DE4429936A1

DE4429936A1 - Vorbereitung von Metalloberflächen für das Emaillieren

Info

Publication number: DE4429936A1
Application number: DE4429936A
Authority: DE
Inventors: Margit Fleischhacker-Jeworrek; Dieter Dr Jentsch; Klaus Dr Wittel
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1994-08-24
Filing date: 1994-08-24
Publication date: 1996-02-29
Also published as: EP0698675B1; US5688340A; DE59500801D1; EP0698675A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung von Metalloberflächen für das Aufbringen eines Emailüberzuges durch Erzeugen einer Phosphatschicht mittels einer Phosphatierungslösung, die schichtbildendes Kation sowie Phosphat, Nitrat und Fluorid enthält.

Es ist bekannt, Metalloberflächen, die mit einem Emailüberzug versehen werden sollen, einer aufwendigen Folge von Verfahrensschritten zu unterwerfen, bevor schließlich das Email aufgebracht wird. Das zu behandelnde Werkstück besteht üblicherweise aus hochwertigem Stahl mit einer speziellen, niedrig gekohlten Oberfläche und fordert eine vergleichsweise aufwendige Fertigung. Die Verfahrensfolge umfaßt häufig 16 Schritte und mehr, von denen ca. 5 der Reinigung, ca. 4 der Entrostung (sofern Anzeichen von Rost vorhanden sind) und die restlichen der Erzeugung einer Schutzschicht einschließlich Spülung und Neutralisation dienen. Erst dann erfolgt der Auftrag des Emails. Die Erzeugung der vorgenannten Schutzschicht erfolgt häufig durch Eintauchen der Werkstücke in eine Nickelsulfat-Lösung.

Aus der GB-PS 755 559 ist es bekannt, als Schutzschicht eine Phosphatschicht, gewöhnlich ein Schwermetallphosphat, zu erzeugen, mindestens einen Teil hiervon durch Erhitzen in Oxid zu überführen und dann zu emaillieren. Mit diesem Verfahren lassen sich weder gute Ergebnisse erzielen noch ist es einfach durchzuführen, so daß es sich nicht durchgesetzt hat. Gemäß der GB-PS 1 498 490 ist es bekannt, eine Nickelphosphatschicht zur Vorbereitung der Metalloberfläche vor dem Lackieren oder Emaillieren aufzubringen. Bei diesem Verfahren ist es jedoch erforderlich, die Metalloberfläche vor dem Kontakt mit der Phosphatierungslösung zu aktivieren. Es entstehen Nickelphosphatschichten mit einem erheblichen Schichtgewicht. Die Haftung des anschließend aufgebrachten Emailüberzuges ist jedoch auch hierbei nicht zufriedenstellend. In ähnlicher Weise verhält es sich auch bei anderen bekannten Verfahren. Entweder liegt ihre Wirtschaftlichkeit wegen der Vielstufigkeit des Vorbehandlungsverfahrens an der Grenze oder es ist zum Erhalt einer zufriedenstellenden Haftung erforderlich, nacheinander wenigstens zwei Emailüberzüge aufzubringen.

Weiterhin ist es aus der DE-A-36 35 896 bekannt, zur Vorbereitung von Metalloberflächen für das Aufbringen eines Emailüberzuges eine Phosphatschicht mittels einer Phosphatierungslösung zu erzeugen, die beispielsweise 0,1 bis 2 g/l Nickelionen, 1 bis 12 g/l Phosphationen sowie Nitrat- und Fluoridionen enthält. Das Ziel des zuletzt genannten Verfahrens liegt insbesondere darin, eine Phosphatschicht mit einem Schichtgewicht von 0,15 bis 0,6 g/m² zu erzeugen.

Obgleich das zuletzt skizzierte Verfahren gegenüber den zuvor genannten bereits gewisse Fortschritte aufweist, haftet ihm dennoch der Nachteil an, daß je nach Stahlqualität die Haftung insbesondere bei der Einschicht-Emaillierung nicht zufriedenstellend ist. Generell läßt sich sagen, daß sich Phosphatierverfahren zur Vorbereitung von Metalloberflächen für die Emaillierung in der Praxis nicht durchsetzen konnten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vorbereitung von Metalloberflächen für das Aufbringen eines Emailüberzuges bereitzustellen, das eine hohe Haftung auch bei einmaligem Auftrag des Emails und weitestgehend unabhängig von der Qualität des behandelten Stahles gewährleistet, wobei die Behandlungsweise einfach und wirtschaftlich erfolgen soll.

Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man die Metalloberflächen mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, die als schichtbildendes Kation im wesentlichen Nickel und/oder Kobalt in Mengen von 0,5 bis 3 g/l sowie

5 bis 20 g/l Phosphat (ber. als P₂O₅),
0,1 bis 0,5 g/l Molybdat (ber. als MoO₃),
0,2 bis 2 g/l Fluorid (ber. als F),
1 bis 10 g/l Nitrat (ber. als NO₃)

enthält.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Metalloberflächen mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt zu bringen, die

1 bis 2 g/l Nickel und/oder Kobalt
8 bis 18 g/l Phosphat,
0,2 bis 0,3 g/l Molybdat,
0,4 bis 1 g/l Fluorid sowie
2 bis 5 g/l Nitrat

enthält.

Weiterhin ist vorteilhaft, die Metalloberflächen mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt zu bringen, die zusätzlich 0,1 bis 5 g/l, vorzugsweise 0,2 bis 2 g/l, Harnstoff enthält. Hierdurch ist Gewähr dafür gegeben, daß in der Phosphatierungslösung ggf. durch autokatalytische Reaktion entstandenes Nitrit zerstört wird.

