EP0155547A1 - Process for the zinc-calcium phosphatizing of metal surfaces at a low treating temperature - Google Patents

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EP0155547A1
EP0155547A1 EP85102057A EP85102057A EP0155547A1 EP 0155547 A1 EP0155547 A1 EP 0155547A1 EP 85102057 A EP85102057 A EP 85102057A EP 85102057 A EP85102057 A EP 85102057A EP 0155547 A1 EP0155547 A1 EP 0155547A1
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Definitions

  • the treated metal surfaces are coated with a layer of dizinc calcium phosphate dihydrate (Scholzit).
  • Scholzit dizinc calcium phosphate dihydrate
  • zinc and calcium ions are incorporated into the 'phosphating layer in a molar ratio of 2: 1, it is essential for the composition of the bath solutions according to the process of the invention that they contain zinc and calcium ions in a weight ratio of 1: 0.5 to 1: 1.5, preferably in a ratio of 1: 1.
  • the proportion of PO 4 3- ions which can be adjusted by phosphoric acid in the phosphating solutions according to the invention is considerably higher: it is in the range from 10 to 50 g. 1 -1 .
  • the metal surfaces are treated with the phosphating solutions in the temperature range from 30 to 65 ° C. Temperatures between 48 and 57 ° C are preferably used.
  • the phosphate layers produced were finely crystalline and closed.
  • the example illustrates that the process according to the invention produces good phosphate layers.
  • the sheets were then provided with a single cut in accordance with DIN 53167 and subjected to the salt spray test in accordance with DIN 50021 for a period of 480 hours.
  • the evaluation according to DIN 53167 showed an infiltration of ⁇ 0.1 mm.
  • the example illustrates that the process according to the invention produces good phosphate layers.
  • the phosphate layers produced were finely crystalline and closed.
  • the sheets were then provided with a single cut in accordance with DIN 53167 and subjected to the salt spray test in accordance with DIN 50021 for a period of 480 hours.
  • the evaluation according to DIN 53167 showed an infiltration of 0.2 mm.
  • the example illustrates that the process according to the invention produces good phosphate layers.
  • solution B was prepared.
  • the sheets were then coated with a cathodic electrocoating material and dried by heating at 185 ° C. for 20 minutes.
  • the dry film thickness of the lacquer was 18 ⁇ m.
  • the comparative example illustrates that, in contrast to the examples according to the invention, significantly reduced corrosion protection is achieved.

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Abstract

The invention relates to a process for phosphatizing metal surfaces with an acidic phosphatizing solution containing zinc ions, calcium ions, phosphate ions and accelerators and, optionally, other additives, characterized in that, after degreasing and without activation, the metal surfaces are brought into contact at 30 DEG to 65 DEG C. with solutions which contain Zn2+, Ca2+, PO43- and, as accelerators, nitrate and/or nitrite and/or chlorate ions and/or an organic nitro compound and/or H2O2 or an inorganic peroxide and which have a pH-value of from 2.2 to 3.8, a ratio of free acid to toal acid of from 1:10 to 1:60 and a ratio by weight of (Ca2++Zn2+) to PO43- of from 1:>8 to 1:40, and to the use of this process for pretreating the metal surfaces for painting by electrodeposition, particularly by cathodic electrodeposition.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Phosphatierung von Metalloberflächen, insbesondere von Oberflächen aus Eisen, Stahl, Zink und/oder Aluminium mittels einer Zink, Calcium, Phosphat und Beschleuniger, sowie gegebenenfalls weitere Zusätze enthaltende Phosphatierlösung sowie die Anwendung dieses Verfahrens zur Vorbehandlung der Metalloberflächen für die Elektrotauchlackierung, insbesondere für die kathodische Elektrotauchlackierung.The invention relates to a method for phosphating metal surfaces, in particular surfaces made of iron, steel, zinc and / or aluminum by means of a zinc, calcium, phosphate and accelerator, and, if appropriate, further additives containing phosphating solution and the use of this method for pretreating the metal surfaces for the Electrocoating, in particular for cathodic electrocoating.

Der Schutz metallischer Oberflächen, insbesondere der Schutz von Eisen- und Stahloberflächen, durch phosphathaltige Überzüge ist seit langer Zeit bekannt. Dabei werden die sogenannte "nicht-schichtbildende Phosphatierung", d.h. die Verwendung von Alkali- und/ oder Ammoniumorthophosphatlösungen zur Erzeugung von Eisenphosphatschichten, in denen das Eisenion aus der zu überziehenden metallischen Oberfläche stammt, und die sogenannte "schichtbildende Phosphatierung" unterschieden, bei der auf Metalloberflächen unter Verwendung von Zink- oder Zink-/Calciumphosphat-Lösungen Zinkphosphatschichten bzw. Zink-Calciumphosphat-Schichten gebildet werden.The protection of metallic surfaces, in particular the protection of iron and steel surfaces, by phosphate-containing coatings has been known for a long time. The so-called "non-layer-forming phosphating", ie the use of alkali and / or ammonium orthophosphate solutions for producing iron phosphate layers in which the iron ion comes from the metallic surface to be coated, and Distinguished the so-called "layer-forming phosphating", in which zinc phosphate layers or zinc calcium phosphate layers are formed on metal surfaces using zinc or zinc / calcium phosphate solutions.

Derartige Phosphatschichten verbessern nicht nur den Korrosionsschutz der Metalloberflächen, sondern erhöhen auch die Haftung für auf die Oberfläche zu applizierende Lacke. Zudem können sie in bestimmten Fällen dazu beitragen, die Eigenschaften von Metallblechen bei der Kaltumformung und bei der Anwendung von Tiefziehverfahren zu verbessern.Such phosphate layers not only improve the corrosion protection of the metal surfaces, but also increase the adhesion for paints to be applied to the surface. In certain cases, they can also help to improve the properties of metal sheets during cold forming and when using deep-drawing processes.

Speziell für die Phosphatierung von Metalloberflächen, die später mit Elektrotauchlacken beschichtet werden sollen, werden immer häufiger Zink-Calcium-Phosphatlösungen angewendet. Dabei haben Erfahrungswerte über die Zusammensetzung der Badlösungen einerseits und grundsätzliche Erkenntnisse über den Aufbau von Phosphatierungsschichten andererseits (A. Neuhaus und M. Gebhardt, Werkstoffe und Korrosion, 567 (1966)) die Lehre vermittelt, daß der Aufbau einheitlicher und geschlossener Phosphatierungsschichten nicht nur von der Zusammensetzung der Badlösungen, sondern auch von der Vorbehandlung der Rohbleche, der Aktivierung vor dem Phosphatier-Schritt, der Wahl eines geeigneten Beschleunigers und we-iteren Verfahrens-Parametern abhängt.Zinc-calcium-phosphate solutions are increasingly being used especially for the phosphating of metal surfaces that are later to be coated with electrocoating materials. Experiences about the composition of the bathroom solutions on the one hand and basic knowledge about the structure of phosphating layers on the other (A. Neuhaus and M. Gebhardt, Werkstoffe und Korrosion, 567 (1966)) have given the teaching that the construction of uniform and closed phosphating layers is not only of depends on the composition of the bath solutions, but also on the pretreatment of the raw sheets, the activation before the phosphating step, the choice of a suitable accelerator and other process parameters.

In der DE-OS 15 21 818 werden wässrige Phosphatierungslösungen, die als wesentliche Bestandteile Zink-, Calcium-, Nickel-, Phosphat-, Nitrit- und Nitrationen enthalten und die Phosphatierung galvanisierter Eisenmetalloberflächen bei erhöhten Temperaturen gestatten, offenbart. Ein Nachteil der offenbarten Phosphatierungslösung ist es jedoch, daß die Temperatur des Phosphatierungsschrittes relativ hoch sein muß, um eine wirtschaftlich vertretbare, kurze Applikationszeit der Lösungen erreichen zu können: Bei Gesamteintauchzeiten von 1 bis 20 sec liegen die Temperaturen zwischen 66 und 116°C. Die verwendeten Lösungen enthalten sehr hohe Gehalte an Zink- und Calciumionen bei niedrigem Phosphationen-Gehalt; das Gewichtsverhältnis der Summe aus Zink- und Calciumionen zu Phosphationen liegt im Bereich von 1 : 3,5 bis 1 : 7,1.DE-OS 15 21 818 discloses aqueous phosphating solutions which contain zinc, calcium, nickel, phosphate, nitrite and nitrate ions as essential constituents and which permit the phosphating of galvanized iron metal surfaces at elevated temperatures. A disadvantage of the disclosed phosphatie Solution, however, is that the temperature of the phosphating step must be relatively high in order to be able to achieve an economically justifiable, short application time for the solutions: With total immersion times of 1 to 20 seconds, the temperatures are between 66 and 116 ° C. The solutions used contain very high levels of zinc and calcium ions with a low phosphate ion content; the weight ratio of the sum of zinc and calcium ions to phosphate ions is in the range from 1: 3.5 to 1: 7.1.

Wässrige Lösungen für Phosphatier-Verfahren, die Zink-, Calcium-, Phosphat- und gegebenenfalls auch Nickel-Ionen und zusätzlich H202 als Beschleuniger enthalten, werden in der BE-PS 81 12 20 beschrieben. Die Anwendungstemperaturen derartiger Lösungen liegen jedoch auch relativ hoch. Im Verhältnis zum Phosphatgehalt ist der Gehalt an Zink- und Calciumionen sehr hoch.Aqueous solutions for phosphating processes which contain zinc, calcium, phosphate and optionally also nickel ions and additionally H 2 0 2 as accelerators are described in BE-PS 81 12 20. However, the application temperatures of such solutions are also relatively high. In relation to the phosphate content, the content of zinc and calcium ions is very high.

Verfahren zur Phosphatierung von Metalloberflächen mittels sauerer, Oxidationsmittel-haltiger Zinkphosphatlösungen, in denen ein vergleichsweise niedriger Zinkgehalt einem deutlich höheren Phosphatgehalt gegenübersteht und die weitere zweiwertige Metallionen, z.B. auch Ca2+-Ionen, enthalten können, werden in der DE-AS 22 32 067 und der DE-OS 31 18 375 beschrieben. Mit dem Verfahren gemäß der DE-AS 22 32 067 lassen sich zwar mit frischen Anwendungslösungen qualitativ hochwertige'Phosphatschichten ausbilden; nach Durchlauf einer höheren Zahl von Blechen wird jedoch der Korrosionsschutz aufgrund unregelmäßiger Phosphatier-Schichten qualitativ schlechter, z.T. bilden sich keine brauchbaren Schutzschichten mehr aus.DE-AS 22 32 067 describes processes for phosphating metal surfaces by means of acidic, zinc-phosphate solutions containing oxidizing agents, in which a comparatively low zinc content contrasts with a significantly higher phosphate content and which can contain further divalent metal ions, for example also Ca 2+ ions and DE-OS 31 18 375 described. With the method according to DE-AS 22 32 067, high-quality phosphate layers can be formed with fresh application solutions; After passing through a higher number of sheets, however, the corrosion protection deteriorates due to irregular phosphating layers, in some cases no more useful protective layers are formed.

