example 1 Conversion Treatment with H 2 ZrF 6 / Sokalan HP56 without Rinsing
Substrat: Aluminium AA 6016 Prozessfolge (Spritzapplikation): Substrate: Aluminum AA 6016 Process sequence (spray application):
Korrosionstest:
Tabelle 1: Ergebnisse Versuchsreihe 1 Table 1: Results of test series 1
Beispiel 2: MoO4/ZrF6 Spüle nach Konversionsbehandlung mit H2ZrF6/Sokalan HP56Example 2: MoO 4 / ZrF 6 rinse after conversion treatment with H 2 ZrF 6 / Sokalan HP56
Substrat: EG Prozessfolge (Tauchapplikation): Substrate: EG process sequence (immersion application):
Vergleichsbeispiel 2: Konversionsbehandlung mit H2ZrF6/Sokalan HP56 ohne NachspülungComparative Example 2 Conversion Treatment with H 2 ZrF 6 / Sokalan HP56 without Rinsing
Substrat: EG Prozessfolge (Tauchapplikation): Substrate: EG process sequence (immersion application):
Lackhaftungstest:
Tabelle 2: Ergebnisse Versuchsreihe 2 Table 2: Results of test series 2
Beispiele 3a und 3b: MoO4/ZrF6 Spüle nach Konversionsbehandlung mit H2ZrF6/Sokalan HP56Examples 3a and 3b: MoO 4 / ZrF 6 rinse after conversion treatment with H 2 ZrF 6 / Sokalan HP56
Substrat: EG Prozessfolge (Tauchapplikation): Substrate: EG process sequence (immersion application):
Vergleichsbeispiel 3a: Konversionsbehandlung mit H2ZrF6/Sokalan HP56 ohne NachspülungComparative Example 3a Conversion Treatment with H 2 ZrF 6 / Sokalan HP56 without Rinsing
Substrat: EG Prozessfolge (Tauchapplikation): Substrate: EG process sequence (immersion application):
Vergleichsbeispiele 3b und 3c: MoO4 Spüle (ohne ZrF6) nach Konversionsbehandlung mit H2ZrF6/Sokalan HP56 Comparative Examples 3b and 3c: MoO 4 rinse (without ZrF 6 ) after conversion treatment with H 2 ZrF 6 / Sokalan HP56
Lackhaftungsteste
Tabelle 3: Ergebnisse Versuchsreihe 3 Table 3: Results of test series 3
Beispiel 4: MoO4/Zr6 Spüle mit unterschiedlichem pH nach Konversionsbehandlung mit H2ZrF6/Sokalan HP56Example 4: MoO 4 / Zr 6 rinse with different pH after conversion treatment with H 2 ZrF 6 / Sokalan HP56
Substrat: EG Prozessfolge (Spritzapplikation): Substrate: EG process sequence (spray application):
Lackhaftungstest:
Vergleichsbeispiel 4: Konversionsbehandlung mit H2ZrF6/Sokalan HP56 ohne NachspülungComparative Example 4 Conversion Treatment with H 2 ZrF 6 / Sokalan HP56 without Rinsing
Substrat: EG Prozessfolge (Spritzapplikation): Substrate: EG process sequence (spray application):
Lackhaftungstest:
Tabelle 4: Ergebnisse Versuchsreihe 4 Table 4: Results of test series 4
Beispiel 5: Verfahren eingesetzt als Nachspüle nach KonversionsbehandlungExample 5: Method used as a rinse after conversion treatment
Substrat: CRS Prozessfolge (Tauchapplikation): Substrate: CRS process sequence (immersion application):
Vergleichsbeispiel 5a: Konversionsverfahren wie 5 ohne reaktive NachspüleComparative Example 5a Conversion method as 5 without reactive rinse
Substrat: CRS Prozessfolge (Tauchapplikation): Substrate: CRS process sequence (immersion application):
Vergleichsbeispiel 5b: Nachspüle aus 5 eingesetzt als KonversionsbadComparative Example 5b: Nachspüle from 5 used as a conversion bath
Substrat: CRS Prozessfolge (Tauchapplikation): Substrate: CRS process sequence (immersion application):
Tabelle 5 Beispiel 5 Table 5 Example 5
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HENKEL AG & CO. KGAA, 40589 DUESSELDORF, DE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |