DEP0043438DA - Verfahren zur Erzeugung von Überzügen auf Aluminium und dessen Legierungen sowie Mittel zur Ausübung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von Überzügen auf Aluminium und dessen Legierungen sowie Mittel zur Ausübung des Verfahrens

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DEP0043438DA
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Expired
Application number
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English (en)
Inventor
jr. Frank Palin Ambler Pa. Spruance
Original Assignee
American Chemical Paint Company, Ambler, Pa.
Publication date

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Description

AJilSRIOAN CHEMICAL PAItlT COMPANY
Aisbler, Pa, V. St. A.
"Verfahren zur Erzeugung von Überzügen auf' Aluxaium und des "-en Legierungen, sowie Mittel zur Ausübung des Yerfahrens".
Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung der Erfindung gemäss Patent ... (Anmeldung No. P 39535 vom 11.IV 1949).
Gemäss der Erfindung des oben genannten Patentes v/erden dekorative und korrosionsschutz ende Überzüge auf Aluminium und dessen Legierungen durch Behandlung mit einer wässerigen Lösung erzeugt, welche Phosphat - oder/und Arseniatlonen, Pluor-Ionen und Chromat-Ionen enthält, wobei das Verhältnis P : CrO^ = 0, 135-0,4o4- : 1 , vorzugsweise = 0,16-0,36 ; 1 ist, und welche Lösung einen pH-viert von 1,5-2,2 vorzugsweise von 1,7-2,0 aufweist. Pails Arseniat-Ionen neben Phosphat-Ionen verwendet werden, so hat sich der Ersatz von 1-15 % der Phosphat-Ionen durch Arseniat-Ionen als besonders vorteilhaft erwiesen, wobei die Menge dieser Ionen nicht ,weniger als 0,2 g/L und nicht mehr als etwa 3 g/L betragen soll.
Auch die Lösungen der vorliegenden Erfindung enthalten die gleichen wirksamen Ionen, nämlich POz^ oder/und AsOif Ionen, P-Ionen und CrO^-Ioiien, aber in abweichenden absoluten und relativen Mengen. Dadurch wird es möglich, weniger saure Lösungen (die also einen höheren pH-ffert haben) zu verwenden, welche Lösungen stabiler und weniger korrosiv sind, so dass die Losungen und Konzentrate in Kolzfässern oder Eisenfässern versandt und gelagert werden können und dass die Behandlung der Metallgegenstände in üblichen Stahlblechbehältern erfolgen kann anstatt dass sie in Behältern aus Steingut, säurefestem Stahl oder anderem hochsäurebeständigen Material erfolgen muss. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sie
gestattet, die Art des erhaltenen Überzuges zu modifizieren und den ,jeweiligen besonderen Bedürfnissen anzupassen.
Die Art der Herstellung der Überzüge und diese selbst sind im wesentlichen identisch mit denen des Hauptpatentes. Soweit nicht anders bemerkt, gilt alles im riauptpatent Gesagte auch für die vorliegende Erfindung.
Die Konzentrationen und Mengenverhältnisse sowie der pH-tVert der erf indungsgemässen Lösungen sollen in folgenden Grenzen gehalten werden;
(a) Der POzf-Gehalt (bezw. der Gehalt an POzf-^AsOzf, wobei der POzf-Gehalt bis auf 0 abnehmen kann) soll nicht weniger als 1,5 g/L und nicht mehr als 300 'g/L betragen, und soll zweckmässig 50-55 g/k betragen. Mit abnehmendem POzf-Gohalt werden die erzeugten Überzüge immer weicher, dünner und schliesslich pulverig. Mit zunehmendem POzf-Gehalt werden sie immer dünner, härter und irisierend. Jenseits der oben gegebenen minimalen ti und maximalen Mengen werden überhaupt keine oder keine brauchbaren überzüge mehr erhalten.
