DE1546070B2

DE1546070B2 - Verfahren zum Phosphatieren von Eisen- und Stahlgegenständen

Info

Publication number: DE1546070B2
Application number: DE19641546070
Authority: DE
Inventors: S.; Kamada M.; Terayama K.; Kanechika K.; Kitakyushu City Yonezaki (Japan)
Original assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1963-09-30
Filing date: 1964-09-14
Publication date: 1970-07-23
Also published as: DE1546070A1; US3395052A; GB1084017A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Phospha- Aufgabe der Erfindung ist die Ausbildung einer hohen

tieren von Eisen- und Stahlgegenständen, insbesondere ' Keimzahl auf einer zu phosphatierenden Oberfläche,

von Stahlblechen oder verzinkten Stahlblechen, durch Durch die Erfindung wird vorgeschlagen, daß als

Behandlung mit einer unlöslichen Substanz in einem unlösliche, feinkörnige Substanz ein unlösliches Phos-

wäßrigen Medium und einer darauffolgenden Phos- 5 phat eines zwei- oder dreiwertigen Metalls in Form

phatierungsbehandlung. einer Suspension verwendet wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Vorbe- Als ,unlösliches Phosphat kann man beispielsweise

handlung von Gegenständen der genannten Art, damit Zinkphosphat ' (Zn₃(PO₄)S · 4H₂O) verwenden, das

man eine feine und dichte Phosphatschicht in der nach herkömmlichen Methoden zubereitet ist. Dieser

eigentlichen Phosphatierungsstufe erhält. io Stoff soll zweckmäßigerweise eine Korngröße von

Beim Auftragen einer Phosphatschicht auf der Ober- 0,149 bis 0,074 mm Maschenweite besitzen. Durch die fläche von Stahlblechen oder galvanisierten Stahl- Vorbehandlung erhält man feine Kristallkeime auf der blechen ist die Vorbehandlung der Oberfläche sehr be- Oberfläche. Untersuchungen mit dem Elektronendeutsam. Ohne eine Vorbehandlung bildet sich bei der ' mikroskop oder mit einem Mikroanalysengerät haben folgenden Phosphatierungsbehandlung überhaupt keine 15 gezeigt, daß die Korngröße so klein ist, daß eine ge-Phosphatschicht oder nur eine Schicht aus . groben naue Messung nicht mehr möglich ist.
Kristallen. Es ist bekannt, daß für die Bildung von Im folgenden wird die Erfindung näher erläutert. Phosphatkristallen die Zahl der aktiven Zentren wich- Bei der erfindungsgemäßen Vorbehandlung wird ein tig ist. Also wird eine hohe Keimzahl die Phosphatbil- unlösliches, in Wasser suspendiertes Phosphat eines dung fördern. Infolgedessen hat man bereits versucht, 20 zwei- oder dreiwertigen Metalls verwendet. Als unlöseine entsprechende Vorbehandlung durchzuführen. liches Phosphat eines zweiwertigen Metalls wird z. B.

Die Verwendung einer durch Auflösen von löslichen Zinkphosphat, Calciumphosphat, Magnesiumphos-

Phosphaten wie Zn (H^OJa hergestellten Lösung für phat oder Ferrophosphat und als das eines dreiwertigen

die Vorbehandlung ist wirkungslos. Metalls z. B. Ferriphosphat oder Aluminiumphosphat

Es ist bekannt, für die Vorbehandlung eine Lösung 25 verwendet.

von löslichem, titanhaltigem Natriumphosphat zu ver- Bei einer niedrigen Konzentration bis zu etwa 3 g/l wenden. Es wurde aber gefunden, daß zum Erhalt einer wird beim Spritzen der Suspension auf die Oberfläche Phosphatschicht aus feinen Kristallen das Titan in der des Stahlblechs oder eines verzinkten Stahlblechs Lösung verantwortlich ist und daß bei der Abnahme unter einem hohen Druck gearbeitet. Bei Anwendung des Titans in der Vorbehandlungslösung das Gewicht 30 einer höheren Konzentration der Suspension läßt sich des Phosphatüberzuges zunimmt, die Kristallkörner das Spritzverfahren kaum durchführen. Deshalb wender Phosphatschicht grob werden und das lösliche det man dort eine Tauchbehandlung an. Es ist ein wie-Phosphat in einer solchen Behandlungsflüssigkeit un- derholtes Tauchen und Abpressen mittels einer Walze wirksam ist. Bei der Vorbehandlung mittels dieser möglich.

Lösung muß daher diese zum Erhalt einer vorteilhaften 35 Beim Spritzverfahren unter einem hohen Druck wird

Phosphatschicht öfter ersetzt werden, damit eine be- zweckmäßig eine Konzentration der Suspension von

stimmte Menge des Titans immer zugegen ist. Die be- mehr als 1 g/l verwendet. Eine geeignete Konzentration

kannte Vorbehandlungsflüssigkeit hat demnach Nach- kann entsprechend der Düsenleistung eingestellt

teile, und ihre Anwendung ist umständlich und teuer. werden. Falls kein Spritzverfahren angewandt wird,

Zur Bildung von sehr feinen Phosphatkristallen in der 40 ist das Ergebnis um so besser, je höher die Konzen-

Schicht auf Stahlblechen oder galvanisierten Stahl- tration ist. Vorzugsweise wird eine Konzentration von

blechen muß die Konzentration der Flüssigkeit erhöht mehr als 5 g/l angewandt.

werden. Infolgedessen steigt der Preis pro Einheit des Ein Spritzdruck von mehr als 0,5 kg/cm^a ist zweck-

Produkts. Selbst wenn eine hohe Konzentration der mäßig. Ein höherer Spritzdruck bedingt ein besseres

Flüssigkeit aufrechterhalten wird und das Stahlblech 45 Ergebnis. Ebenso ist das Ergebnis besser, je länger die

in dieser Vorbehandlungsflüssigkeit und dann in einer Spritzdauer ist. Es genügt aber eine Spritzdauer von

Phosphatierungslösung behandelt wird, ist die untere weniger als 1 Minute.

Grenze der Kristallgröße der Phosphatschicht min- Der Spritzdruck, die Spritzdauer und die Konzen-

destens 3 μιη, und eine Kristallgröße unter 1 μιη kann tration der Suspension stehen so eng miteinander in

überhaupt nicht erhalten werden. 50 Wechselbezeiehung, daß bei dem Herabsetzen des

Es ist eine mechanische Vorbehandlung bekannt, bei Spritzdrucks und der Verlängerung der Spritzdauer

der keine Vorbehandlungsflüssigkeit verwendet wird, ein günstiges Ergebnis erhalten wird und daß bei dem

sondern die Oberfläche des Stahlblechs vor dem Ein- Herabsetzen der Spritzdauer und der Erhöhung der

tauchen in die Phosphatierungsflüssigkeit mit einem Konzentration der Suspension ebenfalls ein gutes Re-

Reibgerät abgerieben wird. Zum sorgfältigen gleich- 55 sultat erzielt wird.

mäßigen Abreiben der Stahloberfläche ist aber eine Der pH-Wert der Suspension ist vorzugsweise

Vorrichtung hoher Präzision erforderlich. Ein solches schwach sauer oder alkalisch (etwa 3 bis 10). Außer-

Verfahren kann daher nicht empfohlen werden. halb dieses Bereichs wird das Stahlblech angefressen

Schließlich ist es bekannt, gebeizte Gegenstände vor oder löst sich. Es ist zweckmäßig, den pH-Wert mit

oder während der Behandlung in einem heißen, sauren 60 Phosphorsäure oder Natriumphosphat (Na₂HPO₄ ·

Phosphatbad mit Sand in Berührung zu bringen, wobei 12H₂O) einzustellen.

der Sand wie ein Schmiergelpulver auf die zu behan- Das zwei- oder dreiwertige Metall, das bei dem Ver-

delnde Oberfläche wirkt. Dabei bildet der Sand in dem fahren nach der Erfindung als Hauptagens dient, kann

heißen Phophatbad eine kolloidale Lösung. in Form zerkleinerter Kristalle angewandt werden oder

Mit allen diesen bekannten Verfahren läßt sich auf 65 aus einem löslichen Salz des zwei- oder dreiwertigen

der Oberfläche des betreffenden Stahlblechs keine aus- Metalls hergestellt oder durch Zusatz eines Phosphats

reichende Keimzahl erzielen, die eine feinkörnige Aus- zu dem Carbonat oder Oxid eines solchen Metalls er-

bildung der Phosphatschicht sicherstellen würde. halten werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Ergebnis um so besser, je höher die Behandlungstemperatur ist. Der Einfluß der Temperatur ist aber ziemlich gering. Die Behandlung kann daher bei 10 bis 90⁰C durchgeführt werden.

