EP1623054A1 - Method for coating metal bodies with a phosphating solution and phosphating solution - Google Patents

Method for coating metal bodies with a phosphating solution and phosphating solution

Info

Publication number
EP1623054A1
EP1623054A1 EP04731327A EP04731327A EP1623054A1 EP 1623054 A1 EP1623054 A1 EP 1623054A1 EP 04731327 A EP04731327 A EP 04731327A EP 04731327 A EP04731327 A EP 04731327A EP 1623054 A1 EP1623054 A1 EP 1623054A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ions
range
phosphate
layer
fluoride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04731327A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ralf Schneider
Klaus-Dieter Nittel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chemetall GmbH
Original Assignee
Chemetall GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chemetall GmbH filed Critical Chemetall GmbH
Publication of EP1623054A1 publication Critical patent/EP1623054A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • 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
    • C23C22/06Chemical 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 acidic solutions with pH less than 6
    • C23C22/34Chemical 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 acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides
    • C23C22/36Chemical 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 acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides containing also phosphates
    • C23C22/368Chemical 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 acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides containing also phosphates containing magnesium cations

Definitions

  • the present invention relates to a method for phosphating metallic bodies, in particular as a pretreatment for cold forming, as a pretreatment for a metal-rubber compound or for setting friction coefficients for the connection in the case of metallic connecting elements which are in themselves finished.
  • phosphate layers on metallic objects has been used for decades with quite different compositions. These coatings primarily serve as protection against corrosion and to increase the adhesive strength of a subsequent layer, e.g. a layer of paint.
  • the phosphate layer often has a layer thickness of approximately 2 to approximately 30 ⁇ m.
  • the metallic bodies to be formed are often coated with one to four layers of mostly different compositions, so that the cold forming and in particular the wire drawing, extrusion or pipe drawing with significantly reduced friction, significantly less force, significantly less wear on the forming body and the device, become clear reduced expenditure of time and with optimized surface qualities of the formed body can take place.
  • a layer sequence of a phosphate and a soap layer e.g. selected from metal stearates.
  • the phosphate layer typically has a layer thickness of approximately 2 to approximately 20 ⁇ m.
  • phosphate layers based on the phosphates of Zn, ZnMn, ZnCa or ZnFe are used for cold forming.
  • EP 0 613 964 B1 protects a process for applying a phosphate coating, in which objects made of ferrous materials are immersed in a phosphating solution containing phosphate, zinc, magnesium, fluoroborate and chlorate in certain proportions. No nitrogen-containing compounds should be added to this solution.
  • the chlorate contents of about 3 g / L serve both for acceleration and for the oxidation of Fe 2+ to Fe 3+ .
  • the process has the disadvantages that the phosphating bath requires comparatively high contents of zinc, magnesium, fluoroborate and chlorate and that a relatively high pickling removal and a large volume of sludge are unavoidable. Throughput over two to three days, the sludge volume is often 300 to 500 mg / L. The average edge length of the phosphate crystals thus produced was at least 50 ⁇ m.
  • DE 199 47 232 A1 relates to a method for applying a manganese phosphate layer on iron-containing metallic surfaces, in which zinc-free solutions containing Fe 2+ ions, 10 to 25 g / L manganese ions, phosphate ions, 3 to 35 g / L nitrate ions and 0.5 to 5 g / L nitroguanidine can be used.
  • DE 196 34 685 A1 relates to a method for phosphating metallic surfaces, in which a solution containing phosphate, zinc, nitrate and nitroguanidine is used.
  • the solutions are free of alkaline earth ion additives.
  • DE 38 00 835 A1 teaches a method for phosphating metal surfaces, in which the metal surfaces are contacted without prior activation with a very high content of phosphate, zinc, calcium and at least one accelerator selected from a solution containing nitrate and organic nitro compounds.
  • the calcium and zinc content should be 10 to 40 g / L.
  • DE 36 36 390 A1 describes a process for the production of phosphate coatings on iron-containing metal surfaces, in which the metallic surfaces are activated without prior activation with a very high content of phosphate, zinc, manganese, nitrate, fluoroborate and tartaric acid and / or citric acid and optionally Contacted urea.
  • the zinc content should be 5 to 25 g / L, the nitrate content 5 to 50 g / L.
  • the disadvantages of this method are that it is used with a very high nitrate content and without self-limitation of the dissolved Fe 2+ . No.
  • 4,517,029 protects a process for treating iron-containing metallic surfaces with a phosphating solution which contains 5 to 30 g / L phosphate, 1 to 15 g / L zinc ions, 1 to 3.5 g / L calcium ions and 30 to 50 g / L nitrate ions contains.
  • the object was therefore to propose a method for phosphating surfaces of metallic objects which is suitable for forming phosphate layers for cold forming, in which the content of sludge which is formed during phosphating can be markedly reduced, if possible without the economy and technical reasons Losing applicability. With the reduction in sludge formation, the chemical consumption during phosphating is also reduced.
  • the task was to propose a method for phosphating surfaces of metallic objects that is as environmentally friendly as possible, so that the contents of heavy metals, nitrate, nitrite and other nitrogen-containing compounds can be kept low.
  • the object is achieved with a method for coating surfaces of metallic objects, in particular as a pretreatment for cold forming or as a pretreatment for a metal-rubber composite or for setting friction coefficients in connection elements for the use of these connection elements, e.g. Screws for screwing, which is characterized in that the possibly already pre-coated metallic objects are coated with an aqueous, acidic, phosphate-containing composition which
  • the phosphate content is preferably 9.5 to 42 g / L, particularly preferably 11 to 34 g / L, very particularly preferably 12 to 28 g / L, in particular 13 to 22 g / L, especially at least 14 g / L or at least 15 g / L or up to 20 g / L or up to 18 g / L.
  • the zinc ion content is preferably 0.8 to 24 g / L, particularly preferably 1 to 18 g / L, very particularly preferably 1.5 to 12 g / L, in particular 2 to 8 g / L.
  • the zinc content of the cold-forming composition is preferably in the range from 2.5 to 28 g / L, in particular from 5 to 25 g / L. In some cases the zinc content can also be reduced to values in the range of 1.5 ⁇ 1 g / L.
  • the manganese ion content is preferably 0.05 to 4.5 g / L, particularly preferably 0.1 to 4 g / L, very particularly preferably 0.2 to 3 g / L, in particular 0.3 to 2 g / L.
  • the composition according to the invention preferably has zinc and manganese ions in a ratio of Zn: Mn in the range from 40: 1 to 1: 2, particularly preferably in a ratio of 30: 1 to 1: 1, very particularly preferably in a ratio of 20: 1 to 1.5: 1, in particular in a ratio of 10: 1 to 2: 1.
  • the composition Preferably, no nickel or only a small amount of nickel is added to the composition, while part or all of the nickel content may be produced by the pickling effect on a nickel-containing metal surface. Because nickel is one of the toxic and environmentally unfriendly heavy metals. On the other hand, it is often advantageous to find or add at least a small amount.
  • the composition then preferably contains nickel ions in the - O -
  • composition according to the invention preferably has phosphate and zinc in a ratio of PO: Zn in the range from 40: 1 to 1: 1, particularly preferably in a ratio of 30: 1 to 1.5: 1, very particularly preferably in a ratio of 20: 1 to 2: 1, especially in a ratio of 10: 1 to 3: 1.
  • the content of dissolved Fe 2+ ions is preferably reduced to less than 5 g / L, particularly preferred to less than 4 g / L, particularly preferred to less than 3 g / L, especially to limited to less than 2 g / L, 1, 5 g / L or 1 g / L.
  • 4 g / L problems may arise due to the formation of coarse phosphate crystals, which lead to rough instead of smooth phosphated surfaces. In many cases it will therefore be preferred to limit the content of dissolved Fe + ions to less than 2.5 g / L or even less, in particular in order to enable fine-grained layer formation with a smooth surface.
  • the calcium ion content is preferably 0.05 to 6 g / L, particularly preferably 0.1 to 5 g / L, very particularly preferably 0.15 to 4 g / L, in particular up to 3 g / L, up to 2 g / L or up to 1 g / L.
  • a calcium ion content may help reduce the amount of sludge formed in the bath by precipitation, may aid in the formation of Ca and Zn-containing phosphate, and / or may reduce or suppress the formation of ZnFe-containing phosphate.
  • the content of magnesium ions is preferably 0.05 to 4 g / L, particularly preferably 0.1 to 3 g / L, very particularly preferably 0.15 to 2 g / L, in particular up to 1 g / L.
  • a magnesium ion content can help to make the phosphate crystals more fine-grained.
  • composition according to the invention preferably has magnesium and calcium ions with a content of at least 0.1 g / L or at least 0.2 g / L in each case and / or in a ratio of Mg: Ca in the range from 40: 1 to 1: 2, especially from 30: 1 to 1: 1, 5, especially from 3: 1 to 1: 1 _ _
  • the total content of magnesium and calcium ions is preferably 0.15 to 10 g / L, particularly preferably 0.2 to 8 g / L, very particularly preferably 0.25 to 6 g / L, in particular up to 5 g / L, up to 4 g / L, up to 3 g / L or up to 2 g / L.
  • the bath can, however, in individual cases get into a thixotropic gel-like state due to, in particular, complex magnesium compounds.
  • the addition of boric acid and / or other boron compounds can then help to lower the free fluoride content in the bath, in order to help avoid larger disruptive contents of such complex magnesium compounds.
  • the sludge can often be caused by the content of alkaline earths, e.g. Ca, possibly in connection with nitroguanidine, can be brought into a manageable, soft, well compactible and easily rinsable sludge mass. As a result, the sludge does not crust on the surfaces of the devices, e.g. Bath containers, hangers, heating devices, boilers and pipes and can be easily removed or removed.
  • alkaline earths e.g. Ca
  • nitroguanidine nitroguanidine
  • the presence of at least one complex fluoride can be advantageous in particular because of a more uniform pickling attack and may also help to form thicker phosphate layers.
  • the total content of complex fluorides is preferably 0.1 to 6 g / L, particularly preferably 0.2 to 5 g / L, very particularly preferably 0.3 to 4 g / L, in particular up to 3 g / L, up to 2 g / L or up to 1 g / L.
  • the fluoroborate content is preferably 0.1 to 5 g / L, particularly preferably 0.2 to 4 g / L, very particularly preferably 0.3 to 3 g / L, in particular up to 2 g / L or up to 1 g / L.
  • a titanium and / or zirconium hexafluoride can be used.
  • At least one complex fluoride can particularly advantageously be added if the metallic surface is heavily contaminated by oxide coatings and is to be pickled as uniformly as possible.
  • the addition of complex fluoride can lead to somewhat higher layer thicknesses.
  • the composition can preferably contain fluoroborate, in particular in the range from 0.1 to 5 g / L, particularly preferably in the range from 0.2 to 3 g / L. Adding fluoroborate has the advantage that it has a particularly strong pickling effect.
  • the complex fluoride is at least 30% by weight, at least 60% by weight, at least 80% by weight or completely as fluoroborate.
  • fluoride ions e.g. add in the form of hydrofluoric acid, preferably 0.05 to 2.5 g / L of fluoride ions, in particular 0.1 to 1.8 g / L, especially 0.2 to 1.5 g / L.
  • the fluoride ion content can preferably be in the range from 0.05 to 2.5 g / L, in particular in the range from 0.1 to 1.8 g / L, especially in the range from 0.3 to 1.5 g / L L. This can be particularly advantageous for the formation of thicker layers or for problems with cleaning the metallic surfaces.
  • the composition contains complex fluoride and / or fluoride ions to calcium ions, preferably in a ratio of (MeF 4 , MeF 6 or / and F " ): Ca in the range from 0.1: 1 to 10: 1, particularly preferably in the range from 0.3 : 1 to 8: 1, very particularly preferably in the range from 0.5: 1 to 6: 1.
  • the composition contains complex fluoride and / or fluoride ions to magnesium ions, preferably in a ratio of (MeF 4 , MeF 6 or / and F " ): Mg in the range from 0.1: 1 to 10: 1, particularly preferably in the range from 0.2 : 1 to 6: 1, very particularly preferably in the range from 0.3: 1 to 4: 1.
  • Nitroguanidine and corresponding N-containing guanidine compounds serve in particular as accelerators to depolarize the hydrogen, as a result of which nitroguanidine can be converted to aminoguanidine.
  • Aminoguanidine is readily biodegradable and non-toxic. However, the nitroguanidine also seems to passivate the surface well.
  • the content of nitroguanidine is preferably 0.15 to 4.5 g / L, particularly preferably 0.2 to 4 g / L, very particularly preferably 0.25 to 3 g / L, in particular 0.3 to 2.5 g / L, especially to at 2 g / L or up to 1.5 g / L.
  • Guanidine compounds containing N although often referred to as accelerators, do not appear to act as accelerators, since they do not appear to oxidize Fe 2+ to Fe 3+ , but rather act as passivating agents. This means that they differ significantly from the typical misting systems used for phosphating.
  • the composition preferably contains not more than 1 g / L nitrate calculated as NO 3 , particularly preferably 0.1 to 0.8 g / L nitrate, in particular 0.3 to 0.6 g / L nitrate, or is largely or entirely free of nitrate. It preferably contains no more than 0.5 g / L nitrite calculated as N0 2 or is largely or entirely free of nitrite.
  • a low or very low nitrite content can form from the nitrate content, often less than 0.2 g / L. The lower the nitrate and nitrite content in the phosphating solution, the less the wastewater that arises from the phosphating is polluted.
  • N-containing accelerators are added to the aqueous composition in addition to guanidine compounds and optionally in addition to nitrate and / or nitrite.
  • it contains only comparatively low levels of other N-containing accelerators in addition to those just mentioned. It is advantageous if the contents of nitrate, nitrite and NBS ions (nitrobenzenesulfonate, especially with sodium) are each less than 0.8 g / L or less than 0.4 g / L or even less than 0.2 g / L and / or the total content of all N-containing accelerators with the exception of nitroguanidine and related guanidine compounds such as Aminoguanidine is below 2 g / L.
  • the composition preferably contains chloride ions in the range from 0.05 to 5 g / L, particularly preferably 0.1 to 4.5 g / L, very particularly preferably 0.2 to 4 g / L, very preferably 0.25 to 3 g / L, in particular 0.3 to 2.5 g / L, especially up to 2 g / L or up to 1.5 g / L.
  • chloride content provides an additional pickling effect.
  • Chlorate mainly or exclusively serves as an oxidizing agent to limit the content of the Fe 2+ dissolved in the aqueous composition by accelerating the precipitation to Fe 3+ .
  • the chlorate content can help to work on the iron side, so that an increased, limited content of Fe 2+ remains dissolved in the bath instead of being precipitated as Fe 3+ . It only serves as a subordinate or not at all as an accelerator.
  • the chlorate content is preferably 0.15 to 7 g / L, particularly preferably 0.2 to 5 g / L, very particularly preferably 0.25 to 4 g / L, in particular up to 3 g / L, up to 2, 2 g / L or up to 1.5 g / L.
  • the chlorate content in the range from 0.8 to 2.5 g / L or even in the range from 1 to 2 g / L.
  • sulfate and / or chloride can be introduced from the pickling bath, in particular due to carryover. up to approx. 3 g / L can be brought in.
  • a certain sulfate and / or chloride content can come from the water used, from other impurities and from carry-over.
  • the chlorate content in the bath forms a chloride content in the bath composition. If the metallic objects that are to be phosphated are not so dirty and rusted, the chloride and / or sulfate content can be sufficient for the required pickling action in the phosphating bath, so that a pickling bath before phosphating can be dispensed with. In this case, it may sometimes be advisable to add a low chloride and / or sulfate content, in particular up to 1 g / L each, to the bath.
  • the composition can preferably contain sulfate ions in the range from 0.05 to 2 g / L, particularly preferably 0.1 to 1.8 g / L, very particularly preferably 0.15 to 1.6 g / L, very preferably 0.2 up to 1.2 g / L, in particular 0.25 to 1 g / L, especially up to 0.8 g / L or up to 0.6 g / L.
  • the peroxide content is preferably 0.005 to 3.5 g / L, particularly preferably 0.01 to 2 g / L, very particularly preferably 0.02 to 1 g / L, in particular 0.03 to 0.5 g / L, especially up to 0.2 g / L or up to 0.1 g / L.
  • Peroxide can serve to limit the Fe 2+ content in the phosphating solution and as an accelerator.
  • a content of alkali and / or ammonium ions can be contained, in particular by adding potassium or / and sodium compounds such as e.g. Sodium chlorate.
  • a content of at least one pickling inhibitor can be added to the bath solution according to the invention, preferably 0.005 to 0.8 g / L, all pickling inhibitors, particularly preferably 0.01 to 0.6 g / L, very particularly preferably 0.015 to 0.4 g / L.
  • the content of the individual pickling inhibitor is preferably in the range from 0.005 to 0.6 g / L, particularly preferably 0.01 to 0.5 g / L, very particularly preferably 0.015 to 0.4 g / L.
  • the concentrate can have the same lower limits as here for the bath solution, but can have twice the upper limits as for the bath solution.
  • at least one amide, amine, imide and / or imine can be added as pickling inhibitors, for example dimethylaminopropylamine. Such an addition is particularly advantageous for reducing the consumption of the at least one guanidine compound.
  • the phosphating solution according to the invention can in particular have one of the following compositions:
  • the phosphating solution according to the invention is essentially free or free of contents of Al, Cd, Co, Cr, Cu, Mo, V or / and W.
  • the contents of accelerators containing nitrogen apart from nitroguanidine should be kept as low as possible. in particular the nitrate and nitrite contents.
  • substantially no or no other nitrogen compound other than at least one guanidine compound is added.
  • all of the compounds present in the bath are readily soluble in water or largely or completely dissolved in water. It is particularly preferred that all bath components, apart from the precipitation products, are readily soluble in water and are well dissolved in water.
  • the pH of the composition can advantageously be kept in the range from 0.1 to 4, particularly preferably in the range from 0.5 to 3.5, very particularly preferably in the range from 1 to 3.
  • the pH can be adjusted any suitable substance can be added; zinc carbonate, on the one hand, and, for example, phosphoric acid, on the other hand, are particularly suitable.
  • the total acid value is preferably in the range from 32 to 45 points, in particular from 36 to 40 points, and the free acid value is preferably in the range from 5 to 8 points, in particular from 6 to 7 points.
  • the ratio of the total acid to the value of the free acid, the so-called S value is preferably in the range from 0.1 to 0.4, particularly preferably in the range from 0.14 to 0.36, very particularly preferably in the range from 0, 18 to 0.32.
  • the total acid score is determined by titrating 10 ml of the phosphating solution after dilution with water to about 50 ml using phenolphthalein as an indicator until the color changes from colorless to red. The number of ml of 0.1 N sodium hydroxide solution used for this gives the total acidity score.
  • Other indicators suitable for titration are thymolphthalein and ortho-cresolphthalein.
  • the free acid score is determined in a corresponding manner, using dimethyl yellow as the indicator and titrating until the color changes from pink to yellow.
  • the S value is defined as the ratio of free P 2 0 5 to the total content of P 2 0 5 and can be determined as the ratio of the free acid score to the Fischer total acid score.
  • Fischer total acidity is determined using the titrated sample of the free acid titration and adding 25 ml of 30% potassium oxalate solution and approximately 15 drops of phenolphthalein to it, zeroing the titrator, reducing the free acid score is subtracted and titrated to change from yellow to red. The number of ml of 0.1 n sodium hydroxide solution used for this gives the total acidity of Fischer.
  • the temperature of the phosphating solution is preferably in the range from 50 to
  • the phosphating bath can also be used at other temperatures, for example at temperatures down to about 15 ° C. With short throughput times such as 10 to 30 In seconds, a high concentration and a high temperature of the phosphating solution is recommended.
  • the phosphating time can be varied within a wide range.
  • the time of contacting the metallic surface with the phosphating solution is in the range from 1 second to 30 minutes, preferably at least 10 seconds, but in most applications at least 1 or at least 2 minutes.
  • Wire in particular can be phosphated in a rapid pass, e.g. at less than 1 minute.
  • the phosphate layer formed with the method according to the invention preferably contains Zn, ZnMn, ZnFe, ZnCa and / or CaZn phosphates as phosphates, with a content of calcium in particular hopeit and / or scholzite.
  • a phosphate layer is preferably formed which has a layer thickness in the range from 0.02 to 15 ⁇ m or / and a layer weight in the range from 0.5 to 25 g / m 2 , particularly preferably with a layer thickness in the range from 0.05 to 13.5 ⁇ m, very particularly preferably with a layer thickness of at least 0.08 ⁇ m, in particular of at least 0.12 ⁇ m or of up to 11 ⁇ m.
  • a layer thickness in the range from 0.02 to 15 ⁇ m or / and a layer weight in the range from 0.5 to 25 g / m 2 particularly preferably with a layer thickness in the range from 0.05 to 13.5 ⁇ m, very particularly preferably with a layer thickness of at least 0.08 ⁇ m, in particular of at least 0.12 ⁇ m or of up to 11 ⁇ m.
  • phosphate layers with a layer weight in the range from 1.5 to 12 g / m 2 can be advantageous, for example, for the coating of connecting elements such as rivets and screws. If the phosphate layers are to be used as a pretreatment for a metal-rubber composite, it can be advantageous to form layer thicknesses with a layer weight in the range from 0.5 to 3 g / m 2 .
  • the phosphate layers which are used for the cold forming according to the prior art typically have edge lengths of the phosphate crystals in the Order of magnitude around 200 ⁇ m. In contrast, in the method according to the invention, decidedly smaller phosphate crystals are formed. However, if the phosphate layers are to be finely crystalline (average edge length of the phosphate crystals approximately in the range from 2 to 25 ⁇ m) and, if possible, also with a visual impression of approximately the same crystal size and approximately uniform layer thickness, it may be advisable to apply layer thicknesses with a layer weight in the range of 1 To train 5 to 12 g / m 2 .
  • the thick phosphate layers will be rather medium or coarse-crystalline, whereby average edge lengths in the range from 25 to 300 ⁇ m are often formed - determined using the edge length of the phosphate crystals from scanning electronic images at an angle or perpendicular to the phosphated surface.
  • the layer thicknesses or their layer weights are also dependent on the metallic substrate selected.
  • a phosphate layer can be formed which has an average edge length of the phosphate crystals of less than 20 ⁇ m or even less than 10 ⁇ m and often at the same time a layer thickness with a layer weight in the range 1.5 to 18 g / m 2 , in particular in the range of 2 to 15 g / m 2 .
  • the object is also achieved with a method for coating surfaces of metallic objects with a phosphating solution, in which the ratio of pickling removal on the metallic surface measured in g / m 2 to the layer weight of the phosphate layer measured in g / m 2 is below 75% , in particular below 72%, preferably below 68%, particularly preferably below 65%, very particularly preferably below 62% or below 58%.
  • the ratio of pickling removal on the metallic surface measured in g / m 2 to the layer weight of the phosphate layer measured in g / m 2 is below 75% , in particular below 72%, preferably below 68%, particularly preferably below 65%, very particularly preferably below 62% or below 58%.
  • the phosphate layer can serve as an adhesion promoter e.g. for soap, lubricious polymers or other lubricants or corresponding mixtures that are subsequently applied to the phosphate layer and result in a lubricant layer, in particular for wires, tubes, round blanks, disks, rods or other shaped bodies for cold forming. In many cases, the friction alone cannot be reduced sufficiently for cold forming with a single lubricant layer, so that at least one further lubricant layer is then applied.
  • the phosphate layer can e.g.
  • the screws are mainly heavy-duty screws.
  • the phosphate layer can be on surfaces of metallic objects such as e.g. Bolts, wires, pipes, washers, rods or preformed metallic bodies, which may also have a complex geometry, can be applied.
  • the phosphate layer according to the invention is particularly suitable for precoating for a metal-rubber composite because it can also be applied very thinly - for example in the range from 0.1 to 5 ⁇ m - and because it can be designed to be particularly adhesive.
  • all metallic materials can be used as materials that are coated on the surface of such objects, in particular iron-rich alloys such as Steels, galvanized steel and other zinc-containing surfaces.
  • the metallic surfaces Before phosphating, the metallic surfaces, in particular depending on the type and degree of soiling, can be cleaned alkaline and / or acidic and / or acid-pickled. In between and / or afterwards there can be at least one rinsing step with water. Alternatively or additionally, the metallic surfaces can optionally be precoated at least once before phosphating, for example with an activation solution and / or with a chemically different _
  • the material of the metallic surface of moldings for cold forming can be readily pickled and pickled before coating with the phosphate composition according to the invention, in particular with dilute mineral acids or specific acid-rich mixtures.
  • the metallic surfaces to be coated can be contaminated only slightly, almost not at all, or not at all, so that the pickling action of the phosphating solution is sufficient only for the remaining cleaning of the surface.
  • the pickling effect of the phosphating bath should rather not be very strong in order to limit the amount of sludge that is produced in the phosphating bath.
  • the metallic surfaces are activated before phosphating, e.g. B. with a titanium-containing activation or an activation based on pyrophosphate.
  • Activation usually makes it possible to set an even finer grain of phosphate.
  • An average edge length of the phosphate crystals of less than 30 ⁇ m, in particular less than 20 ⁇ m, particularly preferably less than 10 ⁇ m, less than 5 ⁇ m or even less than 2.5 ⁇ m, is advantageously produced without or with prior activation.
  • Phosphate crystals with an average edge length of less than 2.5 ⁇ m were achieved with a phosphating solution with 0.2 to 0.8 g / L nitroguanidine content after prior activation.
  • the coating according to the invention is used in particular to prepare for cold forming, in that the coating according to the invention is applied before applying a layer containing a lubricant, such as a composition based on metal istearate (s).
  • a lubricant such as a composition based on metal istearate (s).
  • the coating for phosphating can in principle also be used in order to achieve corrosion protection and / or adhesion promotion, in particular as a treatment or as a pretreatment for. B. before a subsequent painting. It can also serve as a pretreatment for a metal-rubber composite or for adjusting Friction coefficients in connection elements for using these connection elements, such as screws for screwing.
  • the metallic object coated according to the invention can be used in cold forming, for a metal-rubber composite, as a connecting element with adjusted friction coefficients or as an element in construction, in vehicle construction, in apparatus construction or in mechanical engineering.
  • aqueous phosphating solution which serves as a concentrate, as a bath solution and / or as a supplementary solution and which
  • magnesium ions 0 to 10 g / L magnesium ions, at least 0.1 g / L of calcium and / or magnesium ions being present,
  • nitroguanidine As bath or / and as a supplementary solution, it preferably also contains nitroguanidine, although it may be preferred that nitroguanidine is added separately to the concentrate, to the bath or / and to the supplementary solution. It may be advantageous to add all the components of the bath with the exception of nitroguanidine and / or peroxide in the aqueous phosphating solution, which serves as a concentrate or as a supplementary solution. If nitroguanidine or / and peroxide are contained in the aqueous phosphating solution, their content is preferably at least 0.1 g / L, particularly preferably at least 0.2 g / L each. Alternatively, a supplemental solution can contain chlorate, peroxide and / or zinc in particular. The concentrate is preferably diluted by a factor of 2 to 20 with water to prepare the bath solution.
  • nitroguanidine made it possible to create an extremely fine-grained phosphate layer. It was also surprising that the ratio of pickling removal on the metallic surface to the layer weight of the phosphate layer could be reduced to values of up to approximately 47%, which would otherwise be of the order of approximately 80% or even approximately 110% and a correspondingly higher one Condition consumption of phosphate solution. As a result, the consumption could be reduced by a factor of up to about 3. It was also surprising that the addition of nitroguanidine in the presence of alkaline earth ions sometimes produced a sludge that was much easier to handle.
  • nitroguanidine has surprisingly eliminated the negative effects of the chloride that sometimes occur, possibly increasing the pickling attack and thus increasing the sludge content and consumption. Surprisingly, the amount of sludge formed could be reduced to values of 10 to 50% by weight of other phosphating processes according to the prior art which are used for cold forming. It was also surprising that the addition of nitroguanidine made it possible to set a wide working range for stable phosphating conditions. It was also surprising that the activation upstream made it possible in some cases to set specific layer weights of the phosphate layer.
  • Table 1 Properties of the bath and the phosphate layer depending on the addition of nitroguanidine in CRS steel sheets or pipes and slugs
  • Nitroguanidine additive g / L 0 0.3 0.5 1 2 4
  • the sludge settled particularly firmly on the radiator, especially when there was no or very little nitroguanidine content, but was still - regardless of the nitroguanidine content - easy to rinse off.
  • the layer weight was determined before and after detaching the layer and differential weighing.
  • the mean crystal size was estimated on scanning electron microscope images perpendicular to the phosphate layer.
  • the forming behavior was checked on pipes and slugs.
  • the phosphated bodies to be formed were additionally coated in a conventional manner with a commercially available soap, such as is used for cold forming.
  • Applicant for phosphating processes according to the state of the art for cold forming is not known: Because fine crystalline phosphate layers from far To the knowledge of the applicant, less than 50 ⁇ m average phosphate crystal edge length with less than 75% pickling removal from the layer weight do not belong to the prior art, where, for example, 100 to 120% pickling removal from the layer weight are common in the case of chlorate phosphating processes Nitrite-containing phosphating process 75 to 100% pickling removal; the layer weight according to the prior art is usually in the range from 4 to 12 g / m 2 .
  • the minimum phosphating time for a closed phosphate layer was determined in a second series of experiments. For this purpose, a bath of the starting composition with 0.5 g / L or 1 g / L nitroguanidine was used at 70 ° C. after activation containing titanium.
  • Table 2 Determination of the layer weights depending on the phosphating time and nitroguanidine content of the phosphating bath on steel sheets made of CRS
  • the formation of the layer was checked on scanning electron micrographs.
  • the phosphate layer of the bath with 0.5 or 1 g / L nitroguanidine was closed after 5 minutes.
  • the layers were almost closed.
  • Nitroguanidine additive g / L 0 0.3 0.5 1 2 4
  • the phosphating bath B In the case of the phosphating bath B), too, there was an unfavorable ratio of pickling removal to layer weight in the fresh state of the bath because the chlorate content was chosen too high. However, with a chlorate content in the range from 0.2 to 6 g / L, the phosphating bath B) could be used well and with a favorable ratio of pickling removal to layer weight. A chlorate content in the range of 0.5 to 2 g / L was sufficient, since this was able to limit the iron content dissolved in the bath. A slightly higher chlorate content did not interfere, but was not necessary.
  • the chloride content of the bath could then be kept correspondingly low and, with good activation and a nitroguanidine content in the range from 0.2 to 1.8 g / L, almost always resulted in an average edge length of the phosphate crystals of less than 5 ⁇ m.
  • a chlorate content of 11 g / L the pickling removal was higher than the layer weight, and the phosphate layers were iridescent blue and very thin.
  • Activating agent activated and then in the phosphating bath at 60 to 70 ° C. Dip coated over 5 to 10 minutes.
  • the phosphating bath was prepared with the following starting composition based on water:

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Abstract

The invention relates to a method for coating surfaces of metal objects, especially as a pre-treatment for cold deformation or as a pre-treatment for a metal-rubber compound or to adjust friction coefficients in connection elements, used in connection elements such as screws for screwing purposes. The invention is characterised in that the optionally, already pre-coated metal objects are coated with a composition containing an aqueous, acidic phosphate, said composition containing 8 - 50 g/L phosphate as PO4, 0.5 - 30 g/L zinc ions, 0 - 5 g/L manganese ions, 0 - 8 g/L calcium ions, 0 - 5 g/L magnesium ions, whereby at least 0.1 g/L of calcium or/and magnesium ions are provided, 0.1 - 5 g/L nitroguanidine, 0.1 - 8 g/L chlorate or/and peroxide ions and 0 - 16 g/L complex fluoride (MeF4 or/and MeF6) of Me = B, Si, Ti, Hf or/and Zr and 0 - 5 g/L fluoride ions, whereby the total amount of complex fluoride and fluoride ions ranges from 0.1 - 18 g/L. The invention also relates to a phosphating method wherein the ratio of removal by pickling in relation to the layer weight of the phosphate layer is less than 75 % . The invention further relates to a corresponding aqueous phosphating solution.

