DE2213781C3 - Process for the phosphating of steel - Google Patents
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Description
nenten in folgenden Gewichtsverhältnissen zueinander stehen: Fe(II): Mn = (0 bis 10, vorzugsweise 0 bis 9): 1; Mn : P2O5 = (0,02 bis 2A vorzugsweise 0,02 bis 1,0): 1; NO3: P2O5 = (0 bis 3, vorzugsweise 0 bis 2) : 1; freies P2O5: Gesamt-PÄ = (0,05 bis 0,45, vorzugsweise 0,15 bis 0,40) :1.nents are in the following weight ratios to one another: Fe (II): Mn = (0 to 10, preferably 0 to 9): 1; Mn: P 2 O 5 = (0.02 to 2A, preferably 0.02 to 1.0): 1; NO 3 : P2O5 = (0 to 3, preferably 0 to 2): 1; free P 2 O 5 : total PA = (0.05 to 0.45, preferably 0.15 to 0.40): 1.
Unter Punktzahl ist die Anzahl ml n/10 Natronlauge verstanden, die zur Neutralisation einer 10-ml-Badprobe gegen Phenolphthalein erforderlich ist Die Bäder werden erfindungsgemäß ergänzt mit Mn : P2O5: NO3 im Gewichtsverhältnis (0,05 bis 0,6, vorzugsweise 0,07 bis 0,45): 1 :(0 bis 1, vorzugsweise 0 bis 03), wobei ein Gewichtsverhältnis von freiem P2O5: Gesamt-P2O5 = (0,5 bis 1, vorzugsweise 0,6 bis 1): 1 eingehalten wird. Besonders günstige Verhältnisse in bezug auf Konzentriermöglichkeit der Ergänzungschemikalien und der bereits weiter oben beschriebenen Vorteile ergeben sich, wenn bei der Ergänzung das Gewichtsverhältnis freies P2O5 : Gesamt-P2O5 (0,65—1) : 1 beträgt Bevorzugt beträgt das Verhältnis(0,7— I): I. zo The number of points is the number of ml n / 10 sodium hydroxide solution required to neutralize a 10 ml bath sample against phenolphthalein. According to the invention, the baths are supplemented with Mn: P2O5: NO3 in a weight ratio (0.05 to 0.6, preferably 0, 07 to 0.45): 1: (0 to 1, preferably 0 to 03), with a weight ratio of free P 2 O 5 : total P2O 5 = (0.5 to 1, preferably 0.6 to 1): 1 is adhered to. Particularly favorable ratios with regard to the possibility of concentrating the supplement chemicals and the advantages already described above result when the weight ratio of free P 2 O 5 : total P 2 O 5 (0.65-1): 1 during the supplement is preferably this Ratio (0.7-1 ) : I. zo
Badlösungen, deren Zusammensetzung in die vorgenannten Bereiche für das Phosphatierungsbad fällt, sind zwar auch bereits unter den bekannten Manganphosphatierungslösungen anzutreffen, doch war hieraus die erfindungswesentliche Einhaltung der speziellen Bedin- 2$ gungen bei der Ergänzung in Abstimmung auf bestimmte Bedingungen der Badlösung nicht herzuleiten. Bath solutions, the composition of which falls within the aforementioned ranges for the phosphating bath are even already be found among the known Manganphosphatierungslösungen, but essential to the invention comply with the special condi- $ 2 was from this conditions not derive at addition in coordination with certain conditions of the bath solution.
