DE1095624B - Verfahren zum Phosphatieren von Metallen - Google Patents

Verfahren zum Phosphatieren von Metallen

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DE1095624B
DE1095624B DEC16401A DEC0016401A DE1095624B DE 1095624 B DE1095624 B DE 1095624B DE C16401 A DEC16401 A DE C16401A DE C0016401 A DEC0016401 A DE C0016401A DE 1095624 B DE1095624 B DE 1095624B
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DE
Germany
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solutions
quaternary ammonium
phosphating
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phosphate
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Pending
Application number
DEC16401A
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English (en)
Inventor
Ernst Mayer
Hans Rogner
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Gerhard Collardin GmbH
Original Assignee
Gerhard Collardin GmbH
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
    • C23C22/07Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing phosphates
    • C23C22/08Orthophosphates

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Description

  • Verfahren zum Phosphatieren von Metallen Es ist bekannt, die Korrosionsbeständigkeit von Metalloberflächen, insbesondere von Eisen und Stahl, durch Aufbringen von Phosphatüberzügen zu verbessern und auf die so behandelten Metalloberflächen gegebenenfalls Lacküberzüge aufzubringen. je nach dem angewendeten Verfahren sind die so erzeugten Phosphatschichten mehr oder minder grobkristallin, was bei einem Aufbringen von Lacküberzügen dazu führt, daß diese nicht schlag- und biegefest sind und bereits bei geringer Verformung des Metalls abgesprengt werden.
  • Man hat daher versucht, durch Zusatz geeigneter Beschleunigungsmittel zu den schichtbildenden Phosphatierungslösungen oder mit Phosphatierungslösungen, die überhaupt keine schichtbildenden Phosphate enthalten, sowie durch Zusatz von sulfonierten Kohlenwasserstoffen oder deren Salze zu besseren Ergebnissen zu gelangen.
  • Diese Verfahren sind jedoch in verschiedener Hinsicht ebenfalls nicht befriedigend. Man hat daher auch in letzter Zeit vorgeschlagen, durch geeignete Zusätze von anhydrischen Phosphaten statt der sich normalerweise bildenden groben Phosphatschicht feinkristalline Phosphatschichten zu erzeugen. Dieses Verfahren hat jedoch unter anderem den Nachteil, daß die zur Anwendung gelangenden anhydrischen Phosphate in den sauren, vorwiegend heißen Lösungen der Phosphatierungsbäder relativ unbeständig sind und teilweise schon nach sehr kurzen Zeitabständen in Orthophosphorsäure bzw. Orthophosphate umgewandelt werden, wodurch die schichtverfeinernde Wirkung verlorengeht.
  • Es wurde nun gefunden, daß sich diese Nachteile weitgehend vermeiden lassen und man überraschenderweise feinkristalline und dünne Phosphatschichten auf Metallen, insbesondere auf Eisen und Stahl, mit guten korrosionsverhindernden Eigenschaften und vorzüglicher Eignung zum Aufbringen von Lacken herstellen kann, wenn man sich der nachstehenden, erfindungsgemäßen Arbeitsweise bedient. Diese besteht darin, daß man den üblichen, Schwermetallphosphate enthaltenden Phosphatierungslösungen Salze aus organischen quaternären Ammoniumbasen und starken anorganischen Säuren hinzufügt. Unter üblichen Phosphatierungslösungen sind dabei solche Phosphatierungsbäder zu verstehen, wie sie in der Praxis bekannt sind und insbesondere in der Literatur, beispielsweise W. Machu, »Die Phosphatierung«, 1950, S. 125 bis 140, beschrieben sind. Diese Phosphatierungslösungen enthalten insbesondere als Schwermetallphosphate Zink-; und/oder Manganphosphat. Sie können jedoch auch mit anderen üblichen Zusätzen, wie Netzmitteln und insbesondere bekannten Beschleunigungsmitteln, Anwendung finden. Als Beschleunigungsmittel kommen vorzugsweise oxydierende Mittel, wie Nitrate, Nitrite und Chlorate, in > Frage.
