EP1115914B1 - Zinc coated steel plates coated with a pre-lubricating hydroxysulphate layer and methods for obtaining same - Google Patents

Zinc coated steel plates coated with a pre-lubricating hydroxysulphate layer and methods for obtaining same Download PDF

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EP1115914B1
EP1115914B1 EP99941724A EP99941724A EP1115914B1 EP 1115914 B1 EP1115914 B1 EP 1115914B1 EP 99941724 A EP99941724 A EP 99941724A EP 99941724 A EP99941724 A EP 99941724A EP 1115914 B1 EP1115914 B1 EP 1115914B1
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EP
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zinc
treatment
ions
solution
coated
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Alain Bello
Sylviane Wajda
Jacques Petitjean
Armand Rossi
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Sollac SA
Original Assignee
Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
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    • C23CCOATING 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
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/68Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous solutions with pH between 6 and 8
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y10T428/12792Zn-base component
    • Y10T428/12799Next to Fe-base component [e.g., galvanized]

Definitions

  • the invention relates to the prelubrication of the galvanized surface of metal sheets coated with zinc or zinc-based alloy and the treatment of these sheets in aqueous solutions containing sulphates.
  • JP 61-60915, 63-46158, 63-46159 and EP 0 339 578 describe anodic treatments of galvanized steel sheets in solutions aqueous substances containing sulphates and the use of these treatments to color the galvanized surfaces of these sheets.
  • the concentration of electrolyte in the treatment solution is included between 70 and 200 g / l; the concentration of sodium sulphate is, for example, 150 g / l, ie about 1 mole / liter.
  • JP 63-274797 discloses the use of a treatment of the same type to improve the phosphatibility of coated steel sheets by electrodeposition of a nickel-based alloy containing nickel.
  • the treatment solution then contains, besides the sulphates (for example: magnesium, sodium or aluminum sulfate at 150 g / l), acids carboxylic acids (for example: citric, maleic, salicylic at 30 or 40 g / l).
  • sulphates for example: magnesium, sodium or aluminum sulfate at 150 g / l
  • acids carboxylic acids for example: citric, maleic, salicylic at 30 or 40 g / l.
  • the pH of the treatment solution is between 4 and 5.5.
  • the anodic treatment is conducted at a current density of between 30 and 200 A / dm 2 until the quantity of electricity consumed is between 50 and 500 C / dm 2 of surface to be treated.
  • this treatment improves phosphatibility because it results in the elimination of surface traces of zinc hydroxide Zn (OH) 2 - and improves the surface reactivity.
  • the conditions of application and drying are adapted to obtain a phosphate deposition of density of between 5 and 40 mg / m 2 .
  • the oil used can be a temporary protection oil against corrosion and / or lubricating oil for shaping, in particular stamping.
  • a first oiling can be carried out protection ; after destocking, we can carry out a second oiling of lubrication to prepare the shaping, especially by stamping.
  • the phosphating treatment, 5 prior to oiling can significantly improve the lubrication at the moment of formatting: this is therefore a prelubrication treatment.
  • the galvanized sheet obtained is provided with a pre-lubricating depot based on phosphate.
  • the object of the invention is to provide a pre-lubricated galvanized sheet more performing better than those obtained by phosphating and offering treatment pre-lubrication of galvanized sheets more efficient than a treatment of phosphating and more environmentally friendly at the level of effluents that it generates.
  • the prelubricant obtained is greater than that provided by a treatment in a phosphate solution as described in EP 0 489 105.
  • this layer of zinc hydroxysulfate adheres to the treated surface: the conditions relating to the pH of the treatment solution and the drying step at the end of treatment are crucial for this purpose.
  • the layer deposited on the sheet After rinsing but before drying, the layer deposited on the sheet has the appearance of a gel still not adherent; drying is suitable for eliminate the residual liquid water from the deposit and makes it easier to adhere the layer on the sheet.
  • the prelubricating effect of the treatment is obtained only if the thickness of the deposited layer corresponds to more than 0.5 mg / m 2 in sulfur equivalent, preferably at least 3.5 mg / m 2 in sulfur equivalent.
  • the prelubricant effect of the hydroxysulphate layer decreased if the amount of sulfur deposited was well above 30 mg / m 2 , apparently due to the degradation of the adhesion of the hydroxysulfate layer. this layer; it was also found that if the amount of sulfur deposited exceeded 27 mg / m 2 , the phosphatability of the sheet obtained was degraded, the deposited phosphate crystals then being too large.
  • the amount of hydroxysulfates deposited should be greater than 0.5 mg / m 2 and less than or equal to 30 mg / m 2 in sulfur equivalent, preferably between 3.5 and 27 mg / m 2 in sulfur equivalent.
  • the applied charge density is adapted to this amount of hydroxysulfates capable of providing this significant prelubricant effect.
  • the charge density applied is preferably between 10 and 100 C / dm 2 of surface to be treated.
  • This first method of obtaining a sheet according to the invention therefore allows forming on a galvanized surface a layer based on hydroxysulphate, at the once thick enough and adherent.
  • the deposition efficiency is very low and the sulfur content of the deposited layer does not provide the optimum prelube effect.
  • the temperature of the treatment solution is generally understood between 20 ° C and 60 ° C; preferably, one proceeds to a higher temperature or equal to 40 ° C, so as to increase the conductivity of the solution and to reduce ohmic losses.
  • the speed of circulation of the solution on the surface of the sheet has not, here, of determining incidence on the treatment according to the invention.
  • the rinsing step is important to remove the reagents alkaline on the surface of the deposit, which would cause corrosion problems.
  • the sheet thus prelubricated by the treatment according to the invention has a homogeneous coloring, a little more sustained compared to that of a sheet metal untreated galvanized; this treatment, however, does not color the sheet, as in JP 61-60915, 63-46158, 63-46-159 and EP 0 339 578 already cited; observed under the microscope, the deposit resulting from the treatment according to the invention is in the form of sparse plates; it has been noticed that the density of plates increased with the amount of sulfur deposited per unit area.
  • the zinc necessary for the formation of the pre-lubricant deposit of zinc hydroxysulfate comes from the anodic dissolution of zinc under the effect polarization of the galvanized surface.
  • This first method of obtaining obviously has the disadvantage cost effective to require a polarization facility.
  • This second method of obtaining a sheet according to the invention does not require no polarization installation.
  • the pH of the treatment solution used for this second process is generally much less basic than that of the treatment solution used for the first method; the pH of the treatment solution corresponds preferably at the natural pH of the solution, without addition of base or acid; the value of this pH is generally between 5 and 7.
  • the treatment solution is applied to a galvanized sheet metal surface in a conventional manner, for example by dipping, spraying or coating.
  • the drying is adapted to remove residual liquid water from the deposit.
  • the sheet so as to eliminate the soluble part of the deposit obtained; the absence of rinsing and obtaining a partially solubilisable deposit with water which result are not very detrimental to the pre-lubricating effect, as long as the obtained deposit includes the prelubricating layer of insoluble hydroxysulfate with water in contact with the sheet.
  • these parameters are optimized in a manner known per se to obtain a deposition of hydroxysulfate according to the invention, ie containing a quantity of sulfur greater than 0.5 mg / m 2 .
  • the treatment solution contains an oxidizing agent for zinc, such as hydrogen peroxide; this oxidizing agent can have a very marked hydroxysulfation accelerating effect at low concentration; it was found that the addition of only 0.03%, ie 8 10 -3 mole / liter of hydrogen peroxide, or 2 ⁇ 10 -4 mole / liter of potassium permanganate in the solution allowed to double (approximately) the deposit rate; it has been found, on the contrary, that concentrations 100 times higher no longer made it possible to obtain this improvement in the rate of deposition.
  • an oxidizing agent for zinc such as hydrogen peroxide
  • the invention has Finally, a method of forming a steel sheet coated with a zinc-based metal layer comprising the steps of treating the surface of said coated sheet according to the first or second method described above, applying a film of lubricating oil to said treated treated surface and to shape strictly said sheet.
  • the sulphate used for the second process according to the invention is zinc sulphate heptahydrate ZnSO 4 , 7 H 2 O.
  • stamping press adapted to realize buckets 50 mm inner diameter from sheet blanks diameter 90 mm; a punch having a diameter of 50 mm and having at the end a radius of curvature of 3 mm, a matrix of diameter 52.6 mm having a inner rim of radius of curvature 3.5 mm.
  • the stamping speed is set at 12 cm / min. ; the maximum force of blank is 150 kN.
  • the press is equipped with means of continuous control of the parameters stamping, in particular the blanking pressure, the stamping force and the punch race.
  • a weak slope corresponds to low friction, that is to say to well-lubricated sheets on both sides.
  • This stamping test protocol therefore makes it possible to evaluate the level of lubrication of the surface of a sheet for stamping; to evaluate this level on one side, we affix on the other side a film of Teflon ® (punch side) so as to obtain on this other face a friction always constant with regard to the one exercising on the surface to be evaluated.
  • this protocol is applied to prelubricated sheets by pretreatment and oiled in a standard manner (with Teflon ® film on the untreated side ); the standard oiling consists here of applying, on the treated surface, the oil referenced 6130 of the QUAKER Company so as to obtain a layer of 1 g / m 2 approximately.
  • the sheet samples are phosphated according to a predetermined protocol corresponding to conventional methods practiced in the automotive industry, using several conventional baths of surface treatment adapted to form a layer of phosphates of zinc, manganese and nickel; we can use the baths marketed for this purpose by the PARKER Companies or CFPI; so we generally use and successively: one or two alkaline degreasing baths, a refining bath, then a phosphating bath; each step is followed by rinsing with water.
  • deposited phosphates layer in particular in terms of morphology and chemical composition; for this purpose, electron microscopy is used for scanning and atomic absorption spectroscopy.
  • Sheet metal sample processing is carried out in a "cell to electrolyte circulation "where they are immersed in this solution brought to 40 ° C, and where they are polarized anodically with respect to a titanium cathode ; the "electrolyte circulation cell” is set so that the speed of the electrolyte in the vicinity and along the surface of the sheet to be treated is 100 m / min.
  • the surface of the samples is then analyzed in order to measure the amount of sulfur deposited on the surface; we also measure the amount of sodium on the surface; the results are reported in Table I.
  • Sulfur is measured by X-ray fluorescence ("SFX"); the depth taken into account by this method of analysis is several microns; as the galvanized steel substrate does not contain sulfur (except quantities corresponding to unavoidable impurities), the signal given by this method of dosing then corresponds effectively to deposited sulfur during treatment; the amount of sulfur deposited is calculated from the signal measured, according to a pre-established law.
  • SFX X-ray fluorescence
  • AAS Atomic Absorption Spectroscopy
  • the amount of sodium observed at the surface of the reference sample is quite conventional for an electrogalvanized steel; quantities Approximately identical readings from treated samples indicate that the sodium from the treatment solution does not incorporate the deposit-based hydroxysulphate.
  • Example 1 On the same sheet samples as in Example 1, a comparative treatment under anodic polarization (charge density: 12 C / dm 2 - current density: 9.8 A / dm 2 ) was carried out in a solution at room temperature. Same temperature and at the same pH as in Example 1, but not containing sulphates; this comparative treatment therefore consists in depositing a layer of zinc hydroxides in the place of the hydroxysulfates of Example 1.
  • the low level of current density used comes from the low level of conductivity of the electrolyte used which contains only sodium hydroxide.
  • Example 1 the treatments are carried out in a "Rotating electrode cell"; the circular-shaped sample is plunged in this cell and is animated by a rotation movement; the speed of electrolyte flow in the vicinity of the sample therefore depends on the rotation speed.
  • Example 1 Each treatment is performed under a different current density; after treatment, the amount of sulfur deposited by a method is measured different from that described in Example 1, which involves the use of a Silicon-Lithium diode ("Si-Li") adapted for this purpose on an installation of scanning microscopy.
  • Si-Li Silicon-Lithium diode
  • Example 1 A series of treatments are performed on the same samples as in Example 1 and using a solution analogous to that of Example 1, at pH value close; the treatment facility is the same as in the example 2 ("rotating electrode cell").
  • All the treatments are carried out under the same charge density 20 C / dm 2 and under the same current density 200 A / dm 2 .
  • Each treatment is performed using a different pH solution; after treatment, the amount of sulfur deposited by the same method as in Example 2.
  • the amount of sulfur deposited does not become significant, ie greater than 0.5 mg / m 2 only if, approximately, 12 ⁇ pH ⁇ 13.
  • a solution of treatment by dissolution of sulfate of zinc heptahydrate in water is used at its natural pH, without addition of acid or base; the natural pH obtained is close to 7.
  • the treated samples are rinsed twice with water demineralized: first at 20 ° C for about 8 seconds, then at 50 ° C for about 5 seconds.
  • the rinsed samples are then dried.
  • a homogeneous film of coating treatment solution is applied sheet samples; the solution is applied at room temperature.
  • the sample is dried.
  • the deposits obtained on the dried samples then all present the same thickness and the same amount of sulfur.
  • solubilizable part of the deposit depends on the delay (5 to 60 seconds) between application and drying, during which the hydroxysulfation reaction could develop.
  • the amount of sulfur corresponding to the solubilizable part of the deposit and that corresponding to the insolubilizable part, that is, hydroxysulfate is, hydroxysulfate.

Abstract

The invention concerns a steel plate coated with a metal layer based on zinc and a zinc hydroxysulphate layer, whereof the surface density of sulphur is more than 0.5 mg/m2. The invention also concerns a method for obtaining said plate by treating a zinc coated sheet metal: either in a highly alkaline sulphate solution under polarization; or in a sulphate solution containing Zn2+ ions without polarization. The hydroxysulphate deposit brings about a pre-lubricating effect applicable to operations for forming sheet metal.

Description

L'invention concerne la prélubrification de la surface zinguée de tôles revêtues de zinc ou d'alliage à base de zinc et le traitement de ces tôles dans des solutions aqueuses contenant des sulfates.The invention relates to the prelubrication of the galvanized surface of metal sheets coated with zinc or zinc-based alloy and the treatment of these sheets in aqueous solutions containing sulphates.

Le document intitulé « The influence of some sulphur-containing anions on the anodic behaviour of zinc in an alkaline medium », rédigé par S.S. Abd El Rehim et al., publié dans « Journal of Electroanalytical Chemistry » 401 (1996) 113-118, décrit, en milieu alcalin (|NaOH| = 0,1 M, donc pH = 13), l'oxydation du zinc en ion hydroxyde de zinc Zn(OH)4 = dans une première étape, puis l'oxydation de cet ion hydroxyde en oxyde de zinc ZnO2 dans une deuxième étape ; ce document décrit également l'incidence d'espèces soufrées en solution, notamment d'ions sulfates SO4=, sur la deuxième étape d'oxydation.The document titled "The influence of some sulphur-containing anions on the anodic behavior of zinc in an alkaline medium", written by SS Abd El Rehim et al., Published in "Journal of Electroanalytical Chemistry" 401 (1996) 113-118, described, in an alkaline medium (| NaOH | = 0.1 M, thus pH = 13), the oxidation of zinc to zinc hydroxide ion Zn (OH) 4 = in a first step, then the oxidation of this hydroxide ion zinc oxide ZnO 2 in a second step; this document also describes the incidence of sulfur species in solution, in particular SO4 = sulfate ions, on the second oxidation step.

Selon ce document, si la concentration en ions Zn(OH)4 = atteint le produit de solubilité, l'hydroxyde de zinc Zn(OH)2 précipite et forme un film passivant sur la surface.According to this document, if the Zn (OH) 4 = ion concentration reaches the solubility product, zinc hydroxide Zn (OH) 2 precipitates and forms a passivating film on the surface.

En se référant aux figures 2 et 4, ce document (voir page 115) enseigne que la présence d'anions SO4= stimule la dissolution du zinc ; cet effet pourrait provenir de l'adsorption de ces anions sur la surface zinguée qui facilite l'oxydation du zinc de cette surface par ces anions adsorbés.Referring to Figures 2 and 4, this document (see page 115) teaches that the presence of SO4 anions stimulates the dissolution of zinc; this effect could from the adsorption of these anions on the galvanized surface which facilitates the oxidation of zinc from this surface by these adsorbed anions.

En se référant aux figures 2 et 5, ce document (voir page 115) enseigne également qu'une concentration trop élevée en anions dans la solution alcaline provoque la rupture du film de passivation formé après la première étape d'oxydation.Referring to Figures 2 and 5, this document (see page 115) teaches also that too much concentration of anions in the alkaline solution causes the rupture of the passivation film formed after the first step oxidation.

Le domaine de concentration étudié dans ce document couvre la plage 0,05 à 1,7 mole SO4= par litre.The concentration area studied in this document covers the range 0.05 to 1.7 mole SO4 = per liter.

Les documents JP 61-60915, 63-46158, 63-46159 et EP 0 339 578 décrivent des traitements anodiques de tôles d'acier zingué dans des solutions aqueuses contenant des sulfates et l'utilisation de ces traitements pour colorer les surfaces zinguées de ces tôles. JP 61-60915, 63-46158, 63-46159 and EP 0 339 578 describe anodic treatments of galvanized steel sheets in solutions aqueous substances containing sulphates and the use of these treatments to color the galvanized surfaces of these sheets.

La concentration d'électrolyte dans la solution de traitement est comprise entre 70 et 200 g/l; la concentration de sulfate de sodium est par exemple de 150 g/l, c'est à dire environ 1 mole/litre.The concentration of electrolyte in the treatment solution is included between 70 and 200 g / l; the concentration of sodium sulphate is, for example, 150 g / l, ie about 1 mole / liter.

Le document JP 63-274797 décrit l'utilisation d'un traitement de même type pour améliorer l'aptitude à la phosphatation de tôles d'acier revêtues par électrodéposition d'un alliage à base de zinc contenant du nickel.JP 63-274797 discloses the use of a treatment of the same type to improve the phosphatibility of coated steel sheets by electrodeposition of a nickel-based alloy containing nickel.

La solution de traitement contient alors, outre les sulfates (par exemple : sulfate de magnésium, de sodium ou d'aluminium à 150 g/l), des acides carboxyliques (par exemple : citrique, maléique, salicylique à 30 ou 40 g/l).The treatment solution then contains, besides the sulphates (for example: magnesium, sodium or aluminum sulfate at 150 g / l), acids carboxylic acids (for example: citric, maleic, salicylic at 30 or 40 g / l).

Le pH de la solution de traitement est compris entre 4 et 5,5.The pH of the treatment solution is between 4 and 5.5.

On conduit le traitement anodique sous une densité de courant comprise entre 30 et 200 A/dm2 jusqu'à ce que la quantité d'électricité consommée soit comprise entre 50 et 500 C/dm2 de surface à traiter.The anodic treatment is conducted at a current density of between 30 and 200 A / dm 2 until the quantity of electricity consumed is between 50 and 500 C / dm 2 of surface to be treated.

Selon ce document, ce traitement améliore l'aptitude à la phosphatation parce qu'il aboutit à l'élimination des traces superficielles d'hydroxydes de zinc-Zn(OH)2 - et permet d'améliorer la réactivité de surface.According to this document, this treatment improves phosphatibility because it results in the elimination of surface traces of zinc hydroxide Zn (OH) 2 - and improves the surface reactivity.

Les tôles résultant de ces traitements sous polarisation anodique dans des solutions aqueuses contenant au moins 0,05 mole d'ions sulfate par litre, notamment plus de 10 g/l d'ions sulfate, posent des problèmes d'emboutissage et de mise en forme.The plates resulting from these treatments under anodic polarization in aqueous solutions containing at least 0.05 moles of sulfate ions per liter, especially more than 10 g / l of sulphate ions, pose stamping problems and formatting.

Le brevet EP 0 489 105 décrit un procédé de traitement de la surface métallique d'une tôle, notamment d'une tôle d'acier, destiné à préparer ladite tôle à l'emboutissage et/ou à la protéger contre la corrosion, dans lequel :

  • on applique sur cette surface une solution aqueuse d'un sel aquasoluble d'un métal alcalin, notamment du phosphate de potassium,
  • on sèche ladite surface,
  • puis on effectue au moins une opération de huilage de ladite surface.
EP 0 489 105 discloses a method for treating the metal surface of a sheet, in particular a steel sheet, intended to prepare said sheet metal for stamping and / or to protect it against corrosion, in which :
  • an aqueous solution of an aquasoluble salt of an alkali metal, in particular potassium phosphate, is applied to this surface;
  • said surface is dried,
  • then at least one oiling operation of said surface.

Les conditions d'application et de séchage sont adaptées pour obtenir un dépôt de phosphate de densité surfacique comprise entre 5 à 40 mg/m2.The conditions of application and drying are adapted to obtain a phosphate deposition of density of between 5 and 40 mg / m 2 .

L'huile utilisée peut être une huile de protection temporaire contre la corrosion et/ou une huile de lubrification pour la mise en forme, notamment l'emboutissage. The oil used can be a temporary protection oil against corrosion and / or lubricating oil for shaping, in particular stamping.

Ainsi, avant stockage et/ou transport, on peut effectuer un premier huilage de protection ; après déstockage, on peut effectuer un deuxième huilage de lubrification pour préparer la mise en forme, notamment par emboutissage.Thus, before storage and / or transport, a first oiling can be carried out protection ; after destocking, we can carry out a second oiling of lubrication to prepare the shaping, especially by stamping.

Selon ce document EP 0 489 105, le traitement de phosphatation, 5 préalable au huilage, permet d'améliorer sensiblement la lubrification au moment de la mise en forme : il s'agit donc d'un traitement de prélubrification.According to this document EP 0 489 105, the phosphating treatment, 5 prior to oiling, can significantly improve the lubrication at the moment of formatting: this is therefore a prelubrication treatment.

La tôle zinguée obtenue est dotée d'un dépôt prélubrifiant à base de phosphate.The galvanized sheet obtained is provided with a pre-lubricating depot based on phosphate.

L'effet lubrifiant de ce traitement de phosphatation se révèle parfois insuffisant sur tôles zinguées ; par ailleurs, ce traitement génère des effluents contenant des phosphates, ce que l'on souhaite éviter.The lubricating effect of this phosphating treatment is sometimes insufficient on galvanized sheets; Moreover, this treatment generates effluents containing phosphates, which one wishes to avoid.

L'invention a pour but de fournir une tôle zinguée prélubrifiée plus performante que celles qu'on obtient par phosphatation et d'offrir un traitement de prélubrification de tôles zinguées plus efficace qu'un traitement de phosphatation et plus respectueux de l'environnement au niveau des effluents qu'il génère.The object of the invention is to provide a pre-lubricated galvanized sheet more performing better than those obtained by phosphating and offering treatment pre-lubrication of galvanized sheets more efficient than a treatment of phosphating and more environmentally friendly at the level of effluents that it generates.