In der Bad- und/oder Ergänzungslösung kann das NO3 teilweise oder ganz durch Cl und/oder SO4 ersetzt werden, wobei für I Gewichtsteil NO3 0,57 Gewichtsteile Cl bzw. 0,77 Gewichtsteile SO4 verwendet werden. In die Ergänzung kann ferner das P2O5 teilweise oder ganz in Form von Polyphosphorsäure bzw. Polyphosphat eingeführt werden. Die Mitverwendung von Cl und/ oder SO* erlaubt, manganreichere Lösungen herzustellen, ohne gleichzeitig den Nitratgehalt erhöhen zu müssen, der durch seine spezifische Wirkung die Schichtausbildung, die Phosphatiergeschwindigkeit und die Eisenanreicherung im Bad beeinflußt Die Anwesenheit von PoIy-P2O5 im Ergänzungskonzentrat erlaubt auch bei niedrigeren Werten für freies P2O5 zu Gesamt-PzOs die Herstellung von stabilen Ergänzungskonzentraten mit hohem Festkörpergehalt. In the bath and / or make-up solution, some or all of the NO 3 can be replaced by Cl and / or SO 4 , 0.57 parts by weight of Cl or 0.77 parts by weight of SO4 being used for 1 part by weight of NO 3. The P 2 O 5 can also be partially or wholly introduced into the supplement in the form of polyphosphoric acid or polyphosphate. The use of Cl and / or SO * makes it possible to produce more manganese-rich solutions without having to increase the nitrate content at the same time, which through its specific effect influences the layer formation, the phosphating speed and the iron concentration in the bath. The presence of poly-P 2 O 5 in the supplement concentrate allows the production of stable supplement concentrates with a high solids content even with lower values for free P 2 O 5 to total PzOs.
Die erfindungsgemäßen Badlösungen können zusatzlieh noch weitere Komponenten enthalten. Nickel- und/oder Kobaltionen unterstützen die Schichtausbildung auf schwerer angreifbaren Werkstücken aus z. B. niedrig legiertem Stahl. Ähnlich wirken Einfach- und Komplex-Fluoride. Durch die Mitverwendung von stärkeren Oxydationsmitteln, z. B. Chloraten, Peroxiden, Bromaten, Nitriten, gelingt es, den Eisen(II)-Gehalt zu begrenzen bzw. die Bäder auch bei hohem Durchsatz frei von Eisen(II) zu halten. Die Bäder werden vorzugsweise im Tauchverfahren bei Temperaturen über 6O0C, im allgemeinen zwischen 80° C und dem Kochpunkt eingesetzt.The bath solutions according to the invention can additionally contain further components. Nickel and / or cobalt ions support the layer formation on more difficult to attack workpieces made of, for. B. low alloy steel. Single and complex fluorides have a similar effect. By using stronger oxidizing agents, e.g. B. chlorates, peroxides, bromates, nitrites, it is possible to limit the iron (II) content or to keep the baths free of iron (II) even at high throughput. The baths are preferably used in the dipping process at temperatures above 6O 0 C, generally between 80 ° C and the boiling point.
Die erfindungsgemäßen Ergänzungslösungen können neben den Hauptkomponenten Mn, P2Os, NO3 (bzw. Cl und/oder SO4) in geringen Mengen noch andere Zusätze wie Nickel-, Kobalt-, Alkali-, Calcium-, Ammonium-Kationen bzw. Anionen aus der Gruppe der Einfach- und Komplex-Fluoride sowie spezielle beschleunigend wirkende Substanzen enthalten. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Einhaltung der angegebenen Bereiche für Mn, P2O5, NO3 (bzw. Cl und/oder SO4) und für freies P2O5: Ge-SaITIt-P2O5. In addition to the main components Mn, P 2 Os, NO3 (or Cl and / or SO 4 ), the supplementary solutions according to the invention can also contain small amounts of other additives such as nickel, cobalt, alkali, calcium, ammonium cations or anions the group of single and complex fluorides as well as special accelerating substances. It is essential for the method according to the invention to maintain the specified ranges for Mn, P 2 O 5 , NO3 (or Cl and / or SO 4 ) and for free P 2 O 5 : Ge-SaITIt-P 2 O 5 .