Description

Verfahren zum Beschichten von metallischen Körpern mit einer Phosphatierungslösung und die Phosphatierungslösung Process for coating metallic bodies with a phosphating solution and the phosphating solution
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Phosphatieren von metallischen Körpern insbesondere als Vorbehandlung zum Kaltumformen, als Vorbehandlung für einen Metall-Gummi-Verbund oder zum Einstellen von Reibungskoeffizienten für das Verbinden bei an sich fertigen metallischen Verbindungselementen.The present invention relates to a method for phosphating metallic bodies, in particular as a pretreatment for cold forming, as a pretreatment for a metal-rubber compound or for setting friction coefficients for the connection in the case of metallic connecting elements which are in themselves finished.
Die Ausbildung von Phosphatschichten auf metallischen Gegenständen wird seit Jahrzehnten mit recht unterschiedlichen Zusammensetzungen genutzt. In erster Linie dienen diese Beschichtungen als Schutz vor Korrosion und zur Erhöhung des Haftfestigkeit einer nachfolgenden Schicht wie z.B. einer Lackschicht. Die Phosphatschicht hat dabei oft typischerweise eine Schichtdicke von etwa 2 bis etwa 30 μm.The formation of phosphate layers on metallic objects has been used for decades with quite different compositions. These coatings primarily serve as protection against corrosion and to increase the adhesive strength of a subsequent layer, e.g. a layer of paint. The phosphate layer often has a layer thickness of approximately 2 to approximately 30 μm.
Für die Kaltumformung werden die umzuformenden metallischen Körper häufig mit ein bis vier Schichten von meist unterschiedlicher Zusammensetzung beschichtet, damit das Kaltumformen und insbesondere das Drahtziehen, Fließpressen oder Rohrziehen mit deutlich verringerter Reibung, deutlich geringerer Kraft, deutlich geringerem Verschleiß am Umformkörper und der Vorrichtung, deutlich verringertem Zeitaufwand sowie mit optimierten Oberflächenqualitäten der umgeformten Körper erfolgen kann. Häufig wird eine Schichtabfolge von einer Phosphat- und einer Seifenschicht z.B. aus Metallstearaten gewählt. Die Phosphatschicht hat dabei typischerweise eine Schichtdicke von etwa 2 bis etwa 20 μm.. Meistens werden zum Kaltumformen Phosphatschichten auf Basis der Phosphate von Zn, ZnMn, ZnCa oder ZnFe eingesetzt.For the cold forming, the metallic bodies to be formed are often coated with one to four layers of mostly different compositions, so that the cold forming and in particular the wire drawing, extrusion or pipe drawing with significantly reduced friction, significantly less force, significantly less wear on the forming body and the device, become clear reduced expenditure of time and with optimized surface qualities of the formed body can take place. Often a layer sequence of a phosphate and a soap layer e.g. selected from metal stearates. The phosphate layer typically has a layer thickness of approximately 2 to approximately 20 μm. Mostly, phosphate layers based on the phosphates of Zn, ZnMn, ZnCa or ZnFe are used for cold forming.
EP 0 613 964 B1 schützt ein Verfahren zum Aufbringen eines Phosphatüberzugs, bei dem Gegenstände aus Eisenwerkstoffen durch Tauchen in eine Phosphat, Zink, Magnesium, Fluoroborat und Chlorat in bestimmten Verhältnissen enthaltende Phosphatierungslösung getaucht werden. Dieser Lösung sollen keine Stickstoffhaltigen Verbindungen zugesetzt werden. Die Chlorat-Gehalte von etwa 3 g/L dienen hierbei sowohl zur Beschleunigung, als auch zur Oxidation von Fe2+ zu Fe3+. Das Verfahren hat jedoch die Nachteile, dass das Phosphatierbad vergleichsweise hohe Gehalte an Zink, Magnesium, Fluoroborat und Chlorat benötigt und dass ein relativ hoher Beizabtrag und ein großes Schlammvolumen unvermeidbar sind. Im Durchsatz über zwei bis drei Tage beträgt das Schlammvolumen oft 300 bis 500 mg/L. Die durchschnittliche Kantenlänge der damit hergestellten Phosphatkristalle betrug mindestens 50 μm.EP 0 613 964 B1 protects a process for applying a phosphate coating, in which objects made of ferrous materials are immersed in a phosphating solution containing phosphate, zinc, magnesium, fluoroborate and chlorate in certain proportions. No nitrogen-containing compounds should be added to this solution. The chlorate contents of about 3 g / L serve both for acceleration and for the oxidation of Fe 2+ to Fe 3+ . However, the process has the disadvantages that the phosphating bath requires comparatively high contents of zinc, magnesium, fluoroborate and chlorate and that a relatively high pickling removal and a large volume of sludge are unavoidable. Throughput over two to three days, the sludge volume is often 300 to 500 mg / L. The average edge length of the phosphate crystals thus produced was at least 50 μm.
DE 199 47 232 A1 betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Manganphosphatschicht auf Eisen-haltigen metallischen Oberflächen, bei dem Zink- freie Lösungen mit einem Gehalt an Fe2+-lonen, 10 bis 25 g/L Manganionen, Phosphationen, 3 bis 35 g/L Nitrationen und 0,5 bis 5 g/L Nitroguanidin eingesetzt werden.DE 199 47 232 A1 relates to a method for applying a manganese phosphate layer on iron-containing metallic surfaces, in which zinc-free solutions containing Fe 2+ ions, 10 to 25 g / L manganese ions, phosphate ions, 3 to 35 g / L nitrate ions and 0.5 to 5 g / L nitroguanidine can be used.
DE 196 34 685 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Phosphatierung metallischer Oberflächen, bei dem eine Phosphat, Zink, Nitrat und Nitroguanidin enthaltende Lösung verwendet wird. Die Lösungen sind jedoch frei von Zusätzen an Erdalkaliionen.DE 196 34 685 A1 relates to a method for phosphating metallic surfaces, in which a solution containing phosphate, zinc, nitrate and nitroguanidine is used. However, the solutions are free of alkaline earth ion additives.
DE 38 00 835 A1 lehrt ein Verfahren zur Phosphatierung von Metalloberflächen, bei dem man die metallischen Oberflächen ohne vorherige Aktivierung mit einer sehr hohe Gehalte an Phosphat, Zink, Kalzium und mindestens einem Beschleuniger ausgewählt aus Nitrat und organischen Nitroverbindungen enthaltende Lösung kontaktiert. Der Gehalt an Kalzium und Zink soll 10 bis 40 g/L betragen.DE 38 00 835 A1 teaches a method for phosphating metal surfaces, in which the metal surfaces are contacted without prior activation with a very high content of phosphate, zinc, calcium and at least one accelerator selected from a solution containing nitrate and organic nitro compounds. The calcium and zinc content should be 10 to 40 g / L.
DE 36 36 390 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von Phosphatüberzügen auf Eisen-haltigen Metalloberflächen, bei dem man die metallischen Oberflächen ohne vorherige Aktivierung mit einer recht hohe Gehalte an Phosphat, Zink, Mangan, Nitrat, Fluoroborat sowie Weinsäure oder/und Zitronensäure und gegebenenfalls Harnstoff kontaktiert. Der Gehalt an Zink soll 5 bis 25 g/L, der an Nitrat 5 bis 50 g/L betragen. Die Nachteile dieses Verfahrens liegen darin, dass es mit sehr hohem Nitratgehalt und ohne Selbstbegrenzung des gelösten Fe2+ verwendet wird. US 4,517,029 schützt ein Verfahren zur Behandlung Eisen-haltiger metallischer Oberflächen mit einer Phosphatierungslösung, die 5 bis 30 g/L Phosphat, 1 bis 15 g/L Zinkionen, 1 bis 3,5 g/L Kalziumionen und 30 bis 50 g/L Nitrationen enthält.DE 36 36 390 A1 describes a process for the production of phosphate coatings on iron-containing metal surfaces, in which the metallic surfaces are activated without prior activation with a very high content of phosphate, zinc, manganese, nitrate, fluoroborate and tartaric acid and / or citric acid and optionally Contacted urea. The zinc content should be 5 to 25 g / L, the nitrate content 5 to 50 g / L. The disadvantages of this method are that it is used with a very high nitrate content and without self-limitation of the dissolved Fe 2+ . No. 4,517,029 protects a process for treating iron-containing metallic surfaces with a phosphating solution which contains 5 to 30 g / L phosphate, 1 to 15 g / L zinc ions, 1 to 3.5 g / L calcium ions and 30 to 50 g / L nitrate ions contains.
Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zum Phosphatieren von Oberflächen metallischer Gegenstände vorzuschlagen, das sich eignet, Phosphatschichten für die Kaltumformung auszubilden, bei dem der Gehalt an Schlamm, der beim Phosphatieren gebildet wird, merklich verringert werden kann, möglichst ohne die Wirtschaftlichkeit und technische Anwendbarkeit einzubüßen. Mit der Verringerung der Schlammbildung wird auch der Chemikalienverbrauch beim Phosphatieren gesenkt.The object was therefore to propose a method for phosphating surfaces of metallic objects which is suitable for forming phosphate layers for cold forming, in which the content of sludge which is formed during phosphating can be markedly reduced, if possible without the economy and technical reasons Losing applicability. With the reduction in sludge formation, the chemical consumption during phosphating is also reduced.