Ein weiterer Nachteil der meisten bisher beschriebenen Verfahren ist darin zu sehen, daß die Qualität der im Phosphatierschritt ausgebildeten Schwermetallphosphat-Schichten in höchstem Maße von der entfettenden Vorbehandlung der Metalloberflächen wie auch von der Aktivierung abhängig ist. Insbesondere dem Aktivierungsschritt kommt insofern große Bedeutung zu, als er die Grundlage für die Haftung der späteren Phosphatschichten darstellt und damit die Qualität der sich bildenden Phosphat-Überzüge wesentlich beeinflußt. Die gewünschte Ausbildung dünner, feinkörnig-kristalliner Phosphatüberzüge ist nur nach hinreichender Aktivierung durch geeignete Aktivierungsmittel, z.B. phosphathaltige Aktivierungslösungen, möglich. Dabei ergibt sich insbesondere die Schwierigkeit, eine Stippenbildung zu vermeiden, die die Qualität der Phosphatier-Schicht nachteilig beeinflußt.Another disadvantage of most of the processes described so far is that the quality of the heavy metal phosphate layers formed in the phosphating step is very different from that of the degreasing agent treatment of the metal surfaces and also depends on the activation. In particular, the activation step is of great importance insofar as it forms the basis for the adhesion of the later phosphate layers and thus significantly influences the quality of the phosphate coatings that form. The desired formation of thin, fine-grained, crystalline phosphate coatings is only possible after sufficient activation by means of suitable activation agents, for example activation solutions containing phosphate. This results in particular in the difficulty of avoiding speck formation, which adversely affects the quality of the phosphating layer.

überraschend wurde nun gefunden, daß man dünne, feinkörnig-kristalline Zink-Calcium-Phosphat-Schichten hoher Homogenität schon bei niedriger Behandlungstemperatur erhält, wenn man Metalloberflächen mit sauren wässrigen Lösungen behandelt, die Zink-, Calcium- und Phosphationen, sowie einen oder mehrere Beschleuniger enthalten, wobei ein enger Bereich des pH-Wertes, ein bestimmtes Säureverhältnis, sowie ein vorgegebenes Gewichtsverhältnis der Summe an Calcium- und Zinkionen zu Phosphat-Ionen einzuhalten sind.Surprisingly, it has now been found that thin, fine-grained, crystalline zinc-calcium-phosphate layers of high homogeneity are obtained even at a low treatment temperature if metal surfaces are treated with acidic aqueous solutions, the zinc, calcium and phosphate ions, and one or more accelerators contain, whereby a narrow range of pH, a certain acid ratio, as well as a predetermined weight ratio of the sum of calcium and zinc ions to phosphate ions are to be observed.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zu Phosphatierung von Metalloberflächen, insbesondere von Oberflächen aus Eisen., Stahl, Zink und/oder Aluminium mittels einer sauren, Zink, Calcium, Phosphat und Beschleuniger, sowie gegebenenfalls weitere Zusätze enthaltenden Phosphatierlösung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Oberflächen nach entfettender Reinigung ohne Aktivierungsschritt im Temperaturbereich von 30 bis 65°C mit Lösungen in Kontakt bringt, die mehr als 0,5 bis 1,5 g . 1-1 Ca2+, 0,5 bis 1,5 g . 1-1 Zn , 10 bis 50 g . 1-1 PO4 3-, sowie als Beschleuniger 0,5 bis 30 g . 1 NO3 - und/oder 0,01 bis 0,6 g . 1-1 NO2 - und/ oder 0,2 bis 10 g . 1-1 ClO3 - und/oder 0,1 bis 2 g . 1-1 einer organischen Nitroverbindung und/oder 0,01 bis 0,5 g . 1 H202 bzw. eines anorganischen Peroxids enthalten und einen pH-Wert von 2,2 bis 3,8, ein Verhältnis von freier Säure zu Gesamtsäure von 1 : 10 bis 1 : 60, sowie ein Gewichtsverhältnis (Ca2+ + Zn2+) : PO4 3- von 1 :> 8 bis 1: 40 aufweisen.The invention therefore relates to a process for phosphating metal surfaces, in particular surfaces made of iron, steel, zinc and / or aluminum by means of an acidic, zinc, calcium, phosphate and accelerator, and optionally further additives containing phosphating solution, which is characterized in that the surfaces after degreasing cleaning without activation step in the temperature range from 30 to 65 ° C in contact with solutions that are more than 0.5 to 1.5 g. 1 -1 Ca 2+ , 0.5 to 1.5 g. 1 -1 Zn, 10 to 50 g. 1 -1 PO 4 3- , as well as Be accelerator 0.5 to 30 g. 1 NO 3 - and / or 0.01 to 0.6 g. 1 -1 NO 2 - and / or 0.2 to 10 g. 1 -1 ClO 3 - and / or 0.1 to 2 g. 1 -1 of an organic nitro compound and / or 0.01 to 0.5 g. 1 H 2 0 2 or an inorganic peroxide and a pH of 2.2 to 3.8, a ratio of free acid to total acid from 1:10 to 1:60, and a weight ratio (Ca 2+ + Zn 2+ ): PO 4 3- from 1:> 8 to 1:40.

Die Erfindung betrifft außerdem die Anwendung dieses Verfahrens zur Vorbehandlung der Metälloberflächen für die Elektrotauchlackierung, insbesondere für die kathodische ElektrotauchlackierungThe invention also relates to the use of this method for pretreating the metal surfaces for electrocoating, in particular for cathodic electrocoating

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Phosphatierung von Metalloberflächen aus Eisen, Stahl und Zink. Es sind jedoch auch Oberflächen aus Aluminium mit Zink-Calcium-Schichten gemäß dem vorgelegten Verfahren zu überziehen.The method according to the invention is particularly suitable for the phosphating of metal surfaces made of iron, steel and zinc. However, surfaces made of aluminum must also be coated with zinc-calcium layers in accordance with the method presented.