Das freie P2O5 wird wie folgt bestimmt: 10 ml Badlösung werden mit 0,1 n-NaOH bis zum Umschlagspunkt der ersten Dissoziationsstufe der H3PO4 titriert Zur Indizierung dieses Umschlags können Indikatoren wie Dimethylgelb oder Methylorange verwendet werden. Je 1 ml verbrauchter 0,1 n-NaOH entspricht 0,71 g/l freiem P2O5. Der Wert für Gesamt-PÄ kann nach den bekannten Methoden der Phosphatanalyse ermittelt werden, z. B. durch Ausfällen des Phosphats mit Ammoniummolybdat und Wägung des Niederschlags. The free P 2 O 5 is determined as follows: 10 ml of bath solution are titrated with 0.1 N NaOH up to the transition point of the first dissociation stage of H 3 PO 4. Indicators such as dimethyl yellow or methyl orange can be used to indicate this transition. Every 1 ml of 0.1 N NaOH consumed corresponds to 0.71 g / l of free P 2 O 5 . The value for total PA can be determined according to the known methods of phosphate analysis, e.g. B. by precipitating the phosphate with ammonium molybdate and weighing the precipitate.
Die Berechnung des Verhältnisses für freies PA: Gesamt-PÄ kann auch entsprechend den Angaben im Handbuch der Galvanotechnik, Band III von W. D e 11 η e r und J. E1 ζ e, Carl Hanser Verlag München 1969, Seite 90, erfolgen.The calculation of the ratio for free PA: total PA can also be carried out according to the information in the manual of electroplating, Volume III by W. D e 11 η e r and J. E1 ζ e, Carl Hanser Verlag Munich 1969, page 90.
Während des Materialdurchsatzes werden für die Schichtbildung und den ausgefällten Schlamm Phosphatierungschemikalien verbraucht Als Maß für die Badkonzentration dient die Punktzahl. Um die Punktzahl nach einigem Materialdurchsatz wieder auf den Ausgangszustand zu bringen bzw. in dem gewünschten Bereich zu halten, wird das Bad mit einer entsprechenden Menge Ergänzungslösung versetzt und gut vermischt Es empfiehlt sich, die Ergänzung möglichst häufig und in kleinen Portionen vorzunehmen.During the flow of material, phosphating chemicals are used for the film formation and the precipitated sludge Consumed The number of points is used as a measure of the bath concentration. To the score after some material throughput to bring it back to the initial state or in the desired state To keep the area, an appropriate amount of supplement solution is added to the bath and well mixed It is advisable to take the supplement as often as possible and in small portions.
Die Werkstücke werden vor der Phosphatierung durch geeignete Maßnahmen, wie Entfetten in organischen Lösungsmitteln, sauren, neutralen oder alkalischen Reinigern, Abstrahlen mit Sand, Stahlkorn, Korund, Beizen in starken Alkalien unter Zusatz von Komplexbildnern oder in starken Säuren, von ölen, Fetten, Staub, Rost und Zunder befreit Im allgemeinen wird zwischen der Reinigung der Metalloberfläche und der Phosphatierung mit Wasser gründlich gespült Insbesondere nach einer Behandlung mit Alkalien und Säuren werden die Werkstücke in einer wäßrigen Aufschlämmung von feinverteiltem Manganphosphat vorgespült, um bei der anschließenden Phosphatierung die Ausbildung besonders gleichmäßiger, feinkristalliner Schichten zu fördern. Der Effekt ist bei der Phosphatierung in Bädern, die neben Mangan auch Eisen(ll) enthalten, besonders ausgeprägt Manganphosphatvorspülungen, in denen ein größerer Teil des Manganphosphats als Hur6aulith vorliegt und/oder die zusätzlich gelöste kondensierte Phosphate, wie Na4P2O7, Na5P3OiO und dergl. enthalten, werden dabei bevorzugt. Zur Erzeugung der Mangan- bzw. Eisen-Manganphosphat-Schichten werden die Werkstücke i. a. 1 bis 30 min, vorzugsweise durch Eintauchen, mit dem Phosphatierungsbad in Berührung gebracht. Danach wird mit Wasser nachgespült und je nach dem weiteren Verwendungszweck nachbehandelt.Before phosphating, the workpieces are cleaned using suitable measures, such as degreasing in organic solvents, acidic, neutral or alkaline cleaners, blasting with sand, steel grain, corundum, pickling in strong alkalis with the addition of complexing agents or in strong acids, oils, fats, dust , Rust and scale removed In general, between cleaning the metal surface and phosphating, the workpieces are rinsed thoroughly with water. to promote fine crystalline layers. The effect is in the phosphating in baths containing both Mn and Fe (II), particularly pronounced Manganphosphatvorspülungen in which a major proportion of the manganese phosphate is present as Hur6aulith and / or the additionally dissolved condensed phosphates such as Na 4 P 2 O 7, Na 5 P 3 OiO and the like are preferred. To produce the manganese or iron-manganese phosphate layers, the workpieces are brought into contact with the phosphating bath for 1 to 30 minutes, preferably by immersion. Then it is rinsed with water and, depending on the further use, treated.