Wird überhaupt keine Vorbehandlung vorgenommen, so ist die Kristallgröße der erhaltenen Phosphatschicht grob, etwas mehr als 100 μηι. Wird dagegen eine Vorbehandlung nach der Erfindung durchgeführt, so ist die Kristallgröße fein, insbesondere weniger als 1 μΐη. Die für die Phosphatierungsbehandlung nötige Zeit ist unter Anwendung der üblichen Vorbehandlung im allgemeinen weniger als 2 Minuten. Sie beträgt aber nur weniger als 10 Sekunden, falls die Vorbehandlung nach der Erfindung durchgeführt wird.

B ei s ρ i e 1 1

Ein Stahlblech wird in eine alkalische Lösung zum Entfetten eingetaucht, mit Wasser gewaschen und unter den folgenden Bedingungen eingesprüht:

Ferrophosphat ; 30 g/l

Flüssigkeitstemperatur 35⁰C

pH-Wert 9,8

Spritzdruck 3,0 kg/cm²

Spritzdauer 1 Minute

Nach der Spritzbehandlung wurde das Stahlblech in fließendem Wasser gespült und dann mit dem Phosphatierungsbad behandelt.

Die zur Durchführung der Phosphatierungsbehandlung nötige Zeit betrug bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorbehandlung nur 10 Sekunden. Ohne die Vorbehandlung betrug sie mehr als 5 Minuten, wobei sich öfters überhaupt keine Schicht bildete. Die Kristallgröße des Phosphats in der erhaltenen Schicht war bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorbehandlung sehr fein und betrug etwa 2 μπι.

Beispiel 2

Ein elektrolytisch verzinktes Stahlblech wurde unter den folgenden Bedingungen besprüht:

Zinkphosphat 25 g/l

Flüssigkeitstemperatur 30° C

pH-Wert 7,8

Spritzdruck 25 kg/cm²

Spritzdauer 5 Sekunden

Nach dem Spritzen wurde das Blech mittels einer Walze abgepreßt und bald mit einem Phosphatierungsbad behandelt.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorbehandlung war die zur Beendigung der Phosphatierung

45 nötige Zeit etwa 10 Sekunden. Die Kristallgröße des Phosphats in der erhaltenen Schicht war sehr fein und betrug 1 μηι.

Beispiel 3

Ein feuerverzinktes Stahlblech wurde unter folgenden Bedingungen getaucht:

Zinkphosphat 200 g/l

Flüssigkeitstemperatur 70⁰C

pH-Wert 8,3

Spritzdauer 15 Sekunden

Nach dem Tauchen wurde das Stahlblech mit einer Gummiwalze abgepreßt, mit Wasser gewaschen und in einem Phosphatierungsbad behandelt.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorbehandlung betrug die zur Beendigung der Phosphatierung erforderliche Zeit 15 Sekunden. Die Kristallgröße des Phosphats in der erhaltenen Schicht war sehr fein und betrug 2 μηι.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Phosphatieren von Eisen- und Stahlgegenständen, insbesondere von Stahlblechen oder verzinkten Stahlblechen, durch Behandlung mit einer unlöslichen Substanz in einem wäßrigen Medium und einer darauffolgenden Phosphatierungsbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß als unlösliche, feinkörnige Substanz ein unlösliches Phosphat eines zwei- oder dreiwertigen Metalls in Form einer Suspension verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension auf die zu behandelnden Gegenstände gespritzt oder diese in die Suspension getaucht werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens 1 g unlösliche Substanz pro Liter, vorzugsweise mindestens 5 g unlösliche Substanz pro Liter, enthaltende Suspension unter einem Druck von mindestens 0,5 kg/cm² mittels einer Düse auf die Gegenstände gespritzt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension mit einem pH-Wert von etwa 3 bis 10 und einer Temperatur von 10 bis 90° C verwendet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als unlösliches Phosphat eines zweiwertigen Metalls Zinkphophat, Calciumphosphat, Magnesiumphosphat oder Ferrophosphat und eines dreiwertigen Metalls Ferriphosphat oder Aluminiumphosphat verwendet wird.