DE3635343A1 - Verfahren zur erzeugung von phosphatueberzuegen - Google Patents
Verfahren zur erzeugung von phosphatueberzuegenInfo
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- C23C22/78—Pretreatment of the material to be coated
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von
Phosphatüberzügen auf Verbundteilen aus Stahl und
verzinktem Stahl durch alkalisches Reinigen, Spülen mit
wäßrigem Spülbad und Zinkphosphatierung sowie dessen
Anwendung zur Vorbereitung dieser Verbundteile für die
anschließende Lackierung, insbesondere
Elektrotauchlackierung.
Es ist heute allgemein üblich, Verbundteile aus Stahl und
verzinktem Stahl, z. B. Autokarosserien, vor der
Elektrotauchlackierung mit einem Zinkphosphatierverfahren
zu behandeln, wobei nacheinander die folgenden
Behandlungsstufen im Spritz-, Spritztauch- oder
Tauchverfahren durchlaufen werden:
- - ein- oder mehrstufige alkalische Reinigung,
- - ein- oder mehrstufige Spülung mit Wasser,
- - Aktivierung mit einer wäßrigen Titanphosphat- Suspension (falls erforderlich),
- - Zinkphosphatierung,
- - ein- oder mehrstufige Spülung mit Wasser,
- - meist eine passivierende Nachspülung,
- - Spülung mit vollentsalztem Wasser.
Bisweilen treten bei Anwendung dieses Arbeitsganges jedoch
Schwierigkeiten auf, die sich in der Ausbildung
ungleichmäßig gefärbter und unterschiedlicher dicker
Phosphatschichten äußern. Auf dem verzinkten Stahl können
zusätzlich punktförmige oder auch flächige weißliche
Kristallausblühungen (Stippen) auftreten.
Phosphatschichten mit den beschriebenen Eigenschaften
können die Abscheidung gleichmäßiger
Elektrotauchlackschichten empfindlich stören. Eine
genauere Analyse dieser Phänomene ergab, daß sie verstärkt
auftreten, wenn die Spülzeiten zwischen alkalischer
Reinigung und Zinkphosphatierung übermäßig lang sind
und/oder die Spülwässer durch Chlorid und/oder Sulfat
verunreinigt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur
Erzeugung von Phosphatüberzügen auf Verbundteilen aus
Stahl und verzinktem Stahl bereitzustellen, bei dessen
Anwendung die vorgenannten Nachteile nicht auftreten und
das dennoch verfahrensmäßig einfach und ohne wesentlichen
zusätzlichen Kostenaufwand durchführbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs
genannten Art entsprechend der Erfindung derart
ausgestaltet wird, daß man die gereinigten Verbundteile
mit Spülbad spült, das mindestens 0,2 g/l Alkaliborat,
mindestens 0,1 g/l Alkalisilikat und mindestens 0,05 g/l
Alkalinitrit enthält.
Unter dem Begriff Stahl wird un- bis niedriglegierter
Stahl verstanden, wie er z. B. in Form von Blechen für den
Karosseriebau Verwendung findet. Der Begriff verzinkter
Stahl umfaßt z. B. Verzinkungen auf elektrolytischem und
auf dem Schmelztauchwege und bezieht sich auf Zink und
Zinklegierungen, z. B. ZnNi, ZnFe, ZnAl.
Der Verfahrensschritt der alkalischen Reinigung, der ein-
oder mehrstufig sein kann, erfolgt mit wäßrigen
alkalischen, tensidhaltigen Lösungen und hat das Ziel, die
Metalloberflächen von Öl, Fett und Schmutz mindestens so
weit zu befreien, wie es für eine anschließende,
einwandfreie Phosphatierung erforderlich ist.
Als Komponenten für das anorganische Gerüst des
alkalischen Reinigers können u. a. Di- und
Trinatriumphosphat, kondensierte Alkaliphosphate,
Alkalisilikate, Alkalicarbonate, Alkaliborate und
Alkalihydroxide verwendet werden. Komplexbildner, wie
Ethylendiamintetraessigsäure, Nitrilotriessigsäure,
Polyhydroxycarbonsäure und Phosphonate, dienen dazu,
Ausfällungen zu vermeiden und die Reinigungsleistung zu
steigern. Durch Zusatz von Titanphosphat kann dem Reiniger
eine die nachfolgende Zinkphosphatierung aktivierende
Wirkung verliehen werden. Die Tenside werden üblicherweise
aus der Gruppe der nichtionogenen und anionaktiven
Produkte ausgewählt. Der pH-Wert der Lösungen liegt meist
im Bereich von 9 bis 12, vorzugsweise zwischen 9,5 und
11,5.
