DE1962100A1

DE1962100A1 - Metaphosphate coatings for sheet iron

Info

Publication number: DE1962100A1
Application number: DE19691962100
Authority: DE
Inventors: Marx Joachim Dr
Original assignee: MARX JOACHIM DR
Current assignee: MARX JOACHIM DR
Priority date: 1969-12-11
Filing date: 1969-12-11
Publication date: 1971-06-16
Also published as: DE1962100B2

Abstract

Coatings with excellent electric insulating properties, giving good protection against corrosion, are produced from a composition containing sodium and/or potassium phosphate condensable to metaphosphate by heating at 750-1000 degrees C. A finely powdered inorganic material, such as mica, can be added.

Description

Verfahren und Mittel zur Erzeugung von Phosphatüberzügen Isolier- und Korrosionsschutzschichten auf Phosphatbasis sind bekannt. Es handelt sich dabei vorzugsweise um Schichten, die aus Orthophosphaten der Metalle Calcium, Barium, Magnesium, Aluminium, Zink oder Mangan bestehen.Process and means for producing phosphate coatings, insulating and anti-corrosion coatings based on phosphate are known. These are preferably around layers made of orthophosphates of the metals calcium, barium, Magnesium, aluminum, zinc or manganese exist.

Teilweise werden die Schutzschichten auch durch eiiie Reaktion z.B. der Phosphorsäure, mit dem zu behandelnden Material, insbesondere Stahl, gebildet und bestehen danri beispielsweise aus Orthophosphaten des Eisens.In some cases, the protective layers are also removed by a reaction, e.g. the phosphoric acid, formed with the material to be treated, in particular steel and then consist, for example, of orthophosphates of iron.

Diese schichten sind jedoch in der Regel noch porös, d.h.However, these layers are usually still porous, i.e.

sie bedürfen einer Nachverdichtung, z.B. mit Isolierlacken, und sie sind für viele Zwecke nicht widerstandsfähig genug.they need redensification, e.g. with insulating varnish, and they are not strong enough for many purposes.

Ferner sind zu ihrer Aufbringung weitere Verfahrens 5 ohritte erforderlich, die sich nur schlecht ln den Fertigungsprozess von Blechen oder Drähten einfügen lassen. Elektroband wird üblicherweise llach dem Auswalzen aus den Platineil auf die Eiidabmessungen zur Erzielung der erforderlichen elektrischen und magnetischen Eigenschaften oberhalb 750° C geglüht. Daran schließt sich die Aufbringung der bekannten Rostschutz.Furthermore, further procedures are required for their application, which do not fit well into the manufacturing process of sheet metal or wire permit. Electrical steel is usually produced after rolling out of the sheet metal part the egg dimensions to achieve the required electrical and magnetic Properties annealed above 750 ° C. This is followed by the application of the known Rust protection.

schichten durch Spülen, Phosphatieren, Spülen, Nachpassivieren und Trocknen an.layering by rinsing, phosphating, rinsing, post-passivation and Drying on.

Es hat sich nun herausgestellt, daß man hochwertige elektrisch isolierende und gleichzeitig gegen Korrosion schützende Uberzüge auf Gegenständen aus Eisen und Eisenlegierungen erhalten kann, wenn man zu Metaphosphat kondensierbare Alkaliphosphate aufbringt und diese durch Erhitzen auf 700 bis 1000° C zu Alkalimetaphosphaten (Alkalipolyphosphaten) umsetzt. Bevorzugt wird ein Gemisch aus einem zu Metaphosphat kondensierbaren Natriumphosphat und einem anderen zu Metaphosphat kondensierbaren Alkali- insbesondere Kaliumphosphat verwendet. Diese Uberzugsmittel können auch ein zu Metaphosphat kondensierbares Natriumphosphat in Verbindung mit einer geringen Menge eines Alkalimetaphosphats, insbesondere Kai iumme taphosphat, enthalten.It has now been found that high quality electrically insulating and at the same time protective coatings on objects made of iron and iron alloys can be obtained by converting alkali metal phosphates condensable to metaphosphate and this by heating to 700 to 1000 ° C to alkali metaphosphates (alkali polyphosphates) implements. A mixture of a sodium phosphate condensable to form metaphosphate is preferred and another alkali metal phosphate, in particular potassium phosphate, which can be condensed to form metaphosphate used. These coating agents can also be condensable to metaphosphate Sodium phosphate in combination with a small amount of an alkali metaphosphate, in particular potassium phosphate contains.