Die auf den Werkstücken erzeugten Schichten können in an sich bekannter Weise, z. B. als Basis für Lacke und Kunststoffüberzüge, zur Verbesserung der Haftung und Korrosionsbeständigkeit in Verbindung mit Korrosionsschutzölen zur Erhöhung der Rostbeständigkeit und zusammen mit Schmiermitteln zur Erleichterung der spanlosen Verformung und des Gleitens verwendet werden.The layers produced on the workpieces can be used in a manner known per se, for. B. as a basis for Paints and plastic coatings, used to improve adhesion and corrosion resistance with anti-corrosion oils to increase rust resistance and together with lubricants for Facilitation of non-cutting deformation and sliding can be used.
Das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand folgender Beispiele erläutert:The method according to the invention will be explained using the following examples:
Bleche und Getriebeteile aus Stahl wurden in einem stark alkalischen, wäßrigen Reiniger tauchentfettet, anschließend in Wasser gespült und dann in einerSheets and gear parts made of steel were dipped in a strongly alkaline, aqueous cleaner, then rinsed in water and then in a
Lösung mit 2 g/l feindispergiertem Manganphosphat unter Zusatz von 2 g/l Na4P^ bei Raumtemperatur vorgespült. Anschließend wurden die Teile 10 min bei 92 bis 98°C in verschiedenen Manganphosphatlösungen imSolution with 2 g / l finely dispersed manganese phosphate with the addition of 2 g / l Na 4 P ^ at room temperature. Then the parts were 10 minutes at 92 to 98 ° C in various manganese phosphate solutions in
Tauchen phosphatiert, dann gespült und getrocknet Die speziellen Versuchsbedingungen und Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengestelltThe dip phosphated, then rinsed and dried Special test conditions and results are summarized in Table 1
Aus der Tabelle 1 lassen sich folgende Schlüsse ziehen:The following conclusions can be drawn from Table 1:
Bei praktisch gleichem Schichtgewicht betrug für die erfindungsgemäßen Verfahren B und C die angefallene Schlammenge nur 60 bis 75% der Menge, die beim Verfahren A angefallen war, das dem Stand der Technik entspricht Ebenso war der Chemikajienverbrauch bei B und C wesentlich geringer als bei A. Dies beruht z. T. [.darauf, daß die Ergänzungskonzentrate B und C -wesentlich konzentrierter als das Ergänzungskonzentrat A angesetzt werden konnten. Die Gesamtkonzen- 6s tration konnte bei sogar verbesserter Kältebeständigkeit der Konzentrate gegenüber A etwa um den Faktor 15 erhöht werden.For processes B and C according to the invention, the resulting layer weight was practically the same The amount of sludge was only 60 to 75% of the amount that was incurred in process A, that of the prior art The chemical consumption at B was also the same and C much lower than for A. T. [. On the fact that the supplement concentrates B and C -much more concentrated than the supplement concentrate A. The total concentration was able to be achieved with even improved resistance to cold of concentrates can be increased by a factor of 15 compared to A.
