DE3315019A1 - Verfahren zum korrosionsschutz von metallen - Google Patents
Verfahren zum korrosionsschutz von metallenInfo
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Description
METALLGESELLSCHA-FT-"A-G" "--" ■ "·■' 21. April 1983
Reuterweg 14 J DROZ/USCHW (1178P)
6000 Frankfurt/Main 1
Pro ν. Nr. 9010 M
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrosionsschutz von Metallen, insbesondere von Eisen und Stahl, durch Aufbringen
einer Phosphatschicht und Imprägnieren der Phosphatschicht mit organischem Kunstharz.
Es ist bekannt, auf Metalloberflächen Schutzüberzüge aufzubringen,
um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Hierzu werden üblicherweise die Metalloberflächen mit Lösungen
in Berührung gebracht, die einen Phosphatüberzug ausbilden.
Die Erzeugung der Phosphatüberzüge geschieht im allgemeinen nach dem Verfahrensschema
Reinigung,
Wasserspülung,
Bildung des Phosphatüberzuges,
Wasserspülung.
Zur weiteren Verbesserung des so erhaltenen Phosphatüberzuges
ist es üblich, eine Behandlung mit einer Nachbehandlungslösung anzuschließen. Neben der Nachspülung mit Lösungen
auf Chromatbasi.s ist es zur Nachbehandlung von
Phosphatüberzügen bekannt, eine nicht zusammenhängende Dichtungsschicht eines hydrophobmachenden Mittels, z.B.
unter Verwendung organischer Stoffe, etwa auf Basis PoIyisocyanat
modifizierter Harzkondensationsprodukte (DE-AS 11 47 820) zu erzeugen bzw. mit trochnenden ölen
oder niedrigviskosen Lacken abzudichten (H. Fortmann "Nachbehandlungsverfahren phosphatierter Eisenteile",
Metallwaren-Industrie und Galvanotechnik MSV Nr. 6 (1943), Seite 229). Diese Mittel konnten sich jedoch gegenüber den
chromhaltigen Nachbehandlungslösungen aus Gründen niederer Qualität nicht durchsetzen. Zudem führten zahlreiche
dieser Mittel nicht zu brauchbaren Ergebnissen.
Weiterhin ist es bekannt, chemisch aufgebrachte Umwandlungsüberzüge,
insbesondere Phosphatüberzüge, auf Metallen mittels Lösungen nachzubehandeln, die eine Poly-4-vinylphenolverbindung
der Formel
C-CH-CH2-)n enthält. Hierbei sind
η eine Zahl zwischen 5 und 100, χ unabhängig voneinander Wasserstoff und/oder
CRRjOH-Gruppen mit R und R1= Wasserstoff,
aliphatischem und/oder aromatischem Rest mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen (DE-OS 31 46 265).
Der pH-Wert der zum Einsatz kommenden Lösung liegt üblicherweise im alkalischen Bereich, was bei der Behandlung
von mit Umwandlungsüberzügen versehenen Metalloberflächen
gegebenenfalls mit dem Nachteil einer teilweisen Schichtablösung
verbunden sein kann.
Schließlich ist es auch bekannt, Phosphatschichten zunächst
mit Cr-(VI)haltigen Lösungen nachzuspülen, ein Vorgang der üblicherweise zum Phosphatierprozeß gerechnet
wird, und dann mit anorganischen Verbindungen, ölen, Wachsen oder Lacken nachzubehandeln (W. Rausch, "Die ihosphatierung
von Metallen" Eugen G. Leuze Verlag, Saalgau Württ. 1974, Seite 120). Obgleich diese Behandlungen einen
Korrosionsschutz verleihen, der bis an den Schutzwert von verzinkten, chromatierten Oberflächen heranreicht, sind
sie bei höheren Beanspruchungen nicht mehr zufriedenstellend.
Nachteilig ist auch, daß diese Art imprägnierung häufig flüssige, weiche bis halbharte Filme von nur geringer
Abriebbeständigkeit liefert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen,
das die Nachteile der bekannten Verfahren nicht aufweist und Oberflächen mit ausgezeichnetem Korrosionsschutz
.sowie hoher Abriebbestandigkeit liefert.
Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet
wird, daß man auf der Metalloberfläche zunächst eine Phosphatschicht mit einem Flächengewicht von minde-
2
stens 8 g/m erzeugt und mittels einer wäßrigen Lösung oder Dispersion eines kationischen Kunstharzes stromlos
stens 8 g/m erzeugt und mittels einer wäßrigen Lösung oder Dispersion eines kationischen Kunstharzes stromlos
2
mindestens 8 g/m Kunstharz aufbringt und einbrennt.
mindestens 8 g/m Kunstharz aufbringt und einbrennt.
überraschenderweise führt gerade die Kunstharzbeschichtung
derartig dicker Phosphatschichten zu Erzeugnissen mit sehr hohen Korrosionsschutzwerten, was im Gegensatz zu der
herrschenden Meinung steht, daß mit Kunstharz zu behandelnde Phosphatschichten dünn sein sollen (vgl. z.B. W.