Die Konzentration der Reinigungsbäder beträgt z. B. bis
40 g/l. Die Anwendung kann im Tauchen und/oder Spritzen
bei Temperaturen zwischen 30 und 95°C erfolgen.
Die im Rahmen der Erfindung eingesetzten
Zinkphosphatierverfahren arbeiten mit wäßrigen
Behandlungslösungen, die 0,4 bis 1,7 g/l Zn enthalten und
in denen das Gewichtsverhältnis von Zn : P₂O₅ auf etwa
1 : (6 bis 60) eingestellt ist und gehalten wird.
Die Phosphatierbäder können zusätzlich ein oder mehrere
weitere zweiwertige Kationen enthalten. Hierzu zählen
vorzugsweise Ni, Mn, Mg und Ca. Sie werden üblicherweise
in Konzentrationen von 0,1 bis 2 g/l zugesetzt, zum Teil
mit in die Phosphatschicht eingebaut und führen unter
speziellen Bedingungen zu einer weiter verbesserten
Schichtqualität.
Die Phosphatierbäder enthalten außerdem mindestens ein
Oxidationsmittel aus der Gruppe Chlorat, Bromat, Nitrat,
Nitrit, Peroxid und organische Nitroverbindungen, z. B.
meta-Nitrobenzolsulfonat. Die Dosierung erfolgt in der in
der Phosphatiertechnik üblichen Menge und Art und Weise.
Die Phosphatierbäder können noch weitere, an sich bekannte
Zusätze, wie Einfach- und Komplexfluoride, Chloride,
Sulfate, Polyhydroxycarbonsäuren, Polyphosphate,
Ammonium-, Alkali-, Kupfer-, Kobaltionen und Tenside
enthalten.
Die Phosphatierbäder werden im Spritzen und/oder Tauchen
bei Badtemperaturen von 25 bis 70°C und Behandlungszeiten
von 0,45 bis10 min angewendet.
Die innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens
eingesetzten Spülbäder enthalten Zusätze, die z. B. aus der
Gruppe der Natrium- und Kaliumborate, Natrium- und
Kaliumsilikate und Natrium- und Kaliumnitrit ausgewählt
sind. Die Spühlbehandlung kann in einer Stufe oder in
mehreren Stufen erfolgen. Gemäß einer bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung sollten die gereinigten
Verbundteile mit einem Spülbad behandelt werden, das
Alkaliborat, Alkalisilikat und Alkalinitrit in einer
Gesamtmenge von maximal 5 g/l enthält.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Verbundteile mit einem
Spülbad zu behandeln, dessen pH-Wert auf einen Wert im
Bereich von 9,5 bis 12,0 eingestellt ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung
sieht vor, die Verbundteile vor der Zinkphosphatierung mit
einem Titanphosphat enthaltenden Aktivierungsbad, dem
Tetraalkalipyrophosphat in einer Menge von mindestens 1
g/l zugesetzt ist, zu aktivieren. Der Zusatz an
Tetraalkalipyrophosphat kann als solcher oder z. B. in Form
einer anderen Pyrophosphat enthaltenden Substanz und der
zur Neutralisation notwendigen Menge Alkali erfolgen. Am
einfachsten ist es, dem Aktivierungsbad Tetranatrium-
und/oder Tetrakaliumpyrophosphat zuzugeben. Vorzugsweise
beträgt die maximale Konzentration an
Tetraalkalipyrophosphat 4 g/l.
Während des Betriebes reichern sich in dem Spülbad oder in
den Spülbädern Verunreinigungen aus der vorausgehenden
Verfahrensstufe an. Um diese nicht über ein störendes
Niveau ansteigen zu lassen, wird den Spülbädern
Frischwasser zugegeben, dem die erforderlichen Mengen an
Alkaliborat, Alkalisilikat und Alkalinitrit zugesetzt
sind. Hierbei können die aus dem Reinigerübertrag
stammenden Komponenten mit berücksichtigt werden. Es hat
sich als günstig erwiesen, den Zusatz der genannten
Substanzen auf Basis einer Kontrolle der elektrischen
Leitfähigkeit der Spülbäder vorzunehmen.