Die erfindungsgemäßen Uberzugsmittel werden vorzugsweise in Form wässriger Lösungen oder Suspensionen eingesetzt. Beispiele geeigneter Alkaliphosphate, die beim Erhitzen auf 700 bis 1000° C zu Alkalipolyphosphaten kondensieren, sind sekundäre Alkaliphosphate wie Natriumdihydrogenphosphat (NaH2PO4.H2O) und Kaliumdihydrogenphosphat (K H2PO4.H2O), Alkalihydrogenpyrophosphate, wie Dinatriumdihydrogenpyrophosphat (Na2H2P207) und Dikaliumdihydrogenpyrophosphat (K2EI2P207). Der Einsatz entsprechender Lithiums Rubidium-oder Cäsiumhydrogenphosphate ist möglich, bietet aber keine besonderen Vorteile.The coating agents according to the invention are preferably in the form of aqueous ones Solutions or suspensions used. Examples of suitable alkali phosphates which when heated to 700 to 1000 ° C condense to alkali polyphosphates, are secondary Alkali phosphates such as sodium dihydrogen phosphate (NaH2PO4.H2O) and potassium dihydrogen phosphate (K H2PO4.H2O), alkali hydrogen pyrophosphates, such as disodium dihydrogen pyrophosphate (Na2H2P207) and dipotassium dihydrogen pyrophosphate (K2EI2P207). The use of appropriate Lithium rubidium or cesium hydrogen phosphate is possible, but does not offer any special Advantages.

Die genannten Alkallhydrogenphosphate sind gut wasserlöslich, ergeben aber verhältnismäßig niedrig viskose Lösungen, die von senkrechten Flächen zu behandelnder Gegenstände ablaufen können, durch Aufbringen @@ @ignater Weise, z.B. durch Auf sprühen auf über looO erwärmte Gegenstände oder durch unmittelbares Verdunsten des Wassers nach dem Auftrag können sie dennoch nach dem Erhitzen brauchbare Metaphosphatüberzüge gemäß der Erfindung ergeben.The alkali hydrogen phosphates mentioned are readily soluble in water but relatively low-viscosity solutions that are to be treated from vertical surfaces Objects can run off by applying @@ @ignater in a way, e.g. by on spray on objects that have been heated to over 100 or by direct evaporation of the Water after application, you can still use usable metaphosphate coatings after heating result according to the invention.

Wenn einer wässrigen Lösung der zu Metaphosphat kondensierbaren Natriumphosphate gegebenenfalls im Gemisch mit zu Metaphosphat kondensierbaren Kaliumphosphaten ein Alkali-, insbesondere Kaliummetaphosphat zugesetzt wird, werden viskose Lösungen erhalten, die sich leichter als gleichmäßige Schicht auftragen lassen. Polymeres Kaliummetaphosphat (K PO3)x mit x = 400 bis 20.000, auch Kaliumpolyphosphat genannt, quillt in wässrigen Lösungen auf und hydrolysiert langsam. Als sehr brauchbar erwiesen sich wässrige Lösungen, bzw. Suspensionen aus Gemischen von Kaliumpolyphosphat und Natriumdihydrogenphosphat im Gewiehtsverhältnis von etwa 1:2 bis 1:2,5 und einem Feststoffgehalt von etwa 30 bis 40 Gewiehtsprozent.When an aqueous solution of sodium phosphate condensable to form metaphosphate optionally in a mixture with potassium phosphates condensable to form metaphosphate Alkali metal, especially potassium, metaphosphate is added to viscous solutions that are easier to apply as an even layer. Polymer Potassium metaphosphate (K PO3) x with x = 400 to 20,000, also called potassium polyphosphate, swells in aqueous solutions and slowly hydrolyzes. Proven to be very useful aqueous solutions or suspensions made from mixtures of potassium polyphosphate and Sodium dihydrogen phosphate in a weight ratio of about 1: 2 to 1: 2.5 and one Solids content of about 30 to 40 percent by weight.

Feinpulvrige anorganische Feststoffe, die unter den Bedingungen des Glühens mit den sekundären Alkaliphosphaten nicht reagieren, wie z.B. Glimmer oder Pigmente, lassen sich in Mengen bis zu 3o Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 3 bis lo Gewichtsprozent, bezogen auf das Phosphat, einarbeiten und erhöhen die Schichtstärke.Fine-powdered inorganic solids which, under the conditions of Annealing do not react with the secondary alkali phosphates, such as mica or Pigments can be used in amounts up to 3o percent by weight, preferably about 3 to Work in lo percent by weight, based on the phosphate, and increase the layer thickness.

Der Auftrag der Lösungen auf die zu behandelnden Gegenstände aus Eisen oder Stahl kann auf Jede bekannte Weise z.B. durch Tauch- und Spritzverfahren, oder durch Auftragen mit Gummiwalzen erfolgen. Die mit dem flüssigen tiberzug versehenen Gegenstände werden dann nach einer Trocknung oder gegebenenfalls auch direkt in den Glühofen eingefahren, wenn die auftretende Wasserdampfbelastung vertretbar ist.The application of the solutions to the iron objects to be treated or steel can be manufactured in any known manner, e.g. by dipping and spraying processes, or done by applying with rubber rollers. The ones provided with the liquid coating Objects are then left to dry or where appropriate also moved directly into the annealing furnace when the water vapor load that occurs is justifiable.

Es ist ferner möglich, die Uberzugsmittel gemäß der Erfindung als reines Pulver unmittelbar vor dem Glühprozess aufzutragen. Durch das Aufschmelzen im Kristallwasser und die in der Schmelze verlaufenden Kondensationsreaktionen lassen sich auch auf diese Weise zusammenhängende Schutzschichten erhalten.It is also possible to use the coating agents according to the invention as Apply pure powder immediately before the annealing process. By melting it in the water of crystallization and the condensation reactions taking place in the melt In this way, coherent protective layers are also preserved.

Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Alkalimetaphosphatschichten geschieht durch das Erhitzen auf 700 bis looo C.The alkali metaphosphate layers according to the invention are formed by heating to 700 to looo C.

Da die aufgetragenen Phosphatschichten sehr dünn sind, genügen für die gewünschte Metaphosphatbildung bereits wenige Minuten. Daher erfolgt die notwendige Temperaturbehandlung vorzugsweise bei dem insbesondere für Bleche und Drähte üblichen Glühen. Dabei vollzieht sich in dem aufgetragenen Uberzugsmittel eine Kondensationsreaktion unter Ausbildung von höher polymeren Alkalimetaphosphaten, bzw.Since the applied phosphate layers are very thin, they are sufficient for the desired metaphosphate formation in just a few minutes. Hence the necessary Temperature treatment, preferably with the one that is customary, in particular for sheet metal and wires Glow. A condensation reaction takes place in the applied coating agent with the formation of higher polymer alkali metaphosphates, or

Alkalipolyphosphaten, vermutlich von der Art der Grahamschen-oder Kurrolschen.Salze, Dieser Vorgang kann am Beispiel des sekundären Natriumphosphats wie folgt dargestellt werden: Diese kondensierten Phosphate schließen bei ihrer Bildung in der Schmelze auch die gegebenenfalls zugesetzten Metaphosphate ein. Wegen ihrer Bildung aus der Schmelze sind sie innig mit der Metalloberfläche verbunden und fest haftend. Die Schichtdicken betragen bis zu 25/u, vorzugsweise 1 bis 8ji. Die gewünschte Schichtdicke kann durch entsprechend gewählte Mengen und Konzentrationen des tJberzugsmittels leicht eingestellt werden.Alkali polyphosphates, probably of the Graham or Kurrol type, This process can be illustrated using the example of secondary sodium phosphate as follows: When they are formed in the melt, these condensed phosphates also include any metaphosphates added. Because they are formed from the melt, they are intimately connected to the metal surface and firmly adherent. The layer thicknesses are up to 25 / u, preferably 1 to 8ji. The desired layer thickness can easily be adjusted by appropriately selected amounts and concentrations of the coating agent.

Der elektrische Widerstand der erfindungsgemäßen Schutzschichten beträgt je nach Schichtdicke zwischen 5 und 1000 Ohm.cm-2 und entspricht damit den Werten vergleichbarer organischer Lackierungen. Die erfindungsgemäßen Schutzschichten sind zugleich einem sehr brauchbare Grundierung für Lackierungen und gute Schmiermittelträger bei anschließender Verformung. Sie bieten insbesondere die Möglichkeit, Draht ohne besondere Oberflächenbehandlung direkt zu ziehen. Auf Grund ihrer Bildungsreaktion lassen die Alkalimetaphosphatschichten auch weitere Glühungen zu und vermeiden die Bildung von blättrigem Zunder. Die in der Schlußglühe erfolgende Entkohlung wird nicht behindert.The electrical resistance of the protective layers according to the invention is depending on the layer thickness between 5 and 1000 Ohm.cm-2 and thus corresponds to the values comparable organic paintwork. The protective layers according to the invention are at the same time a very useful primer for paintwork and good lubricant carrier with subsequent deformation. In particular, they offer the option of using no wire special surface treatment to draw directly. Because of their educational response allow the alkali metaphosphate layers to also allow further annealing and avoid the Formation of flaky tinder. The decarburization that takes place in the final annealing is not disabled.

Beispiel: Ein Gemisch von 15 g Mononatriumdihydrogenphosphat, 5 g handelsüblichen Kaliummetaphosphat und 20 g Monokaliumdihydrogenphosphat in loo g Wasser ergibt eine klare viskose Lösung. Diese wird mit Gummiwalzen als 5/u starker Film auf Elektroblech aufgetragen, kurz angetr6cknet und dann in den Glühofen eingefahren, in dem das Blech ca.3 Minuten auf 750° C erhitzt wird. Das austretende Band ist gleichförmig mit der Schutzschicht überzogen und bedarf insofern keiner Nachbehandlung. Der elektrische Widerstand beträgt auf zunderfreien Oberflachen mit Mikrorauhigkeiten um 3 µ bei einer durchschnittlichen Schichtstärke von 3 µ ca. lo Ohm ' cm2 5 µ ca. 50 Ohm . cm-2 7 µ ca. 300 Ohm . cm-2 9 µ ca. 9 . 10³ Ohm .Example: A mixture of 15 g monosodium dihydrogen phosphate, 5 g commercial potassium metaphosphate and 20 g monopotassium dihydrogen phosphate in loo g of water gives a clear, viscous solution. This is stronger than 5 / u with rubber rollers Film applied to electrical steel, briefly allowed to dry and then run into the annealing furnace, in which the sheet is heated to 750 ° C for about 3 minutes. The exiting band is uniformly coated with the protective layer and thus does not require any post-treatment. The electrical resistance is on scale-free surfaces with micro-roughness by 3 µ with an average layer thickness of 3 µ approx. lo ohm 'cm2 5 µ approx. 50 ohms. cm-2 7 µ approx. 300 ohms. cm-2 9 µ approx. 9. 10³ ohms.

gemessen nach DIN Entwurf zwischen zwei Elektroden von 5 cm2, einem Druck p von lo kp/cm2 und einer Gleichspannung von loo mV.measured according to DIN draft between two electrodes of 5 cm2, one Pressure p of lo kp / cm2 and a direct voltage of loo mV.

Claims

1. Coating agents for objects made of iron and iron alloys, in particular sheet metal, characterized in that it is condensable to metaphosphate Contains alkali phosphate.

2. Means according to claim 1, characterized in that there is a too Metaphosphate condensable sodium phosphate and another one condensable to metaphosphate Alkali, in particular potassium phosphate contains.

3. Means according to claim 1 and 2, characterized in that there is a Sodium phosphate condensable to metaphosphate and an alkali metal, in particular potassium metaphosphate contains.

4. Means according to claim 1 to 3, characterized in that it is finely powdered contains inorganic solids, in particular mica.

5. Process for producing phosphate coatings on objects made of iron and iron alloys, characterized in that an agent according to the claims 1 to 4 applies and the article to the formation of the alkali metaphosphates heated to temperatures of about 700 to 10000C.

6. The method according to claim 5, characterized in that the heating for the formation of the alkali metaphosphate coating during the usual annealing, in particular of sheet metal and wires.