DE1186303B

DE1186303B - Process for the surface treatment of metals

Info

Publication number: DE1186303B
Application number: DEN12356A
Authority: DE
Inventors: Howard R Neilson
Original assignee: Amchem SA
Current assignee: Amchem SA
Priority date: 1956-06-15
Filing date: 1956-06-15
Publication date: 1965-01-28

Description

Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Metallen Es ist bekannt, daß die Phosphatierung von Metallgegenständen, insbesondere von solchen mit einer Oberfläche aus einem Eisenmetall, vor dem Überziehen mit Farbe, Email oder anderen Schutzmitteln die Dauerhaftigkeit dieser Anstriche bzw. Überzüge verbessert. Die bekannten Verfahren zur Phosphatierung von Metalloberflächen sind jedoch umständlich und erfordern die Anwendung kostspieliger Vorrichtungen sowie eine beträchtliche Betriebsfläche, ohne daß in jedem Fall, z. B. bei großen Stücken mit vielen Winkeln und Kanten, eine ausreichende Phosphatierung der gesamten Oberfläche erreicht wird.Process for the surface treatment of metals It is known that the phosphating of metal objects, especially those with a surface made of a ferrous metal, before being coated with paint, enamel or other protective agents the durability of these paints or coatings is improved. The known procedures for phosphating metal surfaces, however, are cumbersome and require Use of expensive equipment as well as a considerable amount of operational space without that in any case, e.g. B. for large pieces with many angles and edges, one sufficient phosphating of the entire surface is achieved.

-Durch die vorliegende Erfindung werden die Reinigung und Phosphatierung auch von groß und unförmig gestalteten Gegenständen, z. B. landwirtschaftlichen Geräten, Personen- und Lastwagen, großen Tankwagen, die alle nach den bisher zur Verfügung stehenden Verfahren nicht behandelt werden können, ermöglicht und so die Kosten bei der Verarbeitung gesenkt.-By the present invention, the cleaning and phosphating also of large and misshapen objects such. B. agricultural Devices, cars and trucks, large tankers, all of which have been used previously Available procedures cannot be dealt with, and so the Processing costs reduced.

In der Zeichnung ist eine zur Durchführung der Erfindung geeignete Vorrichtung dargestellt.In the drawing is one suitable for carrying out the invention Device shown.

Bei den bisher bekannten Verfahren wurden entweder Reihen von Tauchbehältern verwendet, in die das Metall eingetaucht wurde, oder es wurde eine Reihe von automatischen Sprühstufen vorgesehen, durch die die zu behandelnden Gegenstände auf einer Förderbahn geleitet wurden.In the previously known methods, either rows of dip tanks were used used in which the metal was immersed, or it became a series of automatic Spray stages provided, through which the objects to be treated on a conveyor were directed.

Bei dem Tauchverfahren gelangt das flüssige Behandlungsmaterial zwar auch in Nähte auf der Unterseite, in Ecken und Vertiefungen und schwer zugängliche Flächen, es müssen aber fettlösende Chemikalien verwendet werden, die die Fette zwar lösen, sie aber nicht immer vollständig entfernen. Druck oder eine mechanische Bewegung, die dabei helfen, die gelösten oder teilweise gelösten Fette aus den Nähten, Ecken und schwierig zugänglichen Stellen zu entfernen, werden beim reinen Tauchverfahren nicht angewandt. Infolgedessen ergibt sich oft ein fehlerhafter oder überhaupt kein Phosphatierungsüberzug; beim Einbrennen der Farbe im Ofen schmilzt das teilweise gelöste Fett und läuft ab, was zu einer Zerstörung des Anstriches führt.In the case of the immersion process, the liquid treatment material does enter also in seams on the underside, in corners and recesses and in areas that are difficult to access Surfaces, but grease-dissolving chemicals must be used to remove the fats loosen, but do not always remove them completely. Pressure or mechanical Exercise that will help keep the dissolved or partially dissolved fats from the seams, Removing corners and hard-to-reach areas can only be done with the immersion process not applied. As a result, there is often a faulty one or none at all Phosphating coating; when the paint is baked in the oven, it partially melts dissolved fat and runs off, which leads to the destruction of the paint.

Beim Sprühverfahren liegen in gewissem Maße dieselben Verhältnisse vor. Die Sprühdüsen, die sich auf jeder Seite des Gegenstandes befinden, sind im allgemeinen zu weit entfernt von Teilen, Ecken, Nähten oder schwierig zugänglichen Flächen angeordnet, um den notwendigen Druck für eine richtige Arbeitsweise zu ergeben.In the case of the spray process, the proportions are to a certain extent the same before. The spray nozzles on each side of the item are in generally too far from parts, corners, seams or difficult to access Areas arranged to give the necessary pressure for a correct operation.

Bei den genannten Verfahren ist eine große Anzahl von aufeinanderfolgenden Behandlungsstufen erforderlich, um die Oberfläche der Metallgegenstände für eine allseitige Phosphatierungsbehandlung vorzubehandeln. Gewöhnlich bestehen diese Stufen darin, daß man die Oberfläche des Metalls der Einwirkung eines individuellen Behandlungsmittels unterwirft mit nachfolgender Spülung dieser Fläche; um sie für die Aufnahme des nachfolgend angewendeten Phosphatierungsmittels vorzubereiten. Nach dem Aufbringen des Phosphatierungsmittels wird wieder gespült und als eine fünfte Stufe gewöhnlich ein Chromsäurebad angewendet. Oft ist bei dem Verfahren eine gesonderte Spülung oder sechste Stufe erforderlich.A large number of these processes are consecutive Treatment stages required to finish the surface of metal objects for a to pretreat all-round phosphating treatment. Usually these stages exist in that one exposes the surface of the metal to the action of an individual treatment agent subjects this area with subsequent rinsing; to them for the inclusion of the to prepare subsequently applied phosphating agent. After applying the phosphating agent is rinsed again and usually as a fifth stage a chromic acid bath applied. The procedure often involves a separate rinse or sixth level required.

Man hat auch bereits versucht, organische Lösungsmittel zur Reinigung der Metalloberflächen zu verwenden und die so gereinigten Oberflächen ohne Anwendung einer Phosphatierung direkt mit den gewünschten Schutzüberzügen zu versehen.Attempts have also been made to use organic solvents for cleaning of the metal surfaces and the surfaces cleaned in this way without application phosphating directly with the desired protective coatings.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Metalloberflächen mit Hilfe eines Reinigungsmittels, welches mit Dampf unter Druck auf die zu reinigende Metalloberfläche aufgebracht wird, zu entfetten.It has also been suggested to use the metal surfaces With the help of a cleaning agent, which is applied with steam under pressure to the Metal surface is applied to degrease.

Andererseits ist es auch schon versucht worden, Reinigungsmittel und Phosphatierungsmittel gemeinsam zu verwenden, diese sind dann aber nicht mit Hilfe von Dampf auf die zu reinigende Oberfläche aufgebracht worden.On the other hand, it has already been tried to use detergents and To use phosphating agents together, but these are then not with the help applied by steam to the surface to be cleaned.

Es wurde gefunden, daß die Anwendung von Dampf oder von Dampf kombiniert mit heißem Wasser, dem sowohl Reinigungsmittel als auch Phosphatierungsmittel zugesetzt worden sind, zur Entfernung von Fett oder anderen Fremdstoffen und zur gleichzeitigen Phosphatierung des Metalls geeignet ist. Der Druck und die große entwickelte Wärme lassen die Behandlungschemikalien auch unter Nähte und in Ecken und anderweitig schwierig zugängliche Flächen eindringen. Die Extrawärme aktiviert zusätzlich das Phosphatierungamittel.It has been found that the use of steam or steam combines with hot water to which both cleaning agents and phosphating agents are added have been used to remove fat or other foreign matter and at the same time Phosphating of the metal is suitable. The pressure and the great warmth evolved also leave the treatment chemicals under seams and in corners and otherwise difficult to access Penetrate surfaces. The extra heat activates additionally the phosphating agent.

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um die Anwendung des bekannten Verfahrens, eine Flüssigkeit zur Oberflächenbehandlung metallischer Werkstücke mittels einer Vorrichtung auf diese aufzubringen, bei der die Behandlungsflüssigkeit zusammen mit Wasserdampf oder Wasserdampf und heißem Wasser unter Benutzung derselben als Druck-und Trägermittel aufgespritzt wird, zur. gleichzeitigen und kontinuierlichen Behandlung mit geregelten Mengen von Reinigungsmittel und Phosphatierungsmittel. Bei dieser Arbeitsweise wird die Metalloberfläche gleichzeitig gereinigt und phosphatiert.The present invention is the application of the known method, a liquid for the surface treatment of metallic workpieces to be applied to this by means of a device in which the treatment liquid together with water vapor or water vapor and hot water using the same is sprayed on as a printing and carrier medium, for. simultaneous and continuous Treatment with controlled amounts of cleaning agents and phosphating agents. In this way of working, the metal surface is cleaned and phosphated at the same time.