Das Aktivierungsbad verliert im Laufe der Zeit zunehmend
an Wirksamkeit. Es wird dementsprechend mit frischem
Titanphosphat enthaltendem Konzentrat ergänzt. Um einen zu
starken Anstieg der Salzkonzentration zu vermeiden, kann
kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit ein Teil des Bades
abgelassen und neu angesetzt werden. Die Dosierung des
Tetraalkalipyrophosphates erfolgt vorzugsweise in der Art,
daß die optimale Konzentration im Bad aufrechterhalten
wird.
Die Temperaturen der Spül- und Aktivierbäder werden
vorzugsweise unter 40°C gehalten. Die Behandlungszeiten
sollten so gewählt werden, daß ein vollständiger Austausch
der an den Verbundteilen haftenden Flüssigkeit aus der
vorausgegangenen Behandlungsstufe gewährleistet ist.
Hierzu sind je nach Form der Teile und Art der Spülung -
Tauchen oder Spritzen - 0,2 bis 1 min ausreichend.
Vielfach sind die Kontaktzeiten mit Spülbad und
Aktivierungsbad wegen der vorgegebenen Anlagendimensionen
und der Transportgeschwindigkeit der Werkstücke wesentlich
länger. Insbesondere unter diesen Bedingungen kommen die
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich zum
Ausdruck.
Bei ordnungsgemäßer Ausführung werden mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren Phosphatüberzüge von hoher
Gleichmäßigkeit erzeugt. Die Entstehung von Streifen und
Stippen wird vermieden. Ordnungsgemäß bedeutet hierbei,
daß für den Fall der Zinkphosphatierung ohne vorherige
Aktivierung mit Titanphosphat enthaltendem Aktivierungsbad
bereits die Spülung mit Alkaliborat, -silikat und -nitrit
enthaltendem Spülbad als Bedingung ausreicht, um
einwandfreie Phosphatüberzüge zu erhalten. Sofern jedoch eine
derartige Aktivierung beabsichtigt ist, ist es
erforderlich, die zusätzliche Bedingung des
Tetraalkalipyrophosphat-Zusatzes zum Aktivierungsbad zu
erfüllen.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten
Phosphatüberzüge sind auf allen Gebieten, auf denen
Phosphatüberzüge angewendet wurden, mit Vorteil
einsetzbar. Vorzugsweise sind sie jedoch als Vorbereitung
von Verbundteilen aus Stahl und verzinktem Stahl für die
Lackierung, insbesondere die Elektrotauchlackierung,
geeignet.
Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels näher
und beispielsweise erläutert.
Autokarosserien als Verbundteile aus Stahl und verzinktem
Stahl wurden nach folgendem Arbeitsgang behandelt:
- 1. Vorentfetten mit einem wäßrigen alkalischen Reiniger aus
0,8 g/lNa₂B₄O₇ · 5H₂O
0,2 g/lNa₂SiO₃ · 5H₂O
0,2 g/lNa₅P₃O₁₀
0,2 g/lNa₄P₂O₇
0,2 g/lNa₃PO₄
0,2 g/lNaOH
0,2 g/lTensidpH: 9,5 bis 11,5
bei 53°C: 45 sec im Spritzen - 2. Hauptentfetten mit einem wäßrigen alkalischen Reiniger
aus
4,0 g/lNa₂B₄O₇ · 5H₂O
1,0 g/lNa₂SiO₃ · 5H₂O
1,0 g/lNa₅P₃O₁₀
1,0 g/lNa₄P₂O₇
1,0 g/lNa₃PO₄
1,0 g/lNaOH
1,0 g/lTensidpH: 11 ± 0,5
bei 53°C:10 sec. im Spritzen
3 min im Tauchen
45 sec im Spritzen - 3. Spülen mit wäßrigem Spülbad unterschiedlicher Zusammensetzung (siehe Tabelle 1, Spalte 2) bei max. 40°C und 30 sec im Spritzen.