Rausch "Die Phosphatierung von Metallen" Eugen G. Leuze Verlag, Saalgau Württ. 1974, Seite 142).
6 -■ '-■
■-* -"-"·■" 3315018
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver-
fahrens sieht vor, maximal 40 g/m Kunstharz aufzubringen. Höhere Auftragsgewichte liefern praktisch keinen zusätzlichen
Korrosionsschutz mehr.
Zur Erzeugung der Phosphatschichten werden an sich bekannte Phosphatierverfahren mit Zink, Zink + Eisen, Mangan,
Mangan + Zink, Mangan + Eisen, Mangan + Zink + Eisen, Zink + Calcium und Zink + Calcium + Eisen als schichtbildende
Kationen verwendet.
Zur Modifizierung der Schichtbildung können im Phosphatierbad
noch weitere Kationen, z.B. Ni, Cu, Mg, Alkali, Ammonium, zugegen sein. Bei den nicht beschleunigten Langzeitphosphatierverfahren
ist Phosphat das einzige Anion in der sauren, wäßrigen Phosphatierlösung. Zur Beschleunigung
der Schichtbildung und zur Einstellung der erforderlichen Azidität sind in den Bädern häufig noch weitere Anionen,
z.B. Nitrat, Nitrit, Chlorid, Sulfat, Chlorat, Fluorid, komplexes Fluorid, Zitrat, anwesend.
Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbesondere
die Phosphatierbäder, in denen mindestens ein erheblicher Anteil des während der Schichtbildung abgebeizten
Eisens als zweiwertiges Eisen in Lösung bleibt.
Die Konzentration der Phosphatierbäder wird vorzugsweise zwischen 20 und 120 Punkten gewählt. Die Anwendungstemperatur liegt meist im Bereich von 40 bis 98 0C. Zur
Schichtbildung wird das Tauchverfahren vorgezogen, weil es in einfacherer Weise als das Spritzverfahren die Einhaltung
der in der Erfindung geforderten Schichtgewichtsgrenze erlaubt. Die Phosphatierzeiten betragen üblicherweise
4 bis 30 min.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren zur imprägnierung benutzten
kationischen Kunstharze können mit organischen Säuren oder Phosphorsäure teilweise oder voll neutralisiert
in dem wäßrigen Medium als Emulsion, Dispersion und/ oder kolloidale Lösung vorliegen. Der Festkörpergehalt beträgt
vorzugsweise 5 bis 25 Gew.%.
Die kationischen Kunstharze werden aus der Gruppe der Polykondensation^- und Polymerisationsharze ausgewählt und
erhalten ihre kationische Funktion z.B. durch basische Stickstoff-enthaltende Gruppen, die nach Zugabe von Säure
im wäßrigen Medium Kationen bilden. Kationische Acrylatharze sind beispielsweise durch Einpolymerisation von N,
N-Dimethylaminoäthylmethacrylat erhältlich. Ferner lassen
sich kationische Harze durch Umsetzung von Mannich-Basen des Bisphenols A mit Epoxidharzen herstellen. Besonders
gut sind modifizierte Epoxidharze für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, die durch Addition eines Amins säurelöslich
gemacht wurden und bei denen durch Addition eines halbseitig verkappten Diisocyanats während des Einbrennens
eine Vernetzung ermöglicht ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, das kationische Kunstharz aus einer wäßrigen Lösung oder Dispersion aufzubringen,
die zusätzlich aus der Lack- und Farbformulierung bekannten
Zusätze und Modifizierungsmittel, wie Färb-, Füll- und
Korrosionsschutzpigmente, lösliche Korrosionsinhibitoren, organische Lösungsmittel und/oder Additive für einen verbesserten
Filmverlauf sowie zur Unterstützung des Vernetzungsvorganges beim Einbrennen, enthalten.
Für das erfindungsgemäße Verfahren sind u.a. auch die
Lackformulierungen geeignet, die für die kathodische Elektrotauchlackierung von Metallen Verwendung finden. Im Rahmen
der Erfindung werden sie mit Erfolg als kationisches Kunstharz enthaltendes wäßriges Medium ohne Anwendung
elektrischen Stromes eingesetzt.
Die Aufbringung des organischen imprägnierfilms erfolgt
durch Benetzung der phosphatieren Oberfläche mit der das kationische Kunstharz enthaltenden wäßrigen Lösung oder
Dispersion. Die Benetzung kann durch Aufspritzen, übergießen, Eintauchen und gegebenenfalls anschließendes Abschleudern
von überschüssiger Flüssigkeit durchgeführt werden.
Um zu vermeiden, daß nach einmaliger Benetzung Fehlstellen im organischen Film zurückbleiben bzw. wenn hohe Auflagegewichte
beabsichtigt sind, sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, das kationische
Kunstharz durch mindestens zweimaliges Benetzen mit kurzzeitigem Zwischentrocknen und abschließendem Einbrennen
aufzubringen.
Die Zwischentrocknung sollte soweit geführt werden, bis der Film eine ausreichende mechanische Festigkeit erreicht
hat.