(b) Der CrOzf-Gehalt (ausgedrückt als OrO^) soll zwischen 392 und 140 g/L, zweckmässig zwischen 11 und 17 g/L betragen. Unter 3»2 g/L werden die überzüge pulverig und lassen sich leicht abwischen; das darunter liegende Metall
ist glänzend und leicht angeäzt. Über 17 g/L werden die Überzüge zunehmend dünner, härter und irisierend bis schliesslich überhaupt keine überzugsbildung mehr erfolgt, wenn der CrO^-Gehalt über 140 g/L ansteigt.
(c) ,Der F-Gehalt soll zwischen 0,75 und 95 g/L, vorzugsweise 18/20 g/L betragen. Wenn der P-Gehalt unter 18 g/L sinkt, so werden die Überzüge zun.hmend dünner, "weicher und irisierend, und unter 0,75 g/L erfolgt überhaupt keine überzugsbildung mehr, ebenso nicht, wenn der Gehalt über 95 g/L ansteigt, in welchem Falle lediglich eine Atzung der Oberfläche stattfindet.
(d) Das Verhältnis F : CrO^ soll 0,17-2,5 ; 1, und vorzugsweise 0,65-0,70 : 1 betragen. Wenn der F-Gehalt gegenüber dem CrO^-Gehalt unter das Optimum sinkt, so werden die überzüge zunehmend dünner, härter und irisierend. Im entgegengesetzten Falle (bei zunehmendem F-Gehalt) werden sie
zunehmend dünner, weicher und ungleichmässiger. Jenseits der oben gegebenen Grenzen werden keine brauchbaren Überzüge mehr erhalten.
(e) Die Acidität der Lösung soll einem pH-Wert von 3,2-7,0, vorzugsweise 3,6-4,0 entsprechen. Mit unter 3,6 abnehmendem pH-vVert werden die -Überzüge ..wenigeijiicht, weicher und das Metall wird zunehmend geäzt. Unter 3,2 neigt die Lösung dazu, den bereits gebildeten Überzug wieder aufzulösen. Mit über 4,0 steigendem pB- werden die Uberzüge zunehmend dünner und irisierend, und über pH=7,0 erhält man nur lose anhaftende und pulverige Überzüge ohne praktischen Wert.
Der pH-Wert kann, wie im Hauptpatent, mit einer Glaselektrode bestimmt werden. Bei den Losungen dieser Erfindung ist es aber auch möglich, diesen Wert in schnellerer und leichterer Weise kolorimetrisch zu bestimmen, wenn man Indikatoren benutzt, die gegen den Angriff der verschiedenen aktiven Ionen verhältnismässig widerstandsfähig sind, wie z.B. Dinitrophenole (pH-Intervall 2,0-4,4), Bromphenolblau (pH 3,0-4,5), Bromkresolblau (pH 3,5-5,4) , Methylorange (pH 3,1-4,4) , Methylrot (pH 4,2-6,3 , etc.
Die Bestimmung des pH-Wertes erfolgt in der üblichen Weise, z.B. durch Zufügen von 2 Tropfen der Indikatorlösung zu 10 ecm der zu untersuchenden Lösung und Vergleich der Farbe mit Vergleicher-röhrchen von bekannten pH-Wert. Obgleich etwas weniger genau, genügt in der Praxis im allgemeinen die BestiJinnung des pH-Wertes mit käuflichem pH-Reagenzpapier.
Obgleich im allgemeinen die besten Ergebnisse innerhalb der engeren, oben angegebenen Grenzen erhalten werden, so können gleichwohl brauchbare Überzüge innerhalb der oben angegebenen, weiteren Grenzen erhalten werden, und innerhalb derselben kann der Charakter des erzeugten Überzuges modifiziert werden , so da?s man z.B. dünnere oder dickere, härtere oder weichere, irisierende oder nicht irisierende überzüge erhalten kann.
