DE1091401B

DE1091401B - Verfahren zur Aktivierung von Phosphatueberzuegen

Info

Publication number: DE1091401B
Application number: DEW17497A
Authority: DE
Inventors: James W Condon
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1954-10-14
Filing date: 1955-09-17
Publication date: 1960-10-20
Also published as: FR113278A; FR1132781A; US2743205A; GB777199A

Description

DEUTSCHES

BiBlIOTHEK

DES DEUTSCHE»

PATEiITAHTES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, die Bildung von Phosphatüberzügen auf Metalloberflächen zu aktivieren.

Bei der Erzeugung von schützenden Phosphatüberzügen auf Oberflächen von Metallen ist es bekannt, daß vielfach die Metalloberflächen langsam mit den aufgebrachten phosphatierenden Mischungen reagieren, so daß das Verfahren übermäßig in die Länge gezogen wird. Weiter nehmen viele Metalle nur einen unvollständigen oder fehlerhaften Phosphatüberzug an, der einen wesentlichen Teil der ursprünglichen Metalloberfläche frei läßt, der dann leicht korrodiert. Es ist daher erwünscht, vor dem Phosphatieren mittels einer Behandlung mit einer Lösung die Metalloberflächen so zu aktivieren, daß auf ihnen ein feiner kristalliner Überzug von Phosphat erzeugt wird, der im wesentlichen die ganze behandelte Oberfläche völlig deckt. Weiter ist es erstrebenswert, die aktivierende Mischung mit einem Reinigungsmittel zu kombinieren, so daß die Metalloberfläche gleichzeitig gereinigt und aktiviert wird. Zur Ausführung des Phosphatierungsvorganges soll daher keine zusätzliche Einrichtung erforderlich sein, um die aktivierende Mischung aufzubringen.

Es ist bekannt, die zu überziehenden Metalloberflächen mit Phosphatlösungen, die wasserlösliche Verbindungen von Titan, Zirkon, Zinn, Blei, Arsen oder Eisen enthalten, zu aktivieren.

Derartige aktivierende Lösungen führen zu zufriedenstellenden Ergebnissen. Es wurde jedoch festgestellt, daß eine bemerkenswerte Verbesserung hinsichtlich der Qualität des endgültigen Phosphatüberzugs erreicht werden kann, wenn man gemäß der Erfindung die Metalloberflächen mit einer aktivierenden Mischung, die Lithium enthält, behandelt. Diese Mischung, die als jvässerige Lösung verwendet wird, enthält im wesentlichen aus 0,001 bis 0,6 Gewichtsprozent Lithium in Form einer Verbindung mit 0,004 Gewichtsprozent PO₄ in Form eines Alkaliorthophosphats, wobei die Lithiumverbindung und das Alkaliorthophosphat vorher in Wasser aufgelöst und bis zur Trockenheit abgedampft wurden.. Um gleichzeitig mit der Aktivierung auch noch eine Reinigung der Metalloberflächen zu erreichen, kann die wässerige Lösung mit einem Reinigungsmittel vermischt verwendet werden. Metalloberflächen, die in der erfindungsgemäßen Mischung durch ein kurzzeitiges Tauchen, beispielsweise von 1 Minute, aktiviert sind, können mit üblichen Phosphatierungsrnischungen behandelt werden und nehmen schnell einen äußerst feinkörnigen Phosphatüberzug an. Bei Untersuchung unter dem Mikroskop zeigen solche Überzüge eine äußerst feine Kristallstruktur, die im wesentlichen die Metalloberflächen völlig bedeckt.

Die aktivierende Mischung wird erhalten durch Lösen einer wasserlöslichen Lithiumverbindung, z. B. Lithiumchlorid oder Lithiumsulghat, und eines Alkaliorthophosphats, z. B. Dinatriumphosphat oder Dikaliumphosphat, in Anteilen, die mindestens 1 Teil Lithium auf 50 Teile

Verfahren
zur Aktivierung von Phosphatüberzügen

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A)

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Weickmann

und Dr.-Ing. A. Weickmann, Patentanwälte,

München 2, Brunnstr. 8/9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. Oktober 1954

James W. Condon, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

PO₄ ergeben. Mischungen von Alkaliorthophosphaten können bei der Herstellung benutzt werden. So sind gute Resultate durch Beimischung von Monokaliumphosphat und Dikaliumphosphat erhältlich. Die optimalen Resultate werden scheinbar mit Dinatriumorthophosphat erhalten.