Darüber hinaus bestand die Aufgabe, ein Verfahren zum Phosphatieren von Oberflächen metallischer Gegenstände vorzuschlagen, das möglichst umweltfreundlich ist, so dass die Gehalte an Schwermetallen, Nitrat, Nitrit und anderen Stickstoff-haltigen Verbindungen gering gehalten werden können.In addition, the task was to propose a method for phosphating surfaces of metallic objects that is as environmentally friendly as possible, so that the contents of heavy metals, nitrate, nitrite and other nitrogen-containing compounds can be kept low.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Beschichten von Oberflächen metallischer Gegenstände, insbesondere als Vorbehandlung zum Kaltumformen oder als Vorbehandlung für einen Metall-Gummi-Verbund oder zum Einstellen von Reibungskoeffizienten bei Verbindungselementen zur Verwendung dieser Verbindungselemente wie z.B. Schrauben zum Verschrauben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die ggf. bereits vorbeschichteten metallischen Gegenstände mit einer wässerigen, sauren, Phosphat enthaltenden Zusammensetzung beschichtet werden, dieThe object is achieved with a method for coating surfaces of metallic objects, in particular as a pretreatment for cold forming or as a pretreatment for a metal-rubber composite or for setting friction coefficients in connection elements for the use of these connection elements, e.g. Screws for screwing, which is characterized in that the possibly already pre-coated metallic objects are coated with an aqueous, acidic, phosphate-containing composition which
8 bis 50 g/L Phosphat berechnet als P04, 0,5 bis 30 g/L Zinkionen, 0 bis 5 g/L Manganionen,8 to 50 g / L phosphate calculated as P0 4 , 0.5 to 30 g / L zinc ions, 0 to 5 g / L manganese ions,
0 bis 8 g/L Kalziumionen, 0 bis 5 g/L Magnesiumionen, wobei zumindest 0,1 g/L an Kalzium- oder/und Magnesiumionen vorhanden sind, 0,1 bis 5 g/L Nitroguanidin, 0,1 bis 10 g/L insgesamt an Chlorat- oder/und Peroxidionen, insgesamt 0 bis 16 g/L Komplexfluorid (MeF4 oder/und MeF6) von Me = B, Si, Ti, Hf oder/und Zr und0 to 8 g / L calcium ions, 0 to 5 g / L magnesium ions, at least 0.1 g / L of calcium and / or magnesium ions being present, 0.1 to 5 g / L nitroguanidine, 0.1 to 10 g / L total of chlorate and / or peroxide ions, total 0 to 16 g / L complex fluoride (MeF 4 or / and MeF 6 ) of Me = B, Si, Ti, Hf or / and Zr and
0 bis 5 g/L Fluoridionen, wobei der Gesamtgehalt an Komplexfluorid und Fluoridionen im Bereich von 0,1 bis 18 g/L liegt,0 to 5 g / L of fluoride ions, the total content of complex fluoride and fluoride ions being in the range of 0.1 to 18 g / L,
enthält.contains.
Der Gehalt an Phosphat beträgt vorzugsweise 9,5 bis 42 g/L, besonders bevorzugt 11 bis 34 g/L, ganz besonders bevorzugt 12 bis 28 g/L, insbesondere 13 bis 22 g/L, vor allem mindestens 14 g/L oder mindestens 15 g/L bzw. bis zu 20 g/L oder bis zu 18 g/L.The phosphate content is preferably 9.5 to 42 g / L, particularly preferably 11 to 34 g / L, very particularly preferably 12 to 28 g / L, in particular 13 to 22 g / L, especially at least 14 g / L or at least 15 g / L or up to 20 g / L or up to 18 g / L.
Der Gehalt an Zinkionen beträgt vorzugsweise 0,8 bis 24 g/L, besonders bevorzugt 1 bis 18 g/L, ganz besonders bevorzugt 1 ,5 bis 12 g/L, insbesondere 2 bis 8 g/L. Der Zink-Gehalt der Zusammensetzung für die Kaltumformung liegt vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 28 g/L, insbesondere bei 5 bis 25 g/L. Der Zink-Gehalt kann in manchen Fällen auch auf Werte im Bereich von 1 ,5 ± 1 g/L abgesenkt werden.The zinc ion content is preferably 0.8 to 24 g / L, particularly preferably 1 to 18 g / L, very particularly preferably 1.5 to 12 g / L, in particular 2 to 8 g / L. The zinc content of the cold-forming composition is preferably in the range from 2.5 to 28 g / L, in particular from 5 to 25 g / L. In some cases the zinc content can also be reduced to values in the range of 1.5 ± 1 g / L.
Der Gehalt an Manganionen beträgt vorzugsweise 0,05 bis 4,5 g/L, besonders bevorzugt 0,1 bis 4 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,2 bis 3 g/L, insbesondere 0,3 bis 2 g/L. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Zusammensetzung Zink- und Manganionen in einem Verhältnis von Zn : Mn im Bereich von 40 : 1 bis 1 : 2 auf, besonders bevorzugt im Verhältnis von 30 : 1 bis 1 : 1 , ganz besonders bevorzugt im Verhältnis von 20 : 1 bis 1 ,5 : 1, insbesondere im Verhältnis von 10 : 1 bis 2 : 1.The manganese ion content is preferably 0.05 to 4.5 g / L, particularly preferably 0.1 to 4 g / L, very particularly preferably 0.2 to 3 g / L, in particular 0.3 to 2 g / L. The composition according to the invention preferably has zinc and manganese ions in a ratio of Zn: Mn in the range from 40: 1 to 1: 2, particularly preferably in a ratio of 30: 1 to 1: 1, very particularly preferably in a ratio of 20: 1 to 1.5: 1, in particular in a ratio of 10: 1 to 2: 1.
Vorzugsweise wird der Zusammensetzung kein Nickel oder nur eine geringe Menge an Nickel zugesetzt, während ein Teil des oder der ganze Nickelgehalt u.U. durch den Beizeffekt auf einer Nickel-haltigen Metalloberfläche entstehen kann. Denn Nickel gehört zu den giftigen und umweltunfreundlichen Schwermetallen. Andererseits ist es oft vorteilhaft, wenigstens einen geringen Gehalt vorzufinden oder zuzusetzen. Die Zusammensetzung enthält dann vorzugsweise Nickelionen im - O -Preferably, no nickel or only a small amount of nickel is added to the composition, while part or all of the nickel content may be produced by the pickling effect on a nickel-containing metal surface. Because nickel is one of the toxic and environmentally unfriendly heavy metals. On the other hand, it is often advantageous to find or add at least a small amount. The composition then preferably contains nickel ions in the - O -
Bereich von 0,01 bis 2 g/L, besonders bevorzugt 0,05 bis 1 ,5 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 1 g/L, insbesondere nur bis zu 0,8 g/L oder bis zu 0,5 g/L.Range from 0.01 to 2 g / L, particularly preferably 0.05 to 1.5 g / L, very particularly preferably 0.1 to 1 g / L, in particular only up to 0.8 g / L or up to 0 , 5 g / L.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Zusammensetzung Phosphat und Zink in einem Verhältnis von PO : Zn im Bereich von 40 : 1 bis 1 : 1 auf, besonders bevorzugt im Verhältnis von 30 : 1 bis 1 ,5 : 1 , ganz besonders bevorzugt im Verhältnis von 20 : 1 bis 2 : 1 , insbesondere im Verhältnis von 10 : 1 bis 3 : 1.The composition according to the invention preferably has phosphate and zinc in a ratio of PO: Zn in the range from 40: 1 to 1: 1, particularly preferably in a ratio of 30: 1 to 1.5: 1, very particularly preferably in a ratio of 20: 1 to 2: 1, especially in a ratio of 10: 1 to 3: 1.
Der Gehalt an gelösten Fe2+-lonen wird vorzugsweise auf Gehalte von weniger als 5 g/L, besonders bevorzugt auf Gehalte von weniger als 4 g/L, ganz besonders bevorzugt auf Gehalte von weniger als 3 g/L, insbesondere auf Gehalte von weniger als 2 g/L, 1 ,5 g/L oder 1 g/L begrenzt. Oberhalb von 4 g/L treten unter Umständen Probleme auf durch die Ausbildung von groben Phosphatkristallen, die zu rauhen anstelle von glatten phosphatierten Oberflächen führen. In vielen Fällen wird es daher bevorzugt sein, den Gehalt an gelösten Fe +-lonen auf weniger als 2,5 g/L oder noch weniger zu begrenzen, insbesondere, um eine feinkörnige Schichtausbildung mit glatter Oberfläche zu ermöglichen.The content of dissolved Fe 2+ ions is preferably reduced to less than 5 g / L, particularly preferred to less than 4 g / L, particularly preferred to less than 3 g / L, especially to limited to less than 2 g / L, 1, 5 g / L or 1 g / L. Above 4 g / L, problems may arise due to the formation of coarse phosphate crystals, which lead to rough instead of smooth phosphated surfaces. In many cases it will therefore be preferred to limit the content of dissolved Fe + ions to less than 2.5 g / L or even less, in particular in order to enable fine-grained layer formation with a smooth surface.
Der Gehalt an Kalziumionen beträgt vorzugsweise 0,05 bis 6 g/L, besonders bevorzugt 0,1 bis 5 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,15 bis 4 g/L, insbesondere bis zu 3 g/L, bis zu 2 g/L oder bis zu 1 g/L. Ein Gehalt an Kalziumionen kann helfen, die Menge des im Bad durch Fällung ausgebildeten Schlamms zu verringern, kann die Ausbildung von Ca- und Zn-haltigem Phosphat unterstützen oder/und kann die Ausbildung von ZnFe-haltigem Phosphat verringern oder unterdrücken.The calcium ion content is preferably 0.05 to 6 g / L, particularly preferably 0.1 to 5 g / L, very particularly preferably 0.15 to 4 g / L, in particular up to 3 g / L, up to 2 g / L or up to 1 g / L. A calcium ion content may help reduce the amount of sludge formed in the bath by precipitation, may aid in the formation of Ca and Zn-containing phosphate, and / or may reduce or suppress the formation of ZnFe-containing phosphate.
Der Gehalt an Magnesiumionen beträgt vorzugsweise 0,05 bis 4 g/L, besonders bevorzugt 0,1 bis 3 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,15 bis 2 g/L, insbesondere bis zu 1 g/L. Ein Gehalt an Magnesiumionen kann helfen, die Phosphatkristalle feinkörniger auszubilden.The content of magnesium ions is preferably 0.05 to 4 g / L, particularly preferably 0.1 to 3 g / L, very particularly preferably 0.15 to 2 g / L, in particular up to 1 g / L. A magnesium ion content can help to make the phosphate crystals more fine-grained.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Zusammensetzung Magnesium- und Kalziumionen mit einem Gehalt von jeweils mindestens 0,1 g/L oder von jeweils mindestens 0,2 g/L oder/und in einem Verhältnis von Mg : Ca im Bereich von 40 : 1 bis 1 : 2 auf, insbesondere von 30 : 1 bis 1 : 1 ,5, vor allem von 3 : 1 bis 1 : 1. Der _ _The composition according to the invention preferably has magnesium and calcium ions with a content of at least 0.1 g / L or at least 0.2 g / L in each case and / or in a ratio of Mg: Ca in the range from 40: 1 to 1: 2, especially from 30: 1 to 1: 1, 5, especially from 3: 1 to 1: 1 _ _
Gesamtgehalt an Magnesium- und Kalziumionen beträgt vorzugsweise 0,15 bis 10 g/L, besonders bevorzugt 0,2 bis 8 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 6 g/L, insbesondere bis zu 5 g/L, bis zu 4 g/L, bis zu 3 g/L oder bis zu 2 g/L.The total content of magnesium and calcium ions is preferably 0.15 to 10 g / L, particularly preferably 0.2 to 8 g / L, very particularly preferably 0.25 to 6 g / L, in particular up to 5 g / L, up to 4 g / L, up to 3 g / L or up to 2 g / L.
