DE1521656A1 - Loesungen zum Chromatieren von Zink und seinen Legierungen - Google Patents
Loesungen zum Chromatieren von Zink und seinen LegierungenInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
21 HAMBURG 90 S MÜNCHEN SO
München, den 31* 10«, 1968
P/Br
P 15 21 656„5 r (Case 517 A)
Anmelders Amchem Products,
Ambler, Pennsylvania, USA
Lösungen zum Chromatieren von Zink und seinen Legierungen
Die vorliegende Erfindung betrifft Lösungen zum Überziehen von Zink und seinen Legierungen· Insbesondere bezieht eich
die vorliegende Erfindung auf verbesserte Lösungen, mit deren Hilfe eine Chromatierung der Oberfläche von Zink und
seinen Legierungen durchgeführt werden kann. Der Ausdruck "Legierungen" will jene Legierungen bezeichnen, bei denen
Zink ein hauptsächlicher Bestandteil ist, z. Be auch feuerverzinkt
es Material oder galvanisch niedergeschlagenes Zink*
Gemäß vorliegender Erfindung werden wässrige, saure Lösungen vorgesehen, welche frei von Alkali-, Erdalkali« und
Ammoniumionen sind, einen pH-Wert von 0,57 bis 3,0, vorzugsweise
0,7 bis 1,7, aufweisen und mindestens 3 g/l Zinkionen
(berechnet als Zn), 5 - 75 g/l sechswertiges Chrom (berechnet
als CrO^), mindestens 1 g/l komplexes Pluorid, sowie
1 - 80 g/l, vorzugsweise 1-20 g/l Chlorionen (berechnet
als Cl) enthalten»
Obwohl ein wesentliches Merkmal dieser Lösungen darin liegt,
909839/1199- ßAD original
daß innerhalb praktischer Grenzen alle Kationen außer Zink
und Wasserstoff, besondere die Alkalimetall»» Erdalkali·»
metall- und Ammoniumkationen ausgeschlossen sind, wird anerkannt, daß fremde Kationen in die Überzugslösungen treten. Im Laufe der Zeit wird also eine Uberzugslösung, die
für den Überzug von beispielsweise galvanisierten Oberflächen gebraucht wird, dreiwertiges Chrom und sogar etwas gelöstes Eisen zusätzlich zu seinen ursprünglichen Beetandteilen enthalten» Diese Kationen bilden jedoch unlösliche
Salze in der überzogenen Metalloberfläche und hindern so
also nicht die Chromatierung.
Wegen des Ausschlusses von allen Kationen außer Wasserstoff und Zink 1st es sehr wünschenβwert, als Ausgangestoffe nur
solche Bestandteile anzuwenden» die eine oder beide dieser Kationen enthalten» Bs wird daher empfohlen« alle Beetandteile der Lösungen (ob zur Herstellung oder Auffüllung)
nur in der Form der Säure und/oder der Zinksalse einzusetzen*,
BIe Konzentration der Bestandteile in der Lösung muß innerhalb der angegebenen Grenzen liegen, da sonst gewisse unerwünschte Folgen auftretenο
Mindestens 3*0 g/ltr Sinkionen müssen in der übereugelösung
aufrechterhalten werden; wenn nämlich die Konzentration geringer ist, werden die hergestellten Überzüge übermäßig
itinn» Die Konzentration der Zinkionen kann stöohiometrlsch
äquivalent derjenigen der gesamten, in der Überzugslöaung
gelösten Anionen sein; wenn sie dagegen größer als dieser Wert ist, wird Zinksalz oder werden Zinkealae auf den überzogenen Metali, gebildete Wenn dies auch den Über züge Vorgang
nicht ungünstig zu beeinflussen scheint, so stellt es doch eine Verschwendung an Chemikalien dar und sollte vermieden
werden,
900839/1199 BAD 0R(Q1NAL
Zink kann der Überzugslösung in Form seines Oxydes zugefügt werden oder als ein Salz einer jener Anionen, die enthalten
sein müssen,, Zo B0 Zinkbichromat, -ohlorid oder -fluorsilikat.,
Andere Zinksa3,ze können verwendet werden, aber die Anwesenheit von F.inkfiulfat, -phosphat? -fluorzirkonat und