  • Starke anorganische Säuren, deren neutrale Salze mit quaternären Ammoniumbasen erfindungsgemäß angewendet werden, sind ein- oder mehrbasische Säuren, wie Chlor- und Bromwasserstoff, Amidosulfonsäure oder -Schwefelsäure.
  • Die quaternären Ammoniumbasen können aliphatischer, aromatischer, hydroaromatischer, cycloaliphatischer oder heterocyclischer Natur sein. Insbesondere kommen jedoch solche Verbindungen in Frage, welche mindestens einen längeren Kohlenwasserstoffrest am quaternären Stickstoffatom enthalten und deren Gesamtkohlenstoffzahl mindestens 18 Kohlenstoffatome beträgt. Beispielsweise haben sich für die obengenannten Zwecke vorzugsweise die nachstehenden Verbindungen als geeignet erwiesen Für die Erzeugung der gewünschten feinkristallinen, festen Phosphatschichten genügt es, wie weiterhin gefunden wurde, wenn die genannten quaternären Ammoniumverbindungen in geringen Mengen zu den schichtbildenden Phosphatierungslösungen hinzugefügt werden. Die zur Anwendung gelangenden Mengen betragen etwa 0,1 bis 10 g/1, vorzugsweise 0,3 bis 2 g/1. Die Schichtdicke und -größe der Phosphatkristalle kann im übrigen durch die Menge des jeweiligen Zusatzes in gewissen Grenzen variiert werden. So können beispielsweise bei etwas größeren Zusätzen dünne, feinstkristalline Phosphatschichten gebildet werden, die mit dem Auge kaum noch wahrnehmbar sind.
  • Die quaternären Ammoniumsalze können im übrigen in Form einer Lösung oder auch als feste Produkte den betriebsfertigen Phosphatierungsbädern bzw. Ergänzungslösungen zugesetzt werden. Häufig ist es zweckmäßig, wenn der Zusatz bereits zu den konzentrierten Ausgangslösungen erfolgt, da dadurch die technische Überwachung der Bäder erleichtert wird. Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Metalloberflächen, insbesondere Eisen und Stahl, herstellbaren Überzüge erleichtern im übrigen auch die Kaltverformung sowie Ziehvorgänge.
  • Der Gegenstand der Erfindung ist an den nachstehenden Beispielen nochmals erläutert, ohne daß er hierauf beschränkt ist.
  • Beispiel 1 Ein in bekannter Weise mit einem alkalischen Reinigungsmittel gereinigtes und mit 10°/@ger Schwefelsäure gebeiztes Tiefziehblech wird mit einer 65°C heißen, wäßrigen Lösung behandelt, welche 6,75 g Zn pro Liter, 8,75 g P205 pro Liter in Form von Orthophosphorsäure und 8,5 g N 03 enthält. Nach 5 Minuten Behandlungszeit wurden die Bleche mit Wasser gespült und getrocknet. Die Oberfläche des behandelten Bleches zeigte eine sehr dicke und grobkristalline Phosphatschicht.
  • Ein in gleicher Weise behandeltes und phosphatiertes Blech, wobei jedoch der Phosphatierungslösung 1 g Alkyltrimethylammoniumchlorid (Alkylrest C12 bis C18) pro Liter zugesetzt war, weist hingegen eine sehr dünne und feinkristalline Phosphatschicht auf.
  • Während im ersten Fall die Phosphatschicht bei der Verformung bereits zum Teil abgesprengt wurde, war dies im zweiten Fall in keiner Weise zu beobachten.
