DE3108484A1 - Verfahren zur herstellung von phosphatueberzuegen auf metalloberflaechen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von phosphatueberzuegen auf metalloberflaechenInfo
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Description
METALLGESELLSCHA^T*··' *··'*··* *··' ·:· 4. März 198.1
Aktiengesellschaft , % >
DROZ/LWÜ
6000 Frankfurt/M.
Prov. Nr. 8502 M
Verfahren zur Herstellung von Phosphatüberzügen auf Metalloberflächen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Phosphatüberzügen auf Metalloberflächen, insbesondere Eisen
und Stahl, bei 35 bis 98°C im Tauch- oder Flutverfahren mit einer als Beschleuniger Chlorat und gegebenenfalls Nitrat enthaltenden
wäßrigen, sauren Zinkphosphatlösung, die mindestens 6 g/l Zink, mindestens 5 g/l ^2 0S' mindestens 1,0 g/l Beschleuniger
(berechnet als ClO.,) enthält, eine Gesamtsäurepunktzahl
von mindestens 20 aufweist und in der das Gewichtsverhältnis von freiem P2 0S : Gesamt-P^O,. = (0,2 bis 0,6) : 1 beträgt.
Es ist bekannt, zum Aufbringen von Phosphatüberzügen auf Metalloberflächen im Tauch- oder Flutverfahren wäßrige saure
Zinkphosphatlösungen, die Chlorat als Beschleuniger und zusätzlich Nitrat enthalten, zu verwenden. Bei chlorathaltigen
Zinkphosphatlösungen wird üblicherweise ein Gewichtsverhältnis von P3O5 : Zn im Bereich von etwa 1 : (0,2 bis 0,7) eingehalten
(vgl. z.B. DE-OS 21 06 626). Es ist auch bekannt, in derartigen Lösungen zusätzlich Kalziumionen mitzuverwenden,
um die Phosphatschicht zu verfeinern (vgl. z.B. DE-PS 10 96 152).
Die Behandlungszeit bis zur Ausbildung einer geschlossenen
Phosphatschicht auf den Metalloberflächen wird hierdurch jedoch verlängert.
Insbesondere für die Vorbereitung von Werkstücken für eine anschließende
Kaltumformung sind die auf diese Weise erhaltenen Schichten wegen ihrer zu geringen Dicke nicht immer zufriedenstellend.
%jt — · · ·
Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden Lösungen zur Herstellung
von Phosphatüberzügen auf Metalloberflächen, insbesondere Eisen und Stahl, bekannt, die bei 35 bis 98°C im Tauch- oder
Flutverfahren angewendet werden und saures Zinkphosphat, ChIorat und Nitrat mit einem Gewichtsverhältnis von P2 0S : Zn =
1 : (0,8 bis 4,0) enthalten (DE-OS 25 40 685). Bei Einsatz derartiger Phosphatxerungsbader wird eine Phosphatschicht mit
einer Kristallstruktur erhalten, die etwas weicher als üblich ist, wodurch die Aufnahmefähigkeit der Schicht für Schmiermittel,
zum Beispiel bei der nachfolgenden Behandlung der phosphatierten Werkstücke in einer wäßrigen Seifenlösung, erhöht
wird.
Besonders gute Ergebnisse wurden erhalten, wenn ein Phosphatierungsbad
zum Einsatz kam, das mindestens 6 g/l Zink, mindestens 5 g/l P2°5' roindestens 1 g/l ClO3 und mindestens
8 g/l NO- enthielt, eine Gesamtsäurepunktzahl von· 20 bis 80 aufwies und in dem das Gewichtsverhältnis von P?O,- : Zn :
NO3 : ClO3 = 1 : (1,5 bis 4,0) : (2,0 bis 6,0) : (0,03 bis
2,0) sowie von freiem P2 0S : Gesamt~P2°5 = (0/2 bis 0,6) : 1
betrug und das Bad ergänzt wurde mit einem Gewichtsverhältnis von P3O5 : Zn : NO3 : ClO3 = 1 : (0,40 bis 0,80) : (0,10 bis
0,60) : (0,15 bis 0,60) sowie von freiem P2 0C : Gesamt-P^O,- =
(0,20 bis 0,70) : 1.
Obgleich das zuletzt genannte Verfahren erhebliche Vorzüge aufweist, werden gelegentlich - insbesondere hinsichtlich
Dicke und Verwachsung der Phosphatschicht - Anforderungen gestellt, die auch dieses Verfahren nicht erfüllen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten, insbesondere das vorstehend genannte Verfahren weiter zu verbessern, so daß
dessen Anwendung zu Phosphatschichten führt, die insbesondere hinsichtlich ihrer Dicke und Verwachsung höchsten Anforderungen
genügen.