Beispiel ; Die gut gereinigten Metalloberflächen, die
nass oder trocken sein können, -werden mit einer Lösung behandelt, die den oben angegebenen Bedingungen entspricht und beispielsweise folgende Zusammensetzung haben kann; Primäres Ammoniumphosphat ( NH^H^K)^) 80 g
Ammoniumbifluorid ( NHzfHF^) JO "
ivaliumdiChromat ( IL^rgOy) 20 M
Netzmittel (z.B. "Triton KEh ) 1 "
iasser ad 1 Liter
Diese Lösung hat, je nach der Acidifcät oder Alkalinitat des verwendeten Wassers, ein pH von 3S4~3,6, Die Behandlung mit dieser Lösung kann durch Eintauchen, Aufpinseln oder Aufspritzen z.B. in einer Spritzanlage erfolgen. Die für das Erhalten eines einwandfreien Überzuges benötigte Zeit hängt ab von der Beschaffenheit des Alumiums bezw. Zusammensetzung der Aluminiumlegierung, von der Methode der Behandlung, der konzentration und Temperatur der Losung. Wenn die Lösung mit einem Finsel aufgetragen wird, so erhält man, je nach Temperatur, in 3-Ί5 Minuten einen tadellosen überzug ; während man in einer Spritzanlage bei einer Temperatur der Lö'sung von 40 - SO0G nur 20 - 40 Sekunden benötigt.
Man kann nun die anhaftende Losung auf der Oberfläche antrocknen lassen, oder man kann die Oberfläche vor/oder nach dem Trocknen mit fässer spülen. Letzteres ist dann notwendig, wenn ein organischer überzug auf die Oberfläche aufgebracht werden soll, und in diesem Falle ist es oft zweckmässig das letzte Spülwasser mit einer sehr geringen iiienge OrO^ (0,05 - 0,2 g/L) anzusäuern, da dies jede Tendenz der aufgebrachten Lack - oder Farbschicht zum Blasenbilden ausserordentlich reduziert. 7/eil diese Behandlung mit einer äusserst verdünnten Chromsäurelösung nie schaden, aber oft nützen kann, ist sie immer zu empfehlen.
Die Zufdgung eines Netzmittels zu der Behandlungslüsung ist nicht notwendig, wenn sowohl die zu behandelnde Oberfläche als auch die Behandlungslosung völlig frei von Verunreinigungen sind. Da aber die Kosten eines solchen Zusarzes minimal sind und da ein solcher Zusatz die Gefahr der »Streifenbildung ausserordentlich vermindert und die Gleichmässigkeit der überzugsbildung oft verbessert, empfiehlt
sich im allgemeinen ein solcher Zusatz.
Es können natürlich andere Verbindungen, als die oben genannten verwendet werden, um die aktiven Anionen POzfj F und GrOzf in die Behandlungslösung einzuführen ; es können die freien Säuren oder ihre NatriumsaIze verwendet '«erden, die im allgemeinen die billigsten und am leichtesten erhältlichen Verbindungen sind. Die erforderliche Acidität der Lösung , bezw. deren pH-Wert , kann dann nach Bereitung der Lösung durch Zusatz von Säure oder Alkali eingestellt werden.
Die POzf-Iorien können ganz oder teilweise durch AsOzf-Ionen ersetzt werden, wobei sich oft ein Ersatz von nur 1-15 % der POzf-Ionen durch AsOzf-Ionen als zweckmässig erweist.
Offensichtlich ist es meist zweckmässig, Konzentrate herzustellen und in den Handel zu bringen, die als soche verschickt und gelagert werden und zu denen nur Wasser oder angesäuertes Wasser zugesetzt zu werden braucht, um Arbeitslösungen von der ricntigen Zusammensetzung zu erhalten. Ein solches festes ( d.h. nicht flüssiges) Konzentrat kann beispielsweise folgende Zusammensetzung haben:
Primäres Aiamoniumphosphat (MizfH^POzf) 617 g
Ammoniumbifluorid (NHzfHP2)" 229 g
iialiumdiChromat (K2Cr2Or7) 154- R
1000 g
Diese Mischung kann in Holzfässern oder Eisentrommeln versandt und gelagert werden. Wenn 100 - 130 Gramm derselben in 1 Liter Wasser aufgelöst und etwas Hetzmittel zugefügt Viird, so erhält man eine ausgezeichnete Arbeitslösung mit dem richtigen pE-Wert.