Zur Ermittlung des Einflusses der Zusammensetzung der Ergänzungskonzentrate auf die Beständigkeit gegen Kristallisation wurde eine Vielzahl von Lösungen angesetzt und dem Kältetest unterworfen. Lösungen, die nur H2O, P2O5, Mn und NO3 enthalten, sollen hier als Beispiel für die Beeinflussung der Kältebeständigkeit durch die Gewichtsverhältnisse der Lösungskomponenten dienen. In der Tabelle 2 sind Beispiele für Lösungen angegeben, die bis 0°C keine Auskristallisation von Manganphosphat oder anderen Bodenkörpern zeigen. Aus der Tabelle geht deutlich hervor, daß mitTo determine the influence of the composition of the supplement concentrates on the resistance to A variety of solutions were made up for crystallization and subjected to the cold test. Solutions, which only contain H2O, P2O5, Mn and NO3 should be used here as Example of the influence of the weight ratios of the solution components on resistance to cold to serve. Table 2 shows examples of solutions indicated, which show no crystallization of manganese phosphate or other sediments up to 0 ° C. The table clearly shows that with
zunehmendem Verhältnis freies P2O5: Gesamt-PjOs bzw. fallendem Verhältnis Mn : P2Oj die Stabilität der Konzentrate gegen Auskristallisation wächst. Gegenüber den bislang praktisch angewendeten Ergänzungs-Tabelle konzentraten mit freiem P2O5: Gesamt-PÄ von etwa 0,23 bis 0,30 lassen sich die erfindungsgemäßen Konzentrate etwa um den Faktor 1,25 bis 1,75 konzentrierter ansetzen.increasing ratio of free P2O5: total PjOs or decreasing ratio Mn: P 2 Oj, the stability of the concentrates against crystallization increases. Compared to the supplementary table concentrates with free P2O5: total PÄ of about 0.23 to 0.30, which has been practically used up to now, the concentrates according to the invention can be made more concentrated by a factor of about 1.25 to 1.75.
Gesamt- Gewichtsverhältnisse Mn : P2O5: NOi und Freies-PiOs: Gesamt-PzOs für Konzentrate, die bis 0°C kältestabil sind konzentration Mn + P2O5 + NO3Total weight ratios Mn: P2O5: NOi and free PiOs: total PzOs for concentrates that are stable at low temperatures down to 0 ° C concentration Mn + P2O5 + NO3
03 :1 :0; 0,24 :1 :0;03: 1: 0; 0.24: 1: 0;
0,25:1 038:10.25: 1 038: 1
032:1 :0,l 0,27:1 :0,l032: 1: 0, l 0.27: 1: 0, l
0,29 :1 0,48 : 1 :0,5; 0,33 : 10.29: 1 0.48: 1: 0.5; 0.33: 1
0,40 :1 0,44:1:0,5; 0,45 :10.40: 1 0.44: 1: 0.5; 0.45: 1
0,66:1:0,9; 0,33:1 0,62 :1 :0.9; 0,44 :10.66: 1: 0.9; 0.33: 1 0.62: 1: 0.9; 0.44: 1
0,17:1:0; 0,57:10.17: 1: 0; 0.57: 1
[öTiTiTör 0,73Tf[ÖTiTiTör 0.73Tf
■0.07:1:0; 0,80:1■ 0.07: 1: 0; 0.80: 1
L0J0IlLl0J. 0A5:'L 0 J 0 IlLl 0 J. 0 A 5: '
0,21 :1 :0,10.21: 1: 0.1
0,11:1 :0,l 0,09:1 :0,l0.11: 1: 0, l 0.09: 1: 0, l
0,57 : 1 038 :1 :0,5; 0,58 :10.57: 1038: 1: 0.5; 0.58: 1
"Ö73Vi "Ö33ϊ'ΊΤο'δΓ"0.73ΪΓ"Ö73Vi" Ö33ϊ'ΊΤο'δΓ "0.73ΪΓ
0,82 :1 0,27 :1 :0,5; 0.86 :10.82: 1 0.27: 1: 0.5; 0.86: 1
0,88 :1 0,22 :1 ^0,5;1,00 :10.88: 1 0.22: 1 ^ 0.5; 1.00: 1
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