Das Verhältnis der Lithium verbindung zum Dinatriumorthophosphat kann in weiten Grenzen der Anteile geändert werden. Der bei Verdampfung der ursprünglichen Lösung erhaltene Trockenrückstand soll in Wasser gelöst werden, um eine aktivierende Mischung zu erzeugen, die von 0,001 bis 0,6 Gewichtsprozent Lithium und mindestens 0,004 Gewichtsprozent PO₄ enthält. Die optimale wässerige Aktivierungsmischung scheint ungefähr 0,015 Gewichtsprozent Lithium und 0,475 Gewichtsprozent PO₄ zu enthalten. Eine ebenso nützliche Aktivierung mit wässerigen Mischungen erhalt man mit 0,043 Gewichtsprozent Lithium und 1,2 Gewichtsprozent PO₄ und ferner mit 0,224 Gewichtsprozent Lithium und 1,02 Gewichtsprozent PO₄, oder mit 0,446 Gewichtsprozent Lithium mit 0,2 Gewichtsprozent PO₄. Die Lithiumverbindung kann mit z. B. Dinatriumphosphat kombiniert werden, wobei 1 bis 125 Teile Lithium auf je 50 Teile PO₄ kommen. Nach Lösung der Mischung in Wasser und Abdampfen bis zur Trockenheit erhält man das Aktivierungssalz. Dieses Salz kann versandt oder für lange Zeit gelagert werden, ohne seine Aktivität zu verlieren. Wenn man eine Aktivierungslösung bereiten will, wird eine Menge dieses Salzes in Wasser gelöst und die erhaltene Lösung ist zur Behandlung der Metalloberflächen brauchbar.

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Claims

3 4

Um sowohl die Reinigung als auch gleichzeitig die Zinkoberflächen wurden in weniger als 30 Sekunden

Aktivierung der Metalloberflächen zu bewirken, kann der Tauchung in dieser Phosphatierungslösung völlig mit

trockene Salzrückstand mit einem Reinigungsmittel in einem feinen kristallinen Phosphatüberzug bedeckt,

solchem Verhältnis gemischt werden, daß der Trocken- Nach dem Tauchen wurden die Zinkoberflächen mit

rückstand 0,1 bis 10 Gewichtsprozent beträgt, während 5 Wasser gespült und dann einige Sekunden lang in bekann-

der Rest Reinigungsmittel ist. Zahlreiche Reinigungs- ter Weise in ein an sich bekanntes Verschlußbad getaucht,

mittel sind zum Reinigen der Metalloberflächen benutz- das eine wässerige Lösung von 221 g Chromsäure in

bar, um Fett, Schmutz und andere Oberflächenverun- 3781 Wasser bei einer Temperatur von etwa 93° C ent-

reinigungen zu entfernen, so daß das reine Metall für die hielt. Nach der Herausnahme aus dem Verschlußbad

Phosphatierungsbehandlung freiliegt. io trockneten die Teile an der Luft. Eine Untersuchung der

Wirksame Reinigungsmittel enthalten alkalische Ver- Teile bei 75facher Vergrößerung ergab völlige Deckung

bindungen, die nach Lösung in Wasser im Verhältnis mit feinen Kristallen auf der ganzen Oberfläche,

von 28,35 g auf 3,781 einen pn-Wert von etwa 10 bis 12 ¹J₂ Wenn erwünscht, kann Titan an die Stelle eines Teils

ergeben. Als Beispiele seien genannt kalzinierte Soda, der Lithiumverbindungen bei der Herstellung der akti-

Natronbikarbonat, Natriumsilikat, Trinatriumphosphat, 15 vierenden Mischung gesetzt werden. Alternativ kann die

Ätznatron, Borax und Mischungen von zwei oder mehreren aktivierende Lithium-Dinatrium-Phosphat-Mischung mit

von diesen Stoffen. Andere geeignete Reinigungsmittel aktivierenden Titan- oder Zirkoniumsalzen kombiniert

sind alkalische Seifen, wie stearinsaures Natrium, palmi- werden, wie in den USA.-Patenten 2 310 239 bzw.

tinsaures Ammonium, Aminoseifen, wie das Reaktions- 2 462 196 beschrieben.

produkt von Triäthanolamin mit Stearinsäure oder Öl- 20 Andere zur Aktivierung von Metalloberflächen geeignete

säure oder anderen Fettsäuren. Die Seifen können mit Mischungen enthielten 21,06 Teile von Dinatriumphos-

einem Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie Petroleum, phat und 10 Teile Lithiumchlorid und 4,26 Gewichtsteile

verwendet werden. Es ist selbstverständlich, daß auch Dinatriumphosphat und 20 Gewichtsteile Lithiumchlorid.

Mischungen von zwei oder mehreren solcher alkalischen Es wurde auch Dikaliumphosphat an die Stelle von

Reinigungsmittel benutzt werden können. Ferner können 25 Dinatriumphosphat in diesen Beispielen gesetzt und

synthetische Reinigungsmittel, wie die Sulphate und ergab zufriedenstellende Resultate.