'»Vie in dem Hauptpatent No. (Anmeldung No.ρ
39535) des Näheren ausgeführt ist, erhält man Überzüge von etwas grösserer korrosionsschützender Wirkung , wenn man die Lösung, ohne sie abzuspülen, auf der Oberfläche antrocknen lässt. Diese Überzüge sind jedoch ungeeignet für ein nachfolgendes Auftragen einer Lack - oder Farbschicht. Wenn man diese ohne vorheriges Spülen angetrockneten überzüge sorgfältig mit Wasser oder sehr verdünnter Ohromsaurelosung spült und dann nochmals trocknet und mit einem Parbanstrich
versieht, so erhält man einen erheblich besseren Korrosionsschutz als mit Überzügen, die man nicht erst hat antrocimen lassen, sondern die gleich gespült wurden.
Auch bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhöht eine Hitzebehandlung , z.B. ein Erhitzen auf 15O-20O°G während 2 Stunden, wodurch mindestens ein Teil des chemisch gebundenen Wassern entfernt wird, erheblich die chemische Widerstandsfähigkeit der Überzüge, wie in dem Hauptpatent beschrieben.

Claims (4)

Patentansprüche
1. ) Verfahren zur Erzeugung von Überzügen auf Aluminium und dessen Legierungen gemäss Patent ... (Anmeldung No. P 39535 durch Behandlung mit einer wässerigen Lösung, welche Phosphat-oder/und Arseniat-Ionen, Pluor-Ionen und Chromat-Ionen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass m*»* tifti*^ /φι^Μ^Αίλ^Λ
Afdie Menge der POzf-Ionen 1,5-300, vorzugsweise 50-55 g/L, die Menge der GrOzf-Ionen (berechnet als GrO^) 3»2-140,
vorzugsweise 11-17 g/L, die Menge der P-Ionen 0,75-951 vorzugsweise 18-20 g/L, das Verhältnis F : GrO^ 0,17-2,6 % 1,0, vorzugsweise 0,66-0,70
^ : 1,0 , und
der pH-«Vert der Losung 3?2-7,0, vorzugsweise 3,6-4,0
beträgt.
2. ) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die POzf-Ionen ganz oder teil-weise durch AsQz4-Ionen ersetzt werden.
3. ) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass 1-15 % der POzf-Ionen^durch AsOzf-Ionen ersetzt werden.
4. ) Verfahren η ach (^an Spruch^ 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Lösung ohne Spülen an der behandelten Oberfläche antrocknen lässt.
) Verfahren nach(anspruch^1-4, dadurch gekennzeichnet, dass man den überzug vor oder nach dem Antrocknen mit Wasser oder einer sehr verdünnten Chromsäurelcsung spült und nochmals trocknet.
*W/ 11
0. ) Verfahren nach/Anspruch^ 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der gebildete und getrocknete Überzug einer
Bitzebehandlung unterworfen wird, die mindestens einen Teil des chemisch gebundenen Wassers entfernt.
TlT^ ] tä- π η ,te-
Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Phosphatoder/und Arseniat-Ionen, Flupa5-Ionen und Ghromat-Ionen enthält, wobei
die Menge der PO^ (bezwx"' der PO2^ + AsOz^) - Ionen 1,5-300,
vorzugsweise 50-55 s/L, die Menge der OrC^-Ionen (berechnet als OrO^) 5,2-IA-O ,
vorzugsweise 11-17 g/L > die Menge <lßS F-Ionen 0,75-95s vorzugsweise 13-20 g/L das Verh^itnis F : GrO5 0,17-2,5 : 1,0 ,
vorzugsweise 0,56-0,70 : 1,0, und
u T'h.) Ein Konzentrat zur Herstellung einer Lösung^ nach Anspruch^ (^cLadurch gekennzeichnet, dass es wasserIosIiche Stoffe enthält, die beim Auflösen PO^- (bezw. AsO^-) Ionen, F-Ionen und OrO^-Ionen bilden, und zwar in solchen absoluten und relativen Mengen, dass man beim Auflösen des Konzentrats in kVasser eine Lösung gemäss Anspruch iII erhält, deren pH-Srert gegebenenfalls auf 3s2-7,0, vorzugsweise 3»5—4-s 0 eingestellt wird.

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