Das den Auftrag des kationischen Kunstharzes abschließende Einbrennen erfolgt üblichrweise bei Objekttemperaturen
zwischen 160 und 200 0C und Haltezeiten von 5 bis 30 min.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, zur weiteren Verbesserung des Korrosionsschutzes die
Phosphatschicht vor dem Aufbringen des kationischen Kunstharzes mit an sich bekannten Cr(Vl)-haltigen wäßrigen
Passiviermitteln nachzubehandeln. Sie können auf Basis von Chromsäure, Chromchromat, Alkalidichromat und dergleichen
formuliert sein.
Eine Nachbehandlung im Anschluß an das Einbrennen des kationischen
Kunstharzes mit einem Korrosionsschutzöl stellt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung
dar. Hierdurch wird der Korrosionsschutz häufig weiter heraufgesetzt und der Oberfläche, insbesondere nach Behandlung
als Schüttgut, ein ansprechendes gleichmäßig glänzendes Aussehen vermittelt. Eine anschließende Lackierung
ist nicht vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere
zum hochwertigen Korrosionsschutz von Massenteilen aus dem funktioneilen Bereich. Typische Werkstücke sind Schrauben,
Muttern, Unterlegscheiben, Federn, Befestigungselemente, Bremsteile und dergleichen. Der Schutzwert der nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Schichten liegt meist deutlich über dem von chromatierten, elektrolytisch
erzeugten Zink- und Cadmiumschichten.
Ein für das erfindungsgemäße Verfahren typischer Verfahrensgang
umfaßt beispielsweise folgende Arbeitsstufen:
1. Entfettung: Stark alkalischer, wäßriger Tauchreiniger; wäßriger Spritzreiniger, organische Lösungsmittel;
2. Spülung mit Wasser;
3. Entrostung und Entzunderung: Wäßrige Salzsäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure,· gegebenenfalls auch
Strahlen oder Schleifen;
4. Spülung mit Wasser;
5. Vorspülung: Warmwasser, gegebenenfalls unter Zusatz
von Aktivierungsmittel;
6. Phosphatierung;
7. Spülung mit Wasser;
8. Passivierende Nachspülung: Chrom(VI)-Chroin( III)-haltiges,
wäßriges Nachspülmittel;
9. Trocknung (falls gewünscht);
10. Imprägnierung mit kationischem Kunstharz: Pigmentierte Lösung/Emulsion eines kationischen, modifizierten
Kunstharzes; Festkörpergehalt: 25 %; 25 0C; 1 min Tauchen, danach Antrocknen an der Luft; noch
einmal 1 min Tauchen;
11. Aushärtung des Imprägnierungsfilms: 20 min Einbrennen
bei 185 0C Objekttemperatur.
Die unter 1. genannte Entfettung bzw. die Entrostung und Entzunderung gemäß 3. können entfallen, wenn die zu behandelnden
Teile fettfrei bzw. rost- oder zunderfrei sind.
Nach vorstehendem Arbeitsgang behandelte Stahlteile zeigen erst nach 800 bis 1000 Std. Salzsprühtest SS DIN 50021 beginnende
Rostbildung. Wenn anstelle der kationischen imprägnierung Rostschutzöle bzw. Rostschutzwachse auf die
genannten Phosphatschichten aufgebracht werden, ist erste Rostbildung je nach verwendetem Rostschutzmittel nach 80
bis 500 Std. zu beobachten.
Claims (6)
1. Verfahren zum Korrosionsschutz von Metallen, insbesondere von Eisen und Stahl, durch Aufbringen einer Phosphatschicht
und Imprägnieren der Phosphatschicht mit organischem Kunstharz, dadurch gekennzeichnet, daß man
auf der Metalloberfläche zunächst eine Phosphatschicht
mit einem Flächengewicht von mindestens 8 g/m erzeugt und mittels einer wäßrigen Lösung oder Dispersion
eines kationischen Kunstharzes stromlos minde-
2
stens 8 g/m Kunstharz aufbringt und einbrennt.
stens 8 g/m Kunstharz aufbringt und einbrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man max
brennt.
brennt.
man maximal 40 g/m Kunstharz aufbringt und ein-
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man das kationische Kunstharz aus einer wäßrigen Lösung oder Dispersion aufbringt, die zusätzlich
aus der Lack- und Farbformulierung bekannte Zusätze und Modifizierungsmittel, wie Färb-, Füll- und/-
oder Korrosionsschutzpigmente, lösliche Korrosionsinhibitoren, organische Lösungsmittel und/oder Additive
für einen verbesserten Filmverlauf sowie zur Unterstützung des Vernetzungsvorganges beim Einbrennen enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man das kationische Kunstharz
durch mindestens zweimaliges Benetzen mit kurzzeitigem Zwischentrocknen und abschließendem Einbrennen aufbringt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Phosphatschicht
vor dem Aufbringen des kationischen Kunstharzes mit einem Cr-(VI)haltigen wäßrigen Passiviermittel
behandelt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man im Anschluß an das Einbrennen des kationischen Kunstharzes eine
Nachbehandlung mit Korrosionsschutzöl durchführt.
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