DE2123966A1

DE2123966A1 - Verfahren zur Phosphatierung von Eisen und Stahloberflachen

Info

Publication number: DE2123966A1
Application number: DE19712123966
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Chem Dr 5023 Weiden Schulz Norbert 5333 Oberdollendorf Gotta
Original assignee: Gerhard Collardin GmbH
Current assignee: Gerhard Collardin GmbH
Priority date: 1970-06-01
Filing date: 1971-05-14
Publication date: 1971-12-16
Also published as: US3729346A; DE2123966B2; GB1321003A; FR2093957B1; SE366347B; DE2123966C3; FR2093957A1

Description

Patentanmeldung D 4167

"Verfahren zur Phosphatierung von Eisen- und Stahloberflächen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Phosphatschichten auf Oberflächen aus Eisen und Stahl mit Hilfe von sauren Lösungen schichtbildender Phosphate, bei dem die Lösungen im Spritzverfahren aufgebracht werden.

Verfahren zur. Erzeugung von Phosphatschichten auf Eisen- und Stahloberflächen mittels saurer Lösungen von Phosphaten mehrwertiger Metalle, die zur Beschleunigung der Überzugsbildung Oxydationsmittel oder andere Beschleuniger enthalten können, sind seit langem.bekannt. Nach der Art ihrer Anwendung kann man bei diesen Verfahren Tauch- und Spritzverfahren unterscheiden. Insbesondere die letzteren sind für die Behandlung von Metallgegenständen in "automatischen Anlagen geeignet, in denen die Reinigung, Phosphatierung und Nachbehandlung in einem kontinuierlichen Arbeitsablauf erfolgt. Spritzphosphatierungsverfahren können darüber hinaus überall dort angewendet werden, wo eine Behandlung in Tauch-, Band- oder automatischen Spritzanlagen nicht durchgeführt werden kann, wie beispielsweise bei sperrigen Metallkonstruktionen oder bei kleinen Stückzahlen. In diesen Fällen v/erden die Behandlungslösungen mit Hilfe von manuell geführten Spritzdüsen auf die Metalloberfläche aufgebracht.

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Bei den bekannten Spritzphosphatierungsverfahren erfolgt, der Auftrag der Behandlungslösungen mit einem Spritzdruck von ungefähr 0,5 - 1,5 atü.

Den genannten Verfahren haftet jedoch ein gewichtiger Nachteil an. Eisen- und Stahloberflächen, die mit Lösungen schichtbildender Phosphate phosphatiert wurden, neigen nämlich stark

►dazu, Flugrost anzusetzen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Phosphatierung mit manuell geführten Sprühvorrichtungen durchgeführt wird. Die Metalloberflächen müssen deshalb nach dem Phosphatierungsschritt mit Chromsäure oder Chromate enthaltenden Lösungen nachpassiviert werden, um die Bildung von Flugrost zu verhindern. Die Verwendung von Chromsäure oder Chromaten bedingt jedoch umfangreiche arbeitsphysiologische Schutzmaßnahmen und eine entsprechende Aufbereitung des Abwassers, die nur in aufv;endigen Entgiftungsanlagen durchgeführt werden kann. Durch diesen Umstand werden insbesondere die Anwendungsmöglichkeiten der Spritzphosphatierungsverfahren, die mit manuell geführten Spritzdüsen durchgeführt werden, stark eingeschränkt.

Es wurde nun gefunden, daß man beim Aufbringen von Phosphatschichten auf Oberflächen aus Eisen und Stahl mit Hilfe von Lösungen schichtbildender Phosphate im'Spritzverfahren den zusätzlichen Aufwand einer Nachpassivierung mit chromsäure- oder chromathaltigen Lösungen vermeiden kann, wenn man sich des nachstehend beschriebenen Verfahrens bedient. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungen bei einem Spritzdrucic von 10 - 100 atü aufgebracht werden.

Nach dem neuen Verfahren werden befriedigende Phosphatschichten über den ganzen angegebenen Drückbereieh erhalten. Zu besonders günstigen Ergebhissen hinsichtlich der Beständigkeit gegen Flugrost und Schiehtstruktur gelangt man, wenn die sauren Lösungen.

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schichtbildender Phosphate unter einem Spritzdruck im Bereich von 30 - 50 atü auf die Metalloberflächen aufgesprüht werden.