A cet effet, l'invention a pour objet une tôle d'acier revêtue d'une couche métallique à base de zinc caractérisée en ce que :

  • ladite couche métallique est elle-même revêtue d'une couche à base d'hydroxysulfate de zinc,
  • la densité surfacique de soufre correspondant à ladite couche d'hydroxysulfate est supérieure à 0,5 mg/m2.
For this purpose, the subject of the invention is a steel sheet coated with a zinc-based metal layer, characterized in that:
  • said metal layer is itself coated with a layer based on zinc hydroxysulfate,
  • the surface density of sulfur corresponding to said hydroxysulphate layer is greater than 0.5 mg / m 2 .

D'autres caractéristiques avantageuses de la tôle selon l'invention sont indiquées dans les revendications dépendantes.Other advantageous features of the sheet according to the invention are indicated in the dependent claims.

Plusieurs procédés d'hydroxysulfatation permettent de parvenir à la tôle zinguée prélubrifiée selon l'invention.Several hydroxysulfation processes make it possible to obtain the sheet metal zinc-coated prelubricated according to the invention.

L'invention a donc également pour objet un premier procédé d'obtention d'une tôle selon l'invention à partir d'une tôle d'acier revêtue d'une couche métallique à base de zinc comprenant les étapes consistant à appliquer sur la surface zinguée de la tôle de départ une solution aqueuse de traitement contenant plus de 0,07 moles d'ions sulfate par litre, à polariser de manière anodique ladite surface de manière à faire circuler un courant de polarisation, puis rincer ladite surface, puis la sécher, caractérisé en ce que :

  • le pH de ladite solution est supérieur ou égal à 12, et inférieur à 13.
  • la quantité de charges électriques, circulant pendant le traitement au travers de ladite surface et engendrant sur ladite surface le dépôt d'une couche comprenant du soufre, est adaptée pour que la quantité de soufre obtenue dans ladite couche d'hydroxysulfate dépasse 0,5 mg/m2.
The invention therefore also relates to a first method for obtaining a sheet according to the invention from a steel sheet coated with a zinc-based metal layer comprising the steps of applying to the surface galvanized from the starting sheet an aqueous treatment solution containing more than 0.07 moles of sulfate ions per liter, anodically polarizing said surface so as to circulate a polarization current, then rinsing said surface and then drying it characterized in that
  • the pH of said solution is greater than or equal to 12, and less than 13.
  • the quantity of electric charges circulating during the treatment through said surface and generating on said surface the deposition of a layer comprising sulfur, is adapted so that the amount of sulfur obtained in said hydroxysulfate layer exceeds 0.5 mg / m 2 .

D'autres caractéristiques avantageuses du premier procédé d'obtention de la tôle selon l'invention sont indiquées dans les revendications dépendantes.Other advantageous characteristics of the first method of obtaining of the sheet according to the invention are indicated in the dependent claims.

En pratique, on peut déterminer, pour des conditions prédéterminées d'utilisation de la solution de traitement, la quantité minimale de charges qu'il convient de faire circuler pour obtenir un dépôt présentant une teneur en soufre de 0,5 mg/m2 ; pour mettre en oeuvre ce procédé, il convient alors que la quantité de charges utilisée soit supérieure à cette quantité minimale.In practice, it is possible to determine, for predetermined conditions of use of the treatment solution, the minimum amount of charges that must be circulated to obtain a deposit having a sulfur content of 0.5 mg / m 2 ; to implement this method, it is then necessary that the amount of charges used is greater than this minimum amount.

La tôle obtenue par ce procédé, puis huilée, offre de très bonnes propriétés tribologiques bien adaptées à la mise en forme, notamment par emboutissage : ce traitement d'hydroxysulfatation a donc un effet de prélubrification.The sheet obtained by this process, then oiled, offers very good tribological properties well suited to shaping, especially by stamping: this hydroxysulfation treatment therefore has a Prelubrication.

En optimisant l'épaisseur de la couche d'hydroxysulfate déposée, l'effet prélubrifiant obtenu est supérieur à celui apporté par un traitement dans une solution de phosphate tel que décrit dans EP 0 489 105.By optimizing the thickness of the deposited hydroxysulfate layer, the effect The prelubricant obtained is greater than that provided by a treatment in a phosphate solution as described in EP 0 489 105.

On constate que cet effet de prélubrification provient de la nature du dépôt : le spectre de réflexion infra-rouge du dépôt obtenu est représenté à la figure 3 (réflectance en % en fonction du nombre d'onde en cm-1); il s'agit ici essentiellement d'une couche d'hydroxysulfate de zinc, également appelé sulfate basique de zinc ; cet hydroxysulfate répondrait à la formule générale : [ Znx(SO4)y(OH)z, t H2O ], où 2 x = 2 y + z, avec y et z différents de zéro ; de préférence, z est supérieur ou égal à 6 ; selon le spectre de la figure 3, x=4, y=1, z=6 et t=5.It can be seen that this prelubrication effect comes from the nature of the deposit: the infra-red reflection spectrum of the deposit obtained is represented in FIG. 3 (% reflectance as a function of the wavenumber in cm -1 ); this is essentially a layer of zinc hydroxysulfate, also called basic zinc sulfate; this hydroxysulfate would have the general formula: [Zn x (SO 4 ) y (OH) z , t H2O], where 2 x = 2 y + z, with y and z different from zero; preferably, z is greater than or equal to 6; according to the spectrum of FIG. 3, x = 4, y = 1, z = 6 and t = 5.

Pour être efficace au niveau de la prélubrification, il convient que cette couche d'hydroxysulfate de zinc adhère à la surface traitée : les conditions portant sur le pH de la solution de traitement et l'étape de séchage en fin de traitement sont déterminantes à cet effet. To be effective at the level of pre-lubrication, it is appropriate that this layer of zinc hydroxysulfate adheres to the treated surface: the conditions relating to the pH of the treatment solution and the drying step at the end of treatment are crucial for this purpose.

Si le pH de la solution est inférieur à 12, on ne forme pas d'hydroxysulfates adhérents sur la surface à traiter ; si le pH de la solution est supérieur ou égal à 13, l'hydroxysulfate se re-dissout et/ou se décompose en hydroxydes de zinc ; on se retrouve alors dans des conditions analogues à celles décrites dans le document de S.S. Abd El Rehim précédemment cité.If the pH of the solution is less than 12, we do not form adhering hydroxysulfates on the surface to be treated; if the pH of the solution is greater than or equal to 13, the hydroxysulfate is redissolved and / or decomposed into zinc hydroxides; we then find ourselves in conditions similar to those described in the document of S.S. Abd El Rehim previously cited.

Après rinçage mais avant séchage, la couche déposée sur la tôle présente l'aspect d'un gel encore peu adhérent ; le séchage est adapté pour éliminer l'eau liquide résiduelle du dépôt et permet de faire mieux adhérer la couche sur la tôle.After rinsing but before drying, the layer deposited on the sheet has the appearance of a gel still not adherent; drying is suitable for eliminate the residual liquid water from the deposit and makes it easier to adhere the layer on the sheet.

Lorsqu'on utilise du sulfate de sodium dans la solution, si la concentration en sulfate de sodium est inférieure à 10 g/l dans la solution, on observe peu de formation de couche d'hydroxysulfate sur la surface ; de façon plus générale, il importe donc que la concentration en ions sulfate soit supérieure à 0,07 moles par litre.When using sodium sulphate in the solution, if the concentration sodium sulphate is less than 10 g / l in the solution, there is little formation of hydroxysulfate layer on the surface; more generally, he it is therefore important for the concentration of sulphate ions to be greater than 0.07 moles per liter.

De préférence, la concentration en ions sulfate est inférieure ou égale à 1 mole/litre ; dans le cas de l'utilisation de sulfate de sodium, à des concentrations supérieures à 142 g/l (équivalent à 1 mole SO4=/litre), par exemple 180 g/l, on observe une diminution du rendement de formation de la couche d'hydroxysulfate.Preferably, the concentration of sulfate ions is less than or equal to 1 mol / liter; in the case of the use of sodium sulphate, at concentrations greater than 142 g / l (equivalent to 1 mol SO4 = / liter), for example 180 g / l, a decrease in the formation efficiency of the layer is observed hydroxysulphate.

On a constaté que l'effet prélubrifiant du traitement n'était obtenu que si l'épaisseur de la couche déposée correspondait à plus de 0,5 mg/m2 en équivalent soufre, de préférence au moins 3,5 mg/m2 en équivalent soufre.It has been found that the prelubricating effect of the treatment is obtained only if the thickness of the deposited layer corresponds to more than 0.5 mg / m 2 in sulfur equivalent, preferably at least 3.5 mg / m 2 in sulfur equivalent.

On a constaté à l'inverse que l'effet prélubrifiant de la couche d'hydroxysulfate diminuait si la quantité de soufre déposée dépassait largement 30 mg/m2, du fait, semble-t-il, de la dégradation de l'adhérence de cette couche ; on a également constaté que si la quantité de soufre déposée dépassait 27 mg/m2, la phosphatabilité de la tôle obtenue se dégradait, les cristaux de phosphate déposés étant alors trop gros.On the other hand, it was found that the prelubricant effect of the hydroxysulphate layer decreased if the amount of sulfur deposited was well above 30 mg / m 2 , apparently due to the degradation of the adhesion of the hydroxysulfate layer. this layer; it was also found that if the amount of sulfur deposited exceeded 27 mg / m 2 , the phosphatability of the sheet obtained was degraded, the deposited phosphate crystals then being too large.

Ainsi, pour obtenir un effet prélubrifiant significatif, il convient que la quantité d'hydroxysulfates déposée soit supérieure à 0,5 mg/m2 et inférieure ou égale à 30 mg/m2 en équivalent soufre, de préférence comprise entre 3,5 et 27 mg/m2 en équivalent soufre. Thus, to obtain a significant prelubricant effect, the amount of hydroxysulfates deposited should be greater than 0.5 mg / m 2 and less than or equal to 30 mg / m 2 in sulfur equivalent, preferably between 3.5 and 27 mg / m 2 in sulfur equivalent.

Il convient donc que la densité de charge appliquée soit adaptée à cette quantité d'hydroxysulfates apte à procurer cet effet prélubrifiant significatif.It is therefore appropriate that the applied charge density is adapted to this amount of hydroxysulfates capable of providing this significant prelubricant effect.

Ainsi, de préférence, la densité de charge appliquée est de préférence comprise entre 10 et 100 C/dm2 de surface à traiter.Thus, preferably, the charge density applied is preferably between 10 and 100 C / dm 2 of surface to be treated.

Si la densité de charge dépasse 100 C/dm2, on constate que la quantité de soufre déposée sur la surface n'augmente plus et même diminue.If the charge density exceeds 100 C / dm 2 , it is found that the amount of sulfur deposited on the surface no longer increases and even decreases.

Ce premier procédé d'obtention d'une tôle selon l'invention permet donc de former sur une surface zinguée une couche à base d'hydroxysulfate, à la fois suffisamment épaisse et adhérente.This first method of obtaining a sheet according to the invention therefore allows forming on a galvanized surface a layer based on hydroxysulphate, at the once thick enough and adherent.

Grâce à la polarisation anodique de la surface zinguée à traiter, on assiste à une dissolution rapide du zinc à proximité immédiate de la surface zinguée, ce qui favorise la précipitation de sels de zinc sur cette surface.Thanks to the anodic polarization of the galvanized surface to be treated, we are witnessing rapid dissolution of the zinc in the immediate vicinity of the galvanized surface, which promotes the precipitation of zinc salts on this surface.

Ainsi, pour réaliser ce traitement de manière aussi productive que possible avec un rendement faradique satisfaisant, il convient d'effectuer le dépôt de la couche d'hydroxysulfate sous une densité de courant de polarisation élevée, notamment supérieure à 20 A/dm2.Thus, in order to carry out this treatment as productively as possible with satisfactory faradic efficiency, it is necessary to deposit the hydroxysulphate layer under a high polarization current density, especially greater than 20 A / dm 2 .

Pour une densité de courant inférieure ou égale à 20 A/dm2, le rendement de dépôt est très faible et la teneur en soufre de la couche déposée ne permet pas d'obtenir l'effet prélubrifiant optimum.For a current density less than or equal to 20 A / dm 2 , the deposition efficiency is very low and the sulfur content of the deposited layer does not provide the optimum prelube effect.

Les essais expérimentaux ont montré que, pour une densité de charges électriques prédéterminée, par exemple 20 C/dm2, la quantité de soufre déposée sur la surface à traiter était une fonction homogène croissante de la densité de courant dans le domaine de valeurs comprises entre 20 et 200 A/dm2 ; de préférence, on choisit donc une densité de courant aussi élevée que possible, par exemple de 200 A/dm2.Experimental tests have shown that, for a predetermined electrical charge density, for example 20 C / dm 2 , the amount of sulfur deposited on the surface to be treated was an increasing homogeneous function of the current density in the range of values between 20 and 200 A / dm 2 ; preferably, therefore, a current density as high as possible, for example 200 A / dm 2 , is chosen.

Comme contre-électrode, on peut utiliser une cathode en titane.As a counter-electrode, it is possible to use a titanium cathode.

La température de la solution de traitement est généralement comprise entre 20°C et 60°C ; de préférence, on procède à une température supérieure ou égale à 40°C, de manière à augmenter la conductivité de la solution et à diminuer les pertes ohmiques.The temperature of the treatment solution is generally understood between 20 ° C and 60 ° C; preferably, one proceeds to a higher temperature or equal to 40 ° C, so as to increase the conductivity of the solution and to reduce ohmic losses.

La vitesse de circulation de la solution à la surface de la tôle n'a pas, ici, d'incidence déterminante sur le traitement selon l'invention. The speed of circulation of the solution on the surface of the sheet has not, here, of determining incidence on the treatment according to the invention.

Après formation de la couche d'hydroxysulfate sur la surface, on rince abondamment la surface traitée à l'eau déminéralisée ; dans le cadre de ce premier procédé, l'étape de rinçage est importante pour éliminer les réactifs alcalins à la surface du dépôt, qui causeraient des problèmes de corrosion.After formation of the hydroxysulfate layer on the surface, rinse abundantly the surface treated with demineralised water; as part of this first method, the rinsing step is important to remove the reagents alkaline on the surface of the deposit, which would cause corrosion problems.

La tôle ainsi prélubrifiée par le traitement selon l'invention présente une coloration homogène, un peu plus soutenue par rapport à celle d'une tôle zinguée non traitée ; ce traitement ne colore néanmoins pas la tôle, comme dans les documents JP 61-60915, 63-46158, 63-46-159 et EP 0 339 578 déjà cités ; observé au microscope, le dépôt résultant du traitement selon l'invention se présente sous forme de plaques éparses ; on a remarqué que la densité de plaques augmentait avec la quantité de soufre déposée par unité de surface.The sheet thus prelubricated by the treatment according to the invention has a homogeneous coloring, a little more sustained compared to that of a sheet metal untreated galvanized; this treatment, however, does not color the sheet, as in JP 61-60915, 63-46158, 63-46-159 and EP 0 339 578 already cited; observed under the microscope, the deposit resulting from the treatment according to the invention is in the form of sparse plates; it has been noticed that the density of plates increased with the amount of sulfur deposited per unit area.

Dans ce premier procédé d'obtention d'une tôle zinguée prélubrifiée selon l'invention, le zinc nécessaire à la formation du dépôt prélubrifiant d'hydroxysulfate de zinc provient de la dissolution anodique du zinc sous l'effet de la polarisation de la surface zinguée.In this first method for obtaining a prelubricated galvanized sheet according to the invention, the zinc necessary for the formation of the pre-lubricant deposit of zinc hydroxysulfate comes from the anodic dissolution of zinc under the effect polarization of the galvanized surface.

Ce premier procédé d'obtention présente à l'évidence l'inconvénient économique de nécessiter une installation de polarisation.This first method of obtaining obviously has the disadvantage cost effective to require a polarization facility.

Afin de pallier cet inconvénient, l'invention a également pour objet un deuxième procédé d'obtention d'une tôle selon l'invention à partir d'une tôle d'acier revêtue d'une couche métallique à base de zinc comprenant :

  • une étape d'application, sur la surface zinguée de la tôle de départ, d'une solution aqueuse de traitement contenant plus de 0,01 mole d'ions sulfate SO4= par litre,
  • et une étape postérieure de séchage,
   caractérisé en ce que :
  • ladite solution de traitement contient des ions Zn2+ à une concentration supérieure à 0,01 mole/litre,
  • les conditions d'application, notamment la durée, la température de ladite solution, la concentration en ions SO4 = et en ions Zn2+ dans ladite solution, sont adaptées pour que la quantité de soufre obtenue dans ladite couche d'hydroxysulfate dépasse 0,5 mg/m2.
In order to overcome this drawback, the subject of the invention is also a second method for obtaining a sheet according to the invention from a steel sheet coated with a zinc-based metal layer comprising:
  • a step of applying, on the galvanized surface of the starting sheet, an aqueous treatment solution containing more than 0.01 mole of SO 4 sulfate ions per liter,
  • and a subsequent drying step,
characterized in that
  • said treatment solution contains Zn 2+ ions at a concentration greater than 0.01 mol / liter,
  • the conditions of application, particularly the duration, temperature of said solution, the concentration of ions SO 4 = and Zn 2+ ions in said solution, are adapted so that the quantity of sulfur obtained in said hydroxysulphate layer exceeds 0 , 5 mg / m 2 .

D'autres caractéristiques avantageuses du deuxième procédé d'obtention de la tôle selon l'invention sont indiquées dans les revendications dépendantes.Other advantageous characteristics of the second method of obtaining of the sheet according to the invention are indicated in the dependent claims.

Ce deuxième procédé d'obtention d'une tôle selon l'invention ne nécessite pas d'installation de polarisation.This second method of obtaining a sheet according to the invention does not require no polarization installation.

On prépare par exemple les solutions de traitement par dissolution de sulfate de zinc dans de l'eau pure ; on utilise par exemple du sulfate de zinc heptahydraté (ZnSO4, 7 H2O); la concentration en ions Zn2+ est alors égale à celle des anions SO4 =.For example, solutions of treatment by dissolution of zinc sulfate in pure water are prepared; for example, zinc sulfate heptahydrate (ZnSO 4 , 7H 2 O) is used; the concentration of ions Zn 2+ is then equal to that of the anions SO 4 = .

Le pH de la solution de traitement utilisée pour ce deuxième procédé est généralement beaucoup moins basique que celui de la solution de traitement utilisée pour le premier procédé ; le pH de la solution de traitement correspond de préférence au pH naturel de la solution, sans addition de base ni d'acide ; la valeur de ce pH est généralement comprise entre 5 et 7.The pH of the treatment solution used for this second process is generally much less basic than that of the treatment solution used for the first method; the pH of the treatment solution corresponds preferably at the natural pH of the solution, without addition of base or acid; the value of this pH is generally between 5 and 7.

On applique la solution de traitement sur une surface zinguée de tôle d'une manière classique, par exemple au trempé, par aspersion ou par enduction.The treatment solution is applied to a galvanized sheet metal surface in a conventional manner, for example by dipping, spraying or coating.

Les conditions d'application comme la durée pour le trempé et l'aspersion ou la quantité pour l'enduction, comme la température de solution, comme les concentrations en ions SO4 = et Zn2+, sont adaptées d'une manière connue en elle-même pour que la quantité de soufre obtenue dans la couche finale d'hydroxysulfate dépasse 0,5 mg/m2.Application conditions such as the time for soaking and spraying or the amount for coating, such as the solution temperature, such as the SO 4 = and Zn 2+ ion concentrations, are adapted in a manner known in the art. itself so that the amount of sulfur obtained in the final hydroxysulfate layer exceeds 0.5 mg / m 2 .

On a constaté que si la concentration en ions SO4 = et/ou si la concentration en ions Zn2+ était inférieure à 0,01 mole/litre, on ne parvenait pas à former une telle couche d'hydroxysulfate.It has been found that if the concentration of SO 4 ions = and / or if the concentration of Zn 2+ ions was less than 0.01 mol / liter, it was impossible to form such a hydroxysulfate layer.

De préférence, les solutions de traitement utilisées contiennent entre 20 et 160 g/l de sulfate de zinc heptahydraté, correspondant à une concentration molaire d'ions Zn2+ ou SO4 = comprise entre 0,07 et 0,55 mole/litre ; dans ce domaine de concentrations, on a constaté que la vitesse de dépôt était peu influencée par la valeur de la concentration.Preferably, the processing solutions used contain between 20 and 160 g / l of zinc sulfate heptahydrate, corresponding to a molar concentration of Zn 2+ ions, or SO 4 = between 0.07 and 0.55 mol / liter; in this concentration range, it was found that the deposition rate was little influenced by the value of the concentration.

Après application et avant séchage, la couche déposée sur la tôle est adhérente ; le séchage est adapté pour éliminer l'eau liquide résiduelle du dépôt. After application and before drying, the layer deposited on the sheet is adherent; the drying is adapted to remove residual liquid water from the deposit.

Entre l'étape d'application et l'étape de séchage, on rince de préférence la tôle de manière à éliminer la partie soluble du dépôt obtenu ; l'absence de rinçage et l'obtention d'un dépôt partiellement solubilisable à l'eau qui en résulte ne sont pas très préjudiciables à l'effet prélubrifiant, du moment que le dépôt obtenu comprend bien la couche prélubrifiante d'hydroxysulfate insoluble à l'eau au contact de la tôle.Between the application step and the drying step, the sheet so as to eliminate the soluble part of the deposit obtained; the absence of rinsing and obtaining a partially solubilisable deposit with water which result are not very detrimental to the pre-lubricating effect, as long as the obtained deposit includes the prelubricating layer of insoluble hydroxysulfate with water in contact with the sheet.

La tôle obtenue par ce deuxième procédé présente des caractéristiques intrinsèques et extrinsèques comparables à celles de la tôle obtenue par le premier procédé ; le spectre de réflexion du dépôt d'hydroxysulfate par infra-rouge sous incidence rasante est donné à la figure 4 (réflectance en % en fonction du nombre d'onde en cm-1); il s'agit également ici essentiellement d'une couche d'hydroxysulfate de zinc, qui répondrait à même la formule générale : [ Znx(SO4)y(OH)z, t H2O ], où 2 x = 2 y + z, avec y et z différents de zéro ; de préférence, z est supérieur ou égal à 6 ; selon le spectre de la figure 4, x=4, y=1, z=6 et t=3 ; le dépôt d'hydroxysulfate obtenu est finement cristallisé et très couvrant.The sheet obtained by this second process has intrinsic and extrinsic characteristics comparable to those of the sheet obtained by the first method; the reflection spectrum of the hydroxysulphate deposition by infra-red under grazing incidence is given in FIG. 4 (percentage reflectance as a function of the wavenumber in cm -1 ); it is also essentially a layer of zinc hydroxysulfate, which would have the same formula: [Zn x (SO 4 ) y (OH) z , tH 2 O], where 2 x = 2 y + z , with y and z different from zero; preferably, z is greater than or equal to 6; according to the spectrum of FIG. 4, x = 4, y = 1, z = 6 and t = 3; the deposition of hydroxysulfate obtained is finely crystallized and very covering.

Ce deuxième procédé présente les avantages suivants sur le premier procédé :

  • la polarisation anodique de la surface zinguée n'est pas nécessaire pour obtenir l'effet prélubrifiant recherché,
  • le dépôt d'hydroxysulfate obtenu est plus homogène.
This second method has the following advantages over the first method:
  • the anodic polarization of the galvanized surface is not necessary to obtain the desired prelubricant effect,
  • the hydroxysulfate deposit obtained is more homogeneous.

De nombreux paramètres peuvent avoir une incidence significative sur la vitesse et/ou l'épaisseur du dépôt d'hydroxysulfate obtenu :

  • les conditions d'applications de la solution :
  • Figure 00090001
    la durée d'application : le dépôt obtenu au bout de 300 secondes peut présenter une densité surfacique double de celui obtenu au bout de 100 secondes;
  • le renouvellement de la solution au voisinage de la surface zinguée : en cas d'application au trempé, l'agitation appropriée du bain permet de doubler la vitesse de dépôt ;
  • la température de la solution de traitement : on détermine le domaine de températures optimales, par exemple entre 40°C et 60°C.
Many parameters can have a significant impact on the speed and / or thickness of the hydroxysulfate deposit obtained:
  • the application conditions of the solution:
  • Figure 00090001
    the duration of application: the deposit obtained after 300 seconds may have a surface density double that obtained after 100 seconds;
  • the renewal of the solution in the vicinity of the galvanized surface: in the case of dipping application, the appropriate agitation of the bath makes it possible to double the deposition rate;
  • the temperature of the treatment solution: the optimum temperature range is determined, for example between 40 ° C. and 60 ° C.

En ce qui concerne l'incidence des concentrations en ions SO4 = et en ions Zn2+ dans la solution de traitement, on constate qu'il existe des seuils dé concentration en deçà desquels on n'obtient pas de dépôt prélubrifiant, mais on constate aussi que des concentrations trop élevées n'améliorent pas sensiblement la vitesse de dépôt et peuvent même la diminuer légèrement.With regard to the incidence of SO 4 = and Zn 2+ ion concentrations in the treatment solution, it is found that there are concentration thresholds below which no pre-lubricating deposit is obtained, but also finds that too high concentrations do not significantly improve the rate of deposition and may even slightly decrease it.

Pour mettre en oeuvre ce deuxième procédé, on optimise ces paramètres d'une manière connue en elle-même pour obtenir un dépôt d'hydroxysulfate conforme à l'invention, c'est à dire contenant une quantité de soufre supérieure à 0,5 mg/m2 .To implement this second method, these parameters are optimized in a manner known per se to obtain a deposition of hydroxysulfate according to the invention, ie containing a quantity of sulfur greater than 0.5 mg / m 2 .

Selon une variante de ce deuxième procédé, la solution de traitement contient un agent oxydant du zinc, comme l'eau oxygénée ; cet agent oxydant peut avoir un effet accélérateur d'hydroxysulfatation très marqué à faible concentration ; on a constaté que l'addition de seulement 0,03%, soit 8 10-3 mole/litre d'eau oxygénée, ou de 2 10-4 mole/litre de permanganate de potassium dans la solution permettait de doubler (approximativement) la vitesse de dépôt ; on a constaté, au contraire, que des concentrations 100 fois supérieures ne permettaient plus d'obtenir cette amélioration de la vitesse de dépôt.According to a variant of this second method, the treatment solution contains an oxidizing agent for zinc, such as hydrogen peroxide; this oxidizing agent can have a very marked hydroxysulfation accelerating effect at low concentration; it was found that the addition of only 0.03%, ie 8 10 -3 mole / liter of hydrogen peroxide, or 2 × 10 -4 mole / liter of potassium permanganate in the solution allowed to double (approximately) the deposit rate; it has been found, on the contrary, that concentrations 100 times higher no longer made it possible to obtain this improvement in the rate of deposition.

Compte tenu de l'effet prélubrifiant du dépôt d'hydroxysulfate, l'invention a enfin pour objet un procédé de mise en forme d'une tôle d'acier revêtue d'une couche métallique à base de zinc comprenant les étapes consistant à traiter la surface de ladite tôle revêtue selon le premier ou le deuxième procédé décrits ci-dessus, à appliquer un film d'huile lubrifiante sur ladite surface traitée séchée et à mettre en forme à proprement parler ladite tôle.In view of the prelubricant effect of the hydroxysulphate deposit, the invention has Finally, a method of forming a steel sheet coated with a zinc-based metal layer comprising the steps of treating the surface of said coated sheet according to the first or second method described above, applying a film of lubricating oil to said treated treated surface and to shape strictly said sheet.

Ces procédés s'appliquent par exemple sur les tôles électrozinguées ; pour les tôles galvanisées au trempé, on utilisera de préférence le deuxième procédé de traitement ; pour les tôles revêtues d'alliage de zinc, on utilisera par exemple le deuxième procédé de traitement sans rinçage.These methods apply, for example, to electrogalvanized sheets; for dip galvanized sheets, the second treatment process; for zinc alloy coated sheets, use shall be made of example the second process of treatment without rinsing.

D'autres avantages du procédé et de la tôle zinguée de l'invention apparaítront à la lecture des exemples présentés ci-après à titre non limitatif de la présente invention et en référence aux figures suivantes :

  • la figure 1, en référence à l'exemple 1, illustre les résultats des tests d'emboutissabilité effectués sur différents échantillons de tôle traitée selon l'invention ou non traitée ; la zone hachurée correspond à la zone de rupture.
  • la figure 2, en référence à l'exemple 4, illustre les variations de la quantité de soufre obtenu par le premier procédé selon l'invention, en fonction de la densité de charge de polarisation appliquée.
  • les figures 3 et 4 représentent les spectres de réflexion infra-rouge de tôles revêtues d'une couche d'hydroxysulfate selon l'invention, respectivement selon le premier et selon le deuxième procédés d'obtention de cette tôle précédemment décrits.
Other advantages of the method and galvanized sheet of the invention will appear on reading the examples presented below without limitation of the present invention and with reference to the following figures:
  • FIG. 1, with reference to example 1, illustrates the results of drawability tests carried out on different samples of treated sheet according to the invention or untreated; the shaded area corresponds to the rupture zone.
  • FIG. 2, with reference to example 4, illustrates the variations of the amount of sulfur obtained by the first method according to the invention, as a function of the applied polarization charge density.
  • FIGS. 3 and 4 show the infra-red reflection spectra of sheets coated with a hydroxysulfate layer according to the invention, respectively according to the first and second methods of obtaining this sheet previously described.

MATÉRIELS :MATERIALS:

  • 1) La tôle utilisée pour les essais de traitement est une tôle d'acier, nuance dite « acier calmé à l'aluminium » de qualité ES, d'épaisseur 0,7 mm, revêtue par électrodéposition en bain chlorure sur les deux faces d'une couche métallique de zinc d'épaisseur 7,5 µm environ.(1) The sheet used for the treatment tests is a steel sheet, grade ES-quality "aluminum-killed steel", thickness 0.7 mm, electroplated in a chloride bath on both sides. a metal layer of zinc approximately 7.5 μm thick.
  • 2) Le sulfate utilisé pour préparer la solution de traitement du premier procédé est du sulfate de sodium ; tout autre sulfate soluble peut être utilisé.2) The sulphate used to prepare the treatment solution of the first process is sodium sulphate; any other soluble sulfate can be used.
  • Le sulfate utilisé pour le deuxième procédé selon l'invention est du sulfate de zinc heptahydraté ZnSO4, 7 H2O.The sulphate used for the second process according to the invention is zinc sulphate heptahydrate ZnSO 4 , 7 H 2 O.

    MÉTHODES :METHODS : 1)Tests d'emboutissabilité : 1) Extraction tests:

    On dispose d'une presse d'emboutissage adaptée pour réaliser des godets de 50 mm de diamètre intérieur à partir de flans de tôles de diamètre 90 mm ; on utilise un poinçon de diamètre 50 mm présentant à l'extrémité un rayon de courbure de 3 mm, une matrice de diamètre 52,6 mm présentant un rebord intérieur de rayon de courbure 3,5 mm.We have a stamping press adapted to realize buckets 50 mm inner diameter from sheet blanks diameter 90 mm; a punch having a diameter of 50 mm and having at the end a radius of curvature of 3 mm, a matrix of diameter 52.6 mm having a inner rim of radius of curvature 3.5 mm.

    La vitesse d'emboutissage est réglée à 12 cm/min. ; la force maximale de serre-flan est de 150 kN. The stamping speed is set at 12 cm / min. ; the maximum force of blank is 150 kN.

    La presse est équipée de moyens de contrôle en continu des paramètres d'emboutissage, notamment la pression de serre-flan , la force d'emboutissage et la course du poinçon.The press is equipped with means of continuous control of the parameters stamping, in particular the blanking pressure, the stamping force and the punch race.

    Lors d'une opération d'emboutissage d'un flan de tôle donné sous une pression de serre-flan de tôle prédéterminée, on trace la courbe d'évolution de la force d'emboutissage en fonction de la course du poinçon ; cette courbe passe par un maximum qui définit la force maximale d'emboutissage en cours d'opération.During a stamping operation of a given blank sheet under a sheet blank clamp pressure, one traces the curve of evolution of the stamping force as a function of the punch stroke; this curve goes through a maximum that sets the maximum stamping force in progress operation.

    Pour une série d'opérations d'emboutissage sous différentes pressions de serre-flan, on obtient ainsi une série de valeurs de forces maximales d'emboutissage ; on peut alors tracer la courbe d'évolution de la force maximale d'emboutissage en fonction de la pression de serre-flan ; ces courbes correspondent souvent à des droites, dont la pente caractérise les frottements du poinçon et de la matrice sur les deux faces de la tôle.For a series of stamping operations under different pressures of blank, this gives a series of maximum force values stamping; we can then draw the evolution curve of the force maximum stamping according to the blanking pressure; these curves often correspond to straight lines, the slope of which friction of the punch and the matrix on both sides of the sheet.

    Une pente faible correspond à de faibles frottements, c'est à dire à des tôles bien lubrifiées sur les deux faces.A weak slope corresponds to low friction, that is to say to well-lubricated sheets on both sides.

    Ce protocole d'essais d'emboutissage permet donc d'évaluer le niveau de lubrification de la surface d'une tôle en vue de son emboutissage ; pour évaluer ce niveau sur une seule face, on appose sur l'autre face un film de Teflon ® (côté poinçon) de manière à obtenir sur cette autre face un frottement toujours constant au regard de celui qui s'exerce sur la surface à évaluer.This stamping test protocol therefore makes it possible to evaluate the level of lubrication of the surface of a sheet for stamping; to evaluate this level on one side, we affix on the other side a film of Teflon ® (punch side) so as to obtain on this other face a friction always constant with regard to the one exercising on the surface to be evaluated.

    Pour évaluer l'effet prélubrifiant d'un traitement de surface du type de celui de l'invention, on applique ce protocole sur des tôles prélubrifiées par traitement préalable et huilées d'une manière standard (avec film de Teflon ® sur la face non traitée) ; le huilage standard consiste ici à appliquer, sur la surface traitée, de l'huile référencée 6130 de la Société QUAKER de manière à obtenir une couche de 1 g/m2 environ.To evaluate the prelubricant effect of a surface treatment of the type of that of the invention, this protocol is applied to prelubricated sheets by pretreatment and oiled in a standard manner (with Teflon ® film on the untreated side ); the standard oiling consists here of applying, on the treated surface, the oil referenced 6130 of the QUAKER Company so as to obtain a layer of 1 g / m 2 approximately.

    2) Tests de phosphatabilité : 2) Phosphatability tests:

    Pour évaluer la phosphatabilité, notamment après traitement d'hydroxysulfatation selon l'invention, les échantillons de tôle sont phosphatés d'après un protocole prédéterminé correspondant aux méthodes classiques pratiquées dans l'industrie automobile, en utilisant plusieurs bains classiques de traitement de surface adaptés pour former une couche de phosphates de zinc, manganèse et nickel ; on peut utiliser les bains commercialisés à cet effet par les Sociétés PARKER ou CFPI ; on utilise ainsi généralement et successivement : un ou deux bains de dégraissage alcalin, un bain d'affinage, puis un bain de phosphatation ; chaque étape est suivie d'un rinçage à l'eau.To evaluate the phosphatability, especially after treatment hydroxysulfation according to the invention, the sheet samples are phosphated according to a predetermined protocol corresponding to conventional methods practiced in the automotive industry, using several conventional baths of surface treatment adapted to form a layer of phosphates of zinc, manganese and nickel; we can use the baths marketed for this purpose by the PARKER Companies or CFPI; so we generally use and successively: one or two alkaline degreasing baths, a refining bath, then a phosphating bath; each step is followed by rinsing with water.

    Après ce traitement selon le protocole prédéterminé, on évalue la qualité de la couche de phosphates déposés, notamment en terme de morphologie et de composition chimique ; on utilise à cet effet la microscopie électronique à balayage et la spectroscopie d'absorption atomique.After this treatment according to the predetermined protocol, the quality is evaluated. deposited phosphates layer, in particular in terms of morphology and chemical composition; for this purpose, electron microscopy is used for scanning and atomic absorption spectroscopy.

    Exemple 1 : Example 1: Effet d'un dépôt d'hydroxysulfates sur l'emboutissabilité d'une tôle zinguée :Effect of a deposition of hydroxysulphates on the drawability of a galvanized sheet:

    On part d'échantillons de tôle d'acier telle que définie au paragraphe MATÉRIELS.We start from samples of steel sheet as defined in paragraph MATERIALS.

    Dans le but d'utiliser le premier procédé d'obtention de tôle selon l'invention, on prépare une solution de traitement par dissolution de sulfate de sodium dans de l'eau ( concentration : 60 g/l) et addition de soude jusqu'à obtenir pH = 12,7.In order to use the first method of obtaining sheet metal according to the invention, a solution of treatment by dissolution of sulfate of sodium in water (concentration: 60 g / l) and addition of sodium hydroxide to obtain pH = 12.7.

    On effectue le traitement d'échantillons de tôles dans une « cellule à circulation d'électrolyte » où ils sont immergés dans cette solution portée à 40°C, et où ils sont polarisés anodiquement par rapport à une cathode en titane ; la « cellule à circulation d'électrolyte » est réglée de sorte que la vitesse de l'électrolyte au voisinage et le long de la surface de tôle à traiter est de 100 m/min.Sheet metal sample processing is carried out in a "cell to electrolyte circulation "where they are immersed in this solution brought to 40 ° C, and where they are polarized anodically with respect to a titanium cathode ; the "electrolyte circulation cell" is set so that the speed of the electrolyte in the vicinity and along the surface of the sheet to be treated is 100 m / min.

    On effectue quatre essais (n°1 à n°4) de traitements dans les conditions reportées au tableau I ; l'échantillon de référence (« Réf. ») mentionné dans ce tableau n'a pas subi de traitement de surface particulier.Four trials (# 1 to # 4) of treatments under the conditions reported in Table I; the reference sample ("Ref.") mentioned in this table did not undergo any particular surface treatment.

    Après immersion et polarisation anodique, on rince les échantillons traités à l'eau déminéralisée. Définition des traitements pour essais d'emboutissage N° essai Densité de courant Densité de charge Temps d'électrolyse Quantité déposée mg/m2 Soufre Sodium Réf. 0 C/dm2 0 s. 0,0 mg/m2 5,0 mg/m2 1 200 A/dm2 5 C/dm2 0,025 s 0,5 mg/m2 5,5 mg/m2 2 200 A/dm2 10 C/dm2 0,050 s 7,5 mg/m2 4,8 mg/m2 3 150 A/dm2 20 C/dm2 0,133 s 26,9 mg/m2 4,8 mg/m2 4 200 A/dm2 50 C/dm2 0,250 s 59,6 mg/m2 5,8 mg/m2 After immersion and anodic polarization, the treated samples are rinsed with deionized water. Definition of treatments for stamping tests Test no. Current density Density of charge Electrolysis time Amount deposited mg / m 2 Sulfur Sodium Ref. 0 C / dm 2 0 s. 0.0 mg / m 2 5.0 mg / m 2 1 200 A / dm 2 5 C / dm 2 0.025 s 0.5 mg / m 2 5.5 mg / m 2 2 200 A / dm 2 10 C / dm 2 0.050 s 7.5 mg / m 2 4.8 mg / m 2 3 150 A / dm 2 20 C / dm 2 0.133 s 26.9 mg / m 2 4.8 mg / m 2 4 200 A / dm 2 50 C / dm 2 0.250 s 59.6 mg / m 2 5.8 mg / m 2

    On analyse ensuite la surface des échantillons de manière à mesurer la quantité de soufre déposée en surface ; on mesure également la quantité de sodium en surface ; les résultats sont reportés au Tableau I.The surface of the samples is then analyzed in order to measure the amount of sulfur deposited on the surface; we also measure the amount of sodium on the surface; the results are reported in Table I.

    Le soufre est dosé par fluorescence des rayons X (« SFX ») ; la profondeur prise en compte par cette méthode d'analyse est de plusieurs microns ; comme le substrat d'acier zingué ne contient pas de soufre (hormis les quantités correspondant aux impuretés inévitables), le signal donné par cette méthode de dosage correspond alors effectivement à du soufre déposé lors du traitement ; la quantité de soufre déposée est calculée à partir du signal mesuré, suivant une loi pré-établie.Sulfur is measured by X-ray fluorescence ("SFX"); the depth taken into account by this method of analysis is several microns; as the galvanized steel substrate does not contain sulfur (except quantities corresponding to unavoidable impurities), the signal given by this method of dosing then corresponds effectively to deposited sulfur during treatment; the amount of sulfur deposited is calculated from the signal measured, according to a pre-established law.

    Le sodium est dosé, après lixiviation de la surface à l'eau bouillante, par spectroscopie à absorption atomique (« SAA »).Sodium is measured, after leaching the surface with boiling water, by Atomic Absorption Spectroscopy ("AAS").

    La quantité de sodium observée en surface de l'échantillon de référence est tout à fait classique pour un acier électrozingué ; les quantités approximativement identiques relevées sur les échantillons traités indiquent que le sodium de la solution de traitement ne s'incorpore pas au dépôt à base d'hydroxysulfate.The amount of sodium observed at the surface of the reference sample is quite conventional for an electrogalvanized steel; quantities Approximately identical readings from treated samples indicate that the sodium from the treatment solution does not incorporate the deposit-based hydroxysulphate.

    On procède ensuite aux tests d'emboutissabilité de la façon décrite au paragraphe MÉTHODES ; on rapporte les résultats sur un diagramme donnant en ordonnée la force maximale d'emboutissage en kN et en abscisse la force de serre-flan en kN ; ce diagramme est reporté à la figure 1, avec les correspondances suivantes entre les symboles et les échantillons : échantillon de référence : des carrés vides (□) ou pleins - essai n°1 : des losanges vides ou pleins ; essai n°2 : des triangles (Δ) - essais n°3 : des croix droites (+) - essai n°4 : des croix inclinées (x) ; la zone supérieure hachurée correspond à la zone de rupture.The drawability tests are then carried out as described in paragraph METHODS; the results are reported on a diagram giving on the ordinate the maximum drawing force in kN and the abscissa the force blank holder in kN; this diagram is shown in Figure 1, with the following correspondences between symbols and samples: sample reference: empty squares (□) or solid squares - test n ° 1: empty diamonds or full; test n ° 2: triangles (Δ) - tests n ° 3: crosses straight (+) - test n ° 4: inclined crosses (x); the hatched upper area corresponds to the area a break.

    On remarque une amélioration très sensible de l'emboutissage et un effet prélubrifiant très marqué dès que la quantité de soufre déposée atteint 7,5 mg/m2 ; un tel prétraitement correspond à une quantité de charges d'au moins 10 C/dm2 (voir Tableau I) ; les essais de l'exemple 6 montrent que l'effet prélubrifiant est obtenu pour des quantités de soufre inférieures, de l'ordre de 3,5 mg/m2.There is a very marked improvement in the stamping and a very pronounced prelubricant effect as soon as the amount of sulfur deposited reaches 7.5 mg / m 2 ; such pretreatment corresponds to a quantity of charges of at least 10 C / dm 2 (see Table I); the tests of Example 6 show that the prelubricant effect is obtained for lower amounts of sulfur, of the order of 3.5 mg / m 2 .

    Exemple comparatif 1 : Comparative Example 1 Mise en évidence du rôle du soufre sur l'effet prélubrifiant :Highlighting the role of sulfur on the prelubricant effect:

    Sur les mêmes échantillons de tôle que dans l'exemple 1, on a effectué un traitement comparatif sous polarisation anodique (densité de charges : 12 C/dm2 - densité de courant : 9,8 A/dm2) dans une solution à la même température et au même pH que dans l'exemple 1, mais ne contenant pas de sulfates ; ce traitement comparatif consiste donc à déposer une couche d'hydroxydes de zinc à la place des hydroxysulfates de l'exemple 1.On the same sheet samples as in Example 1, a comparative treatment under anodic polarization (charge density: 12 C / dm 2 - current density: 9.8 A / dm 2 ) was carried out in a solution at room temperature. same temperature and at the same pH as in Example 1, but not containing sulphates; this comparative treatment therefore consists in depositing a layer of zinc hydroxides in the place of the hydroxysulfates of Example 1.

    Le faible niveau de densité de courant utilisé provient du faible niveau de conductivité de l'électrolyte utilisé qui ne contient que de la soude.The low level of current density used comes from the low level of conductivity of the electrolyte used which contains only sodium hydroxide.

    On effectue les mêmes tests d'emboutissabilité que dans l'exemple 1.The same drawability tests are carried out as in Example 1.

    Sur le diagramme (force maximale d'emboutissage - force de serre-flan), on obtient alors des résultats comparables à ceux de l'échantillon de référence et de l'essai n°1 de l'exemple 1.On the diagram (maximum stamping force - blanking force), we then obtain comparable results to those of the reference sample and Test No. 1 of Example 1.

    N'obtenant aucun effet prélubrifiant avec un dépôt sans soufre, on confirme donc qu'une quantité de soufre supérieure à 0,5 mg/m2 dans le dépôt est nécessaire pour obtenir l'effet prélubrifiant recherché.Having no pre-lubricating effect with a deposit without sulfur, it is therefore confirmed that an amount of sulfur greater than 0.5 mg / m 2 in the deposit is necessary to obtain the desired prelubricant effect.

    Exemple 2 : Example 2 Premier procédé sous polarisation : incidence de la densité de courant sur la quantité de soufre déposée :First polarization process: incidence of current density on the amount of sulfur deposited:

    On procède à une série de traitements sur les mêmes échantillons que dans l'exemple 1 et à l'aide de la même solution que dans l'exemple 1.A series of treatments are performed on the same samples as in Example 1 and using the same solution as in Example 1.

    A la différence de l'exemple 1, les traitements sont réalisés dans une « cellule à électrode tournante » ; l'échantillon de forme circulaire est plongé dans cette cellule et est animé d'un mouvement de rotation ; la vitesse de défilement de l'électrolyte au voisinage de l'échantillon dépend donc de la vitesse de rotation.Unlike in Example 1, the treatments are carried out in a "Rotating electrode cell"; the circular-shaped sample is plunged in this cell and is animated by a rotation movement; the speed of electrolyte flow in the vicinity of the sample therefore depends on the rotation speed.

    Tous les traitements sont effectués sous la même densité de charge : 20 C/dm2.All treatments are performed under the same charge density: 20 C / dm 2 .

    Chaque traitement est effectué sous une densité de courant différente ; après traitement, on mesure la quantité de soufre déposée par une méthode différente de celle décrite dans l'exemple 1, qui passe par l'utilisation d'une diode Silicium-Lithium (« Si-Li ») adaptée à cet effet sur une installation de microscopie à balayage.Each treatment is performed under a different current density; after treatment, the amount of sulfur deposited by a method is measured different from that described in Example 1, which involves the use of a Silicon-Lithium diode ("Si-Li") adapted for this purpose on an installation of scanning microscopy.

    Les résultats obtenus sont reportés au Tableau II. Influence de la densité de courant sur le dépôt. Densité de courant (A/dm2) 25 50 75 100 125 150 175 200 Quantité Soufre déposée (mg/m2) 4,1 8,2 11,1 11,9 13,3 13,2 14,5 15,9 The results obtained are reported in Table II. Influence of the current density on the deposit. Current density (A / dm 2 ) 25 50 75 100 125 150 175 200 Quantity deposited sulfur (mg / m 2 ) 4.1 8.2 11.1 11.9 13.3 13.2 14.5 15.9

    On constate donc que le rendement de dépôt, exprimé en densité de soufre déposée, augmente avec la densité de courant.Thus, we observe that the deposition efficiency, expressed as the density of deposited sulfur, increases with current density.

    Exemple 3 : Example 3 Premier procédé sous polarisation : incidence du pH de la solution de traitement sur la quantité de soufre déposée :First method under polarization: incidence of the pH of the solution of treatment on the amount of sulfur deposited:

    On procède à une série de traitements sur les mêmes échantillons que dans l'exemple 1 et à l'aide d'une solution analogue à celle de l'exemple 1, à la valeur de pH près ; l'installation de traitement est la même que dans l'exemple 2 (« cellule à électrode tournante »). A series of treatments are performed on the same samples as in Example 1 and using a solution analogous to that of Example 1, at pH value close; the treatment facility is the same as in the example 2 ("rotating electrode cell").

    Tous les traitements sont effectués sous la même densité de charge 20 C/dm2 et sous la même densité de courant 200 A/dm2.All the treatments are carried out under the same charge density 20 C / dm 2 and under the same current density 200 A / dm 2 .

    Chaque traitement est effectué à l'aide d'une solution de pH différent ; après traitement, on mesure la quantité de soufre déposée par la même méthode que dans l'exemple 2.Each treatment is performed using a different pH solution; after treatment, the amount of sulfur deposited by the same method as in Example 2.

    Les résultats obtenus sont reportés au Tableau III. Influence du pH de la solution sur le dépôt. pH de la solution 11 12 12,7 13,4 Quantité Soufre déposée (mg/m2) 1 2 13 0 The results obtained are reported in Table III. Influence of the pH of the solution on the deposit. pH of the solution 11 12 12.7 13.4 Quantity deposited sulfur (mg / m 2 ) 1 2 13 0

    On en déduit que la quantité de soufre déposée ne devient significative, c'est à dire supérieure à 0,5 mg/m2 que si, approximativement, 12 ≤ pH < 13.It can be deduced that the amount of sulfur deposited does not become significant, ie greater than 0.5 mg / m 2 only if, approximately, 12 ≤ pH <13.

    Exemple 4 : Example 4 Premier procédé sous polarisation : incidence de la densité de charge (C/dm2) appliquée pendant le traitement sur la quantité de soufre déposée :First method under polarization: incidence of charge density (C / dm 2 ) applied during the treatment on the amount of sulfur deposited:

    On procède à une série de traitements sur les mêmes échantillons que dans l'exemple 1 et à l'aide de la même solution que dans l'exemple 1.A series of treatments are performed on the same samples as in Example 1 and using the same solution as in Example 1.

    Tous les traitements sont effectués sous la même densité de courant 200 A/dm2, mais avec des densités de charge différentes.All treatments are performed under the same current density 200 A / dm 2 , but with different charge densities.

    Après traitement, on mesure la quantité de soufre déposée par la même méthode que dans l'exemple 1.After treatment, the amount of sulfur deposited by the same method than in Example 1.

    Les résultats sont reportés à la figure 2 où l'on a porté la teneur en soufre en mg/m2 en ordonnée et la densité de charge en C/dm2 en abscisse.The results are reported in FIG. 2, where the sulfur content in mg / m 2 was plotted on the ordinate and the charge density in C / dm 2 on the abscissa.

    Cette figure montre que, au delà d'une densité de charge de l'ordre de 100 C/dm2, la quantité de soufre déposée décroít ; cette diminution pourrait s'expliquer par l'éclatement des premiers dépôts d'hydroxysulfate formés sous l'effet de la poursuite de la dissolution du substrat zingué. This figure shows that, beyond a charge density of the order of 100 C / dm 2 , the amount of sulfur deposited decreases; this decrease could be explained by the bursting of the first hydroxysulphate deposits formed under the effect of the continued dissolution of the galvanized substrate.

    Exemple 5 : Example 5 Effet du traitement de tôle selon l'invention sur la phosphatabilité :Effect of the sheet treatment according to the invention on the phosphatability:

    On procède aux tests de phosphatabilité tels que définis au paragraphe MÉTHODES ci-dessus, sur des d'échantillons traités selon l'invention dans les conditions de l'exemple 1, et présentant différentes teneurs surfaciques en soufre (Tableau I).Phosphatability tests as defined in paragraph METHODS above, on samples processed according to the invention in the conditions of Example 1, and having different surface contents in sulfur (Table I).

    Après phosphatation tri-cation (dont Mn, Ni), l'observation microscopique de la surface, traitée puis phosphatée, révèle que la taille des cristaux de phosphate déposés augmente avec la teneur surfacique initiale en soufre ; ce grossissement semble acceptable dans le cas des tôles résultant des essais n°2 et n°3, mais semble inacceptable dans le cas de l'essai n°4 ; pour permettre une bonne phosphatation, il importerait que la quantité de soufre déposée résultant du traitement selon l'invention ne dépasse pas 27 mg/m2.After phosphatation tri-cation (including Mn, Ni), the microscopic observation of the surface, treated and phosphated, reveals that the size of phosphate crystals deposited increases with the initial surface sulfur content; this magnification seems acceptable in the case of the plates resulting from the tests n ° 2 and n ° 3, but seems unacceptable in the case of the test n ° 4; to allow good phosphating, it would be important that the amount of sulfur deposited from the treatment of the invention does not exceed 27 mg / m 2.

    L'analyse des surfaces phosphatées révèle alors que :

    • les quantités de manganèse et de nickel déposées sont bien corrélées à la quantité de phosphore, ce qui confirme la bonne phosphatation ;
    • la quantité de soufre est inférieure à 1 mg/m2, ce qui montre que le dépôt d'hydroxysulfate est éliminé lors de la phosphatation.
    The analysis of the phosphate surfaces then reveals that:
    • the quantities of manganese and nickel deposited are well correlated with the amount of phosphorus, which confirms the good phosphatation;
    • the amount of sulfur is less than 1 mg / m 2 , which shows that the deposition of hydroxysulfate is removed during phosphating.

    Après phosphatation et mise en peinture de tôles traitées selon les essais n°2 et n°3 de l'exemple 1, on obtient des tôles peintes présentant un aussi bel aspect de surface que la tôle de référence phosphatée et peinte dans les mêmes conditions.After phosphating and painting treated sheets according to the tests No. 2 and No. 3 of Example 1, we obtain painted sheets with such a beautiful surface appearance that the reference sheet phosphated and painted in same conditions.

    Exemple 6 : Example 6 Mise en oeuvre du deuxième procédé sans polarisation par trempé :Implementation of the second method without dipolar biasing:

    Dans le but d'utiliser le deuxième procédé d'obtention de tôle selon l'invention, on prépare une solution de traitement par dissolution de sulfate de zinc heptahydraté dans de l'eau ; la solution est utilisée à son pH naturel, sans addition d'acide ni de base ; le pH naturel obtenu est voisin de 7.With the aim of using the second method of obtaining sheet metal according to the invention, a solution of treatment by dissolution of sulfate of zinc heptahydrate in water; the solution is used at its natural pH, without addition of acid or base; the natural pH obtained is close to 7.

    Pour appliquer la solution de traitement, on trempe les échantillons de tôles dans cette solution, sans polarisation électrique. To apply the treatment solution, the samples of sheet metal in this solution, without electrical polarization.

    Après immersion, on rince deux fois les échantillons traités à l'eau déminéralisée : d'abord à 20°C pendant 8 secondes environ, puis à 50°C pendant 5 secondes environ.After immersion, the treated samples are rinsed twice with water demineralized: first at 20 ° C for about 8 seconds, then at 50 ° C for about 5 seconds.

    On sèche ensuite les échantillons rincés.The rinsed samples are then dried.

    On observe un dépôt d'hydroxysulfate sur les échantillons obtenus ; du fait du rinçage, on considère donc que les dépôts obtenus sont insolubles dans l'eau.A hydroxysulphate deposit is observed on the samples obtained; of rinsing, it is therefore considered that the deposits obtained are insoluble in the water.

    En utilisant une solution à 90 g/l de sulfate de zinc heptahydraté, l'influence des conditions d'application sur la quantité de soufre contenue dans le dépôt est récapitulée ci-après :

    • durée de trempé et vitesse d'agitation :
      • sans agitation : 5 mg/m2 à 60 s., 10 mg/m2 à 300 s.
      • avec agitation : 10 mg/m2 à 60 s., 15 mg/m2 à 120 s., 25 mg/m2 à 300 s.
    • température de la solution, utilisée sous agitation : densité de dépôt optimale entre 42 et 62°C, densité de dépôt réduite de 30% environ à 20°C ou à 70°C.
    Using a solution of 90 g / l of zinc sulphate heptahydrate, the influence of the application conditions on the amount of sulfur contained in the deposit is summarized below:
    • quenching time and stirring speed:
      • without agitation: 5 mg / m 2 to 60 sec., 10 mg / m 2 to 300 sec.
      • with agitation: 10 mg / m 2 to 60 sec., 15 mg / m 2 to 120 sec., 25 mg / m 2 to 300 sec.
    • temperature of the solution, used with stirring: optimal deposition density between 42 and 62 ° C, deposition density reduced by about 30% at 20 ° C or at 70 ° C.