Nach der Erfindung werden Wasserdampf oder Wasserdampf mit heißem Wasser kombiniert als Druck- und Trägermittel verwendet, wobei die in der schematischen Darstellung wiedergegebene Vorrichtung verwendet wird, für die selbst kein Schutz begehrt wird.According to the invention, steam or steam with hot Water is used as a combined pressure and carrier medium, the one shown in the schematic Representation reproduced device is used, for which itself no protection is coveted.

In der Zeichnung ist X ein Wasserkessel und A ein Wasserdampferzeuger, der Dampf mit beträchtlichem Überdruck erzeugt; das Aufheizen erfolgt dabei in der in beliebiger Weise beheizten Spirale B, die eine ausreichende Kapazität aufweisen muß, damit beim Durchlaufen der Spule Wasser von niedriger Temperatur auf seinen Siedepunkt oder Verdampfungspunkt erhitzt wird.In the drawing, X is a kettle and A is a steam generator producing steam at a considerable overpressure; The heating takes place in the spiral B, which is heated in any way and which must have sufficient capacity so that water is heated from a low temperature to its boiling point or evaporation point as it passes through the coil.

D und E sind Druckbehälter für die Aufnahme der Behandlungsmittel, aus denen diese unter Druck in die Dampfleitung hineingedrückt werden.D and E are pressure vessels for holding the treatment agent, from which these are pushed into the steam line under pressure.

Von X führt eine Leitung F'1 nach F3, welches der Abschnitt ist, der zwischen 2 und 2A der Zeichnung liegt. Dieser Abschnitt ist zusammengesetzt aus geeigneten Rohrpaßstücken, durch die der Dampf strömt und in welchem Abschnitt die Phosphatierungs- und Reinigungsmittel, die in den Behältern D und E enthalten sind, abwechselnd in den Dampfstrom oder den Strom aus Dampf und Wasser eingespritzt werden können. Von F'2 führt diese Leitung über einen Schlauch oder andere biegsame Teile F' zu einer Pistole K und einer Austrittsdüse G.A line F'1 leads from X to F3, which is the section lying between 2 and 2A of the drawing. This section is composed of suitable pipe fittings through which the steam flows and in which section the phosphating and cleaning agents contained in the containers D and E can be injected alternately into the steam flow or the flow of steam and water. From F'2 this line leads via a hose or other flexible parts F ' to a gun K and an outlet nozzle G.

Die Behandlungsmittel, die in den Hauptdampf-und Heißwasserstrom eingespritzt werden, müssen genau dosiert werden, damit sowohl bei der Reinigung der Oberfläche als auch bei der Phosphatierung die beste Wirkung erreicht wird. Die beiden Behandlungsmittel müssen in den Mengen genau aufeinander abgestimmt werden.The treatment agents injected into the main steam and hot water stream must be dosed precisely so both when cleaning the surface as well as with the phosphating the best effect is achieved. The two treatments must be precisely coordinated in terms of quantities.

Dieses Ergebnis wird erzielt, indem man erstens den Hauptstrom aus Wasserdampf und heißem Wasser durch die Leitung F und F'$ zur Düse G mit konstanter Geschwindigkeit leitet, indem man zweitens die Abgabe aus den Druckbehältern D und E so steuert, daß sich hier ebenfalls ein Fluß mit konstanter Geschwindigkeit, der proportional der Strömungsgeschwindigkeit von Dampf und heißem Wasser ist, ergibt. Die Mittel zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit aus den Druckbehältern D und E bestehen aus einer Druckluftleitung direkt zu den Druckbehältern, vorzugsweise durch die Druckluftleitung L zum Luftregler D'. Von D' führen die Leitungen L1 und L2 zu den Druckbehältern D und E, die Leitungen Lg und L4 von den Druckbehältern D und E über verschiedene Ventile, z. B. über ein Druckregulierventil J, in die Leitung Fe.This result is achieved by firstly directing the main stream of steam and hot water through lines F and F '$ to nozzle G at constant speed, and secondly by controlling the discharge from pressure vessels D and E so that it also enters here Constant velocity flow, which is proportional to the flow velocity of steam and hot water, gives. The means for controlling the flow rate from the pressure vessels D and E consist of a compressed air line directly to the pressure vessels, preferably through the compressed air line L to the air regulator D '. From D ' the lines L1 and L2 lead to the pressure vessels D and E, the lines Lg and L4 lead from the pressure vessels D and E via various valves, e.g. B. via a pressure regulating valve J, into the line Fe.