Besonders zweckmäßig ist es, die Fluoridkomponente in die Phosphatierungslösung als Einfachfluorid oder als Fluorosilikat einzubringen.

Im Hinblick auf die Haftung des nachfolgend aufgebrachten Emailüberzuges ist es von Vorteil, die Metalloberflächen mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt zu bringen, die praktisch zinkfrei ist. Hierdurch wird sichergestellt, daß eine bei den hohen Emailliertemperaturen nicht auszuschließende Verdampfung von Zink unterbleibt.

Die Phosphatierbehandlung kann im Tauchen oder Spritzen erfolgen. Als Behandlungstemperatur werden vorteilhafterweise Temperaturen im Bereich von 40 bis 80°C, vorzugsweise von 60 bis 70°C eingestellt. Die Dauer der Phosphatierbehandlung liegt vorteilhafterweise im Bereich von 2 bis 15 min, vorzugsweise im Bereich von 4 bis 10 min.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die Metalloberflächen in der Weise mit der Phosphatierungslösung in Kontakt zu bringen, daß ein Phosphatschichtgewicht von 1,0 bis 2,0 g/m² resultiert. Die Phosphatschicht mit einem derartigen Schichtgewicht ermöglicht die optimale Verankerung und damit Haftung der Emailschicht.

So fern die zu phosphatierenden Metalloberflächen verunreinigt sind, ist es erforderlich, der Phosphatierbehandlung eine Reinigung, beispielsweise eine konventionelle alkalische Reinigung, vorzuschalten und anschließend zu spülen.

Je nach der zu behandelnden Stahlqualität ist eine Beizung der Metalloberfläche notwendig. Hierfür ist insbesondere Schwefelsäure von Vorteil. Eine günstige Ausführungsform besteht darin, in der Weise zu beizen, daß der Metallabtrag von der Metalloberfläche 2 bis 10 g/m² beträgt.

Im Anschluß an die Phosphatierbehandlung wird üblicherweise in ein oder mehreren Stufen gespült.

Zur abschließenden Emaillierung können herkömmliche Emailfritten eingesetzt werden. Die Emaillierung kann als sogenannte Einschicht-Emaillierung einstufig oder mit mehreren nacheinander eingebrannten Email-Aufträgen erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren der Vorbereitung von Metalloberflächen für die Emaillierung zeichnet sich dadurch aus, daß die Anzahl der Behandlungsstufen deutlich reduziert, die Kapazität gesteigert, die Durchlaufzeit reduziert und die Investitionskosten für die Vorbehandlungsanlage gesenkt werden.

Ferner ist bedeutsam, daß der Anfall an Eisensulfat-Schlamm durch Wegfall der Hauptbeize sowie des Vernickelungsbades auf etwa ein Viertel der ursprünglichen Menge zurückgeht. Dies bedeutet einen entsprechenden Rückgang der beträchtlichen Kosten für Entsorgung, d. h. vor allem der fürs Deponieren. Diese Vorteile werden ohne Einbuße beispielsweise hinsichtlich der Emailhaftung erzielt.

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Beispiels näher und beispielsweise erläutert.

Beispiel

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Abdeckhauben für Durchlauferhitzer aus Stahlblech für die anschließende Direktweiß-Emaillierung wie folgt behandelt:

Anschließend wurden die Abdeckhauben im Ofen getrocknet und in üblicher Weise mit Email (Direktweiß) beschichtet.

Nach dem Einbrennen resultierten einwandfreie weiße, optisch gleichmäßige und gut haftende Emailschichten.

Die Emailschichten entsprechen in ihrer Qualität denen, die nach dem in der Praxis üblichen Verfahrensgang erzeugt wurden. Dieser Verfahrensgang zeichnet sich dadurch aus, daß die vorgenannten Zonen 9 und 10 entfallen, statt dessen jedoch die folgenden Zonen 14 bis 19 angeschlossen werden:

Claims

1. Verfahren zur Vorbereitung von Metalloberflächen für das Aufbringen eines Emailüberzuges durch Erzeugen einer Phosphatschicht mittels einer Phosphatierungslösung, die schichtbildendes Kation sowie Phosphat, Nitrat und Fluorid enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, die als schichtbildendes Kation im wesentlichen Nickel und/oder Kobalt in Mengen von 0,5 bis 3 g/l sowie
5 bis 20 g/l Phosphat (ber. als P₂O₅),
0,1 bis 0,5 g/l Molybdat (ber. als MoO₃),
0,2 bis 2 g/l Fluorid (ber. als F),
1 bis 10 g/l Nitrat (ber. als NO₃)enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, die 1 bis 2 g/l Nickel und/oder Kobalt
8 bis 18 g/l Phosphat,
0,2 bis 0,3 g/l Molybdat,
0,4 bis 1 g/l Fluorid sowie
2 bis 5 g/l Nitratenthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, die zusätzlich 0,1 bis 5 g/l Harnstoff, vorzugsweise 0,2 bis 2 g/l Harnstoff, enthält.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, die Fluorid in Form von Einfachfluorid und/oder Fluorosilikat enthält.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, die praktisch zinkfrei ist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit einer Phosphatierungslösung von 40 bis 80°C, vorzugsweise von 60 bis 70°C in Kontakt bringt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen für die Dauer von 2 bis 15 min, vorzugsweise 4 bis 10 min, mit der Phosphatierungslösung in Kontakt bringt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen in der Weise mit der Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, daß ein Phosphatschichtgewicht von 1,0 bis 2,0 g/m² resultiert.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen vor dem Kontakt mit der Phosphatierungslösung in Schwefelsäure beizt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen in der Weise beizt, daß der Metallabtrag 2 bis 10 g/m² beträgt.