* m * 1
Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet
wird, daß man die Metalloberflächen mit einem Phosphatierungsbad in Berührung bringt, in dem das Gewichtsverhältnis
von P2O5 : Zn : ClO3 = 1 : (0,5 bis 4,0) : (0,01 bis 1,0)
beträgt und das zusätzlich 1 bis 50 g/l Sulfationen enthält.
überraschenderweise bewirkt der Zusatz von Sulfationon innerhalb
des speziellen Phosphatierungsverfahrens eine beträchtliehe
Schichtverdickung, die in der Größenordnung von etwa 50 % liegen kann. Zudem wird eine optimale, nicht vorher-.
sehbare Verankerung der Phosphatschicht auf der Metalloberfläche festgestellt.
Innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens können Phosphatierungsbäder
zum Einsatz kommen, die als Beschleuniger lediglich Chlorat enthalten. In diesem Fall muß dessen' Gehalt mindestens
1,0 g/l (berechnet als ClO3) betragen. Enthält das
Phosphatierungsbad zusätzlich Nitrationen, dann muß die Summe an Chlorat- und Nitrationen mindestens 1,0 g/l sein. Hierbei
wird der Nitratgehalt als Oxidationsäquivalent bezogen auf Chlorat ermittelt.
Vorzugsweise wird mit einem Phosphatierungsbad gearbeitet, das bis 5 g/l Chlorat, insbesondere 0,2 bis 2 g/l Chlorat, enthält.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die Metalloberflächen mit einem Phosphatierungsbad in
Berührung zu bringen, das 5 bis 20 g/l Sulfationen enthält. Hierdurch wird im allgemeinen der schichtverdickende Effekt
und die hervorragende Verankerung der Phosphatschicht in ausreichendem Maße erzielt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, die Metalloberflächen mit einem
Phosphatierungsbad in Berührung zu bringen, in dem das Gewichtsverhältnis von P2O5 : NO3 = 1 : (0,2 bis 6) beträgt.
Zum Anaatz und zur Ergänzung des bei der erfindungsgemäßen
Arbeitsweise angewendeten Phosphatierungsbades werden zweckmäßig Konzentrate benutzt. Es ist von Vorteil, diese so zu
konzipieren, daß sie - vom Sulfatanteil abgesehen - möglichst alle benötigten Komponenten enthalten. Es empfiehlt sich, das
Sulfat separat zuzugeben.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht daher darin, die Metalloberflächen mit einem Phosphatierungsbad
in Berührung zu bringen, das entsprechend einem Gewichtsverhältnis
von P2 0S : Zn : N03 : C1O3 = λ '■ <0'36 bis 0^80) '· (0,10
bis 0,60) : (0,15 bis 0,60) sowie von freiem P2Oc : Gesamt-P2O
= (0,20 bis 0,70) : 1 ergänzt wird.
Falls erwünscht, können im Phosphatierungsbad auch weitere übliche Zusätze, wie z.B. Kupfer, Nickel, Cobalt oder auch
einfaches und komplexes Fluorid, verwendet werden. Hinsichtlich Fluoridzusatz ist bei Ca-haltigen Bädern jedoch darauf
zu achten, daß das Loslichkeitsprodukt von CaF- nicht überschritten
werden darf.
Vorzugsweise sollte das Phosphatierungsbad 5 bis 1000 mg/1 Ni- und/oder 1 bis 50 mg/1 Cu-Ionen enthalten.
Die zn behandelnden Werkstücke müssen rost- und zunderfrei
sein. Ein möglicher Behandlungsgang ist zum Beispiel: Entfetten mit organischen Lösungsmitteln oder alkalischen Reinigern
(letzterenfalls wird anschließend mit Wasser gespült), Beizen
in Mineralsäuren, wie z.B. HCl oder H2SO., zur Entfernung von
Zunder und Rost, Spülen mit kaltem Wasser.
Die Werkstücke können dann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Temperaturen zwischen 35 und 98 C und einer Badpunktezahl
von mindestens 20 5 bis 15 Minuten im Tauchen oder Fluten behandelt werden. Zur Aufrechterhaltung der Badpunktezahl wird
das Phosphatierungsbad mit dem genannten Ergänzungskonzentrat ergänzt.
Ή"
Vor der phosphatierenden Behandlung kann die Oberfläche der Werkstücke durch eine Vorspülung mit heißem Wasser oder mit
aktivierenden Titanorthophosphatdispersionen aktiviert werden. Nach der Phosphatierung werden die Werkstücke mit kaltem
Wasser gespült und können anschließend mit passivierenden Nachspüllösungen oder bei Kaltumformteilen mit Schmiermitteln
und gegebenenfalls Schmiermittelträgersalzen, wie Borax oder
Kalk, nachbehandelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich insbesondere als Vorbereitung
für die spanlose Kaltumformung bewährt. Es ist jedoch auch mit Vorteil auf den übrigen Anwendungsgebieten der Phosphatierung,
z.B. Korrosionsschutz, Erleichterung der gleitenden Reibung, einzusetzen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele beispielsweise und näher erläutert.