Sulphonate von Fettsäuren, benutzt werden, um eine Die aktivierende Mischung kann allein oder zusammen

ausreichende Säuberung zu erhalten. mit Reinigungsmitteln auf Stahlbleche, Stahlstangen

Das folgende Beispiel gibt eine geeignete kombinierte und -stäbe, Spritzgußteile aus Zink, verzinkte Bleche, Reinigungs-und Aktivierungsmischung an. 1,52 Gewichts- 30 galvanisierte Zinkteile, Bleche aus Aluminium oder teile Lithiumchlorid und 25 Gewichtsteile Dinatrium- Aluminiumlegierungen und verkadmete Teile aufgebracht phosphat (Heptahydrat) werden in getrennten Wasser- werden. In allen Fällen läßt man die aktivierende Mischung mengen gelöst, und die beiden Mengen werden dann auf die Teile etwa 1 Minute lang einwirken und, wenn unter Umrühren gemischt. Die Lösung wird bis zur dann die Teile bald darnach mit einer Phosphatierungs-Trockenheit eingedampft, wobei die endgültige Trocknung 35 mischung behandelt werden, nehmen die Oberflächen in bei etwa 105⁰C erreicht ist. Das Ergebnis ist ein feines, weniger als 1 Minute, oftmals in 10 bis 30 Sekunden, weißes, trockenes Salz. In einzelnen Fällen kann es einen ausgezeichneten Phosphatüberzug an.
erwünscht sein, das Salz zu pulverisieren, um bei der
Herstellung einer Aktivierungsmischung die leichte Verbindung mit Wasser zu fördern. Dieses Aktivierungssalz 40 Patentansprüche:
enthält ungefähr 1,73% Lithium und 61,87% PO₄. Drei

Gewichtsteile dieses Salzes in 400 Gewichtsteilen Wasser 1. Verfahren zur Aktivierung von mit Phosphatgelöst, ergeben eine ausgezeichnete wässerige Aktivie- überzügen zu versehenden metallischen Oberflächen rungsmischung. Nach einer 1 Minute langen Behandlung aus Eisen, Zink, Kadmium, Aluminium oder aus in dieser Mischung reagiert Zinkmetall, das ohne Akti- 45 Legierungen, in denen diese Metalle überwiegen, vierung nicht zufriedenstellend auf Phosphatierungs- dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberflächen mischungen reagiert, derart, daß ausgezeichnete Über- vor dem Aufbringen des Überzugs zur Aktivierung züge in einer Phosphatierungsmischung erzeugt werden, in eine wässerige Lösung getaucht werden, die als die äußerst feine Kristalle und im wesentlichen keine, wesentliche Bestandteile 0,001 bis 0,6 Gewichtsproim Mikroskop bei Vergrößerungen bis zu 75fach feststell- 50 zent Lithium in einer Verbindung und wenigstens baren freien Stellen haben. 0,004 Gewichtsprozent PO₄ in einem Alkaliorthophos-

85 g auf je 3,781 Ätznatron wurden in die Aktivie- phat enthalten, wobei die Lithiumverbindung und

rungsmischung gegeben, 56,7 g Trinatriumphosphat je das Alkaliorthophosphat vorher in Wasser gelöst und

3,781 und 28,35 g Natriumkarbonat je 3,781. In die _ZUr Trocknung abgedampft werden.

Mischung wurde 1 Minute lang verzinkter Stahl bei einer 55 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

Temperatur von 65,5° C getaucht. Er wurde in dieser zeichnet, daß die wässerige aktivierende Lösung ein

begrenzten Zeit zufriedenstellend gereinigt, während die Reinigungsmittel in einer Menge von mindestens

Zinkoberfläche für die nachfolgende Phosphatierungs- 7,5 g pro Liter enthält.

behandlung aktiviert wurde. Die gereinigten Zinkober- '3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

flächen wurden dann in eine Phosphatierungsmischung 60 gekennzeichnet, daß ein Teil des Lithiums in der

getaucht, die folgende bekannte Zusammensetzung hatte: wässerigen, aktivierenden Lösung durch Titan ersetzt

Zinkoxyd 690 g ^ist·

Nickelkarbonat 1120g ^ _ , , .,

(75°/) 191 ^In Betracht gezogene Druckschriften:

0 181 ⁶S ^Deutsche Patentschriften Nr. 871 098, 887292;

Wasser zum Auffüllen auf".".".''.'.'.'.'.'.'.'. 3,781 schweizerische Patentschriften Nr 268 171, 270 548;

britische Patentschrift Nr. 560 847;

Diese wässerige Lösung wurde mit weiteren 43,51 W. Machu, »Die Phosphatierung«, 1950, S. 104/105,

Wasser verdünnt und auf 71⁰C erhitzt. Die aktivierten 146.

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