-fluorid sollte vermieden werden,,
Die Konzentration von sechswertigen Chromionen muß innerhalb der angegebenen Grenzen gehalten werden. Wo weniger als das
Minimum von 5,0 g/ltr (berechnet als CrO«) angewendet wird, ist der Korroeionswiderstand der gefertigten überzüge
schlechter, während andererseits bei Überschreitung der oberen Grenze von 75 g/ltr (berechnet als CrO^) die Neigung
des Überzuges zu Blasenbildung unannehmbar wird. Seohewertige
Chromionen werden vorzugsweise in Form von Chromtrioxyd (CrO,) zugesetzt; das Zinksalz kann auch verwendet
werdenο
Der komplexe Fluoridbestandteil, der in der genannten Konzentration
vorhanden sein muß, wird vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Fluorboreäure, Fluorkieselsäure,
Fluortitansäure und deren Zinksalzen bestehtο
Wenn weniger als die Minimurokonzentration von 1 g/ltr (berechnet
als BF*, SiFg bzwo TiFg) benutzt wird, werden die
hergestellten überzüge nicht-anhaftend; aber nur in einem Fall scheint die obere Grenze des komplexen Fluoridbestandteilo
wichtig zu sein, und zwar in dem Fall, wenn Fluortitanationen verwendet werden, deren Konzentration 15 g/ltr
nicht überschreiten sollte, da sonst der Salzspray-Korro-3ionswiderstand
des gebildeten Überzugs ungünstig beeinflußt wirdο Im allgemeinen kann festgestellt werden, daß
die obere Grenze der Konzentration eines jeden komplexe Fluoridionen liefernden Bestandteils von dessen löslichkeit
in der Lösung abhängt« Die Anwesenheit von einfachem Fluorid sollte vermieden werden«
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Die Konzentration der Chlorionen (berechnet ale Cl) muß mindestens 1 g/ltr betragen, wenn merkliche Verbesserungen
erzielt werßen sollen,, Was die obere Grenze der Konzentration
von Chlor anbetrifft, so ergeben sich einige ziemlich überraschende Tatsachen» In einem Arbeitsbad, in welchem
freies Zink und andere Kationen anwesend sind, kann die Konzentration von Chlor etöohiometrisch äquivalent zu der
oder größer sein als die der gesamten freien Kationen- Tatsächlich
wurden Konzentrationen größer als 80 g/ltr Chlor
,■berechnet ale Cl) mit befriedigenden Ergebnissen verwendet»
Andererseite sollte in einem friech hergestellten Bad die
Konzentration von Chlor (berechnet als Ul) 20 g/ltr nicht überschreiten,, da eonst eine übermäßige ätzende Wirkung
zu beobachten ist«
Der pH-Wert der tiberzugslöeungen, wie mittels Standardglaselektroden
bestimmt, sollte zwischen 0P57 und 3»0, vorzugsweise 0,7 und 1,7, gehalten werden«, Falls erforderlich, kann
das Udorauge pH federn gewünschten Wert angepaßt werden,
durch Zugabe von nehr Säure oder mehr Zinkoxyd·
Ein zusätzlicher Bestandteil9 welcher vorteilhaft hinzugefügt werden karaig ist Salpetersäure· Die Zugabe von minde~
ate^s C9C5 Gev/ο',β Salpetersäure (oder dem Gegenwert ihres
Zinksalzes) ergibt überzüge, die in der Farbe heller und im Gewicht leichter sind und die etwas schlechteren Salzepray-Korrosionswideretand
haben9 aber überraschenderweise verbesserte Stoßfestigkeit besitzen.
Es gibt keine obere Grenze für die Konzentration an Salpetersäure, vorausgesetzt, daß der pH-Wert der Überzugslösung
nicht die genannte Grenze von 0,57 überschreitet
Ein weiterer zusätzlicher Bestandteil, der vorteilhaft hinzugefügt
werden kann* ist dreiwertiges Chrom, dae zusätzlich
oder anstelle von Salpeterß8*tre verwendet werden kann«.