Die Anwendungstemperatur der Phosphatierungslösungen liegt zweckmäßigerweise im Bereich zwischen kö und 75 C.

Das neue Verfahren wird mit den gleichen schichtbildenden Überzugslösungen durchgeführt, die bei der Spritzphosphatierung unter niederem Druck üblicherweise verwendet werden. Die sauren Lösungen enthalten Phosphationen und Kationen mehrwertiger Metalle, wie beispielsweise Magnesium, Mangan, Cadmium, Kobalt, Nickel und Blei einzeln oder im Gemisch. Wegen der besonders günstigen Eigenschaften der damit erzeugten Phosphatschichten im Hinblick auf Korrosionsbeständigkeit und verbesserte Laokhaftung werden bevorzugt solche Lösungen verwendet, die Zink oder Calcium als schichtbildende Kationen enthalten, wobei auch solche Lösungen infrage kommen, die nebeneinander Zink- und CaI-ciumionen in wechselnden Atomgewichtsverhältnissen enthalten. Zur Beschleunigung der Überzugsbildung werden den Phosphatierungslösungen übliche Beschleuniger zugesetzt. Als besonders zweckmäßig hat sich dabei die Beschleunigung durch Oxydationsmittel wie Nitrite, Nitrate, Chlorate, Perborate und Wasserstoffperoxid oder die Kombination Nitrit/Nitrat, Nitrit/Chlorat oder Nitrat/ Perborat erwiesen. ■

Die bei dem neuen Verfahren verwendeten Phosphatierungslösungen enthalten Phosphationen, mehrwertige Metallionen und Beschleunigungsmittel in den üblichen Konzentrationen. Auch das Verhältnis von freier Säure zu gebundener Säure sowie der Arbeits- pH-Wert liegen in den bekannten Grenzen.

Sofern die zu behandelnden Werkstücke nicht überaus stark verschmutzt sind, können Reinigung und Phosphatierung in einem Arbeitsgang vorgenommen werden. In diesen Fall werden den sauren

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Phosphatlösungen nichtionogene Netzmittel, wie beispielsweise Reaktionsprodukte des Äthylenoxids mit Fettalkoholen, Alkylphenolen, Fettaminen oder Polyoxypropylenglykolen, zugesetzt. Die Konzentration der Netzmittel in den Phosphatierungslösungen liegt innerhalb der üblichen Grenzen.von 0,1-5 g/l·

Die Phosphat ie rung von Eisen- und Stahloberflächen nach dem neuen Verfahren kann sowohl in automatisch arbeitenden Anlagen als auch mit Hilfe von Handspritzgeräten durchgeführt werden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren phosphatierten Eisen- und Stahloberflächen sind gegen Flugrost beständig, so daß sich •die Nachbehandlung mit Chromsäure- oder Chromatlösung erübrigt. Die erzeugten Phosphatschichten sind geschlossener und von feinerer Kristallstruktur als die nach bekannten Verfahren mit den gleichen Phosphatierungslösungen, aber bei niederem Spritzdruck erzeugten Überzüge; in Bezug auf Korrosionsschutz und Lackhaftung sind sie den letzteren mindestens gleichwertig.

Gegenüber den bekannten Spritzphosphatierungsverfahren mit Lösungen schichtbildender Phosphate, besitzt die erfindungsgemäße Arbeitsweise den Vorteil, daß sie ohne zusätzliche Nachpassivierung der phosphatierten Metalloberflächen durchgeführt werden kann. Mit der Chromsäure-Nachpassivierung entfallen auch die entsprechenden arbeitsphysiologischen Schutzmaßnahmen und die Entgiftung des Abwassers. Dies wirkt sich dort besonders vorteilhaft aus, wo Metalloberflächen im Handspritzverfahren phosphatiert werden sollen. Schichtbildende Phosphatierungsverfahren können nunmehr auch dort durchgeführt werden, wo dies bisher mit Rücksicht auf Arbeitsphysiologie und Abwasserentgiftung nicht möglich war, als auch an ortsfesten Metallkonstruktionen wie Leitungsmasten, Drücken u.s.w.

