DE3712339A1 - METHOD FOR PHOSPHATIZING BEFORE ELECTROPLATING - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Phosphatierung von Werkstücken aus Stahl oder teilweise verzinktem Stahl als Vorbehandlung für die Elektrotauchlackierung, bei dem die gereinigten und gespülten Werkstücke zunächst mit einer Titanphosphat enthaltenden wäßrigen, schwach alkalischen Lösung aktiviert und anschließend mit einer wäßrigen sauren, Zinkphosphat enthaltenden Phosphatierungslösung im Tauchverfahren behandelt werden sowie dessen Anwendung auf die Vorbehandlung für die katodische Elektrotauchlackierung.The invention relates to a method for phosphating of workpieces made of steel or partially galvanized steel as a pretreatment for electrocoating, in which the cleaned and rinsed workpieces first a weak aqueous titanium phosphate activated alkaline solution and then with a aqueous acidic, containing zinc phosphate Phosphating solution to be treated by immersion and its application to the pretreatment for the cathodic electro dip painting.
Es ist bekannt, Stahl mit wäßrigen sauren Phosphatierungslösungen auf Basis Zink/Eisen(II)/Nitrat/Phosphat im Tauchen zu behandeln und anschließend zu lackieren. Für die Anwendung dieser Verfahren in Verbindung mit der Elektrotauchlackierung ergaben sich jedoch erhebliche Mängel. So führt die schwankende Phosphatschichtdicke der bekannten Verfahren zur Ausbildung ungleichmäßig dicker Elektrotauchlackschichten, die zum Teil mit Schlieren, Läufern und Kratern durchsetzt sind. Ferner entspricht der Korrosionsschutz häufig nicht den gestellten Anforderungen.It is known to acidic steel with aqueous Phosphating solutions based Treat zinc / iron (II) / nitrate / phosphate in diving and then paint. For the application of this Process in connection with electrocoating however, there were significant shortcomings. So she leads fluctuating phosphate layer thickness of the known methods for training unevenly thicker Electrocoat layers, some with streaks, Runners and craters are interspersed. Furthermore, the Corrosion protection often does not meet the requirements.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Phosphatierung von Stahl oder teilweise verzinktem Stahl bereitzustellen, das gleichmäßig deckende Phosphatschichten liefert und besonders gut als Vorbehandlung für die Elektrotauchlackierung geeignet ist. The object of the invention is a method for Phosphating of steel or partially galvanized steel to provide the evenly covering Supplies phosphate layers and particularly good as Pretreatment for electrocoating is suitable.
Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man die Werkstücke bei einer Temperatur von 40 bis 60°C mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, dieThe task is solved by the procedure of the beginning mentioned type according to the invention is designed that the workpieces at one Temperature from 40 to 60 ° C with a phosphating solution in contact that
1,8 bis 5 g/l Zn
0,1 bis 7 g/l Fe(II)
8 bis 25 g/l P₂O₅
5 bis 30 g/l NO₃1.8 to 5 g / l Zn
0.1 to 7 g / l Fe (II)
8 to 25 g / l P₂O₅
5 to 30 g / l NO₃
enthält und in der das Verhältnis von Freier Säure zu Gesamtsäure auf 0,04 bis 0,07 eingestellt ist.contains and in which the ratio of free acid to Total acid is set to 0.04 to 0.07.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Behandlung von Stahl, z. B. von kaltgewalztem Band und Blech aus weichen, unlegierten Stählen sowie von höherfesten kaltgewalzten Feinblechen aus aufgephosphorten Stählen, mikrolegierten Stählen und Dual-Phase-Stählen. Die Verzinkungsschichten auf verzinktem Stahl umfassen z. B. die auf dem Schmelztauchwege erzeugten, auf Basis Zn, Zn + Fe, Zn + Al, Zn + Al + Si sowie die auf elektrolytischem Wege erhaltenen auf Basis Zn, Zn + Ni, Zn + Fe.The method according to the invention is used to treat Steel, e.g. B. from cold-rolled strip and sheet of soft, unalloyed steels and high-strength cold-rolled Thin sheets made of phosphorous steels, micro-alloyed Steels and dual-phase steels. The galvanizing layers on galvanized steel include e.g. B. the on the Melt dip paths generated, based on Zn, Zn + Fe, Zn + Al, Zn + Al + Si as well as electrolytically obtained based on Zn, Zn + Ni, Zn + Fe.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf Werkstücke unterschiedlichster Art und Form, d. h. Flachzeug, Tiefziehteile, Schweiß-, Falz-, Bördel- und Klebkonstruktionen angewendet werden. Um bei Hohlkörpern eine gute Behandlung der Innenflächen zu erzielen, muß für ausreichende Entlüftung und Ausfluß der Flüssigkeit gesorgt werden. Typische Werkstücke komplexer Form und mit unterschiedlichsten Materialien sind Automobilkarosserien. The method according to the invention can be applied to workpieces different types and shapes, d. H. Flatware, Deep-drawn parts, welding, folding, flanging and Adhesive structures can be applied. In the case of hollow bodies To achieve a good treatment of the inner surfaces must for adequate ventilation and outflow of liquid be taken care of. Typical workpieces of complex shape and with A wide variety of materials are automobile bodies.
Die Werkstücke werden zunächst in üblicher Weise, beispielsweise mit alkalischen Entfettungsmitteln, gereinigt und anschließend in Wasser gespült. Hieran schließt sich die Behandlung in einer wäßrigen, leicht alkalischen Lösung, in der aktivierend wirkendes Titanphosphat feinst dispergiert ist.The workpieces are first made in the usual way, for example with alkaline degreasing agents, cleaned and then rinsed in water. Here the treatment closes in an aqueous, light alkaline solution, in the activating Titanium phosphate is finely dispersed.
Die Phosphatierung erfolgt im Temperaturbereich von 40 bis 60°C. Unterhalb dieser Temperatur wird der Phosphatiervorgang zu langsam, um deckende Phosphatschichten in vertretbaren Zeiten auszubilden. Oberhalb 60°C steigen die Energieverluste stark an und es besteht zunehmend die Gefahr von störenden Antrocknungen und Verkrustungen.Phosphating takes place in the temperature range from 40 to 60 ° C. Below this temperature the Phosphating process too slow to cover Form phosphate layers in reasonable times. Above 60 ° C the energy losses rise sharply and it there is an increasing risk of disruptive drying and incrustations.
Das erfindungsgemäße Phosphatierverfahren gehört in die Gruppe der Verfahren auf der "Eisenseite" und zeichnet sich damit durch vergleichsweise geringe Schlammbildung aus. Beim Start der Bäder kann die Eisen(II)-Konzentration unter 0,1 g/l liegen. Nach wenigen Durchsätzen gelangt sie jedoch infolge des am Stahl stattfindenden Beizabtrages schnell in den erfindungsgemäßen Bereich.The phosphating process according to the invention belongs in the Group of procedures on the "iron side" and draws by comparatively low sludge formation out. At the start of the baths, the iron (II) concentration can less than 0.1 g / l. After a few throughputs it arrives however due to the pickling removal taking place on the steel quickly in the area of the invention.
Die Einhaltung der erfindungswesentlichen Konzentrationsbereiche für Zn, Fe(II), P₂O₅ und NO₃ ist die Voraussetzung dafür, optimal für die anschließende Elektrotauchlackierung geeignete Phosphatschichten zu erzeugen. Bei Unterschreitung von 1,8 g/l Zn werden z. B. nur noch unvollständig deckende Phosphatschichten auf Stahl erzeugt. Oberhalb von 5 g/l Zn werden die Phosphatschichten zu dick, um noch eine einwandfreie Lackierung zu ermöglichen. Oberhalb von 7 g/l Fe(II) nimmt die Qualität der Phosphatschichten im Hinblick auf die nachfolgende Elektrotauchbehandlung deutlich ab. Unterhalb von 8 g/l P₂O₅ reicht der Phosphatgehalt für eine ordnungsgemäße Phosphatierung nicht mehr aus, während eine Überschreitung von 25 g/l P₂O₅ keine weiteren technischen Vorteile mehr erbringt. Bei NO₃-Konzentrationen unter 5 g/l fehlt es den Bädern an der notwendigen Beschleunigung der Phosphatschichtausbildung. Oberhalb 30 g/l NO₃ findet keine weitere auswertbare Zunahme der Schichtbildungsgeschwindigkeit mehr statt.Compliance with the essentials of the invention Concentration ranges for Zn, Fe (II), P₂O₅ and NO₃ is the prerequisite for this, optimal for the subsequent Suitable electrocoating suitable phosphate layers produce. When falling below 1.8 g / l Zn z. B. only incompletely covering phosphate layers Steel produced. Above 5 g / l Zn the Phosphate layers too thick to still be flawless Allow painting. Above 7 g / l Fe (II) increases the quality of the phosphate layers with regard to the subsequent electro-dip treatment significantly. Below The phosphate content of 8 g / l P₂O₅ is enough for one proper phosphating no longer occurs during a Exceeding 25 g / l P₂O₅ no more brings more technical advantages. At The baths lack NO₃ concentrations below 5 g / l the necessary acceleration of the Phosphate layer formation. Above 30 g / l NO₃ finds no further evaluable increase in Stratification rate takes place more.
Von großer Bedeutung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Verhältnis von Freier Säure zu Gesamtsäure. Unter 0,04 gehen wertvolle Bestandteile der Phosphatierungslösung durch zunehmende Schlammbildung verloren. Oberhalb 0,07 nimmt die Phosphatiergeschwindigkeit stark ab. Die Einstellung des optimalen Verhältnisses wird durch eine Konzentrationsabstimmung der Badkomponenten, gegebenenfalls unter Mitverwendung weiterer Kationen, z. B. von Na, K, NH₄, oder weiteren Anionen, z. B. von Cl, SO₄, erzielt.Of great importance for the implementation of the The method according to the invention is the ratio of suitors Acid to total acid. Valuable go below 0.04 Components of the phosphating solution by increasing Sludge formation lost. The above takes 0.07 Phosphating rate drops sharply. The setting of the optimal ratio is determined by a Concentration adjustment of the bathroom components, optionally with the use of further cations, e.g. B. of Na, K, NH₄, or other anions, e.g. B. from Cl, SO₄, achieved.
Besonders günstige Ergebnisse bezüglich der nachfolgenden Elektrotauchlackierung werden erzielt, wenn entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Werkstücke mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt gebracht werden, die maximal 3 g/l Zn und vorzugsweise 0,5 bis 5 g/l Fe(II) enthält.Particularly favorable results with regard to the following Electrocoating is achieved when appropriate a preferred embodiment of the invention Workpieces in contact with a phosphating solution brought, the maximum 3 g / l Zn and preferably 0.5 contains up to 5 g / l Fe (II).
Zur Modifikation der Schichtbildung können weitere zweiwertige Kationen, z. B. aus der Gruppe Ca, Co, Cu, Mg, Mn, Ni, der Phosphatierungslösung zugesetzt werden. Vorzugsweise werden die Werkstücke mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt gebracht, die zusätzlich Mangan in einer Menge bis zu 3 g/l bzw. Magnesium in einer Menge bis zu 3 g/l enthält. Bei Zugabe von Cobalt sind bis 0,3 g/l und von Nickel bis 0,15 g/l bevorzugt. Bei Gehalten über 0,3 g/l Co bzw. über 0,15 g/l Ni können streifige Phosphatschichten auf Stahl ausgebildet werden.Additional layers can be modified to modify the layer formation divalent cations e.g. B. from the group Ca, Co, Cu, Mg, Mn, Ni, are added to the phosphating solution. The workpieces are preferably provided with a Phosphating solution contacted that additionally Manganese in an amount up to 3 g / l or magnesium in one Contains up to 3 g / l. When adding cobalt, up to 0.3 g / l and preferred from nickel to 0.15 g / l. At Can hold over 0.3 g / l Co or over 0.15 g / l Ni streaky phosphate layers are formed on steel.
Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die Werkstücke mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt zu bringen, die bis zu 3 g/l, vorzugsweise mindestens 0,3 g/l, Hydroxylamin enthält. In diesem Fall kann die Konzentration von Ni auf 0,5 g/l erhöht werden, wenn gleichzeitig mindestens 0,3 g/l Hydroxylamin anwesend sind. Hydroxylamin wirkt sich beschleunigend auf den Phosphatiervorgang aus.Another expedient embodiment of the invention consists of the workpieces with a To bring phosphating solution in contact that up to 3 g / l, preferably at least 0.3 g / l, hydroxylamine contains. In this case, the concentration of Ni on 0.5 g / l can be increased if at the same time at least 0.3 g / l of hydroxylamine are present. Hydroxylamine works accelerating on the phosphating process.
Zur Erhöhung der Aggressivität der Phosphatierungslösung, zur Erhöhung der Phosphatiergeschwindigkeit und zur Optimierung der Schichtbildung auf aluminiumhaltigen Zinkoberflächen werden gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Werkstücke mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt gebracht, die bis zu 3 g/l SiF₆ und/oder bis zu 3 g/l BF₄ und/oder bis zu 1,5 g/l F enthält.To increase the aggressiveness of the phosphating solution, to increase the rate of phosphating and Optimization of the layer formation on aluminum-containing Zinc surfaces are advantageous according to another Embodiment of the invention, the workpieces with a Phosphating solution contacted up to 3 g / l SiF₆ and / or up to 3 g / l BF₄ and / or up to Contains 1.5 g / l F.
Zusätze von vorzugsweise bis zu 3 g/l Weinsäure und/oder Zitronensäure dienen dazu, das Flächengewicht der Phosphatschichten herabzusetzen und die Schichtbildung weiter zu beschleunigen. Additions of preferably up to 3 g / l tartaric acid and / or Citric acid serve to determine the basis weight of the Lower phosphate layers and layer formation accelerate further.
Weiterhin ist es vorteilhaft, Phosphatierungslösungen einzusetzen, die bis zu 0,5 g/l, vorzugsweise 0,05 bis 0,35 g/l m-Nitrobenzolsulfonat enthalten. m-Nitrobenzolsulfonat bewirkt eine starke Beschleunigung der Phosphatierung bei gleichzeitiger deutlicher Herabsetzung der Phosphatschichtdicke.It is also advantageous to use phosphating solutions use the up to 0.5 g / l, preferably 0.05 to Contain 0.35 g / l m-nitrobenzenesulfonate. m-Nitrobenzenesulfonate causes a strong acceleration the phosphating at the same time more clearly Reduction of the phosphate layer thickness.
Um zu vermeiden, daß die Phosphatierbäder von der Eisenseite durch autokatalytische Nitritbildung auf die Nitritseite kommen, werden den Bädern vorzugsweise Nitrit zerstörende Verbindungen, z. B. Harnstoff oder Amidosulfosäure, zugesetzt.To avoid that the phosphating baths from the Iron side through autocatalytic nitrite formation on the Come nitrite side, the baths are preferably nitrite destructive connections, e.g. B. urea or Amidosulfonic acid added.
Um einen Anstieg der Eisen(II)-Konzentration über die gewünschte Konzentration hinaus zu vermeiden, ist es zweckmäßig, einen Teil des durch Beizangriff in Lösung gegangenen Eisen(II) zu Eisen(III) zu oxidieren und damit in Form von schwerlöslichem Eisen(III)-phosphat-Schlamm auszufällen. Nach bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung können für diese Oxidation der Kontakt der Phosphatierungslösung mit sauerstoffhaltigem Gas sowie der Zusatz von Chlorat und/oder Peroxidverbindungen dienen.To increase the iron (II) concentration above the It is to avoid desired concentration beyond expedient to part of the solution by pickling oxidized iron (II) to iron (III) and thus in the form of poorly soluble iron (III) phosphate sludge to fail. According to preferred embodiments of the For this oxidation, the contact of the invention Phosphating solution with oxygen-containing gas and the Add chlorate and / or peroxide compounds.
Zur Herabsetzung der Freien Säure in den Phosphatierbädern können z. B. Alkalihydroxide und Karbonate zugesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Zinkoxid, Zinkkarbonat und/oder Mangankarbonat, mit dem zusätzlich schichtbildende Kationen in die Phosphatierungslösung eingebracht werden.To reduce the free acidity in the phosphating baths can e.g. B. added alkali hydroxides and carbonates will. The use of is particularly advantageous Zinc oxide, zinc carbonate and / or manganese carbonate, with the additional layer-forming cations in the Phosphating solution are introduced.
Das erfindungsgemäße Phosphatierverfahren kann außerdem so modifiziert werden, daß dem Tauchen in die Phosphatierungslösung ein Spritzen mit der Phosphatierungslösung vorausgeht und/oder angeschlossen wird. Üblicherweise liegen die Tauchzeiten im Bereich von 2 bis 5 min, während das Vor- und/oder Nachspritzen sich auf wenige Sekunden bis etwa 0,5 min beläuft.The phosphating process according to the invention can also do so be modified that diving into the A spraying with the phosphating solution Phosphating solution precedes and / or connected becomes. The diving times are usually in the range of 2 to 5 min while the pre- and / or post-injection is in progress from a few seconds to about 0.5 min.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Phosphatierverfahren derart geführt, daß Phosphatschichten mit einem Flächengewicht von 1 bis 5 g/m² erzeugt werden. Hierdurch wird optimaler Korrosionsschutz mit einer guten Biegehaftung der Lacküberzüge verbunden.According to an advantageous embodiment, the Phosphating process according to the invention performed such that Phosphate layers with a basis weight of 1 to 5 g / m² can be generated. This will make it more optimal Corrosion protection with good bending adhesion Paint coats connected.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildeten Schichten sind als Haftgrund für anodische und kathodische Elektrotauchlacke geeignet. Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn das Verfahren zur Vorbehandlung für die kathodische Elektrotauchlackierung dient und hierbei Lackfilmdicken im Bereich von ca. 15 bis 45 µm erzielt werden sollen. Die Elektrotauchlackschichten können als Grundlack für weitere Lackschichten oder auch als Einschichtlacke dienen.Those trained with the method according to the invention Layers are used as a primer for anodic and cathodic Suitable for electro dipping. Particularly favorable results are achieved when the pretreatment procedure for the cathodic electrodeposition serves and here Paint film thicknesses in the range of about 15 to 45 microns achieved should be. The electrocoat layers can be used as Base coat for further layers of paint or as Single-layer paints are used.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele beispielsweise und näher erläutert.The invention is illustrated by the following examples for example and explained in more detail.
Bleche aus Karosseriestahl und verzinktem Stahl wurden mit einem alkalischen Reiniger entfettet, in Wasser gespült, mit einer wäßrigen Suspension aus etwa 50 mg/l Titanphosphat in einer wäßrigen Lösung aus 1 g/l Dinatriumphosphat und 0,25 g/l Tetranatriumpyrophosphat durch 1 min Tauchen bei 40°C aktiviert und anschließend in den in der Tabelle angeführten Phosphatierungslösungen 1 bis 6 bei 55°C im Tauchen phosphatiert.Sheets made of body steel and galvanized steel were included degreased with an alkaline cleaner, rinsed in water, with an aqueous suspension of about 50 mg / l Titanium phosphate in an aqueous solution of 1 g / l Disodium phosphate and 0.25 g / l tetrasodium pyrophosphate activated by diving for 1 min at 40 ° C and then in the phosphating solutions listed in the table 1 phosphated to 6 at 55 ° C while diving.