Der Zusatz von mindestens 0,25 g/ltr dreiwertigen Chrome
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(berechnet ale Cr^+) verbessert die Qualität der gebildeten
Überzügeο Die obere zulässige Konsentration diesee Bestandteiles 1st dessen Lösliohkeltsgrense In dem Bad.
Die Überzugslösungen der vorliegenden Erfindung können auf Metalloberflächen durch Aufsprühen, Eintauchen oder Aufr
walzen aufgetragen werden. Da jedoch die durch üen Gebrauch
dieser Lösungen sioh ergebenden Verbesserungen um vorteil» härtesten bei den mit hoher Geschwindigkeit verlaufenden
in der Praxis üblichen Bendleitungevorgängen hervortreten,
wird dan Aufwalzen b#vorragt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung
werden Verfahren für das Chromatieren der Oberflächen von Sink und seinen Legierungen offenbart, bei denen die Ober«
flächen der Einwirkung einer Lösung der oben beschriebenen Art unterworfen werden, bei einer Temperatur und
einer Zeit, bis der Überrag darauf gebildet iß'
lt.
Die Lösungen der vorliegenden Erfindung können "bei Temperaturen von ungefähr 12° C bis 65° C verwendet werden? be~
vorzugt wird der Temperaturbereich von Raumtemperatur bis
45° C0 Die bevorzugte Kontaktselt hängt von der Temperatur
ab, wird aber meistens zwischen 5 und 30 Sekunden betragen«
Nach Auftragen der Überzugslösung kann das überzogene Metall wassergespült und luftgetrocknet werden, bevor man
einen letzten Sikkativanetrich aufträgt« Gegebenenfalls
kann der Chromat-Umwandlungsüberzug hinterher gebrannt v/erden. Eine bevorzugte Folge von Arbeitsschritten besteht
aus einer Wasserspülung mit anschließender Lufttrocknung, folgendem Auftrag eines Sikkativanstriches und Brennen, um
den Sikkativanstrich auszuhärten,,
Metalloberflächen, welche überzogen werden sollen, sollten
stierst vorgereinigt warden, um öle, Schmiermittel und dergl<
zu entferneno
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Die vorliegende ErfindtMg umfaSt auch Zink und Zinkleglerungen»
wenn ei*-· mittels der hier beschriebenen Verfahren
überzogen sind»
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lich die Lösungen frei van Alkali-^ Brdalkali- und Ammoniiuaionen
zu halten, findet sich in dieser Littraturetelle erst
recht nicht, Im Gegentöil f der Hinweis auf den Zueatss von
üuda und Kaliiundlühromat» die doset als die bekanntesten Zuoätze
beanichnei; werden, führt geradezu weg vou der erfindüngegemäßen
Lehre· Die US-Patentschrift 2 786 002 erteilt
eine Lehre, welche der erfindungsgeaaäSen direkt zuwiderläuft
„ Dort wird ausdrücklich der Zusatz de» sechswertigen
Ohrcme und dar komplexen Tluoridionen in Form von Alkali·»
und AmmoniuMßRliien eapfohien^ Alle Beispiele dieser Patentechrift
enthalten Alkaliionen· Ferner enthalten die Lösungen gemäß diener Vorveröffentlichung ab initio kein Zink,
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ßAD ORIGINAL
80 öaß also 2 wesentliche Merkmale der erfindungsgemäßen
Lösungen dort nicht erfüllt sind, abgesehen von sonstigen bedeutsamen Unterschieden, Zo Bn hinsichtlich der Temperaturen
ο Die Lösungen öer Britischen Patentßchrift 89B 179
enthalten kein kcmplexes Fluorid, welches in Kombination
mit den anderen Zusätzen für die Erzielung des erfindungsgeraäßen
technischen Fortschrittes, weloher der Lehre der Erfindung zu danken ist, mitverantwortlich ist, Darüber
hinaus zeigt u«. a. der krasse Unterschied zwischen den beiden
!»ehren hinsichtlich der Anwendungetemperatüren, daß es
eich bei dieeer Britischen Patentschrift um ein ganz anderes
Verfahren handelt, welches mit der annjeldungegemäßen Lehre
nicht· xu tun hat* Die in der DAS 1 123 880 offenbarten Ergänzungslösungen
enthalten weder Zink ab initio noch komplexes ?iuorid, beides wesentliche Bestandteile der erfln«·»
dungsgemäßen !lösungen·. Sehr beachtlich ist ferner, daß 3
der 4 Beispiele der DAS Lösungen beschreiben, die unter Verwendung von Natriumverbindungen hergestellt,eind» und wenn taaa
bedenkt, daß Beispiele die bevorzugte Ausführungeform einer
Erfindung wiedergeben« so erhellt hieraus «ret recht der
Unterschied zwischen den beiden Lehren. Die Lösungen gemäß US-Patentscliriit 3 090 710 schließlich enthalten .kein komplexes
Fluorid und kein Zink, so daß gemäß der Lehre dieser Patentschrift kein gleichmäßiger Überzug bei einer Folge
von Werkstücken erzielt werden kann0 überdies wird in dieser
Patentschrift von der Verwendung von Chloridionen, die
zu den wesentlichen Bestandteilen der erfindungsgemäßen Lehre gehören, sogar abgeraten«
Die Erfindung ist also weder vorweggenommen noch durch den
Stand der Technik nahegelegt„ Die Chromatierung mit den erfindungegeraäßen
Lösungen kann nicht nur besonders einfach und wirtachaftuch durchgeführt werden, sondern, was ausdrücklich
zu betonen ist, die mit diesen Lösungen, sogar im Bandverfahre», hergestellten Überzüge sind besondere
widerstandsfähig gegenüber den verschiedensten Korrosions-
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einflussen und weisen eine gute Adhäsion gegenüber nachträglich aufgetragenen Sikkativanstrichen auf.
Die Erfindung und der durch sie ersielte erhebliche teohnieche Portschritt werden nachstehend durch eine Reihe von
Beispielen näher erläutert bzw· belegtο Biese Beispiele
wollen die Erfindung aber in keiner Weise einschränken.
iJine wässrige Lösung wurde hergestellt» enthaltend:
ZnO 16,5 g
CrO5 40 g
mit Wasser aufgefüllt auf 1 Liter*
Sie hatte einen pH-Wort von 1,2 und wurde auf gereinigte,
galvanisierte Stahlplatten durch Sprühung während 10 Sekunden bei 48° C aufgetragen» Die erhaltenen Überzüge hatten
eine blaß-goldbraune Farbe» Die behandelten Platten wurden
anschließend mit einer Acrylfarbe gestrichen und 3 Minuten bei 230° 0 gehärtet· Nach 240 Stunden Salzspraytest (ASTM-B~117-61) wurden die überzogenen und angestrichenen Platten
geprüft, und es stellte sich heraus, daß sie nur eine Spur
Korrosion aufwiesen,
wässrige lösung wurde hergestellt, enthaltend«
ZnO 15 g
°*03 . 35 g
mit Wasser aufgefüllt auf 1 Liter·
909839/1198 sAD 0RIGWt
Die Lösung, die einen pH-Wert von 1,28 besaß, wurde auf gereinigte galvanisierte Stahlplatten aufgetragen, durch eine
15-Sekunden-Sprühung bei 24° C. Die erzielten Überzüge waren
blaß-goldbraun und wurden mit Acrylfarbe bestrichen und nach
Trocknen wie in Beispiel 1 einem S&lzspräytest gemäß ASTM-B-117-61 unterworfen« Naohdem sie 240 Stunden ausgesetzt
waren, wurde gefunden, daß die Überzogenen und gestrichenen
Platten frei von Korrosion waren·
ZnO 4,5 g
CrO5 . 10,5 g
ZnTiP6 10 g Salzsäure (Sp.Gew. 1,19) 5 al
mit Wasser aufgefüllt auf 1 Liter.