Bei einem erhöhten Gehalt an Magnesiumfluorid in der Lösung kann das Bad jedoch in Einzelfällen in einen thixotropen gelförmigen Zustand durch insbesondere komplexe Magnesiumverbindungen kommen. Der Zusatz an Borsäure oder/und anderen Borverbindungen kann dann helfen, den Gehalt an freiem Fluorid im Bad abzusenken, um größere störende Gehalte an derartigen komplexen Magnesiumverbindungen vermeiden zu helfen.With an increased content of magnesium fluoride in the solution, the bath can, however, in individual cases get into a thixotropic gel-like state due to, in particular, complex magnesium compounds. The addition of boric acid and / or other boron compounds can then help to lower the free fluoride content in the bath, in order to help avoid larger disruptive contents of such complex magnesium compounds.
Der Schlamm kann vielfach durch den Gehalt an Erdalkalien wie z.B. Ca möglicherweise in Verbindung mit Nitroguanidin in eine gut handhabbare, weiche, gut kompaktierbare und gut abspülbare Schlamm-Masse gebracht werden. Dadurch verkrustet der Schlamm nicht an den Oberflächen der Vorrichtungen wie z.B. Badbehälter, Gehängen, Heizeinrichtungen, Kessel und Rohrleitungen und kann leicht entfernt bzw. entnommen werden.The sludge can often be caused by the content of alkaline earths, e.g. Ca, possibly in connection with nitroguanidine, can be brought into a manageable, soft, well compactible and easily rinsable sludge mass. As a result, the sludge does not crust on the surfaces of the devices, e.g. Bath containers, hangers, heating devices, boilers and pipes and can be easily removed or removed.
Die Anwesenheit von mindestens einem Komplexfluorid kann insbesondere wegen eines gleichmäßigeren Beizangriffes vorteilhaft sein und kann gegebenenfalls auch helfen, dickere Phosphatschichten auszubilden. Der Gesamtgehalt an Komplexfluoriden beträgt vorzugsweise 0,1 bis 6 g/L, besonders bevorzugt 0,2 bis 5 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,3 bis 4 g/L, insbesondere bis zu 3 g/L, bis zu 2 g/L oder bis zu 1 g/L.The presence of at least one complex fluoride can be advantageous in particular because of a more uniform pickling attack and may also help to form thicker phosphate layers. The total content of complex fluorides is preferably 0.1 to 6 g / L, particularly preferably 0.2 to 5 g / L, very particularly preferably 0.3 to 4 g / L, in particular up to 3 g / L, up to 2 g / L or up to 1 g / L.
Der Gehalt an Fluoroborat beträgt vorzugsweise 0,1 bis 5 g/L, besonders bevorzugt 0,2 bis 4 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,3 bis 3 g/L, insbesondere bis zu 2 g/L oder bis zu 1 g/L. Alternativ oder zusätzlich kann insbesondere ein Titan- oder/und Zirkonhexafluorid verwendet werden.The fluoroborate content is preferably 0.1 to 5 g / L, particularly preferably 0.2 to 4 g / L, very particularly preferably 0.3 to 3 g / L, in particular up to 2 g / L or up to 1 g / L. Alternatively or additionally, in particular a titanium and / or zirconium hexafluoride can be used.
Mindestens ein Komplexfluorid kann insbesondere dann vorteilhaft zugesetzt werden, wenn die metallische Oberfläche stärker durch Oxidbeläge verschmutzt ist und möglichst gleichmäßig angebeizt werden soll. Ein Zusatz von Komplexfluorid kann dabei zu etwas höheren Schichtdicken führen. Die Zusammensetzung kann vorzugsweise Fluoroborat enthalten, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 5 g/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 3 g/L. Ein Zusatz an Fluoroborat hat den Vorteil, dass es eine besonders starke Beizwirkung hat. Vorteilhafterweise liegt das Komplexfluorid zu mindestens 30 Gew.-%, zu mindestens 60 Gew.-%, zu mindestens 80 Gew.-% oder vollständig als Fluoroborat vor.At least one complex fluoride can particularly advantageously be added if the metallic surface is heavily contaminated by oxide coatings and is to be pickled as uniformly as possible. The addition of complex fluoride can lead to somewhat higher layer thicknesses. The composition can preferably contain fluoroborate, in particular in the range from 0.1 to 5 g / L, particularly preferably in the range from 0.2 to 3 g / L. Adding fluoroborate has the advantage that it has a particularly strong pickling effect. Advantageously, the complex fluoride is at least 30% by weight, at least 60% by weight, at least 80% by weight or completely as fluoroborate.
In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, alternativ oder zusätzlich zum Gehalt an mindestens einem Komplexfluorid Fluoridionen z.B. in Form von Flußsäure zuzusetzen, vorzugsweise 0,05 bis 2,5 g/L an Fluoridionen, insbesondere 0,1 bis 1 ,8 g/L, vor allem 0,2 bis 1 ,5 g/L. Der Gehalt an Fluoridionen kann vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 2,5 g/L liegen, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 1 ,8 g/L, vor allem im Bereich von 0,3 bis 1 ,5 g/L. Dies kann insbesondere für die Ausbildung von dickeren Schichten bzw. bei Problemen bei der Säuberung der metallischen Oberflächen günstig sein. Hieraus und in begrenztem Umfang aus dem Komplexfluorid leitet sich ein Gehalt an freiem Fluorid ab, der gegebenenfalls mit Magnesiumionen chemisch reagieren kann. Es ist jedoch zu prüfen, ob in Gegenwart von Magnesiumionen und Fluoridionen störende Wirkungen auftreten.In some cases it may be advantageous, alternatively or in addition to the content of at least one complex fluoride, fluoride ions e.g. add in the form of hydrofluoric acid, preferably 0.05 to 2.5 g / L of fluoride ions, in particular 0.1 to 1.8 g / L, especially 0.2 to 1.5 g / L. The fluoride ion content can preferably be in the range from 0.05 to 2.5 g / L, in particular in the range from 0.1 to 1.8 g / L, especially in the range from 0.3 to 1.5 g / L L. This can be particularly advantageous for the formation of thicker layers or for problems with cleaning the metallic surfaces. From this and to a limited extent from the complex fluoride, a content of free fluoride is derived, which can optionally react chemically with magnesium ions. However, it must be checked whether there are any interfering effects in the presence of magnesium ions and fluoride ions.
Die Zusammensetzung enthält Komplexfluorid oder/und Fluoridionen zu Kalziumionen vorzugsweise in einem Verhältnis von (MeF4, MeF6 oder/und F") : Ca im Bereich von 0,1 : 1 bis 10 : 1 , besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 : 1 bis 8 : 1 , ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 : 1 bis 6 : 1.The composition contains complex fluoride and / or fluoride ions to calcium ions, preferably in a ratio of (MeF 4 , MeF 6 or / and F " ): Ca in the range from 0.1: 1 to 10: 1, particularly preferably in the range from 0.3 : 1 to 8: 1, very particularly preferably in the range from 0.5: 1 to 6: 1.
Die Zusammensetzung enthält Komplexfluorid oder/und Fluoridionen zu Magnesiumionen vorzugsweise in einem Verhältnis von (MeF4, MeF6 oder/und F") : Mg im Bereich von 0,1 : 1 bis 10 : 1 , besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 : 1 bis 6 : 1 , ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 : 1 bis 4 : 1.The composition contains complex fluoride and / or fluoride ions to magnesium ions, preferably in a ratio of (MeF 4 , MeF 6 or / and F " ): Mg in the range from 0.1: 1 to 10: 1, particularly preferably in the range from 0.2 : 1 to 6: 1, very particularly preferably in the range from 0.3: 1 to 4: 1.
Nitroguanidin und entsprechende N-haltige Guanidin-Verbindungen dienen insbesondere als Beschleuniger, um den Wasserstoff zu depolarisieren, wodurch Nitroguanidin zu Aminoguanidin umgesetzt werden kann. Aminoguanidin ist biologisch gut abbaubar und nicht toxisch. Das Nitroguanidin scheint aber zusätzlich die Oberfläche auch gut zu passivieren. Der Gehalt an Nitroguanidin beträgt vorzugsweise 0,15 bis 4,5 g/L, besonders bevorzugt 0,2 bis 4 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 3 g/L, insbesondere 0,3 bis 2,5 g/L, vor allem bis zu 2 g/L oder bis zu 1 ,5 g/L.Nitroguanidine and corresponding N-containing guanidine compounds serve in particular as accelerators to depolarize the hydrogen, as a result of which nitroguanidine can be converted to aminoguanidine. Aminoguanidine is readily biodegradable and non-toxic. However, the nitroguanidine also seems to passivate the surface well. The content of nitroguanidine is preferably 0.15 to 4.5 g / L, particularly preferably 0.2 to 4 g / L, very particularly preferably 0.25 to 3 g / L, in particular 0.3 to 2.5 g / L, especially to at 2 g / L or up to 1.5 g / L.
N-haltige Guanidin-Verbindungen wirken, obwohl sie oft als Beschleuniger bezeichnet werden, offenbar nicht als Beschleuniger, da sie anscheinend nicht Fe2+ zu Fe3+ aufoxidieren, sondern eher als Passivierungsmittel wirken. Damit unterscheiden sie sich erheblich von den typischen Beschleungem, wie sie zum Phosphatieren eingesetzt werden.Guanidine compounds containing N, although often referred to as accelerators, do not appear to act as accelerators, since they do not appear to oxidize Fe 2+ to Fe 3+ , but rather act as passivating agents. This means that they differ significantly from the typical misting systems used for phosphating.
Die Zusammensetzung enthält vorzugsweise nicht mehr als 1 g/L Nitrat berechnet als N03, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,8 g/L Nitrat, insbesondere 0,3 bis 0,6 g/L Nitrat, oder ist weitgehend oder gänzlich frei von Nitrat. Sie enthält vorzugsweise nicht mehr als 0,5 g/L Nitrit berechnet als N02 oder ist weitgehend oder gänzlich frei von Nitrit. Aus dem Nitrat-Gehalt kann sich gegebenenfalls ein geringer oder sehr geringer Nitrit-Gehalt ausbilden, häufig weniger als 0,2 g/L. Je geringer der Gehalt an Nitrat und Nitrit in der Phosphatierungslösung ist, desto weniger werden die Abwässer, die bei der Phosphatierung entstehen, belastet.The composition preferably contains not more than 1 g / L nitrate calculated as NO 3 , particularly preferably 0.1 to 0.8 g / L nitrate, in particular 0.3 to 0.6 g / L nitrate, or is largely or entirely free of nitrate. It preferably contains no more than 0.5 g / L nitrite calculated as N0 2 or is largely or entirely free of nitrite. A low or very low nitrite content can form from the nitrate content, often less than 0.2 g / L. The lower the nitrate and nitrite content in the phosphating solution, the less the wastewater that arises from the phosphating is polluted.