- 4. Spülen mit wäßrigem Spülbad unterschiedlicher
Zusammensetzung (siehe Tabelle 1, Spalte 2)
bei max. 40°C:10 sec. im Spritzen
3 min im Tauchen
14 sec im Spritzen - 5. Aktivieren mit einem wäßrigen Aktivierungsbad von
1 g/l Titanphosphat-haltigem Aktivierungsmittel und
verschiedenen Zusätzen (siehe Tabelle 1, Spalte 3)
bei 45°C: 3 min im Tauchen
14 sec im Spritzen - 6. Phosphatierung mit einer wäßrigen Lösung aus
1,2 g/lZn
0,8 g/lNi Freie Säure: 1,1 Punkte
2,8 g/lNa Gesamtsäure: 20,8 Punkte
1,7 g/lNO₃
12,0 g/lP₂O₅
0,15 g/lNaNO₂bei 53°C: 3 min im Tauchen
10 sec im Spritzen - 7. Spülen im Spritzen
- 8. Spülen im Tauchen
- 9. Passivierendes Spülen im Tauchen
- 10. Spülen mit vollentsalztem Wasser im Tauchen und Spritzen.
Die Zusammensetzung der Bäder aus den
Verfahrensschritten 3, 4 und 5 wurde variiert und die
dabei resultierende Phosphatschichtausbildung
beurteilt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle
zusammengefaßt.
Aus der Tabelle ergibt sich, daß Beispiel 1, bei dem in
den Stufen 3 und 4 lediglich mit Wasser gespült wurde und
bei dem das Aktivierungsbad frei von
Tetraalkalipyrophosphat war, zu mangelhaften
Phosphatüberzügen führte. Beispiel 2 zeigt insbesondere,
daß der Zusatz in den Spülbädern zwar zu einer
Verbesserung führt, aber eine Stippenbildung auf dem
verzinkten Bereich des Verbundteiles noch nicht vermieden
ist. Beispiel 3 veranschaulicht, daß bei geeigneter Wahl
des Spülbades zwar auf den Stahlteilen einwandfreie
Phosphatschichten erhalten werden, aber wegen des
verwendeten Aktivierungsbades ohne den erforderlichen
Tetraalkalipyrophosphat-Zusatz auf dem verzinkten Bereich
der Verbundteile weiterhin Stippen auftreten. In Beispiel 4
ist wegen der zu geringen Zusatzmenge an wirksamen
Spülbestandteilen bei einwandfreier
Phosphatschichtausbildung im verzinkten Bereich die
Stahloberfläche leicht streifig. Beispiel 5 mit den
korrekt gewählten Zusätzen sowohl im Spülbad als auch im
Aktivierungsbad führt auf beiden Bereichen der
Verbundteile zu einwandfreien Ergebnissen.
Beispiel 6, das eine Wiederholung des Beispiels 5 unter
Fortlassung einer separaten Aktivierungsbehandlung
darstellt, zeigt, daß auch in diesem Fall auf beiden
Oberflächenbereichen einwandfreie Phosphatschichten
erhalten werden können. Allerdings ist das Flächengewicht
der Phosphatschichten im Vergleich zu Beispiel 5 etwas
höher.
Claims (6)
1. Verfahren zur Erzeugung von Phosphatüberzügen auf
Verbundteilen aus Stahl und verzinktem Stahl durch
alkalisches Reinigen, Spülen mit wäßrigem Spülbad und
Zinkphosphatierung, dadurch gekennzeichnet, daß man die
gereinigten Verbundteile mit Spülbad spült, das
mindestens 0,2 g/l Alkaliborat, mindestens 0,1 g/l
Alkalisilikat und mindestens 0,05 g/l Alkalinitrit
enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man die gereinigten Verbundteile mit einem Spülbad
spült, das Alkaliborat, Alkalisilikat und Alkalinitrit
in einer Gesamtmenge von maximal 5 g/l enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß man die gereinigten Verbundteile
mit einem Spülbad spült, dessen pH-Wert auf einen Wert
im Bereich von 9,5 bis 12,0 eingestellt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Verbundteile vor der
Zinkphosphatierung mit einem Titanphosphat enthaltenden
Aktivierungsbad, dem Tetraalkalipyrophosphat in einer
Menge von mindestens 1 g/l zugesetzt ist, aktiviert.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
man die Verbundteile mit einem Aktivierungsbad, dem
Tetraalkalipyrophosphat in einer Menge von maximal
4 g/l zugesetzt ist, aktiviert.
6. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 5 auf die Vorbereitung von
Verbundteilen aus Stahl und verzinktem Stahl für die
anschließende Lackierung, insbesondere
Elektrotauchlackierung.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |