EP0058711B1 - Verfahren und mittel zum passivieren von eisen-und stahloberflächen - Google Patents
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F11/00—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
- C23F11/08—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids
- C23F11/10—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids using organic inhibitors
Definitions
- the invention relates to a method and means for passivating iron and steel surfaces chemically with the aid of aqueous solutions which react weakly alkaline and contain a combination of certain corrosion-inhibiting substances.
- Passivation agents are also used as an additive to pressure baths, quenching water, such as for induction hardening, cooling circuits, such as in engine test benches, and also as hydraulic fluids.
- passivation A number of methods are known for passivation. For example, it can be carried out with oils or fats or also corresponding plastic emulsions, although undesirable layers often form. It is therefore often advisable to passivate the metal surfaces with aqueous solutions that contain appropriate chemical additives.
- Such corrosion inhibiting passivating agents for iron surfaces are, for example, alkali nitrites, alkali chromates, soaps, benzoates and alkanolamines. Alkanol amide salts of maleic acid have also been used for the passivation of iron and steel surfaces (see; e.g. EP-A-0002780).
- Suitable maleic acid monoalkylamides are both amides with straight-chain and branched alkyl radicals having 6 to 14 carbon atoms, preferably having 8 to 10 carbon atoms.
- Suitable alkanolamines are short-chain compounds such as mono-, di- and triisopropanolamine, n-propanolamine, N, N, N ', N'-tetrakis (2-hydroxyethyl) ethylenediamine and preferably mono-, di- and triethanolamine, in particular as Mixture, into consideration.
- Suitable complexing phosphonic acids are: 1-hydroxyalkyl-1,1-diphosphonic acids, 1-aminoalkyl-1,1-diphosphonic acid, phosphonocarboxylic acids, such as in particular 2-phosphono-1,2,4-tricarboxylic acid and / or Phosphonic acids of the general formula in the means.
- 1-Hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid, 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid and nitrilotrimethylenephosphonic acid have preferably proven successful.
- the phosphonic acids can also be used as alkali salts or alkanolamine salts.
- the free phosphonic acids can also be added to the corresponding solutions. In such a case, an excess of alkanolamine in the solution can then be used to adjust the pH to 7.5 to 10.5.
- An essential feature of the combination according to the invention is the weight ratio of maleic acid monoalkylamide to alkanolamine, which should be 1 0.3 to 1:10 and preferably 1: to 1: 4.
- the weight ratio of maleic acid monoalkylamide to phosphonic acid is the process according to the invention 1: 0.01 to 1: 0.5 and preferably 1: 0.1 to 1: 0.5.
- a further increase in the addition of phosphonic acid is possible, but does not bring any additional synergistic effects.
- the pH of the solution from 7.5 to 10.5 which is suitable for carrying out the process is not already achieved by the alkalinity of the substances used, it can be adjusted by adding a small amount of alkali.
- the metal surfaces made of iron or steel can be treated at elevated temperatures between 30 and 100 ° C., but preferably at room temperature.
- the agents can also contain further substances.
- surfactants preferably nonionic low-foaming surfactants. Especially if cleaning is desired at the same time as the passivation or if greased or partially greased parts are to be treated in one operation.
- low-foaming nonionic surfactants the addition products of ethylene or propylene oxide onto polypropylene glycol or polyethylene glycol and addition products of ethylene and / or propylene oxide onto mono- or polyalcohols, mono- or polyamines, fatty acids, amides and alkylphenols with an alkyl radical of preferably 8 to 20, in particular 12 to 18 carbon atoms.
- the concentration in the aqueous passivation solution is between 0.005 to 0.3 percent by weight.
- agents according to the invention may also be expedient in some cases to add builders, which increase the action of the surfactants, to the agents according to the invention in order to enhance the cleaning action.
- builders which increase the action of the surfactants, to the agents according to the invention in order to enhance the cleaning action.
- Ortho- or polymer phosphates and / or borates should be mentioned in particular.
- a builder content in amounts of 0.2 to 2 percent by weight, based on the aqueous solution, is preferred.
- the agents according to the invention can also contain alkanolamine soaps of short-chain fatty acids - d. H. of fatty acids with 6 to 12 carbon atoms -, for example caprylic or isononanoic acid, which reinforce the corrosion protection effect in a manner known per se and act as a solubilizer and as a foam regulator.
- the solutions according to the invention may optionally also contain preservatives for preventing bacterial decomposition, such as chlorophenols, diphenyl derivatives, hexahydrotriazine derivatives and / or for non-ferrous metal inhibition, benztriazole, mercaptobenztriazole and lignin sulfonate in amounts of about 0.05 to 0.1 percent by weight.
- preservatives for preventing bacterial decomposition such as chlorophenols, diphenyl derivatives, hexahydrotriazine derivatives and / or for non-ferrous metal inhibition, benztriazole, mercaptobenztriazole and lignin sulfonate in amounts of about 0.05 to 0.1 percent by weight.
- agents used contain the components mentioned in the stated amounts. If desired, however, the corresponding agents can also be prepared in concentrated form in order to be diluted to the stated concentration immediately before use.
- the corrosion protection obtained with the solutions according to the invention is considerably higher than the sum of the properties of the individual substances and exceeds the passivating agents used hitherto.
- the outstanding corrosion protection properties of the method according to the invention were tested in the corrosion protection test according to DIN 51 360/2 with cast chips GG 30 at an exposure time of 2 hours.
- the test solutions were prepared at room temperature with 20 ° hard water.
- the pH of all test solutions was between 8.5 and 10.5; Test and comparison solution were adjusted to the same pH.
- the concentration of the respective combination was 1, 1.5 and 2% in the DIN tests.
- the comparative tests are listed under a) and the solutions according to the invention under b).
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Description
- Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und Mittel zum Passivieren von Eisen- und Stahloberflächen auf chemischem Wege mit Hilfe wäßriger Lösungen, die schwach alkalisch reagieren und eine Kombination bestimmter korrosionsinhibierender Substanzen enthalten.
- Es ist häufig erforderlich, zur Vermeidung unerwünschter Korrosionserscheinungen Eisen- und Stahloberflächen zu passivieren. Dies erfolgt beispielsweise bei oder nach Reinigungsoperationen, bei der Metallbearbeitung oder Zwischenlagerung vor einer weiteren Bearbeitung der Metalle. Ebenfalls werden Passivierungsmittel als Zusatz zu Abdrückbädern, Abschreckwässern, wie zum Beispiel bei der Induktionshärtung, Kühlkreisläufen, wie bei Motorenprüfständen, und auch als Hydraulikflüssigkeiten verwendet.
- Für die Passivierung ist eine Reihe von Methoden bekannt. So kann sie beispielsweise mit Ölen oder Fetten oder auch entsprechenden Kunststoffemulsionen vorgenommen werden, wobei sich allerdings häufig unerwünschte Schichten bilden. Deshalb ist es oft zweckmäßig, die Metalloberflächen mit wäßrigen Lösungen, die entsprechende chemische Zusätze enthalten, zu passivieren. Derartige die Korrosion inhibierende Passivierungsmittel für Eisenoberflächen sind beispielsweise Alkalinitrite, Alkalichromate, Seifen, Benzoate und Alkanolamine. Auch wurden Alkanol-amid salze vo: Malein amid säuren schon für die Passivierung von Eisen- und Stahloberflächen eingesetzt (Sieh ; z. B. EP-A-0002780).
- Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß hinsichtlich des Korrosionsschutzes eine starke synergistische Wirkung auftritt, wenn man sich des nachstehend beschriebenen Verfahrens zum Passivieren von Eisen- und Stahloberflächen auf chemischem Wege mit Hilfe wäßriger Lösungen, die alkalisch reagieren und eine Kombination bestimmter korrosionsinhibierender Substanzen enthalten, bedient.
- Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberflächen mit 0,5 bis 5 gewichtsprozentigen Lösungen behandelt werden, deren pH-Wert zwischen 7,5 und 10,5 liegt und die eine in Wasser klar lösliche Kombination aus
- a) einem oder mehreren Maleinsäuremonoalkylamiden,
- b) einem oder mehreren Alkanolaminen,
- c) einer oder mehrerer Phosphonsäuren, die komplexierende Eigenschaften haben,
- Als Maleinsäuremonoalkylamide kommen sowohl Amide mit geradkettigen als auch verzweigten Alkylresten mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit 8 bis 10 Kohlenstoffatomen in Betracht.
- Als geeignete Alkanolamine kommen kurzkettige Verbindungen wie Mono-, Di- und Triisopropanolamin, n-Propanolamin, N,N,N',N'-Tetrakis-(2-hydroxyethyl)-ethylendiamin und vorzugsweise Mono-, Di-und Triethanolamin, insbesondere als Gemisch, in Betracht.
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- Vorzugsweise haben sich 1-Hydroxyethan-1,1-diphosphonsäure, 2-Phosphonobutan-1,2,4-tricarbonsäure und Nitrilotrimethylenphosphonsäure bewährt. Die Phosphonsäuren können im übrigen auch als Alkalisalze oder Alkanolaminsalze eingesetzt werden. Es kann den entsprechenden Lösungen aber auch die freien Phosphonsäuren hinzugefügt werden. In einem solchen Falle kann dann durch einen Überschuß an Alkanolamin in der Lösung diese auf den pH-Wert 7,5 bis 10,5 eingestellt werden.
- Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Kombination ist das Gewichtsverhältnis von Maleinsäuremonoalkylamid zu Alkanolamin, welches 1 0,3 bis 1 : 10 und vorzugsweise 1 : bis 1 :4 betragen soll. Das Gewichtsverhältnis von Maleinsäuremonoalkylamid zu Phosphonsäure beträgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 1 : 0,01 bis 1 : 0,5 und vorzugsweise 1 : 0,1 bis 1 : 0,5. Eine weitere Erhöhung des Phosphonsäurezusatzes ist zwar möglich, bringt aber keine zusätzlichen synergistischen Effekte.
- Falls der für die Durchführung des Verfahrens geeignete pH-Wert der Lösung von 7,5 bis 10,5 nicht bereits durch die Alkalität der verwendeten Substanzen erzielt wird, kann er durch einen geringen Zusatz an Alkali eingestellt werden.
- Die Behandlung der Metalloberflächen aus Eisen oder Stahl kann bei erhöhten Temperaturen zwischen 30 und 100 °C, vorzugsweise jedoch bei Raumtemperatur, erfolgen.
- Die Mittel können zusätzlich zu den bereits erwähnten Komponenten noch weitere Substanzen enthalten. Insbesondere kommen dabei Tenside, vorzugsweise nichtionogene schaumschwache Tenside, in Betracht. Insbesondere dann, wenn gleichzeitig mit der Passivierung eine Reinigung erwünscht ist oder befettete oder teilbefettete Teile gleichzeitig in einem Arbeitsgang behandelt werden sollen.
- Als schaumschwache nichtionogene Tenside sind zu nennen : die Anlagerungsprodukte von Ethylen- oder Propylenoxid an Polypropylenglykol beziehungsweise Polyethylenglykol sowie Anlagerungsprodukte von Ethylen- und/oder Propylenoxid an Mono- oder Polyalkohole, Mono- oder Polyamine, Fettsäuren, Amide und Alkylphenole mit einem Alkylrest von vorzugsweise 8 bis 20, insbesondere 12 bis 18 C-Atomen.
- Soweit Tenside Anwendung finden, liegt die Konzentration in der wäßrigen Passivierungslösung zwischen 0,005 bis 0,3 Gewichtsprozent.
- Schließlich kann es in manchen Fällen auch zweckmäßig sein, zur Verstärkung der Reinigungswirkung den erfindungsgemäßen Mitteln sogennante Builder, die die Wirkung der Tenside verstärken, zuzusetzen. Insbesondere sind zu nennen Ortho- oder Polymerphosphate und/oder Borate. Bevorzugt ist ein Gehalt an Buildern in Mengen von 0,2 bis 2 Gewichtsprozent, bezogen auf die wäßrige Lösung. Die erfindungsgemäßen Mittel können weiterhin noch Alkanolaminseifen kurzkettiger Fettsäuren - d. h. von Fettsäuren mit 6 bis 12 C-Atomen -, beispielsweise Capryl- oder Isononansäure, enthalten, die in an sich bekannter Weise die Korrosionsschutzwirkung verstärken und als Lösungsvermittler sowie als Schaumregulator wirken. Auch können die erfindungsgemäßen Lösungen gegebenenfalls noch Konservierungsmittel zur Verhinderung der bakteriellen Zersetzung, wie beispielsweise Chlorphenole, Diphenylderivate, Hexahydrotriazinderivate und/oder zur Buntmetallinhibierung Benztriazol, Mercaptobenztriazol und Ligninsulfonat in Mengen von etwa 0,05 bis 0,1 Gewichtsprozent enthalten.
- Die zur Anwendung gelangenden Mittel enthalten die genannten Komponenten in den angegebenen Mengen. Gewünschtenfalls können jedoch auch die entsprechenden Mittel in konzentrierter Form hergestellt werden, um unmittelbar vor der Verwendung auf die genannte Konzentration verdünnt zu werden.
- Der Korrosionsschutz, der mit den erfindungsgemäßen Lösungen erhalten wird, ist erheblich höher als die Summe der Eigenschaften der Einzelsubstanzen und übertrifft die bisher verwendeten Passivierungsmittel.
- Die hervorragenden korrosionsschützenden Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden im Korrosionsschutztest nach DIN 51 360/2 mit Gußspänen GG 30 bei Expositionszeiten von 2 Stunden getestet. Die Prüflösungen wurden bei Raumtemperatur mit 20° hartem Wasser angesetzt. Der pH-Wert aller Testlösungen lag zwischen 8,5 und 10,5 ; Test- und Vergleichslösung wurden auf den gleichen pH-Wert eingestellt. Die Konzentration der jeweiligen Kombination betrug bei den DIN-Testen 1, 1,5 und 2%. In der Tabelle sind unter a) die Vergleichsversuche, unter b) die erfindungsgemäßen Lösungen aufgeführt.
-
- 8. Aktivsubstanzen der Rezeptur in Gewichtsteilen
- 10 Monoethanolamin
- 10 Diethanolamin
- 10 Triethanolamin
- 5 Maleinsäuremono-2-ethylhexylamid
- 2 Maleinsäuremonodecylamid
- 7 Caprylsäure
- 1 1-Hydroxyethan-1.1-diphosphonsäure, 60%ig
- 1 Aminotrimethylenphosphonsäure, 50 %ig
- 2 nichtionogenes Tensid (Anlagerungsprodukt von Ethylenoxid an Polyethylenglykol)
- 1 Phosphonobutantricarbonsäure, 50 %ig
- 9. Aktivsubstanzen der Rezeptur in Gewichtsteilen
- 10 Maleinsäuremono-2-ethylhexylamid
- 30 Diethanolamin
- 5 Caprylsäure
- 31-Hydroxyethan-1.1-diphosphonsäure, 60 %ig
- 2 nichtionogenes Tensid (Anlagerungsprodukt von Ethylenoxid an Polyethylenglykol)
- 10. Aktivsubstanzen der Rezeptur in Gewichtsteilen
- 10 Borsäure
- 5 Monoethanolamin
- 6,6 Maleinsäuremono-2-ethylhexylamid
- 20 Diethanolamin
- 3,3 Caprylsäure
- 2 1-Hydroxyethan-1.1-diphosphonsäure
- 1,3 nichtionogenes Tensid (Anlagerungsprodukt von Ethylenoxid an Polyethylenglykol)
- Beurteilung der Rostbildung in Korrosionsgraden 0-4, 0 = keine Korrosion, 4 = starke Korrosion
-
enthalten, wobei das Gewichtsverhältnis Maleinsäuremonoalkylamid zu Alkanolamin 1 : 0,3 bis 1 : 10 und das Gewichtsverhältnis Maleinsäuremonoalkylamid zu Phosphonsäure 1 : 0,01 bis 1 : 0,5 beträgt.
Claims (18)
enthalten, wobei das Gewichtsverhältnis von Maleinsäuremonoalkylamid zu Alkanolamin 1 : 0,3 bis 1 : 10 und das Gewichtsverhältnis Maleinsäuremonoalkylamid zu Phosphonsäure 1 : 0,01 bis 1 : 0,5 beträgt und der pH-Wert der Lösung zwischen 7,5 und 10,5 liegt.
in Mengen von insgesamt 0,5 bis 5 Gewichtsprozent enthalten, wobei das Gewichtsverhältnis von Maleinsäuremonoalkylamid zu Alkanolamin 1 : 0,3 bis 1 : 10 und das Gewichtsverhältnis Maleinsäuremonoalkylamid zu Phosphonsäure 1 : 0,01 bis 1 : 0,5 und der pH-Wert der Lösungen zwischen 7,5 und 10,5 beträgt.
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