Die Leitungen Lg und .L4 führen zu Ventilen Hl und HE, die vorzugsweise elektromagnetisch durch Spulen betätigt werden, die durch einen elektrischen Schalter J gesteuert werden, der auf der Pistole K in der Nähe des Auslösers HP angebracht ist.The lines Lg and .L4 lead to valves Hl and HE, which are preferably operated electromagnetically by coils controlled by an electrical switch J mounted on the pistol K near the trigger HP.

Für die Reinigung und Phophatierung der Metalloberfläche können zahlreiche Mittel verwendet werden; die Verwendung eines Ammonium-, Natrium-oder Kaliummonophosphates zusammen mit die Oberfläche aktivierenden Mitteln und Molybdänsäure wird bevorzugt. Im allgemeinen können Alkalisalze oder Molybdänsäure an Stelle der Molybdänsäure selbst verwendet werden. Es können auch ein oder mehrere mit Wasser mischbare Öllösungsmittel, falls notwendig, zugegeben werden. Diese wasserlöslichen Öllösungsmittel können z. B. aus Äthern des Äthylenglycols, Diäthylenglycols, Triäthylenglycols und Tetraäthylenglycols und deren Äthern, den Methyl- und Propyläthern von Propylenglycol und den Äthern von Di- und Tripropylenglycol bestehen. Während diese Behandlung allein die Phosphatierung der Oberfläche bewirkt, kann das Metall, um eine Vollendung und lange Lebensdauer der Phosphatierung und des Überzuges zu erzielen, einer zweiten Behandlung mit einer Flüssigkeit aus dem Behälter E unterworfen werden. Diese Flüssigkeit enthält eine Lösung von Chromsäure allein oder eine Lösung aus Phosphorsäure und Chromsäure, die die Wirkung hat, etwaige wasserlösliche oder unbeständige Ferroverbindungen in unlösliche und beständige Ferriverbindungen überzuführen. Es passiviert auch etwaige Fehlstellen in dem Überzug.For the cleaning and phosphating of the metal surface numerous Funds are used; the use of an ammonium, sodium or potassium monophosphate along with surface activating agents and molybdic acid is preferred. In general, alkali salts or molybdic acid can be used in place of molybdic acid can be used by yourself. One or more water-miscible oil solvents, if necessary, can be added. These water soluble oil solvents can z. B. from ethers of ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol and tetraethylene glycol and their ethers, the methyl and propyl ethers of propylene glycol and the ethers consist of di- and tripropylene glycol. During this treatment alone the phosphating The surface causes the metal to have a finish and long service life To achieve the phosphating and the coating, a second treatment with a Liquid from the container E are subjected. This liquid contains a Solution of chromic acid alone or a solution of phosphoric acid and chromic acid, which has the effect of any water-soluble or unstable ferrous compounds to be converted into insoluble and permanent ferric compounds. It also passivates any defects in the coating.

Die speziellen Gemische, die vorzugsweise in den Behältern D und E verwendet werden, sind die folgenden: Stammlösung für Tank D Monoammoniumphosphat . . . . . . . . . . . . . . . . 765 g Oberflächenaktives Mittel vom Alkylphosphat der allgemeinen Formel 0R -0-P=0 0R mit mittellanger Alkylgruppe, R als wasserlöslich machender Gruppe, z. B. das unter der Handelsbezeichnung »Tergitol« vertriebene Produkt ................... 47g Oberflächenaktives Mittel in Form einer wäßrigen Lösung eines Natriumsalzes eines sauren Sulfates eines langkettigen gesättigten sekundären Alkohols mit verzweigter Kette mit der allgemeinen Formel R H - CO - S03Na R' in der R und R' aliphatische Kohlenwasserstoffreste bedeuten und R und R' zusammen eine Gesamtkohlenstoffzahl von 6 bis 17 aufweisen, z. B. das unter der Bezeichnung »Victowet« im Handel befindliche Mittel . . . . . . _ . . . . . . . . . . . . . . . 47g (Fortsetzung) Natriummolybdat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28g Monoäthyläther von Äthylenglycol . . . . . . . . 150 ccm Monobutyläther von Äthylenglycol ....... 500 ccm Wasser ................................. 18,91 Stammlösung für Tank E Phosphorsäure . . . . . . . . . . 225 g Chromsäure . . . . . . . . . . . Grundlösung 136 g Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . 91g Nach dem Lösen füllt man mit Wasser auf 3,79 1 auf. Für die endgültige Lösung werden 0,23 1 dieses Konzentrates auf 22,7 1 Wasser verwendet.The specific mixtures that are preferably used in Containers D and E are as follows: Stock solution for Tank D Monoammonium Phosphate. . . . . . . . . . . . . . . . 765 g surface-active agent from the alkyl phosphate of the general formula 0R -0-P = 0 0R with a medium-length alkyl group, R as a water-solubilizing group, e.g. B. the product sold under the trade name "Tergitol" ................... 47g surfactant in the form of an aqueous solution of a sodium salt of an acid sulfate of a long-chain saturated secondary alcohol with branched Chain with the general formula RH - CO - SO3Na R 'in which R and R' are aliphatic hydrocarbon radicals and R and R 'together have a total carbon number of 6 to 17, e.g. B. the drug under the name "Victowet" in the trade. . . . . . _. . . . . . . . . . . . . . . 47g (Continuation) Sodium molybdate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28g Monoethyl ether of ethylene glycol. . . . . . . . 150 cc Monobutyl ether of ethylene glycol ....... 500 cc Water ................................. 18.91 Stock solution for tank E Phosphoric acid . . . . . . . . . . 225 g Chromic acid. . . . . . . . . . . Basic solution 136 g Water . . . . . . . . . . . . . . . . . 91g After dissolving, the mixture is made up to 3.79 liters with water. For the final solution, 0.23 l of this concentrate is used in 22.7 l of water.