Beispiele
20
20
Stahlbleche der Qualität U St 1305 m wurden wir folgt behandelt:
- Entfetten mittels Perchloräthylendampf
- Beizen in 20%iger H3SO4 bei 6O0C 5 min
· - Spülen mit kaltem Wasser
- Phosphatieren im Tauchen in Bad A bzw. B bzw. C bei 65°C und einer Behandlungszeit von 10 min
- Spülen mit kaltem Wasser
- Trocknen mittels Preßluft
30
30
Die Phosphatierungsbader hatten folgende Zusammensetzung:
3108A84
Bad A Bad B Bad C
Zn (g/1) | 11,0 | 50 | 17,9 | 11,0 |
P5O1. (g/1) | 18,1 | 9,0 | 14,9 | 18,1 |
NO3 (g/1) | 10,6 | 6,7 | 8,6 | 8,6 |
Ni (g/1) | 0,02 | 0,02 | 0,02 | |
ClO3 (g/1) | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |
SO4 (g/1) | - | 13,0 | 13,0 | |
Gesamt-Säure (Punkte) | 53 | 52 | ||
Freie Säure (Punkte) | 7,6 | 9,4 | ||
2 Schichtgewicht (g/m ) |
11,0 | 10,0 |
Bad A war sulfatfrei und diente als Vergleich.
In den Bädern B bzw. C waren die Sulfationen über ZnSO. · 7H„O
bzw. Na2SO. eingebracht worden.
Wie ein Vergleich der Schichtgewichte zeigt, sind die unter Verwendung von Sulfationen enthaltenden Bädern erzeugten Phosphatschichten
von erheblich höherer Dicke.
Bei der Phosphatierung von Kaltstauchdraht für die Kaltmassivumformung
auf Mehrstufenpressen für die Schraubenfertigung wurde festgestellt, daß mit dem Bad A behandelter Draht an den
stark beanspruchten Stellen metallisch blanke Stellen auftraten, daß also die Phosphatschicht komplett entfernt worden war.
Demgegenüber lieferten die mit den Bädern B und C behandelten Kaltstauchdrähte auch nach kompletter Verformung Schrauben, die
noch an allen Stellen mit schließenden, einwandfreien, fest verankerten Phosphatschichten versehen waren.
Claims (6)
- PatentansprücheVerfahren zur Herstellung von Phosphatüberzügen auf Metalloberflächen, insbesondere Eisen und Stahl, bei 35 bis 98°C im Tauch- oder Flutverfahren mit einer als Beschleuniger Chlorat und gegebenenfalls Nitrat enthaltenden wäßrigen, sauren Zinkphosphatlösung, die mindestens 6 g/l Zink, mindestens 5 g/l P2°5' mindestens 1,0 g/l Beschleuniger (berechnet als ClO3) enthält:, eine GG3amtsäurc2punktznhl von mindestens 20 aufweist und in der das Gewichtsverhältnis von freiem P2 O 5 : Gesamt-P2O = (0,2 bis 0,6) : 1 beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit einem Phosphatierungsbad in Berührung bringt, in dem das Gewichtsverhältnis von Ρ2°ς : Zn : cl03 = -1- : ^0'^ k'is 4,0) :(0,01 bis 1,0) beträgt und das zusätzlich 1 bis 50 g/l Sulfationen enthält. '
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit einem Phosphatierungsbad in Berührung bringt, in dem der Chloratgehalt bis 5 g/l, vorzugsweise 0,2 bis 2 g/l (berechnet als ClO.,), beträgt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit einem Phosphatierungsbad in Berührung bringt, das 5 bis 20 g/l Sulfationen enthält.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit einem Phosphatierungsbad in Berührung bringt, in dem das Gewichtsverhältnis von ^2 0S : N03 = ^ '' ^0'2 bis 6^ beträgt.·
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit einem Phosphatierungsbad in Berührung bringt, das entsprechend einem Gewichtsverhältnis von P2O5 : Zn : NO3 : ClO3 « l:(0,3f. hin U #U0) : (0,10 bis 0,60) : (0,15 bis 0,60) sowie von freiem P2 0S : Ge P9O1. - (0,20 bis 0,70) : 1 ergänzt wird.310848Λ
- 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit einem Phosphatierungsbad in Berührung bringt, das 5 bis 1000 mg/1 Ni- und/oder 1 bis 50 mg/1 Cu-Ionen enthält.-1K
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