    En utilisant une solution de traitement à 50°C sous agitation, on constate que la concentration en sulfate de zinc heptahydraté influence peu la vitesse de dépôt dans le domaine compris entre 20 et 160 g/l ; la quantité de soufre obtenue dans le dépôt diminue même quand cette concentration augmente : 5 mg/m2 pour 20 g/l, et 3,5 mg/m2 seulement pour 160 g/l au bout de 10 secondes de trempé.Using a treatment solution at 50 ° C with stirring, it is found that the concentration of zinc sulfate heptahydrate little influence the deposition rate in the range of between 20 and 160 g / l; the amount of sulfur obtained in the deposit decreases even when this concentration increases: 5 mg / m 2 for 20 g / l, and 3.5 mg / m 2 only for 160 g / l after 10 seconds of soaking.

    En utilisant une solution de traitement à 50°C sous agitation, contenant 40 g/l de sulfate de zinc heptahydraté et différents agents oxydants du zinc, on mesure la quantité de soufre obtenue dans le dépôt après 10 secondes de traitement ; les résultats obtenus sont reportés au tableau IV et illustrent bien l'intérêt à utiliser un agent oxydant du zinc à faible concentration comme agent activateur du traitement d'hydroxysulfatation selon l'invention. influence de l'agent oxydant du zinc sur la vitesse de dépôt. Activateur d'hydroxysulfatation dans la solution de traitement : Dépôt hydroxysulfate obtenu : quantité de soufre Sans (référence) 4 mg/m2 CuSO4, 5H2O à 0,24 g/l 5 mg/m2 H2O2 à 0,03% 12 mg/m2 H2O2 à 3% 8 mg/m2 KMnO4 à 0,001 N = 2 10-4 mole/litre 7,5 mg/m2 KMnO4 à 0,1 N, soit 2 10-2 mole/litre 2 mg/m2 Using a treatment solution at 50 ° C. with stirring, containing 40 g / l of zinc sulfate heptahydrate and various zinc oxidizing agents, the amount of sulfur obtained in the deposit is measured after 10 seconds of treatment; the results obtained are reported in Table IV and illustrate the interest in using a low-concentration zinc oxidizing agent as an activating agent for the hydroxysulfation treatment according to the invention. influence of the oxidizing agent of zinc on the deposition rate. Activator of hydroxysulfatation in the treatment solution: Deposition hydroxysulfate obtained: amount of sulfur Without (reference) 4 mg / m 2 CuSO 4 , 5H 2 O at 0.24 g / l 5 mg / m 2 H 2 O 2 at 0.03% 12 mg / m 2 H 2 O 2 at 3% 8 mg / m 2 KMnO 4 at 0.001 N = 2 10 -4 mole / liter 7.5 mg / m 2 KMnO 4 at 0.1 N, ie 2 10 -2 mol / liter 2 mg / m 2

    Des tests d'emboutissabilité effectués selon le protocole défini au 5 paragraphe « Méthodes » sur des échantillons préparés à l'aide de ce deuxième procédé ont montré qu'on obtenait un effet prélubrifiant comparable à celui obtenu sur des échantillons préparés à l'aide du premier procédé ; des échantillons présentant un dépôt d'hydroxysulfate contenant respectivement 3,5 mg/m2, 4,3 mg/m2 et 6 mg/m2 de soufre ont permis d'obtenir des forces maximales d'emboutissage inférieures à celles des échantillons non traités et au plus comparables à celles d'échantillons prélubrifiés par phosphatation ; ces résultats confirment que les tôles hydoxysulfatées selon l'invention présentent des propriétés d'emboutissage au moins comparables et en général supérieures à celles des tôles phosphatées de l'art antérieur.Extraction tests carried out according to the protocol defined in the "Methods" paragraph on samples prepared using this second method have shown that a prelubricant effect comparable to that obtained on samples prepared with the aid of the second method was obtained. first process; samples with hydroxysulfate deposition containing respectively 3.5 mg / m 2 , 4.3 mg / m 2 and 6 mg / m 2 of sulfur yielded lower maximum drawing forces than non treated and at most comparable to those of samples pre-lubricated by phosphating; these results confirm that the hydoxysulfated sheets according to the invention have drawing properties at least comparable and generally higher than those of the phosphated sheets of the prior art.

    Exemple 7 : Example 7 Mise en oeuvre du deuxième procédé sans polarisation par enduction ; Influence de la partie soluble du dépôt sur l'effet prélubrifiant.Implementation of the second process without polarization by coating; Influence of the soluble part of the deposit on the prelubricant effect.

    On prépare une solution de traitement par dissolution de 25,7 g/l de sulfate de zinc heptahydraté dans de l'eau ; la solution est utilisée à son pH naturel, sans addition d'acide ni de base ; le pH naturel obtenu est voisin de 7.A solution of dissolution treatment of 25.7 g / l of zinc sulphate heptahydrate in water; the solution is used at its pH natural, without addition of acid or base; the natural pH obtained is close to 7.

    On applique un film homogène de solution de traitement par enduction des échantillons de tôles ; la solution est appliquée à température ambiante.A homogeneous film of coating treatment solution is applied sheet samples; the solution is applied at room temperature.

    5 à 60 secondes après application, on sèche l'échantillon. 5 to 60 seconds after application, the sample is dried.

    Les dépôts obtenus sur les échantillons séchés présentent alors tous la même épaisseur et la même quantité de soufre.The deposits obtained on the dried samples then all present the same thickness and the same amount of sulfur.

    Mais la part solubilisable du dépôt dépend du délai (5 à 60 secondes) entre l'application et le séchage, pendant lequel la réaction d'hydroxysulfatation a pu se développer.But the solubilizable part of the deposit depends on the delay (5 to 60 seconds) between application and drying, during which the hydroxysulfation reaction could develop.

    Pour chaque échantillon, on mesure la quantité de soufre correspondant à la part solubilisable du dépôt et celle correspondant à la part insolubilisable, c'est à dire à l'hydroxysulfate.For each sample, the amount of sulfur corresponding to the solubilizable part of the deposit and that corresponding to the insolubilizable part, that is, hydroxysulfate.

    Les résultats obtenus sont reportés au tableau V en fonction du délai de séchage. partie soluble/insoluble du dépôt obtenu par enduction : Délai de séchage : 5 s. 20 s. 40 s. 60 s. Quantité de S dans dépôt (mg/m2) insoluble : 5 6 7 7 soluble : 9 8 7 7 The results obtained are reported in Table V according to the drying time. soluble / insoluble part of the deposit obtained by coating: Drying time: 5 s. 20 s. 40 s. 60 s. Quantity of S in deposit (mg / m 2 ) insoluble: 5 6 7 7 soluble: 9 8 7 7

    On constate donc que, à température ambiante et en l'absence d'agent accélérateur d'hydroxysulfatation, la réaction d'hydroxysulfatation se poursuit jusqu'à 40 secondes aux dépens de la part soluble du dépôt.It can therefore be seen that at room temperature and in the absence of an agent hydroxysulfation accelerator, the hydroxysulfation reaction continues up to 40 seconds at the expense of the soluble part of the deposit.

    En comparant les résultats de tests d'emboutissage effectués sur des échantillons dont le dépôt présente une part soluble importante à ceux d'échantillons où la part soluble a été éliminée par rinçage, on constate que, à quantité totale de soufre déposé identique, l'effet prélubrifiant du dépôt non rincé est légèrement inférieur à celui du dépôt rincé, insoluble et principalement constitué d'hydroxysulfate.Comparing the results of stamping tests carried out on samples whose deposition has a significant soluble share to those samples where the soluble part has been removed by rinsing, it can be seen that total amount of sulfur deposited identical, the prelubricant effect of the deposit not rinsed is slightly inferior to that of the rinsed, insoluble and mainly consisting of hydroxysulfate.

    Cette observation confirme que l'effet prélubrifiant est principalement apporté par la couche d'hydroxysulfate insoluble à l'eau.This observation confirms that the prelube effect is mainly provided by the hydroxysulfate layer insoluble in water.

    Claims (17)

    1. Steel plate coated with a metal layer based on zinc, characterized in that:
      said metal layer is itself coated with a layer based on zinc hydroxysulphate,
      the surface density of sulphur corresponding to said hydroxysulphate layer is more than 0.5 mg/m2.
    2. Plate according to Claim 1, characterized in that said layer is water-insoluble.
    3. Plate according to either one of Claims 1 to 2, characterized in that said surface density of sulphur is included between 3.5 and 27 mg/m2.
    4. Plate according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that said hydroxysulphate corresponds to the general formula : [Znx (SO4)y(OH)z, t H2O] where 2 x = 2 y + z, with y and z different from zero.
    5. Plate according to Claim 4, characterized in that z is greater than or equal to 6.
    6. Plate according to Claim 5, characterized in that z = 6 and 3 ≤ t ≤ 5.
    7. Method for obtaining a plate according to any one of Claims 1 to 6 from a steel plate coated with a metal layer based on zinc comprising the steps consisting in :
      applying on the zinc-coated surface of said plate an aqueous treatment solution containing more that 0.07 moles of sulphate ions per litre,
      anodically polarising said surface so as to cause a polarisation current to circulate,
      rinsing said surface, then drying it,
      characterized in that
      the pH of said solution is higher than or equal to 12, and lower than 13,
      the quantity of electric charges circulating during the treatment through said surface and generating on said surface the deposit of a layer comprising sulphur, is adapted so that the quantity of sulphur obtained in said hydroxysulphate layer exceeds 0.5 mg/m2.
    8. Method according to Claim 7, characterized in that the concentration of sulphate ions in said solution is less than or equal to 1 mole/litre.
    9. Method according to either one of Claims 7 to 8, characterized in that said quantity of electric charges circulating during the treatment is adapted so that the quantity of sulphur in said layer is included between 3.5 and 27 mg/m2 in sulphur equivalent.
    10. Method according to any one of Claims 7 to 9, characterized in that the polarisation current density applied during the treatment is greater than 20 A/dm2.
    11. Method for obtaining a plate according to any one of Claims 1 to 6 from a steel plate coated with a metal layer based on zinc comprising :
      a step of application, on the zinc-coated surface of said plate, of an aqueous treatment solution containing more than 0.01 mole of sulphate SO4 = ions per litre,
      and a subsequent drying step,
      characterized in that
      said treatment solution contains ZN2+ ions at a concentration higher than 0.01 mole/litre,
      the conditions of application, particularly the duration, temperature of said solution, the concentration of SO4 = ions and of Zn 2+ ions in said solution, are adapted so that the quantity of sulphur obtained in said hydroxysulphate layer exceeds 0.5 mg/m2.
    12. Method according to Claim 11, characterized in that it comprises a step of rinsing before the drying and after the application.
    13. Method according to either one of Claims 11 to 12, characterized in that it does not comprise a step of polarisation of said zinc-coated surface.
    14. Method according to any one of Claims 11 to 13, characterized in that, in said treatment solution, the concentration of Zn2+ ions is approximately equal to that of the SO4 = ions.
    15. Method according to any one of Claims 11 to 14, characterized in that the concentration of Zn2+ ions and that of the SO4 = ions are included between 0.07 and 0.55 mole/litre.
    16. Method according to any one of Claims 11 to 15, characterized in that the pH of the treatment solution is included between 5 and 7.
    17. Method for forming a steel plate coated with a metal layer based on zinc comprising the steps consisting in treating the surface of said coated plate, in applying a film of lubricating oil on said treated surface and in forming said plate proper, characterized in that said treatment is effected by the method according to any one of Claims 6 to 10 or by the method according to any one of Claims 11 to 16.
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