Der pH-Wert der Lösung betrug 1,34· Gereinigte» galvanisierte Stahlplatten wurden mit der Lösung bei 26° C 15 Sekunden lang besprüht und ergaben blaß-goldbraune überzüge»
Nach, Auftrag einer Aorylfarbe und Brennen wie in Beispiel 1
wurden die Platten 336 Stunden lang einem Salzspraytest
gemäß ASTM-B-117-61 unterworfen. Auf keiner dieser Platten
wurden Fehler gefunden. Ähnliche Platten wurden Stoßteeta
unterworfen, ohne daß ein fehler in den Überzügen beobaehtet werden konnte<. *·
ZnO 4,5 g
CrO3 ■ 10,6 g
mit Waaeer aufgefüllt auf 1 Liter»
909839/1199 bad original
Der pH-Wert dieser Lösung betrug 1,5° Die Lösung wurde verwendet» um eine lange Folge τοη galvanisierten Stahlplatten
zu behandeln» mit Auffüllung und pH-Kegelung unter Benutzung
τοη Salpetersäure, ausgeführt nach Bedarf, bis ungefähr
100 Quadratmeter Oberfläche überzogen waren. Der tlberzugs-BVklus erfolgte bei 26° C unter Anwendung einer Tauohbehandlung von 30 Sekunden» um gleichmäßige· schillernde»
goldbraune Überzüge zu erzeugen. Proben der überzogenen galvanisierten Platten wurden mit einem Acrylanetrich versehen und 3 Minuten lang bei 230° C gebrannt. Ein anschließender Salzspray-Korrosionstest (ASTM-B-117-61) zeigte nach
336 Stunden keinen Fehler·
W
Beispiel 5
Die Lösung von Beispiel 1 wurde mit Hilfe einer Überzugswalze auf einen galvanisierten Streifen aufgetragen, der
eich mit einer linearen Geschwindigkeit von oa.6,3 m/Minute
fortbewegteο Bas überziehen wurde bei Zimmertemperatur
(24° C) ausgeführt und die auf die Metalloberfläche aufgetragene Lösung wurde dort 30 Sekunden belausen, ehe sie
mittels Hitze getrocknet wurdeο Eine Aorylfarbe wurde alsdann auf den blaß-goldbraun überzogenen Streifen aufgetragen und bei 232° C wurde gebrannte Teile des überzogenen
und gestrichenen Streifens wurden einem Salzepray-Korrosionsteat (ASTM-B-117-61) ausgesetzt, nach 240 Stunden zeigte
eich keine Korroßion auf den Metalloberflächen.
CrO3 32,3 Gtw.Ji
Zn (BP4)2 5»0
ZnCrO^ 56,7
SnCl9 -6,0
BAD
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-11 - ·■ r :
ZnO 25,0 Gew.<
65,0 Gew.* 10,0 Gew.*
Die Mischung wird in ausreichend verdünnter Salzsäure aufgelöst» tt» ein· Losung mit einem pH-Wert von 1,25 und einen
Gehalt tob 5 Gew.Ji der obigen Zusammensetzung zu ergeben»
Dieses Beispiel zeigt, wie wesentlich die Anwesenheit τοη
koapleie» ?luorid in den erflndungsgemäSen Lösungen 1st·
Eine Lösung gemäß Beispiel 1 wurde hergestellt und mit ihr λ
wurden gereinigte, galvanisierte Stahlplatten behandelt durch Aufsprühen dieser XÖeung während 10 Sekunden bei
48° Co
Eine zweite Lösung wurde angesetzt ebenfalls gemäß Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß anstelle des komplexen Fluoride (H2SiP6) einfaches Fluorid, nämlich 4,1 g/l HP verwendet wurden» Mit dieser Lösung wurde in gleioher Weise
wie oben ein zweiter Satz Stahlplatten behandelto
versehen und während 3 Hinuten bei 230° C hitzebehandelt
und anschließend dem SalzsprUh-Korroslonstest gemäß ASIM-
Visuelle Untersuchung der verschiedenen Stahlplatten er- ·
gab, daß diejenigen Platten, die mit der erfindungsgemäßen
Lösung behandelt worden waren, nur Spuren einer Korrosion zeigten, während jene Platten, die mit der oben an zweiter
Stelle genannten Lösung.behandelt worden waren, eine wesentliche Korrosion unter Blasenbildung aufwiesen*
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BAD ORIGINAL
1521556
Dieses Beispiel seigt, wie wesentlich es ist, Alkaliionen aus den Chromatierungelösungen auszuschließen·
genden Bestandteilen:
Zn(HOrO4)2 15 g
Der pH-Wert dieser Lösung betrug 1,3· Diese Lösung wurde mit Walzen auf gereinigte, galvanisierte Stahloberflachen
aufgetragen« Der überzogene, galvanisierte Stahl wurde
während 5 Hinuten bei 110° C hitzebehandelt.