Mit der Vorrichtung und den oben beschriebenen Stoffen wird das Verfahren wie folgt durchgeführt: Wenn das zu reinigende Metall aus Metallblechstücken besteht, können sie auf einem Förderband bewegt werden oder gegen eine Wand gestellt werden, so daß jeweils eine größere Fläche behandelt werden kann; ist der Gegenstand groß, z. B. ein Automobilfahrgestell, so kann es fest auf dem Boden stehen.With the device and the substances described above, the process carried out as follows: If the metal to be cleaned consists of pieces of sheet metal, can they be moved on a conveyor belt or placed against a wall, so that a larger area can be treated at a time; is the object large, z. B. an automobile chassis, it can stand firmly on the floor.

Es wird ein konstanter Strom von heißem Wasser aus der Düse G zugeführt. Der Arbeiter richtet den Strom aus der Düse gegen die Oberfläche des Arbeitsstückes, zunächst ganz dicht am Metall, um den Dampfdruck als Hilfe zu benutzen, um die Flüssigkeit in die Nähte und an schwierig zugängliche Stellen gelangen zu lassen. Der Arbeiter stellt den Schalter J so ein, daß das Material aus dem Tank D in den Strom eingespritzt wird. Dieses hat den unmittelbaren Effekt, daß Fett und Schmutz von der Oberfläche des Werkstückes gelöst und entfernt werden. Der Strom wird weiter auf die Oberfläche des Werkstückes gerichtet, um es mit der Lösung etwa 1 Minute oder länger feucht zu halten, um die Phosphatierungslösung chemisch mit dem Metall reagieren zu lassen und so den Phosphatüberzug zu erzeugen. Wenn die Gegenstände hinreichend bearbeitet sind, stellt der Arbeiter den Schalter J so, daß das Mittel aus Tank D abgeschaltet wird, und stellt den Schalter so, daß das Mittel aus Tank E eingespritzt wird. Dies ergibt, wie oben angegeben, die Chromsäurebehandlung, um unerwünschte unbeständige Ferroverbindungen in beständige Ferriverbindungen überzuführen und etwaige Unterbrechungen in dem Überzug zu passivieren.A constant stream of hot water is supplied from the nozzle G. The worker directs the stream from the nozzle against the surface of the workpiece, first very close to the metal in order to use the vapor pressure as an aid to the liquid to get into the seams and hard-to-reach places. The worker sets switch J to inject material from tank D into the stream will. This has the immediate effect of removing grease and dirt from the surface of the workpiece can be loosened and removed. The current will continue to the surface of the workpiece directed to dampen it with the solution for about 1 minute or more to keep the phosphating solution to chemically react with the metal and so to produce the phosphate coating. When the items are adequately processed the worker turns switch J so that the agent from tank D is switched off and set the switch so that the agent from tank E is injected. this As noted above, the chromic acid treatment results in undesirable inconsistencies Converting ferrous compounds into permanent ferric compounds and any interruptions to passivate in the coating.

Claims

Claim: Application of the known method of applying a liquid for the surface treatment of metallic workpieces by means of a device in which the treatment liquid is sprayed on together with steam or steam and hot water using the same as pressure and carrier means, for simultaneous and continuous treatment with controlled Quantities of cleaning agents and phosphating agents. Documents considered: German Patent No. 813 918; French Patent Nos. 945 538, 1079 447; USA. Patent no. 1918 692nd