Wie herausgefunden werden konnte, überziehen sich die behandelten Metalloberflächen mit einer Schicht von Dizinkcalciumphosphat-Dihydrat (Scholzit). Obwohl in die' Phosphatier-Schicht Zink- und Calcium-Ionen im Molverhältnis 2 : 1 eingebaut werden, ist es wesentlich für die Zusammensetzung der Badlösungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß sie Zink- und Calcium-Ionen im Gewichtsverhältnis 1 : 0,5 bis 1 : 1,5, bevorzugt im Verhältnis 1 : 1 enthalten.As could be found, the treated metal surfaces are coated with a layer of dizinc calcium phosphate dihydrate (Scholzit). Although zinc and calcium ions are incorporated into the 'phosphating layer in a molar ratio of 2: 1, it is essential for the composition of the bath solutions according to the process of the invention that they contain zinc and calcium ions in a weight ratio of 1: 0.5 to 1: 1.5, preferably in a ratio of 1: 1.

Dazu werden den Lösungen geeignete wasserlösliche Zink- bzw. Calcium-Salze bzw. Lösungen zugesetzt, so daß der Gehalt an Zn2+ 0,5 bis 1,5 g . 1-1 Phosphatier- Lösung und der Gehalt an Ca2+ mehr als 0,5 bis 1,5 g . 1-1 Phosphatier-Lösung beträgt. Insbesondere werden ZnO, Phosphorsäure und Ca(NO3)2. 4H20 als Ausgangsverbindungen eingesetzt.For this purpose, suitable water-soluble zinc or calcium salts or solutions are added to the solutions, so that the content of Zn2 + 0.5 to 1.5 g. 1 -1 phosphating solution and the content of Ca 2+ more than 0.5 to 1.5 g. 1 -1 phosphating solution. In particular ZnO, phosphoric acid and Ca (NO 3 ) 2 . 4H 2 0 used as starting compounds.

Der durch Phosphorsäure einstellbare Anteil an PO4 3--Ionen in den erfindungsgemäßen Phosphatier-Lösungen liegt wesentlich höher: er bewegt sich im Bereich von 10 bis 50 g . 1-1.The proportion of PO 4 3- ions which can be adjusted by phosphoric acid in the phosphating solutions according to the invention is considerably higher: it is in the range from 10 to 50 g. 1 -1 .

Die angegebenen Mengen der die Hauptbestandteile der erfindungsgemäßen Phosphatier-Lösung bildenden aktiven Ionen sind also dadurch charakterisiert, daß das Gewichtsverhältnis der Summe aus Calcium und Zink zu Phosphat immer im Bereich von l : größer 8 bis 1 : 40 liegt. Dadurch wird gewährleistet, daß auf allen behandelten Metalloberflächen homogene Scholzit-Schichten gebildet werden; die Bildung von z.B. tertiärem Zinkphosphat-Tetrahydrat (Hopeit) oder Dezinkeisenphosphat-Tetrahydrat (Phosphophyllit), die zusammen mit Scholzit zu einer weniger homogenen und schlechter haftenden Schutzschicht führen würden, wird nicht beobachtet.The stated amounts of the active ions forming the main constituents of the phosphating solution according to the invention are therefore characterized in that the weight ratio of the sum of calcium and zinc to phosphate is always in the range from 1: greater than 8 to 1:40. This ensures that homogeneous scholzite layers are formed on all treated metal surfaces; the formation of e.g. No tertiary zinc phosphate tetrahydrate (Hopeit) or decy iron phosphate tetrahydrate (phosphophyllite), which together with scholzite would lead to a less homogeneous and poorly adhering protective layer, is observed.

Ein weiterer wesentlicher Verfahrensparameter ist darin zu sehen, daß das Molverhältnis von freier Säure zu Gesamtsäure (Säureverhältnis) auf Werte von l : 10 bis 1 : 60 einzustellen ist. Dies bedeutet insbesondere, daß ein relativ niedriger Wert für die Konzentration an freier Säure besonders wichtig für die Ausbildung guter Scholzit-Schichten ist.Another essential process parameter can be seen in the fact that the molar ratio of free acid to total acid (acid ratio) is to be set to values of 1:10 to 1:60. This means in particular that a relatively low value for the concentration of free acid is particularly important for the formation of good scholzite layers.

Als beschleunigende Oxidationsmittel werden den Phosphatierbad-Lösungen für das Verfahren gemäß der Erfindung Nitrat-Ionen in einer Menge von 0,5 bis 30 g . 1-1, Nitrit-Ionen in einer Menge von 0,01 bis 0,6 g . 1-1, Chlorat-Ionen in einer Menge von 0,2 bis 10 g . 1-1, organische Nitroverbindungen in einer Menge von 0,1 bis 2 g . 1-1 und/oder anorganische Peroxide bzw. H202 in einer Menge von 0,01 bis 0,5 g . 1 Badlösung zugesetzt.As an accelerating oxidizing agent, the phosphating bath solutions for the process according to the invention are nitrate ions in an amount of 0.5 to 30 g. 1 -1 , nitrite ions in an amount of 0.01 to 0.6 g. 1 -1 , chlorate ions in an amount of 0.2 to 10 g. 1-1, organic nitro compounds in one menu from 0.1 to 2 g. 1 -1 and / or inorganic peroxides or H 2 0 2 in an amount of 0.01 to 0.5 g. 1 bath solution added.

Sollen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Aluminiumflächen phosphatiert werden, so können den Badlösungen einfache und/oder komplexe Fluoride in einer Menge von 0,01 bis 2 g .1-1 zugesetzt werden, um auch kleinste Mengen von Aluminium, die aus der Metalloberfläche in das Bad treten und seine Wirksamkeit beeinträchtigen könnten, durch Fluorid-Ionen zu komplexieren.Are to be phosphated by the novel process of aluminum surfaces so the bath solutions may be simple and / or complex fluorides are added in an amount of 0.01 to 2 g -1 .1 to even the smallest amounts of aluminum, consisting of the metal surface in the bath occur and could impair its effectiveness by complexing with fluoride ions.

Die Phosphatier-Lösungen, mit denen Metalloberflächen entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren phosphatiert werden, können auch weitere Metall-Ionen enthalten, z.B. Ni2+ Ihr Gehalt liegt im Bereich von 0,01 bis 1,5 g . 1-1 Badlösung.The phosphating solutions with which metal surfaces are phosphated in accordance with the method according to the invention can also contain further metal ions, for example Ni2 +. Their content is in the range from 0.01 to 1.5 g. 1 -1 bath solution.

Die Behandlung der Eisen-, Stahl-, Zink- und/oder Aluminiumoberflächen gemäß dem vorliegenden Verfahren kann im Spritzen, Tauchen oder auch im Fluten erfolgen; es sind jedoch auch kombinierte Verfahren, wie z.B. Spritztauchen mit gleich gutem Erfolg anwendbar. Die Zeiten, während denen die Phosphatierlösungen mit den Metalloberflächen in Kontakt stehen, liegen zwischen 60 und 240 sec. Sie betragen z.B. für Spritzverfahren zwischen 60 und 180 sec und für das Tauchen 90 bis 240 sec. Es sind jedoch auch wesentlich kürzere Behandlungszeiten möglich.The treatment of the iron, steel, zinc and / or aluminum surfaces according to the present method can be carried out by spraying, dipping or flooding; however, they are also combined processes, e.g. Spray diving applicable with equally good success. The times during which the phosphating solutions are in contact with the metal surfaces are between 60 and 240 seconds. for spraying processes between 60 and 180 seconds and for diving 90 to 240 seconds. However, considerably shorter treatment times are also possible.

Die Metalloberflächen werden erfindungsgemäß mit den Phosphatierlösungen im Temperaturbereich von 30 bis 65°C behandelt. Bevorzugt werden Temperaturen zwischen 48 und 57°C angewendet.According to the invention, the metal surfaces are treated with the phosphating solutions in the temperature range from 30 to 65 ° C. Temperatures between 48 and 57 ° C are preferably used.

Einer der wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß die Ausbildung der Scholzit-Schichten auf den Metalloberflächen völlig unabhängig davon erfolgt, welche Art von Reinigung dem Phosphatier-Schritt vorangegangen ist. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht also völlige Freiheit hinsichtlich der Wahl der Entfettungs- und Reinigungsmittel.One of the main advantages of the method according to the invention is that the formation of the scholzite layers on the metal surfaces takes place completely independently of what type of cleaning has preceded the phosphating step. When using the method according to the invention there is complete freedom with regard to the choice of degreasing and cleaning agents.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß besonders dünne, feinkörnig-kristalline Phosphatschichten auch ohne Anwendung von Aktivierungsmitteln erhalten werden, wie sie bei bisher bekannten Verfahren üblich waren. Dies erspart nicht nur mindestens einen der Phosphatierung vorausgehenden Verfahrensschritt, sondern auch die dafür notwendigen Rohstoffe, wie z.B. Titanphosphate, die als Aktivierungsmittel Anwendung finden.Another advantage can be seen in the fact that particularly thin, fine-grained crystalline phosphate layers are obtained even without the use of activating agents, as was customary in previously known processes. This not only saves at least one process step prior to phosphating, but also the necessary raw materials, such as Titanium phosphates, which are used as activating agents.

Entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden ausgezeichnete Schutzschichten mit einer Schichtdicke zwischen 0,5 und 5 µm erhalten, die als Grundlage für Elektrotauchlacke, insbesondere für kathodische Elektrotauchlacke, wie sie in der Autoindustrie zunehmend verwendet werden, hervorragend geeignet sind. Die erfindungsgemäß erhaltenen Phosphatierschichten sind jedoch auch als Grundlage für andere organische Oberflächen-Schutzschichten geeignet.According to the method of the present invention, excellent protective layers with a layer thickness between 0.5 and 5 μm are obtained, which are outstandingly suitable as a basis for electrocoating materials, in particular for cathodic electrocoating materials, as are increasingly used in the automotive industry. However, the phosphating layers obtained according to the invention are also suitable as a basis for other organic surface protective layers.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert.The invention is illustrated by the examples below.

Die erfindungsgemässen Phosphatierlösungen wurden nach an sich bekannten Verfahren dadurch hergestellt, daß man die gewünschten Komponenten, insbesondere Zinkoxid, Phosphorsäure und Calciumnitrat-Tetrahydrat enthaltende Konzentrate, Salze und Lösungen vereinigte und mit Wasser auf die erfindungsgemässen Konzentrationen verdünnte.The phosphating solutions according to the invention were prepared by processes known per se by adding the desired components, in particular zinc oxide, Concentrates, salts and solutions containing phosphoric acid and calcium nitrate tetrahydrate combined and diluted with water to the concentrations according to the invention.

Beispiel 1example 1

Es wurde eine Phosphatierungslösung hergestellt, die

  • 1,0 gl-1 Ca2+
  • 1,2 gl-1 Zn2+
  • 29,5 gl-1 PO4 3-
  • 1,0 gl-1 ClO3
  • 3,2 gl-1 NO3 -
  • 0,1 gl-1 N02

enthielt.A phosphating solution was prepared that
  • 1.0 gl -1 Ca 2+
  • 1.2 gl -1 Zn 2+
  • 29.5 gl -1 PO 4 3-
  • 1, 0 gl -1 ClO 3
  • 3 , 2 gl -1 NO 3 -
  • 0, 1 gl -1 N0 2

contained.

Die Phosphatierlösung hatte folgende Kenndaten: pH-Wert: ca. 3,1
Säureverhältnis: ca. 1 : 19

Figure imgb0001
The phosphating solution had the following characteristics: pH: approx. 3.1
Acid ratio: approx. 1:19
Figure imgb0001

Stahlbleche, die zuvor mit einer alkalischen Reinigungslösung bei 50°C während 3 Minuten durch Tauchbehandlung gereinigt und mit Wasser gespült worden waren, wurden mit der vorgenannten Phosphatierlösung 4 Minuten bei 55°C im.Tauchen behandelt. Anschließend wurde mit Wasser und mit destilliertem Wasser gespült und getrocknet.Steel sheets which had previously been dipped with an alkaline cleaning solution at 50 ° C. for 3 minutes and rinsed with water were treated with the aforementioned phosphating solution for 4 minutes at 55 ° C. in immersion. It was then rinsed with water and with distilled water and dried.

Die erzeugten Phosphatschichten waren feinkristallin und geschlossen.The phosphate layers produced were finely crystalline and closed.

Danach wurden die Bleche mit einem kathodischen Elektrotauchlack beschichtet und 20 Minuten durch Erwärmen bei 185°C getrocknet. Die Trockenfilmdicke des Lackes betrug 18 µm.The sheets were then coated with a cathodic electrocoating material and dried for 20 minutes by heating at 185 ° C. The dry film thickness of the lacquer was 18 µm.

Anschließend wurden die Bleche mit einem Einzelschnitt nach DIN 53167 versehen und dem Salzsprühtest gemäß DIN 50021 während einer Zeitdauer von 480 h unterworfen. Die Auswertung nach DIN 53167 ergab eine Unterwanderung von < 0,1 mm.The sheets were then provided with a single cut in accordance with DIN 53167 and subjected to the salt spray test in accordance with DIN 50021 for a period of 480 hours. The evaluation according to DIN 53167 showed an infiltration of <0.1 mm.

Das Beispiel veranschaulicht, daß das erfindungsgemäße Verfahren gute Phosphatschichten entstehen läßt.The example illustrates that the process according to the invention produces good phosphate layers.

Beispiel 2Example 2

Es wurde eine Phosphatierlösung hergestellt, die

  • 0,6 gl -1 Ca2+
  • 0,7 gl-1 Zn2+
  • 22,6 gl-1 PO4 3-
  • 0,3 gl-1 Ni2+
  • 2,7 gl-1 NO3 -
  • 0.5, gl-1 F
  • 0,1 gl-1NO2 -

enthielt.A phosphating solution was prepared that
  • 0.6 g l -1 Ca 2+
  • 0.7 gl -1 Zn 2+
  • 22.6 gl -1 PO 4 3-
  • 0.3 gl -1 Ni 2+
  • 2, 7 gl -1 NO 3 -
  • 0.5, gl -1 F
  • 0.1 gl -1 NO 2 -

contained.

Die Phosphatierlösung hatte folgende Kenndaten: pH-Wert: ca. 3,3
Säureverhältnis: ca. 1 : 39

Figure imgb0002
The phosphating solution had the following characteristics: pH: approx. 3.3
Acid ratio: approx. 1:39
Figure imgb0002

Stahlbleche, die zuvor mit einer alkalischen Reinigungslösung bei 45°C während 60 Sekunden durch Spritzbehandlung gereinigt worden waren, wurden mit der vorgenannten Phosphatierlösung 90 Sekunden bei 48°C im Spritzen behandelt. Anschließend wurde mit Wasser und mit destilliertem Wasser gespült und durch Preßluft getrocknet.Steel sheets which had previously been spray-cleaned with an alkaline cleaning solution at 45 ° C. for 60 seconds were sprayed with the aforementioned phosphating solution for 90 seconds at 48 ° C. It was then rinsed with water and with distilled water and dried by compressed air.

Die erzeugten Phosphatschichten waren feinkristallin und geschlossen.The phosphate layers produced were finely crystalline and closed.

Danach wurden die Bleche mit einem kathodischen Elektrotauchlack beschichtet und 20 Minuten durch Erwärmen bei 185°C getrocknet. Die Trockenfilmdicke des Lackes betrug 18 µm.The sheets were then coated with a cathodic electrocoating material and dried for 20 minutes by heating at 185 ° C. The dry film thickness of the lacquer was 18 µm.

Anschließend wurden die Bleche mit einem Einzelschnitt nach DIN 53167 versehen und dem Salzsprühtest gemäß DIN 50021 während einer Zeitdauer von 480 h unterworfen. Die Auswertung nach DIN 53167 ergab eine Unterwanderung von < 0,1 mm.The sheets were then provided with a single cut in accordance with DIN 53167 and subjected to the salt spray test in accordance with DIN 50021 for a period of 480 hours. The evaluation according to DIN 53167 showed an infiltration of <0.1 mm.

Das Beispiel veranschaulicht, daß das erfindungsgemäße Verfahren gute Phosphatschichten entstehen läßt.The example illustrates that the process according to the invention produces good phosphate layers.

Beispiel 3Example 3

Es wurde eine Phosphatierlösung hergestellt, die

  • 1,3 gl-1 Ca2+
  • 1,3 gl-1 Zn2+
  • 21,2 gl 1 PO4 3-
  • 1,0 gl-1 Ni2+
  • 2,2 gl-1 ClO3 -
  • 0,6 gl-1 Natriumnitrobenzolsulfonat

enthielt.A phosphating solution was prepared that
  • 1.3 gl -1 Ca2 +
  • 1.3 gl -1 Zn 2+
  • 21.2 g l 1 PO 4 3-
  • 1.0 gl -1 Ni 2+
  • 2 , 2 gl -1 ClO 3 -
  • 0.6 gl -1 sodium nitrobenzenesulfonate

contained.

Die Phosphatierlösung hatte folgende Kenndaten:

  • pH-Wert: ca. 2,9

Säureverhältnis: ca.1 : 18.6
Figure imgb0003
The phosphating solution had the following characteristics:
  • pH: approx.2.9

Acid ratio: approx. 1: 18.6
Figure imgb0003

Elektrolytisch verzinkte Stahlbleche, die zuvor mit einer alkalischen Reinigungslösung bei 50°C während 3 Minuten durch Tauchbehandlung gereinigt und mit Wasser gespült worden waren, wurden mit der vorgenannten Phosphatierlösung 3 Minuten bei 57°C im Tauchen behandelt. Anschließend wurde mit Wasser und mit destilliertem Wasser gespült und durch Preßluft getrocknet.Electrolytically galvanized steel sheets, which had previously been cleaned with an alkaline cleaning solution at 50 ° C. for 3 minutes by immersion treatment and rinsed with water, were treated with the aforementioned phosphating solution at 57 ° C. for 3 minutes in immersion. It was then rinsed with water and with distilled water and dried by compressed air.

Die erzeugten Phosphatschichten waren feinkristallin und geschlossen.The phosphate layers produced were finely crystalline and closed.

Danach wurden die Bleche mit einem kathodischen Elektrotauchlack beschichtet und 20 Minuten durch Erwärmen bei 185°C getrocknet.The sheets were then coated with a cathodic electrocoating material and dried for 20 minutes by heating at 185 ° C.

Die Trockenfilmdicke des Lackes betrug 18 µm.The dry film thickness of the lacquer was 18 µm.

Anschließend wurden die Bleche mit einem Einzelschnitt nach DIN 53167 versehen und dem Salzsprühtest gemäß DIN 50021 während einer Zeitdauer von 480 h unterworfen. Die Auswertung nach DIN 53167 ergab eine Unterwanderung von < 0,1 mm.The sheets were then provided with a single cut in accordance with DIN 53167 and subjected to the salt spray test in accordance with DIN 50021 for a period of 480 hours. The evaluation according to DIN 53167 showed an infiltration of <0.1 mm.

Das Beispiel veranschaulicht, daß das erfindungsgemäße Verfahren gute Phosphatschichten entstehen läßt.The example illustrates that the process according to the invention produces good phosphate layers.

Beispiel 4Example 4

Es wurde eine Phosphatierlösung hergestellt, die

  • 1,0 gl-1 Ca2+
  • 1,4 gl-1 Zn2+
  • 26,6 gl-1 PO4 3-
  • 3,2 gl-1 NO3 -
  • 0,1 gl-1 NO2 -

enthielt.A phosphating solution was prepared that
  • 1.0 gl -1 Ca 2+
  • 1.4 gl -1 Zn 2+
  • 26.6 gl -1 PO 4 3-
  • 3 , 2 gl -1 NO 3 -
  • 0, 1 gl -1 NO 2 -

contained.

Die Phosphatierlösung hatte folgende Kenndaten:

  • pH-Wert ca. 3,6

Säureverhältnis: ca 1 : 48
Figure imgb0004
The phosphating solution had the following characteristics:
  • pH approx.3.6

Acid ratio: approx. 1:48
Figure imgb0004

Stahlbleche, die zuvor mit einer alkalischen Reinigungslösung bei 45°C während 60 Sekunden durch Spritzbehandlung gereinigt worden waren, wurden mit der vorgenannten Phosphatierlösung_120 sec. bei 35°C im Spritzen behandelt. Anschließend wurde mit Wasser und mit destilliertem Wasser gespült und durch Preßluft getrocknet.Steel sheets which had previously been spray-treated with an alkaline cleaning solution at 45 ° C. for 60 seconds were sprayed with the aforementioned phosphating solution for 120 seconds at 35 ° C. It was then rinsed with water and with distilled water and dried by compressed air.

Die erzeugten Phosphatschichten waren feinkristallin und geschlossen.The phosphate layers produced were finely crystalline and closed.

Danach wurden die Bleche mit einem kathodischen Elektrotauchlack beschichtet und 20 Minuten durch Erwärmen bei 185°C getrocknet. Die Trockenfilmdicke des Lackes betrug 18 µm.The sheets were then coated with a cathodic electrocoating material and dried for 20 minutes by heating at 185 ° C. The dry film thickness of the lacquer was 18 µm.

Anschließend wurden die Bleche mit einem Einzelschnitt nach DIN 53167 versehen und dem Salzsprühtest gemäß DIN 50021 während einer Zeitdauer von 480 h unterworfen. Die Auswertung nach DIN 53167 ergab eine Unterwanderung von 0,2 mm.The sheets were then provided with a single cut in accordance with DIN 53167 and subjected to the salt spray test in accordance with DIN 50021 for a period of 480 hours. The evaluation according to DIN 53167 showed an infiltration of 0.2 mm.

Das Beispiel veranschaulicht, daß das erfindungsgemäße Verfahren gute Phosphatschichten entstehen läßt.The example illustrates that the process according to the invention produces good phosphate layers.

VergleichsbeispielComparative example

Gemäß der DE-OS 15 21 818, S. 12, wurde die Lösung B hergestellt.According to DE-OS 15 21 818, p. 12, solution B was prepared.

Stahlbleche, die zuvor mit einer alkalischen Reinigungslösung bei 72°C während 30 sec gereinigt worden waren, wurden mit der vorgenannten Phosphatierungslösung 60 sec bei 66°C im Spritzen behandelt. Anschließend wurde mit Wasser und mit destilliertem Wasser gespült und durch Preßluft getrocknet. Die erzeugten Phosphatschichten waren grob kristallin und nicht ganz geschlossen.Steel sheets which had previously been cleaned with an alkaline cleaning solution at 72 ° C. for 30 seconds were sprayed with the aforementioned phosphating solution for 60 seconds at 66 ° C. It was then rinsed with water and with distilled water and dried by compressed air. The phosphate layers produced were roughly crystalline and not completely closed.

Danach wurden die Bleche mit einem kathodischen Elektrotauchlack beschichtet und 20 min durch Erwärmen bei 185°C getrocknet. Die Trockenfilmdicke des Lackes betrug 18 µm.The sheets were then coated with a cathodic electrocoating material and dried by heating at 185 ° C. for 20 minutes. The dry film thickness of the lacquer was 18 µm.

Anschließend wurden die Bleche mit einem Einzelschnitt nach DIN 53167 versehen und dem Salzsprühtest gem. DIN 50021 während einer Zeitdauer von 480 h unterworfen. Die Auswertung nach DIN 53167 ergab eine Unterwanderung von 4 bis 6 mmThen the sheets were provided with a single cut according to DIN 53167 and the salt spray test in accordance with. Subject to DIN 50021 for a period of 480 h. The evaluation according to DIN 53167 showed an infiltration of 4 to 6 mm

Das Vergleichsbeispiel veranschaulicht, daß im Gegensatz zu den erfindungsgemässen Beispielen ein deutlich verminderter Korrosionsschutz erreicht wird.The comparative example illustrates that, in contrast to the examples according to the invention, significantly reduced corrosion protection is achieved.

Claims (7)

1. Verfahren zur Phosphatierung von Metalloberflächen insbesondere von Oberflächen aus Eisen, Stahl, Zink und/oder Aluminium mittels einer sauren, Zink, Calcium, Phosphat und Beschleuniger, sowie gegebenenfalls weitere Zusätze, wie Nickel oder Fluoride, enthaltenden Phosphatier-Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche nach entfettender Reinigung ohne Aktivierungsschritt im Temperaturbereich von 30 bis 65°C mit Lösungen in Kontakt bringt, die a) mehr als 0,5 bis 1,5 g . 1-1 Ca2+; b) 0,5 bis 1,5 g . 1-1 Zn2+, c) 10 bis 50 g . 1-1 PO4 3-,
sowie als Beschleuniger
d) 0,5 bis 30 g . 1-1 NO3 - und/oder 0,01 bis 0,6 g . 1 1 N02 und/oder 0,2 bis 10 g . 1-1 ClO3 - und/oder 0,1 bis 2 g . 1-1 einer organischen Nitroverbindung und/oder 0,01 bis 0,5 g . 1-1 eines anorganischen Peroxids bzw. H 2 0 2
enthalten und einen pH-Wert von 2,2 bis 3,8, ein Verhältnis von freier Säure zu Gesamtsäure von 1 : 10 bis 1 : 60, sowie ein Gewichtsverhältnis (Ca2+ + Zn2+) : PO4 3- von 1 :> 8 bis 1 : 40 aufweisen.
1. A process for phosphating metal surfaces, in particular surfaces made of iron, steel, zinc and / or aluminum, using an acidic, zinc, calcium, phosphate and accelerator, and optionally further additives, such as nickel or fluoride, containing a phosphating solution, characterized in that that one brings the surface after degreasing cleaning without activation step in the temperature range from 30 to 65 ° C in contact with solutions that a) more than 0.5 to 1 g; 5. 1 -1 Ca 2+ ; b) 0.5 to 1.5 g. 1 -1 Zn 2+ , c) 10 to 50 g. 1 -1 PO 4 3- ,
as well as an accelerator
d) 0.5 to 30 g. 1 -1 NO 3 - and / or 0.01 to 0.6 g. 1 1 N0 2 and / or 0.2 to 10 g. 1 -1 ClO 3 - and / or 0.1 to 2 g. 1 -1 of an organic nitro compound and / or 0.01 to 0.5 g. 1 -1 of an inorganic peroxide or H 2 0 2
contain and a pH of 2.2 to 3.8, a ratio of free acid to total acid from 1:10 to 1:60, and a weight ratio (Ca 2+ + Zn 2+ ): PO 4 3- of 1 :> 8 to 1:40.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit Phosphatier-Lösungen in Kontakt bringt, die Zn2+- und Ca2+-Ionen im Gewichtsverhältnis von 1 : 0,5 bis 1 : 1,5, bevorzugt im Verhältnis 1 : 1 enthalten.2. The method according to claim 1, characterized in that the metal surfaces are brought into contact with phosphating solutions, the Zn 2+ and Ca 2 + ions in a weight ratio of 1: 0.5 to 1: 1.5, preferably in Ratio 1: 1 included. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit Phosphatier-Lösungen in Berührung bringt, die Ni2+ in einer Menge von 0,01 bis 1,5 g . 1-1 enthalten.3. Process according to Claims 1 and 2, characterized in that the metal surfaces are brought into contact with phosphating solutions, the Ni 2+ in an amount of 0.01 to 1.5 g. 1 -1 included. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen mit Phosphatier-Lösungen in Kontakt bringt, die einfache und/oder komplexe Fluoride in Menge von 0,01 bis 2 gl-1 enthalten.4. Process according to Claims 1 to 3, characterized in that the metal surfaces are brought into contact with phosphating solutions which contain simple and / or complex fluorides in an amount of 0.01 to 2 gl -1 . 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen bei 48 bis 57°C mit den Phosphatier-Lösungen in Kontakt bringt.5. Process according to Claims 1 to 4, characterized in that the metal surfaces are brought into contact with the phosphating solutions at 48 to 57 ° C. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen im Tauchen, Spritzen, Fluten oder durch kombinierte Verfahren behandelt.6. Process according to Claims 1 to 5, characterized in that the metal surfaces are treated in immersion, spraying, flooding or by combined processes. 7. Anwendung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 6 zur Vorbehandlung von Metalloberflächen insbesondere aus Eisen, Stahl, Zink und/oder Aluminium für die Elektrotauchlackierung, insbesondere für die kathodische Elektrotauchlackierung.7. Application of the method according to claims 1 to 6 for the pretreatment of metal surfaces, in particular of iron, steel, zinc and / or aluminum for electrocoating, in particular for cathodic electrocoating.
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