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¹J Köln-Ehrenfeld V/lddersüorfGr Str. 215

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Beisplel 1

•ftutokarossen aus Stahlblech wurden im Spritzvsrfahren-mit einer Zinkphosphatlösung folgender Zusammensetzung behandelt:

ί
/

• c8 g/l Zn i\*%)%

0,7 g/1 %?% i(lOO £) • 3-,9 A

5 -g/0. aiiehtiono£enei3 Metsmittel,(Nonyltphenol + 9 'Mol Kthylenoxld-) ·

Temperatur der iLösung !betrug 60 - 6~J>° C, der SpritKdruck a!til, 'Die Lösung wurde aus xweü manuell bedienten Spritzlanzen mivt einer 'Lelstiiug -.von Qe 6 - ,7 -LiterZBlinute aufge-. Φΐβ iBehandlungsäauer ^;für eine 'Karosse mit ungefähr qm Oberfläche »betrug 12 min·.

.'ÄnsdhlleßQnd wurden die Karossen zuerst mit ;Leitungsvfasf>er,, dann mit voTl ent salzkern V/asaer gespült und sdhiieBiich im •Warmluftstrom getrocknet.. . ·

dh dieser Behandlung wiesen die ,Stahlkarossen eine gleich- !mäßig aursg.ebildete., dichte Zinlcphasphatschicht a'uf-, Die -Obertfülichan zeigten Jceinerlei Ansatz -Vvon ;Flugrast.,

.■Zum yei'glleieh wurden Autokaroaüen aus stahlblech unter sonät •gleichen JBodingunfjen ,Jedoah bei einem Spritzdruck -von 4 tuLÜ ., .'Nach der liehandliiug zeigten die .StahioberALächun

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Gerhaird xCollardin GmbH 5 .Köln-Ehrenfeld

Widdersdorfer Str. 215

ebenfalls eine -gut ausgebildete Zinkphosphatschicht. Es hatte sich _riJ;"eä-Q-Jch soviel .F.lugrost .gebildet, daß die Schichten als Grundlage :für eine .nachfolgende elektrophoretische Lackierung \ni0ht 'geeignet waren.

Bel.spi.ea :2

!Eisenbleche wurden 'im .Handsprit ζ verfahr en bei Spritzdrucken von U,,¹"^, 35 ',und Φ5 atü .-miit einer :Zirikphosphat lösung behandelt., die ifoCLgBnde iZus-affinwansefezung besaß::

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"0,,35 g/l NaNQ₂

nidhtionogenes Netzmittel X phenol + 9 Mol Äthylenoxld>)

Anschließend wurden die Bleche mit Leitungswasser,, danach mit voilentsal&feem '.Wasser gespiTlt iund Im Warmluf tatacorn /ge trocknet».

:Die :phos,pha^;tLsrit.en iEisenblejche ^;«urden elekferopharetisch lackiförit .und U£em .Salz^prühfees* .nach ATM rB IHr[^SH -mit Kreuz söhrii.t;t luntaüworffen. iKadh 1550 .-Sbunden -ergaben ,si.ch !folgende

a_?> ^!5 :attü

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Gerhard Collardln GmbH

5 Köln-Ehrenfeld Widdersdorfer Str. 215

2) Spritzdruck 6 atü

Blasengrad: DIN 53 209: m 4/g 5

ASTM D 71*1 - 56: 2 MD Rost im Kreuzschnitt: ¹I - 10 mm

3) Spritzdruck ^5 atü

Blasengrad: DIN 53 209: m 2/g 2

ASTM D 714 - 56: 8 P Rost im Kreuzschnitt: 2-3 nun.

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Claims

-8- Pa t ent an sp rü ehe

1. Verfahren zum Aufbringen von Phosphatschichten auf Ober flächen aus Eisen und Stahl mit Hilfe von sauren Lösungen schichtbildender Phosphate im Spritzverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungen bei einem Spritzdruck von 10 - 100 atü aufgebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungen bei einem Spritzdruck von ~j>Q - 50 atü aufgebracht werden.

^. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Lösungen 4-0 - 75⁰ c beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 - J>, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungen Zink- und/oder Calciumphosphafc enthalten.

5· Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungen Netzmittel enthalten.

6. Verfahren nach Anspruch 1 — 5> dadurch gekennzeichnet, daß. zum Aufbringen der Lösung manuell geführte Spritzdüsen verwendet v; erden.

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