EP0259385B1 - Composition de flux sans fluorures pour la galvanisation a chaud dans des bains de zinc aluminies - Google Patents
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- EP0259385B1 EP0259385B1 EP87901319A EP87901319A EP0259385B1 EP 0259385 B1 EP0259385 B1 EP 0259385B1 EP 87901319 A EP87901319 A EP 87901319A EP 87901319 A EP87901319 A EP 87901319A EP 0259385 B1 EP0259385 B1 EP 0259385B1
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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
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/30—Fluxes or coverings on molten baths
Definitions
- the present invention relates to an application of galvanizing flux compositions without fluorides in the dry process, for zinc baths with high aluminum content ( ⁇ 0.15%) with or without other elements.
- the fluxing operation can be done dry. In this case, it consists of depositing a flux film on the parts to be galvanized: this deposition is to be carried out by soaking the parts in a flux solution, followed by adequate drying (pre-fluxing method).
- the basic products used in fluxing are generally zinc chloride, ammonium chloride and mixed chlorides such as ZnCl2.2NH4Cl and ZnCl2.3NH4Cl.
- coatings with a high aluminum content such as Galvalume (55% Al - 43.5% Zn - 1.5% Si), Galfan (5% Al - 95% Zn - 0.05% Mischmetall), Supergalva (Al: 0.1 to 30% - Na: 0 to 1.0% - Mg: 0 to 5% - Zn: balance) and others, are known to have better corrosion resistance while ensuring the same protection cathodic than 100% zinc coatings.
- Fluxes used in "classic" hot-dip galvanization either as a covered flux in galvanization So-called wet, or as an aqueous flux in so-called dry galvanization, are in no way satisfactory when they are used on or with zinc baths containing 0.15% aluminum or more.
- compositions of the application flux according to the present patent application do not contain fluorides but nevertheless make it possible to obtain correct galvanization by the dry route (aqueous flux) using zinc baths containing 0.15% aluminum or more.
- the present invention is based on the unexpected fact that flux compositions comprising zinc chloride and ammonium chloride in well defined ratios in the presence of a wetting agent and preferably a foaming agent and / or a soluble salt of rare earths, make it possible to obtain the same result or a better result for hot galvanizing using highly aluminized zinc baths than flux formulations with fluorides without having the drawbacks
- the fluoride-free compositions of the application according to the invention contain 80 to 90% of zinc chloride, 10 to 20% of ammonium chloride and - based on the total of these two products, this composition being added for 100 parts in weight of ZnCl2 + NH4Cl of 0.01 to 5 parts by weight of a preferably nonionic wetting agent, from 0 to 5 parts by weight of a foaming agent and / or 0 to 5 parts by weight of a soluble salt of rare earths.
- the foaming agent can be of the polyalcohol type such as glycerin, sorbitol, mannitol, pentaerythritol and others or a polyglycol or molecules such as hexamethylene tetramine or tetradecylamine etc. (which can also serve as attack limiters) or a combination of these products.
- polyalcohol type such as glycerin, sorbitol, mannitol, pentaerythritol and others or a polyglycol or molecules such as hexamethylene tetramine or tetradecylamine etc. (which can also serve as attack limiters) or a combination of these products.
- soluble rare earth salts preference is given to La or Ce salts, if one works with the Galfan alloy.
- Generally flux solutions with the mentioned compositions are prepared by dissolving the mixtures in water at a rate of 100 g / l to 1250 g / l depending on the sizes and qualities of the parts to be galvanized. These solutions can be used at room temperature or can be heated.
- the parts to be galvanized which are first degreased, pickled and rinsed are then immersed in the flux solutions for times varying from a few seconds to a few minutes or more depending on their sizes.
- the fluxing action can be continuous for more or less automated systems as used in wire drawing or tubing or discontinuous as for custom galvanizing.
- the flux deposited in film on the parts to be galvanized can be dried.
- the temperature of the parts during drying must not exceed 200 ° C.
- Examples No. 2 to 6 repeat Example No. 1 except that the flow compositions vary as indicated in the following table: Table 1
- Example No. 1 is repeated with a flow composition of 87% ZnCl2 and 13% NH4Cl in the absence of wetting agent. The quality of the coating obtained is much lower than that of Examples 3, 4 and 5.
- Example No. 1 is repeated with a flow composition of 87% ZnCl2, 13% NH4Cl and 2% Despelan® as a wetting agent.
- the quality of the coating is equivalent to that of Examples 3, 4 and 5.
- Example No. 1 is repeated with a flow composition of 87% ZnCl2, 13% NH4Cl + 0.5% Despelan® dissolved at the rate of 1000 g / l. The quality of the coating was good.
- Example No. 1 is repeated but with the compositions and flux concentrations as indicated in the following table: Table 2
- Table 2 Example Flow composition Concentration ZnCl2 NH4Cl Other Wet Soft. No. 10 87% 13% - 0.5% - 500 g / l No. 11 87% 13% - 0.5% 2% 333 g / l No. 12 * 91% 4% 5% NaF - - 240 g / l No. 13 97.5% 1.5% 1.5% NH4HF2 - - 480 g / l No. 14 87% 13% 0.5% LaCl3xH2O 0.5% - 500 g / l *: with pH adjustment to 2 with addition of hydrochloric acid.
- a jury of 8 people unanimously judged that the coatings of examples No. 10, 11 and 14 were superior to those of examples No. 12 * and 13 which reproduce examples No. 8 and 18 of American patent 4,496,612.
- alkali or alkaline-earth chlorides such as sodium, potassium and calcium chlorides, preferably at a rate of 1 to 100 g / l in the composition of the invention is possible to obtain certain improvements for specific uses.
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Description
- La présente invention est relative à une application de compositions de flux de galvanisation sans fluorures dans le procédé par voie sèche, pour des bains de zinc avec forte teneur en aluminium (≧ 0,15%) avec ou sans autres éléments.
- La galvanisation à chaud "classique" par immersion des objets à galvaniser dans un bain de zinc fondu, exige une préparation de surface importante qui s'effectue en plusieurs étapes à savoir : dégraissage, décapage, rinçage, fluxage et séchage.
- L'opération de fluxage peut se faire par voie sèche. Dans ce cas, elle consiste à déposer un film de flux sur les pièces à galvaniser : ce dépôt est à réaliser par trempage des pièces dans une solution de flux, suivi d'un séchage adéquat (méthode de préfluxage).
- Les produits de base employés en fluxage sont généralement le chlorure de zinc, le chlorure d'ammonium et les chlorures mixtes comme ZnCl₂.2NH₄Cl et ZnCl₂.3NH₄Cl.
- Il est bien connu qu'une teneur plus élevée d'aluminium des bains de zinc est favorable à la galvanisation à chaud parce qu'elle freine la formation des différentes couches d'alliage Fe-Zn donnant lieu à un revêtement avec des caractéristiques mécaniques bien déterminées notamment une grande ductilité.
- De plus, des revêtements à forte teneur en aluminium comme le Galvalume (55% Al - 43,5% Zn - 1,5% Si), le Galfan (5% Al - 95% Zn - 0,05% Mischmetall), le Supergalva (Al : 0,1 à 30% - Na : 0 à 1,0% - Mg : 0 à 5% - Zn : balance) et autres, sont connus pour avoir une meilleure résistance à la corrosion tout en assurant la même protection cathodique que les revêtements à 100% de zinc.
- Les flux employés dans la galvanisation à chaud "classique" soit comme flux de couvert dans la galvanisation dite humide, soit comme flux aqueux dans la galvanisation dite sèche, ne donnent nullement satisfaction quand ils sont employés sur ou avec des bains de zinc contenant 0,15% d'aluminum ou plus.
- Les flux spéciaux qui ont été développés pour l'usage avec des bains de zinc contenant un pourcentage plus élevé d'aluminium, contiennent habituellement des pourcentages non négligeable de fluorures. Des exemples d'emploi de fluorures dans des flux pour galvanisation sont donnés dans les brevets US-A 1.914.269 et US-A 4.496.612. Ces fluorures sont fort gênants en raison de leur toxicités aigues. Ils posent des problèmes majeurs aussi bien sur le plan de l'hygiène sur les lieux de travail que sur le plan de dépollution. De plus, l'utilisation de flux aqueux contenant des fluorures nécessite parfois l'ajout d'acide en raison de la solubilité réduite dans l'eau de la plupart des fluorures. Un flux trop acide mène à la longue, à un flux pollué en fer qui influence négativement la galvanisation.
- Les compositions du flux de l'application selon la présente demande de brevet ne contiennent pas de fluorures mais permettent néanmoins d'obtenir une galvanisation correcte par voie sèche (flux aqueux) en utilisant des bains de zinc contenant 0,15% d'aluminium ou plus.
- La présente invention repose sur le fait inattendu que des compositions de flux comprenant du chlorure de zinc et du chlorure d'ammonium dans des rapports bien déterminés en présence d'un agent mouillant et de préférence d'un agent moussant et/ou d'un sel soluble de terres rares, permettent d'obtenir le même résultat ou un résultat meilleur pour la galvanisation à chaud utilisant des bains de zinc fortement aluminiés que des formulations de flux avec fluorures sans pour autant en avoir les inconvénients
- Les compositions sans fluorures de l'application selon l'invention contiennent 80 à 90% de chlorure de zinc, 10 à 20% de chlorure d'ammonium et - basé sur le total de ces deux produits, cette composition étant additionnée pour 100 parties en poids de ZnCl₂ + NH₄Cl de 0,01 à 5 parties en poids d'un agent mouillant de préférence non-ionique, de 0 à 5 parties en poids d'un agent moussant et/ou 0 à 5 parties en poids d'un sel soluble de terres rares.
- L'agent moussant peut être du genre polyalcool comme de la glycérine, du sorbitol, du mannitol, du pentaérythritol et autres ou un polyglycol ou des molécules comme l'hexamethylène tétramine ou le tétradécylamine etc. (qui peuvent en même temps servir de limiteurs d'attaque) ou une combinaison de ces produits.
- Parmi les sels solubles de terres rares on accorde la préférence aux sels de La ou de Ce, si l'on travaille avec l'alliage Galfan.
- Généralement des solutions de flux avec les compositions mentionnées sont préparées en dissolvant les mélanges dans de l'eau à raison de 100 g/l à 1250 g/l selon les tailles et les qualités des pièces à galvaniser. Ces solutions peuvent être employées à la température ambiante ou peuvent être chauffées.
- Les pièces à galvaniser qui sont d'abord dégraissées, décapées et rinçées sont ensuite immergées dans les solutions de flux pour des temps variant de quelques secondes à quelques minutes ou plus selon leurs tailles. L'action du fluxage peut être continu pour des systèmes plus ou moins automatisés comme employés dans des tréfileries ou des tuberies ou discontinu comme pour la galvanisation à façon.
- Après le fluxage un séchage du flux déposé en film sur les pièces à galvaniser peut être fait. Dans ce cas, la température des pièces durant le séchage ne doit pas dépasser 200°C.
- L'efficacité de compositions de flux de l'application selon l'invention à été mise en évidence par les essais suivants qui sont donnés uniquement à titre explicatif et non limitatif.
- Des éprouvettes en acier de 4 sur 10 cm et d'une épaisseur de 1 mm ont été traitées de la manière suivante :
- 1) Dégraissage :
- 5 min d'un traitement ultrason dans du perchloroéthylène.
- 2) Décapage :
- 10 min dans un mélange de 2/3 d'acide chlorhydrique 10,5 N : 380g/l 1/3 de l'eau 0,1% de mouillant 0,1% de limiteur d'attaque
- 3) Rinçage :
- 30 secondes dans de l'eau non-courante.
- 4) Fluxage :
- 10 à 30 secondes dans un flux de la composition suivante : 98% ZnCl₂ + 2% NH₄Cl + 0,5% Despelan® (mouillant commercial) avec une concentration de 500 g/l dans de l'eau, chauffé à 75°C.
- 5) Séchage :
- 10 minutes dans une étuve à 120-130°C.
- 6) Galvanisation :
- 2 minutes dans un bain d'alliage de 95% Zn / 5% Al + 0,05% Mischmetall à 450 à 460°C. Avant l'immersion et le retrait de la pièce, la surface du bain est débarrassée des oxydes présents sous forme de cendres.
- Les exemples No. 2 à 6 répètent l'exemple No. 1 sauf que les compositions des flux varient comme indiqué dans le tableau suivant :
Tableau 1 Exemple Composition du flux Concentration ZnCl₂ NH₄Cl Despelan® No. 1 98% 2% 0,5% 500 g/l No. 2 96% 4% 0,5% 500 g/l No. 3 90% 10% 0,5% 500 g/l No. 4 85% 15% 0,5% 500 g/l No. 5 82% 18% 0,5% 500 g/l No. 6 73% 27% 0,5% 500 g/l - Les revêtements obtenus dans les exemples No. 3, 4 et 5 se sont avérés complets, brillants et beaucoup plus lisses que ceux des exemples No. 1, 2 et 6.
- L'exemple No. 1 est répété avec une composition de flux de 87% ZnCl₂ et 13% NH₄Cl en l'absence de mouillant. La qualité du revêtement obtenu est nettement inférieure à celle des exemples No. 3, 4 et 5.
- L'exemple No. 1 est répété avec une composition de flux de 87% ZnCl₂,13% NH₄Cl et 2% de Despelan® comme mouillant. La qualité du revêtement équivaut celui des exemples 3, 4 et 5.
- L'exemple No. 1 est répété avec une composition de flux de 87% ZnCl₂, 13% NH₄Cl + 0,5% Despelan® dissous à raison de 1000 g/l. La qualité du revêtement était bonne.
- L'exemple No. 1 est répété mais avec les compositions et les concentrations de flux comme indiqués dans le tableau suivant :
Tableau 2 Exemple Composition du flux Concentration ZnCl₂ NH₄Cl Autre Mouil Mous. No. 10 87% 13% - 0,5% - 500 g/l No. 11 87% 13% - 0,5% 2% 333 g/l No. 12* 91% 4% 5% NaF - - 240 g/l No. 13 97,5% 1,5% 1,5% NH₄HF₂ - - 480 g/l No. 14 87% 13% 0,5% LaCl₃xH₂O 0,5% - 500 g/l * : avec ajustement du pH à 2 avec ajout d'acide chlorhydrique.
Un jury de 8 personnes a jugé unanimement que les revêtements des exemples No. 10, 11 et 14 étaient supérieurs à ceux des exemples No. 12* et 13 qui reproduisent les exemples No. 8 et 18 du brevet américain 4.496.612. - L'addition d'autres chlorures, notamment alcalins ou alcalins-terreux tels que les chlorures de sodium, de potassium et de calcium, de préférence à raison de 1 à 100 g/l dans la composition de l'invention est possible pour obtenir certaines améliorations pour des usages spécifiques.
Claims (4)
- Application de compositions de flux de galvanisation sans fluorures dans le procédé par voie sèche, pour des bains d'alliage de galvanisation contenant plus de 0,15% d'aluminium, caractérisée en ce que les compositions du flux de galvanisation contiennent en poids:- 80 à 90% de ZnCl₂- 10 à 20% de NH₄Cl,ces compositions étant additionnées pour 100 parties en poids de ZnCl₂ + NH₄Cl de:- 0,01 à 5 parties en poids d'un agent mouillant- 0 à 5 parties en poids d'un agent moussant et- 0 à 5 parties en poids de sel soluble de terres rares.
- Application selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'agent moussant est présent sous forme d'un polyalcool comme la glycérine, le sorbitol, le mannitol, le pentaérythritol et autres, ou d'un polyglycol, ou sous forme d'une molécule comme le hexaméthylène tétramine ou le decylamine, ou sous forme d'une combinaison quelconque d'agents moussants.
- Application de compositions de flux aqueux contenant entre 100 g/l et 1250 g/l de la composition de flux selon les revendications 1 et 2.
- Application selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le bain d'alliage de la galvanisation contient 5% d'aluminium et 95% de zinc et des additions de Mischmetall.
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