Eine Lösung B entsprechend dem Stande der Technik mit einem Gehalt an Alkaliionen wurde aus folgenden Bestandteilen
hergestellt:
Na2Cr2O7 ο H2O 16 g
H2SiP6, 55 £ige Lösung 4,7 ml
HCl konz., 36,5 #Lge Lösung 4,7 ml Wasser auf 1000 ml.
Walzen auf gereinigte, galvanisierte Stahloberflächen aufgetragene Der Überzug wurde während 5 Minuten bei 110° C
hitzebehandelt.
Die mit den Lösungen A und B Überzogenen, galvanisierten
Stahlplatten erhielten dann einen Aorylfarbanstrlch und wurden dann während 500 Stunden einer Atmosphäre von 100 #
relativer Feuchtigkeit bei 43° C ausgesetzt. Die Überzüge, die unter Verwendung der Lösung A hergestellt worden waren,
zeigten sich nach diesem Korrosionstest blaeenfrei, selbst bei
909839/1199 bad
- 13 -
photographleclier, 64*>faoher Vergrößerung, während die üfcerzüge, die alt der löeimg B hergestellt «orden waren» einen
etarken Blaeenwurf aufwiegen·
909839/1199 bad original
Claims (1)
1. Wässrige, saure, zum Chromatieren von Zink und «einen
Legierungen bestimmte Lösungen, die Zink, seohewertiges
Chrom, komplexes Fluorid und eine Mineralsäure enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungen frei Ton
Alkali-, Erdalkali- und Aramoniumionen sind, einen pH-Wert von 0,57 bis 3,0, vorzugsweise 0,7 bis 1.7» aufweieen und mindestens 3 g/l Zink (berechnet ale Zn),
5-75 g/l sechewertiges Chrom (berechnet als CrO,),
mindestens 1 g/l komplexes Fluorid, sowie 1 - 80 g/l,
vorzugsweise 1-20 g/l Chlorionen (berechnet als Cl) enthalten«
2, Lösungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennseiohnet, daß das komplexe Fluorid ein Pluortitanat ist, dessen Konzentration 15 g/l (berechnet al« 1HYc) nicht über-
schreitet.
Lösungen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 0,05 Gew.56 Salpetersäure oder
ihr Zinksalz enthalten.
4ο lösungen /iemäß einem der vorgehenden Anspruch«, daduroh
gekennzeichnet, daß sie mindestens 0,25 g/l dreiwertiges Chrom (berechnet als Cr'+) enthalten.
Unterlagen -,αλ - λ · - -· ■-*■■■·· r - :^J9^r"5&9ej· * *· 9·
909339/1199
ßAD ORfGiNAt
Verfahren sum Chromatieren einer Folge von Werkstücken
aus Zink oder seinen Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke mit einer Lösung gemäß einem
der Ansprüche 1-4 bei einer Temperatur von 12 bis 65 C„ voraugsweise von Raumtemperatur bis 45 0, während
einer für die Uberaugsbildung ausreichenden Zeit, vorzugsweise 5-30 Sekunden, behandelt werden»
Konzentrat zur Herstellung oder Auffrischung der Lösungen gemäß einem der Ansprüche 1
<- 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 3,5 - 10 Gew.# eines Zinksalzes
eines komplexen Fluorides, 40 - 65 Gew.# GrO, oder eines Salzes davon und im übrigen aus Zinkchlorid und/
cder Zinkoxyd bestehtο
909839/1199 BAD orig.nal
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