Auf Stahl wurde eine Mindestphosphatierzeit von 2 bis 3 min, auf verzinktem Stahl von kleiner als 1 min gefunden. Als Mindestphosphatierzeit ist die Behandlungszeit im Phosphatierbad definiert, die zur Ausbildung einer visuell gleichmäßig deckenden Phosphatschicht notwendig ist.A minimum phosphating time of 2 to 3 min, on galvanized steel less than 1 min found. The minimum phosphating time is Treatment time in the phosphating bath defined that for Formation of a visually uniform covering Phosphate layer is necessary.
Das Schichtgewicht lag bei Stahl zwischen 3,6 und 4,3 g/m², bei Zink zwischen 2,2 und 3,0 g/m².The layer weight for steel was between 3.6 and 4.3 g / m², for zinc between 2.2 and 3.0 g / m².
Die Freie Säure (Gesamtsäure) ist definiert als die Menge an ml n/10 NaOH, die zur Neutralisation von 10 ml Badprobe gegen Dimethylgelb (Phenolphthalein) erforderlich ist. Das Verhältnis von Freier Säure zu Gesamtsäure betrug (0,054 bis 0,063) : 1.Free acid (total acid) is defined as the amount to ml n / 10 NaOH, which is used to neutralize 10 ml bath sample against dimethyl yellow (phenolphthalein) is required. The Free acid to total acid ratio was (0.054 to 0.063): 1.
Nach der Phosphatierung wurde mit Wasser gespült, mit chromhaltiger Nachspüllösung passiviert, mit vollentsalztem Wasser nachgespült und danach kathodisch elektrotauchlackiert.After the phosphating was rinsed with water, with passivation solution containing chrome passivated, with deionized water and then cathodic electrocoated.
Es ergaben sich gleichmäßige Lackschichten, die ohne und mit weiterem Lackaufbau eine sehr gute Haftung zum metallischen Untergrund und einen ausgezeichneten Korrosionsschutz zeigten. Diese Qualität war mindestens der ebenbürtig, die mit den bekannten Niedrigzink-Phosphatierverfahren, betrieben mit Chlorat- und/oder Nitrit-Beschleunigung in praktisch Eisen(II)-freien Bädern, erhalten wurden. There were even layers of paint, without and with further paint build-up a very good adhesion to the metallic surface and an excellent Showed corrosion protection. This quality was at least the same as that with the known Low zinc phosphating process, operated with chlorate and / or nitrite acceleration in practical Iron (II) -free baths were obtained.
Claims (16)
0,1 bis 7 g/l Fe(II)
8 bis 25 g/l P₂O₅
5 bis 30 g/l NO₃enthält und in der das Verhältnis von Freier Säure zu Gesamtsäure auf 0,04 bis 0,07 eingestellt ist.1. A process for phosphating workpieces made of steel or partially galvanized steel as a pretreatment for electrocoating, in which the cleaned and rinsed workpieces are first activated with an aqueous, weakly alkaline solution containing titanium phosphate and then treated with an aqueous acidic, phosphate-containing phosphate solution containing zinc are characterized in that the workpieces are brought into contact with a phosphating solution containing 1.8 to 5 g / l Zn at a temperature of 40 to 60 ° C
0.1 to 7 g / l Fe (II)
8 to 25 g / l P₂O₅
Contains 5 to 30 g / l NO₃ and in which the ratio of free acid to total acid is set to 0.04 to 0.07.
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