Vorzugsweise werden der wässerigen Zusammensetzung keine weiteren N-haltigen Beschleuniger neben Guanidin-Verbindungen und gegebenenfalls neben Nitrat oder/und Nitrit zugesetzt. Alternativ enthält sie nur vergleichsweise geringe Gehalte an weiteren N-haltigen Beschleunigern neben den eben genannten. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Gehalte an Nitrat-, Nitrit- und NBS-Ionen (Nitrobenzolsulfonat, insbesondere mit Natrium) jeweils weniger als 0,8 g/L oder weniger als 0,4 g/L oder sogar weniger als 0,2 g/L betragen oder/und der Gesamtgehalt aller N-haltigen Beschleuniger mit Ausnahme von Nitroguanidin und verwandten Guanidin- Verbindungen wie z.B. Aminoguanidin unter 2 g/L liegt.Preferably, no further N-containing accelerators are added to the aqueous composition in addition to guanidine compounds and optionally in addition to nitrate and / or nitrite. Alternatively, it contains only comparatively low levels of other N-containing accelerators in addition to those just mentioned. It is advantageous if the contents of nitrate, nitrite and NBS ions (nitrobenzenesulfonate, especially with sodium) are each less than 0.8 g / L or less than 0.4 g / L or even less than 0.2 g / L and / or the total content of all N-containing accelerators with the exception of nitroguanidine and related guanidine compounds such as Aminoguanidine is below 2 g / L.
Vorzugsweise wird kein Chlorid oder nur eine geringe Menge an Chlorid zugesetzt, während der vorwiegende Chloridanteil in vielen Fällen aus Chlorat entsteht. Die Zusammensetzung enthält vorzugsweise Chloridionen im Bereich von 0,05 bis 5 g/L, besonders bevorzugt 0,1 bis 4,5 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,2 bis 4 g/L, überaus bevorzugt 0,25 bis 3 g/L, insbesondere 0,3 bis 2,5 g/L, vor allem bis zu 2 g/L oder bis zu 1 ,5 g/L. Ein Gehalt an Chlorid gewährt einen zusätzlichen Beizeffekt.Preferably no chloride or only a small amount of chloride is added, while in most cases the predominant proportion of chloride arises from chlorate. The composition preferably contains chloride ions in the range from 0.05 to 5 g / L, particularly preferably 0.1 to 4.5 g / L, very particularly preferably 0.2 to 4 g / L, very preferably 0.25 to 3 g / L, in particular 0.3 to 2.5 g / L, especially up to 2 g / L or up to 1.5 g / L. A chloride content provides an additional pickling effect.
Chlorat dient vor allem oder ausschließlich als Oxidationsmittel zur Begrenzung des Gehalts des in der wässerigen Zusammensetzung gelösten Fe2+ durch Beschleunigung der Fällung zu Fe3+. Der Chlorat-Gehalt kann helfen, auf der Eisenseite zu arbeiten, so dass ein erhöhter, begrenzbarer Gehalt an Fe2+ im Bad gelöst bleibt statt als Fe3+ gefällt zu werden. Es dient hier nur untergeordnet oder gar nicht als Beschleuniger. Der Gehalt an Chlorat beträgt vorzugsweise 0,15 bis 7 g/L, besonders bevorzugt 0,2 bis 5 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 4 g/L, insbesondere bis zu 3 g/L, bis zu 2,2 g/L oder bis zu 1 ,5 g/L. Vor allem bevorzugt ist es, den Chloratgehalt im Bereich von 0,8 bis 2,5 g/L oder sogar im Bereich von 1 bis 2 g/L zu halten. Davon ausgehend kann es vorteilhaft sein, den Chloratgehalt etwa dann und etwa in dem Umfang zu erhöhen, wie es zur Oxidation des Fe2+ im Phosphatierbad erforderlich ist, um eine schnelle Fällung zu erzielen und den Gehalt an Fe2+ im Phosphatierbad zu begrenzen, z.B. bei einer Erhöhung des Durchsatzes.Chlorate mainly or exclusively serves as an oxidizing agent to limit the content of the Fe 2+ dissolved in the aqueous composition by accelerating the precipitation to Fe 3+ . The chlorate content can help to work on the iron side, so that an increased, limited content of Fe 2+ remains dissolved in the bath instead of being precipitated as Fe 3+ . It only serves as a subordinate or not at all as an accelerator. The chlorate content is preferably 0.15 to 7 g / L, particularly preferably 0.2 to 5 g / L, very particularly preferably 0.25 to 4 g / L, in particular up to 3 g / L, up to 2, 2 g / L or up to 1.5 g / L. It is particularly preferred to keep the chlorate content in the range from 0.8 to 2.5 g / L or even in the range from 1 to 2 g / L. On this basis, it can be advantageous to increase the chlorate content approximately and to the extent necessary to oxidize the Fe 2+ in the phosphating bath in order to achieve rapid precipitation and to limit the content of Fe 2+ in the phosphating bath. eg with an increase in throughput.
Vorzugsweise wird kein Sulfat zugegeben. Sulfat oder/und Chlorid kann jedoch insbesondere aufgrund Verschleppung aus dem Beizbad eingebracht werden, wobei u.U. bis zu ca. 3 g/L eingeschleppt werden können. Hierbei kann ein gewisser Sulfatoder/und Chloridgehalt aus dem eingesetzten Wasser, aus anderen Verunreinigungen und aus Einschleppungen stammen. Der im Bad vorhandene Chloratgehalt bildet einen Gehalt an Chlorid in der Badzusammensetzung aus. Falls die metallischen Gegenstände, die phosphatiert werden sollen, nicht so stark verschmutzt und verrostet sind, können die Gehalte an Chlorid oder/und Sulfat für die erforderliche Beizwirkung im Phosphatierbad ausreichen, so dass auf ein Beizbad vor dem Phosphatieren verzichtet werden kann. In diesem Fall kann es manchmal empfehlenswert sein, einen geringen Gehalt an Chlorid oder/und Sulfat, insbesondere von jeweils bis zu 1 g/L, dem Bad zuzusetzen.Preferably no sulfate is added. However, sulfate and / or chloride can be introduced from the pickling bath, in particular due to carryover. up to approx. 3 g / L can be brought in. A certain sulfate and / or chloride content can come from the water used, from other impurities and from carry-over. The chlorate content in the bath forms a chloride content in the bath composition. If the metallic objects that are to be phosphated are not so dirty and rusted, the chloride and / or sulfate content can be sufficient for the required pickling action in the phosphating bath, so that a pickling bath before phosphating can be dispensed with. In this case, it may sometimes be advisable to add a low chloride and / or sulfate content, in particular up to 1 g / L each, to the bath.
Die Zusammensetzung kann Sulfationen vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 2 g/L enthalten, besonders bevorzugt 0,1 bis 1 ,8 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,15 bis 1 ,6 g/L, überaus bevorzugt 0,2 bis 1 ,2 g/L, insbesondere 0,25 bis 1 g/L, vor allem bis zu 0,8 g/L oder bis zu 0,6 g/L. Der Gehalt an Peroxid beträgt vorzugsweise 0,005 bis 3,5 g/L, besonders bevorzugt 0,01 bis 2 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,02 bis 1 g/L, insbesondere 0,03 bis 0,5 g/L, vor allem bis zu 0,2 g/L oder bis zu 0,1 g/L. Peroxid kann zur Begrenzung des Fe2+-Gehalts in der Phosphatierungslösung und als Beschleuniger dienen.The composition can preferably contain sulfate ions in the range from 0.05 to 2 g / L, particularly preferably 0.1 to 1.8 g / L, very particularly preferably 0.15 to 1.6 g / L, very preferably 0.2 up to 1.2 g / L, in particular 0.25 to 1 g / L, especially up to 0.8 g / L or up to 0.6 g / L. The peroxide content is preferably 0.005 to 3.5 g / L, particularly preferably 0.01 to 2 g / L, very particularly preferably 0.02 to 1 g / L, in particular 0.03 to 0.5 g / L, especially up to 0.2 g / L or up to 0.1 g / L. Peroxide can serve to limit the Fe 2+ content in the phosphating solution and as an accelerator.
Darüber hinaus kann insbesondere ein Gehalt an Alkali- oder/und Ammonium-Ionen enthalten sein, insbesondere durch einen Zusatz an Kalium- oder/und Natriumverbindungen wie z.B. Natriumchlorat.In addition, a content of alkali and / or ammonium ions can be contained, in particular by adding potassium or / and sodium compounds such as e.g. Sodium chlorate.
Weiterhin kann der erfindungsgemäßen Badlösung gegebenenfalls ein Gehalt an mindestens einem Beizinhibitor zugesetzt werden, vorzugsweise an allen Beizinhibitoren 0,005 bis 0,8 g/L, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,6 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,015 bis 0,4 g/L. Der Gehalt des einzelnen Beizinhibitors liegt vorzugsweise im Bereich von 0,005 bis 0,6 g/L, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,5 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,015 bis 0,4 g/L. Im Vergleich hierzu kann das Konzentrat jeweils die gleichen Untergrenzen wie hier bei der Badlösung angeführt, aber die doppelten Obergrenzen wie bei der Badlösung aufweisen. Als Beizinhibitoren kann insbesondere jeweils mindestens ein Amid, Amin, Imid oder/und Imin zugesetzt werden, beispielsweise Dimethylaminopropylamin. Ein solcher Zusatz ist insbesondere für die Verringerung des Verbrauchs der mindestens einen Guanidin-Verbindung vorteilhaft.Furthermore, a content of at least one pickling inhibitor can be added to the bath solution according to the invention, preferably 0.005 to 0.8 g / L, all pickling inhibitors, particularly preferably 0.01 to 0.6 g / L, very particularly preferably 0.015 to 0.4 g / L. The content of the individual pickling inhibitor is preferably in the range from 0.005 to 0.6 g / L, particularly preferably 0.01 to 0.5 g / L, very particularly preferably 0.015 to 0.4 g / L. In comparison, the concentrate can have the same lower limits as here for the bath solution, but can have twice the upper limits as for the bath solution. In particular, at least one amide, amine, imide and / or imine can be added as pickling inhibitors, for example dimethylaminopropylamine. Such an addition is particularly advantageous for reducing the consumption of the at least one guanidine compound.