  • Beispiel 2 Das Konzentrat einer Phosphatierungslösung, enthaltend 14,50/, Zinkoxyd, 300/, Phosphorsäure, 250[, Salpetersäure, 28,50/, Wasser und 20/, Diisobutylphenoxy- äthoxy- äthyl - dimethyl-benzyl - ammoniumchlorid, wurde mit Wasser auf eine Konzentration von 3 bis 3,5 Gewichtsprozent verdünnt und diese Lösung auf 60'C erwärmt. Ein mit einem Emulsionsreiniger gereinigtes Tiefziehblech, wie es zum Bau von Autokarosserien verwendet wird, wurde 3 Minuten in diese Lösung getaucht und anschließend mit Wasser gespült und getrocknet. Nach dieser Behandlung war auf dem Blech eine feinkristalline, fast amorphe Phosphatschicht entstanden.
  • Arbeitet man unter den gleichen Bedingungen, wobei die obige Phosphatierungslösung jedoch keine quaternäre Ammoniumverbindung enthält, so bekommt man eine sehr grobkristalline und dicke Phosphatschicht, welche bei einer anschließenden Verformung des Bleches zum größten Teil abgesprengt wird.
  • Beispiel 3 Ein vorgereinigtes Blech wurde mit einer Phosphatierungslösung, welche 7,5 g P205 pro Liter in Form von Phosphorsäure und 2,5 g Mangan pro Liter enthält, bei einer Temperatur von 95°C 30 Minuten lang behandelt. Die bei dieser Behandlung erhaltenen Phosphatierungsschichten waren sehr dick und grobkristallin. Man erhält hingegen bei gleicher Behandlung sehr feinkristalline, dicht zusammenhängende Phosphatschichten, wenn man der oben angegebenen Phosphatierungslösung 0,5 g/1 Hexadecyl-oxymethyl-trimethyl-ammoniumchlorid zusetzt.
  • Beispiel 4 Ein Karosserieblechmuster wird in üblicher Art und Weise mit Hilfe eines alkalischen Reinigers entfettet und nach der Wasserspülung in 10°/oiger Salzsäure gebeizt, nochmals mit Wasser gespült und in einer Lösung mit folgender Zusammensetzung im Tauchverfahren phosphatiert 4,23 g pro Liter Zink, 7,34 g pro Liter P,06, 4,34 g pro Liter N03, Rest Wasser.
  • Die Arbeitstemperatur beträgt 70°C und die Behandlungsdauer 5 Minuten.
  • Die auf dem Musterteil so erhaltene Phosphatschicht ist gleichmäßig grobkristallin ausgebildet und ergibt eine Phosphatschichtauflage von 5,2 g/qm. Wenn man dieser Lösung jedoch 1 g einer quaternären Ammoniumverbindung der unter dem Handelsnamen Hyamin bekannten Ammoniumverbindung mit der chemischen Formel: zusetzt, so erhält man eine sehr feine kristalline Phosphatschicht mit nur 2 9/qm Auflage.
  • Diese Schicht ist in Verbindung mit einer Lackierung wesentlich besser verformbar als die oben angegebene Schicht ohne Zusatz der quaternären Ammoniumverbindung.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Erzeugung von feinkristallinen, festhaftenden, dünnen Phosphatschichten auf Metallen, insbesondere Eisen und Stahl, mit Hilfeüblicher Schwermetallphosphate enthaltenden Phosphatierungslösungen, dadurch gekennzeichnet, daß Lösungen verwendet werden, die einen Zusatz an Salzen aus organischen, quaternären Ammoniumbasen und starken anorganischen Säuren enthalten.
  2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß quaternäre Ammoniumbasen verwendet werden, welche mindestens 18 Kohlenstoffatome enthalten.
  3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Lösungen verwendet werden, deren Gehalt an quaternären Ammoniumverbindungen 0,1 bis 10 g/1, vorzugsweise 0,3 bis 2 g/1, beträgt.
  4. 4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Lösungen verwendet werden, die einen Zusatz an bekannten Beschleunigungsmitteln enthalten.
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