DE1119079B - Verfahren zum Regeln der Dicke und/oder kristallinen Kornstruktur von Phosphatueberzuegen auf Metallen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Regeln der Dicke und/oder kristallinen Kornstruktur von Phosphatüberzügen auf Metallen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Dicke und kristallinen Komstruktur von Phosphatüberzügen auf Metallen.
• Es ist bekannt, daß Schwermetallphophatüberzüge verschiedenen Gewichts, das ist Dicke, und verschiedener kristalliner Komstruktur auf metallischen Oberflächen für viele Zwecke gebildet werden können, beispielsweise um den Korrosionswiderstand und/oder das Anhaften von Farbüberzügen zu verbessern oder die nachfolgende Kaltbearbeitung des Metalls zu erleichtern. In Verbindung mit Kaltbearbeitungsverfahren ist es auch bekannt, daß das optimale Gewicht bzw. die Dicke und die optimale Kornstruktur der kristallinen Phosphatüberzüge gemäß der Art und Beanspruchung durch die mit dem Werkstück vorzunehmende Deformierung verschieden sein sollte. Somit beispielsweise werden relativ dünne und feinkömige Überzüge bevorzugt, wenn feine Stahldrähte weiter gezogen oder dünne Stahlbleche gestanzt werden sollen, während das Ziehen von dicken Drähten oder das Stanzen oder Walzen von dickeren Stahlblechen dickere und grobkömigere Phosphatüberzüge zur Erzielung der besten Ergebnisse verlangen. Verallgemeinert kann gesagt werden, daß, je stärker die Deformierungsbehandlung ist, um so größer sollte die Dicke des Überzugs und um so gröber seine Kornstruktur sein.
• Verfahren und Lösungen für die Bildung von Schwermetallphosphatüberzügen auf Metallen, insbesondere Überzüge von Zink- und Manganphosphat auf Eisen, Stahl, Zink, verzinktem Eisen und Aluminium, durch Eintauchen oder Besprühen sind bekannt. Es ist auch bekannt, Überzüge von größerer oder geringerer Dicke und von wechselnder Kornstraktur durch Verwendung von mehr oder weniger verdünnten Behandlungslösungen und/oder durch Anwendung längerer oder kürzerer Zeiten und/oder höherer oder niedrigerer Temperaturen bei der Behandlung zu erzeugen. Diese bekannten Verfahren sind geeignet für die Erzeugung von Überzügen von stetigem Gewicht und Komstruktur auf langen Werkstücken, wie Draht oder Blech, oder auf einer Reihenfolge von Werkstücken, welche durch die Kammer geleitet werden, worin die Behandlungslösung entweder durch Eintauchen oder Besprühen des Werkstücks in oder n-üt der Behandlungslösung unter konstanten, Bedingungen von Zeit, Temperatur und Konzentration aufgebracht wird.
• Mitunter ist aber nicht erwünscht, in kontinuierlicher Weise überzüge von stetigem Gewicht und Komstruktur zu erzeugen, sondern Überzüge von verschiedenem Gewicht und Konstruktur werden auf aufeinanderfolgenden Werkstücken oder sogar auf verschiedenen Teilen eines Werkstückes gewünscht. Ein solches Beispiel ist das Kaltstanzen von Stahlblech oder das Formpressen von Aluminium, wobei verschiedene Teile des gleichen ungeformten oder teilvorgeforinten Rohstücks verschiedenen Graden einer Deformierung unterworfen werden müssen und daher im idealen Fall mit Überzügen von verschiedenem Gewicht und Komstruktur versehen werden sollten. Ein anderes Beispiel ist die Behandlung einer Reihenfolge von Gegenständen, von welchen einige einer Kaltverformung unterworfen werden sollen und vergleichsweise schwere Überzüge erfordern, während andere bloß angestrichen werden sollen, wofür leichte Überzüge erwünscht sind. Es hat sich bisher als unmöglich erwiesen, das überzugsgewicht in der gewünschten Weise zu verändern, um diese Ergebnisse zu erzielen, weil die Konzentration der Lösung, ihre Temperatur und die Behandlungszeit des Werkstücks nicht rasch und zweckmäßig bei den bekannten Verfahren geändert werden können. Es ist üblich, in die bekannten Behandlungslösungen eine Menge einer im allgemeinen als Beschleuniger bezeichneten Verbindung einzuführen. Solche Verbindungen sind zahlreich und sind im allgemeinen Oxydationsmittel oder wirken als solche unter den in dem Bad herrschenden Bedingungen. Eine zur Zeit oft benutzte Klasse von Beschleunigern sind Chlorate, gewöhnlich in der Form von Natriumchlorat. Es wurde beobachtet, daß sowohl das Gewicht und daher die Dicke des auf der Metalloberfläche gebildeten überzugs wie auch die Grobheit der Kornstruktur im umgekehrten Verhältnis zu der Konzentration des Beschleunigers in der Überzugslösung stehen, vorausgesetzt naturgemäß, daß die Konzentration aller anderen Bestandteile und die Bedingungen von Zeit, Temperatur usw. konstant gehalten werden.
• Gemäß der Erfindung ist daher ein Verfahren des Regelns der Dicke und kristaflinen Kornstraktur von auf metallischen Oberflächen gebildeten überzügen mittels chloratbeschleunigter Schwermetallphosphatüberzugslösungen unter konstanten Bedingungen von Zeit und Temperatur geschaffen, worin die Konzentration des in der sonst konstanten Lösung vorhandenen Chlorats im umgekehrten Verhältnis zur Dicke und Grobheit des gewünschten überzugs geändert wird.
• Dieses umgekehrte Verhältnis zwischen überzugsgewicht und der Konzentration von Chlorat ist nicht linear, sondern ist stetig und kann leicht in bezug auf jede beliebige Lösung aufgetragen werden. Es ist somit möglich, einfach die entsprechende Chloratkonzentration auszuwählen, um innerhalb vernünftiger Grenzen praktischen Irrtums jedes überzugsgewicht zu erreichen, welches die Lösung erzielen kann.
• Unter Verwendung einer mit Natriumchlorat beschleunigten Zinkphosphattiberzugslösung wurde unter idealen Laborbedingungen festgestellt, daß das Verhältnis ein logarithmisches ist. Es scheint, daß das Überzugsgewicht umgekehrt proportional dem Logarithmus der Chloratkonzentration, berechnet auf ein metrisches Gewicht pro Volumengrundlage, ist. Die Veränderung in der Chloratkonzentration kann auf verschiedene Weisen zustande gebracht werden. Wenn die Behandlung ein Tauchverfahren ist, mit anderen Worten, wenn das Werkstück in ein Bad eingetaucht wird, ist, so lange, wie das Volumen des Bades verhältnismäßig klein ist, es praktisch, die Chloratbeschleunigerkonzentration durch Einführen zusätzlicher Mengen davon in die Lösung zu vergrößern, und es ist auch möglich, wirksam die Beschleunigerkonzentration durch Einführen zusätzlicher Mengen der anderen Lösungsbüstandteile zu verringern. Es ist naturgemäß in der Theorie gleichfalls möglich, diese Hilfsmittel anzuwenden, wenn das Badvolumen groß ist, aber in diesem Fall machen die damit verbundenen größeren praktischen Schwierigkeiten und Unkosten das Verfahren in wirtschaftlicher Hinsicht unbefriedigend .
• Das Regelverfahren der Erfindung wird am besten angewendet, wenn die Behandlungslösungen als Strom oder vorzugsweise durch Übersprühen auf das Werkstück angewendet werden. In solchen Fällen kann die erforderliche Menge an Beschleuniger in jedem Augenblick in die die unbeschleunigte Lösung zu den Sprühdüsen führende Leitung eingeführt werden. Statt dessen können besondere Sprühdüsen vorgesehen sein, einerseits für eineLösung desBeschleunigers und andererseits für die beschleunigte Behandlungslösung.
• Bei der bevorzugten Anordnung sind getrennte Sprühdüsen vorgesehen, welche mit einerunbeschleunigten Behandlungslösung g und mit der gleichen Behandlungslösung, welche die gewünschte Höchstkonzentration an Chloratbeschleuniger enthält, gespeist werden. Die Regelung der Konzentration des Beschleunigers in der Lösung in Berührung mit den Werkstücken wird dann dadurch bewerkstelligt, daß die Menge an beschleunigter, auf die Werkstücke gespriihter Lösung im Verhältnis zur Menge an nicht beschleunigter daraufgesprühter Lösung geändert wird.
• Der Yorteil dieser bevorzugten Ausführung besteht darin, daß die von der Behandlungskammer wiedergewonnene, von dem Werkstück abgelaufene Lösung an Phosphatierungsbestandteilen im Verhältnis zum vorhandenen Chlorat angereichert ist oder, anders ausgedrückt, nur an Chloratbeschleuniger verarint ist und durch die Leitung für die Beschleuniger enthaltende Lösung zurückgeleitet werden kann, nachdem ihr Gehalt an Beschleuniger wieder auf die gewünschte Konzentration gebracht wurde.
• Die gemäß der Erfindung zu verwendenden Phosphatierungslösungen können beliebige für die Erzeugung von Schwermetallphosphatäberzügen geeignete sein, von welchen viele bekannt sind. Sie können mit den in der Technik üblichen Konzentrationen und Temperaturen angewendet werden, und die Behandlungszeit kann, wie gewünscht, nach den üblichen Erwägungen ausgewählt werden.
• Um die Erfindung noch besser zu verstehen, wird das folgende Beispiel nur zur Erläuterung gegeben. Beispiel Herstellung von Zinkpliosphatüberzügen Ein Konzentrat wurde hergestellt durch Auflösen von 96,2 g Zinkoxyd (Zii 0) und 390 g 75%iger Phosphorsäure (H, P 04) in 1 1 Wasser. Um die Grundbehandlungsfösung zu bilden, wurde dieses Konzentrat mit Wasser auf eine Konzentration von 3,511/o verdünnt, so daß die Behandlungslösung enthielt:

  Zinkdihydrogenphosphat

  [Zn (H2p04)21 .............. 15,5 g/1

  Freie Phosphorsäure

  [H3 P 04 (1000/0ig)1 ........... 2,7 g/1

  Eine Reihe von gleichen gereinigten Stahlblechen, jedes etwa 15 X 10 cm, wurden dann mit dieser Lösung behandelt, zu welcher jedoch zunehmende Mengen von Natriunichlorat (NaC10.), um als Beschleuniger zu wirken, zugesetzt waren. Jedes Blech wurde in die Lösung für 6 Minuten bei einer Temperatur von 771 C eingetaucht und dann gespült und getrocknet. Gewicht und kristalline Art der Überzüge, wie sie auf jedem Blech erzeugt waren, wurden dann bestimmt, und die erhaltenen Ergebnisse folgen in der Tabelle, welche auch Einzelheiten der prozentuellen Konzentration von Natriunichlorat in der zur Behandlung jedes Blechs verwendeten Lösung enthält.

  K=Kon-

  zentration

  von überzugs-

  Na Cl Os Log,OK gewicht Kornstruktur

  in

  Gewichts-

  prozent in nig7ni#

  keine 4897 unregelmäßig und

  ziemlich grob

  0,25 1,398 2476 gleichförmig und viel

  feiner

  Fortsetzung

  K=Kon-

  zentration

  von überzugs-

  NaC103 LogIOK gewicht Kornstruktur

  in

  Gewichts-

  prozent in mg7m2

  0,50 1,699 1970 sehr gleichförmig und

  außerordentlich fein

  1,00 0,000 1195 außerordentlich

  gleichförmig

  und fast amorph

  2,00 0,301 990 völlig gleichförmig und

  amorph, sogar bei

  200facher

  Vergrößerung

  in der vorstehenden Tabelle sind auch eingeschlossen die Werte, welche durch Nehmen des Logarithmus (auf der Basis 10) der prozentuellen Konzentration von Natriumehlorat erhalten wurden. Diese Werte sind gegen das Überzugsgewicht in der Zeichnung aufgetragen. Wie ersichtlich ist es möglich, eine gerade Linie durch die so wiedergegebenen Punkte zu ziehen, was beweist, daß das überzugsgewicht umgekehrt proportional dem Logarithmus der Beschleunigerkonzentration ist.
• Es ist auch zu beachten, daß, wie in der Tabelle gezeigt, der Zusatz von 2 Gewichtsprozent Natriumchlorat Überzüge ergibt, welche außerordentlich feinkömig, amorph und leicht, d. h. dünn, sind. Es ist demgemäß üblicherweise unerwünscht, eine Cloratkonzentration von 2,0 Gewichstprozent zu überschreiten.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Regeln der Dicke und/oder kristallinen Komstruktur von auf metallischen Oberflächen durch Behandlung mit chloratbeschleunigten Schwermetallphosphatüberzugslösungen unter konstanten Bedingungen von Zeit und Temperatur gebildeten Überzügen, dadurizh gekennzeichnet, daß die Konzentration an in der sonst konstanten Lösung vorhandenem Beschleuniger im umgekehrten logarithmischen Verhältnis zur Dicke und Grobheit des gewünschten überzugs geändert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, zur Verwendung bei einer Sprühbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Beschleunigerkonzentration eine entsprechend geänderte Menge an Beschleunigerlösung in die die nicht beschleunigte Lösung zur Sprähdüse führende Leitung eingeführt wird. 3. Verfahren nach Ansprach 1 zur Verwendung bei einer Sprühbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Beschleunigerkonzentration eine entsprechend geänderte Menge von unbeschleunigter Phosphatierlösung und einer Beschleunigerlösung getrennt auf das Werkstück gesprüht werden, wobei die verwendete Beschleunigerlösung vorzugsweise eine gewünschte höchste Konzentration an Beschleuniger enthaltende Phosphatierlösung ist.