Die erfindungsgemäße Phosphatierungslösung kann insbesondere eine der folgenden Zusammensetzungen aufweisen:The phosphating solution according to the invention can in particular have one of the following compositions:
A) 8 bis 30 g/L Phosphat berechnet als P04,A) 8 to 30 g / L phosphate calculated as P0 4 ,
0,5 bis 4,5 g/L Zinkionen,0.5 to 4.5 g / L zinc ions,
0 bis 4 g/L Manganionen, 0 bis 8 g/L Kalziumionen,0 to 4 g / L manganese ions, 0 to 8 g / L calcium ions,
0 bis 5 g/L Magnesiumionen, wobei zumindest 0,1 g/L an Kalzium- oder/und Magnesiumionen vorhanden sind,0 to 5 g / L of magnesium ions, at least 0.1 g / L of calcium and / or magnesium ions being present,
0,1 bis 5 g/L Nitroguanidin, 0,1 bis 8 g/L insgesamt an Chlorat- oder/und Peroxidionen, _ _0.1 to 5 g / L nitroguanidine, 0.1 to 8 g / L total of chlorate and / or peroxide ions, _ _
insgesamt 0 bis 6 g/L Komplexfluorid (MeF4 und MeF6) von Me = B, Si, Ti, Hf oder/und Zr, wobei ein Gehalt an Fluoroborat enthalten ist, und 0 bis 4 g/L Fluoridionena total of 0 to 6 g / L of complex fluoride (MeF 4 and MeF 6 ) of Me = B, Si, Ti, Hf or / and Zr, which contains fluoroborate, and 0 to 4 g / L of fluoride ions
oder B) 8 bis 30 g/L Phosphat berechnet als PO4,or B) 8 to 30 g / L phosphate calculated as PO 4 ,
0,5 bis 8 g/L Zinkionen,0.5 to 8 g / L zinc ions,
0 bis 5 g/L Manganionen,0 to 5 g / L manganese ions,
0,1 bis 8 g/L Kalziumionen,0.1 to 8 g / L calcium ions,
0 bis 5 g/L Magnesiumionen, 0,1 bis 5 g/L Nitroguanidin,0 to 5 g / L magnesium ions, 0.1 to 5 g / L nitroguanidine,
0,1 bis 8 g/L insgesamt an Chlorat- oder/und Peroxidionen, insgesamt 0 bis 6 g/L Komplexfluorid (MeF4 und MeF6) von Me = B, Si,0.1 to 8 g / L total of chlorate and / or peroxide ions, total 0 to 6 g / L complex fluoride (MeF 4 and MeF 6 ) of Me = B, Si,
Ti, Hf oder/und Zr, wobei ein Gehalt an Fluoroborat enthalten ist, undTi, Hf and / or Zr, containing fluoroborate, and
0 bis 4 g/L Fluoridionen.0 to 4 g / L fluoride ions.
Höhere Gehalte an Schwermetallen sollten möglichst aus Gründen des Umweltschutzes vermieden werden. Darüber hinaus stören höhere Gehalte an AI, Cr und Pb in der Regel die Phosphatierung. Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Phosphatierungslösung im wesentlichen frei oder frei von Gehalten an AI, Cd, Co, Cr, Cu, Mo, V oder/und W. Aus Gründen des Umweltschutzes sollten die Gehalte an Stickstoff-haltigen Beschleunigern außer Nitroguanidin möglichst gering gehalten werden, also insbesondere die Gehalte an Nitrat und Nitrit. Vorzugsweise wird im wesentlichen keine oder keine andere Stickstoff-Verbindung außer mindestens einer Guanidin-Verbindung zugesetzt.Higher levels of heavy metals should be avoided if possible for reasons of environmental protection. In addition, higher levels of AI, Cr and Pb usually interfere with phosphating. Advantageously, the phosphating solution according to the invention is essentially free or free of contents of Al, Cd, Co, Cr, Cu, Mo, V or / and W. For reasons of environmental protection, the contents of accelerators containing nitrogen apart from nitroguanidine should be kept as low as possible. in particular the nitrate and nitrite contents. Preferably, substantially no or no other nitrogen compound other than at least one guanidine compound is added.
Vorzugsweise sind alle im Bad vorhandenen Verbindungen in Wasser gut löslich oder weitgehend oder gänzlich in Wasser gelöst. Es ist besonders bevorzugt, dass alle Badbestandteile außer den Fällungsprodukten gut in Wasser löslich sind und gut in Wasser gelöst vorliegen.Preferably, all of the compounds present in the bath are readily soluble in water or largely or completely dissolved in water. It is particularly preferred that all bath components, apart from the precipitation products, are readily soluble in water and are well dissolved in water.
Der pH-Wert der Zusammensetzung kann vorteilhaft im Bereich von 0,1 bis 4 gehalten werden, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 3,5, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 3. Zur Anpassung des pH-Werts kann grundsätzlich jede geeignete Substanz zugesetzt werden; insbesondere eignen sich einerseits z.B. Zinkcarbonat und andererseits z.B. Phosphorsäure. Der Wert der Gesamtsäure liegt vorzugsweise im Bereich von 32 bis 45 Punkten, insbesondere bei 36 bis 40 Punkten, der der freien Säure vorzugsweise im Bereich von 5 bis 8 Punkten, insbesondere bei 6 bis 7 Punkten. Das Verhältnis der Gesamtsäure zum Wert der freien Säure, der sogenannte S-Wert, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,4, besonders bevorzugt im Bereich von 0,14 bis 0,36, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,18 bis 0,32.The pH of the composition can advantageously be kept in the range from 0.1 to 4, particularly preferably in the range from 0.5 to 3.5, very particularly preferably in the range from 1 to 3. In principle, the pH can be adjusted any suitable substance can be added; zinc carbonate, on the one hand, and, for example, phosphoric acid, on the other hand, are particularly suitable. The total acid value is preferably in the range from 32 to 45 points, in particular from 36 to 40 points, and the free acid value is preferably in the range from 5 to 8 points, in particular from 6 to 7 points. The ratio of the total acid to the value of the free acid, the so-called S value, is preferably in the range from 0.1 to 0.4, particularly preferably in the range from 0.14 to 0.36, very particularly preferably in the range from 0, 18 to 0.32.
Die Punktzahl der Gesamtsäure wird hierbei ermittelt, indem 10 ml der Phosphatierungslösung nach Verdünnen mit Wasser auf etwa 50 ml unter Verwendung von Phenolphthalein als Indikator bis zum Farbumschlag von farblos nach rot titriert wird. Die Anzahl der hierfür verbrauchten ml an 0,1 n Natronlauge ergeben die Punktzahl der Gesamtsäure. Andere für die Titration geeignete Indikatoren sind Thymolphthalein und ortho-Kresolphthalein.The total acid score is determined by titrating 10 ml of the phosphating solution after dilution with water to about 50 ml using phenolphthalein as an indicator until the color changes from colorless to red. The number of ml of 0.1 N sodium hydroxide solution used for this gives the total acidity score. Other indicators suitable for titration are thymolphthalein and ortho-cresolphthalein.
In entsprechender Weise wird die Punktzahl der Freien Säure bestimmt, wobei als Indikator Dimethylgelb verwendet wird und bis zum Umschlag von rosa nach gelb titriert wird.The free acid score is determined in a corresponding manner, using dimethyl yellow as the indicator and titrating until the color changes from pink to yellow.
Der S-Wert ist als Verhältnis von freiem P205 zum Gesamtgehalt an P205 definiert und kann als Verhältnis der Punktzahl der Freien Säure zur Punktzahl der Gesamtsäure Fischer ermittelt werden. Die Gesamtsäure Fischer wird bestimmt, indem die titrierte Probe der Titration der Freien Säure verwendet wird und ihr 25 ml an 30%-iger Kaliumoxalatlösung und ca. 15 Tropfen an Phenolphthalein zugesetzt werden, das Titriergerät auf Null gestellt wird, wodurch die Punktzahl der Freien Säure subtrahiert wird, und zum Umschlag von gelb nach rot titriert wird. Die Anzahl der hierfür verbrauchten ml an 0,1 n Natronlauge ergeben die Punktzahl der Gesamtsäure Fischer.The S value is defined as the ratio of free P 2 0 5 to the total content of P 2 0 5 and can be determined as the ratio of the free acid score to the Fischer total acid score. Fischer total acidity is determined using the titrated sample of the free acid titration and adding 25 ml of 30% potassium oxalate solution and approximately 15 drops of phenolphthalein to it, zeroing the titrator, reducing the free acid score is subtracted and titrated to change from yellow to red. The number of ml of 0.1 n sodium hydroxide solution used for this gives the total acidity of Fischer.
Die Temperatur der Phosphatierungslösung wird vorzugsweise im Bereich von 50 bisThe temperature of the phosphating solution is preferably in the range from 50 to
80 °C gehalten, insbesondere bei 55 bis 75 °C. Das Phosphatierbad kann jedoch auch bei anderen Temperaturen wie z.B. bei Temperaturen im Bereich hinab bis etwa 15 °C eingesetzt werden. Bei kurzen Durchlaufzeiten wie z.B. 10 bis 30 Sekunden empfiehlt sich eher eine hohe Konzentration und eine hohe Temperatur der Phosphatierungslösung.Maintained at 80 ° C, especially at 55 to 75 ° C. However, the phosphating bath can also be used at other temperatures, for example at temperatures down to about 15 ° C. With short throughput times such as 10 to 30 In seconds, a high concentration and a high temperature of the phosphating solution is recommended.
Die Phosphatierzeit kann in weiten Bereichen variiert werden. Insbesondere liegt die Zeit des Kontaktierens der metallischen Oberfläche mit der Phosphatierungslösung im Bereich von 1 Sekunde bis 30 Minuten, vorzugsweise bei mindestens 10 Sekunden, bei den meisten Anwendungen jedoch bei mindestens 1 oder bei mindestens 2 Minuten. Insbesondere Draht kann in schnellem Durchlauf phosphatiert werden, z.B. bei weniger als 1 Minute.The phosphating time can be varied within a wide range. In particular, the time of contacting the metallic surface with the phosphating solution is in the range from 1 second to 30 minutes, preferably at least 10 seconds, but in most applications at least 1 or at least 2 minutes. Wire in particular can be phosphated in a rapid pass, e.g. at less than 1 minute.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildete Phosphatschicht enthält als Phosphate vorzugsweise Zn-, ZnMn-, ZnFe-, ZnCa- oder/und CaZn-Phosphate, bei einem Gehalt an Kalzium insbesondere Hopeit oder/und Scholzit.The phosphate layer formed with the method according to the invention preferably contains Zn, ZnMn, ZnFe, ZnCa and / or CaZn phosphates as phosphates, with a content of calcium in particular hopeit and / or scholzite.
Vorzugsweise wird eine Phosphatschicht ausgebildet wird, die eine Schichtdicke im Bereich von 0,02 bis 15 μm oder/und ein Schichtgewicht im Bereich von 0,5 bis 25 g/m2 aufweist, besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,05 bis 13,5 μm, ganz besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke von wenigstens 0,08 μm, insbesondere von wenigstens 0,12 μm bzw. von bis zu 11 μm. Mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist es möglich, Phosphatschichten von außergewöhnlich unterschiedlicher Schichtdicke auszubilden. Einerseits kann es z.B. für die Kaltumformung vorteilhaft sein, Phosphatschichten mit einem Schichtgewicht im Bereich von 1 ,5 bis 18 g/m2 auszubilden - dabei für Rohre insbesondere im Bereich von 1 ,5 bis 6 g/m2, für Draht insbesondere im Bereich von 1 ,5 bis 10 g/m2 bzw. bei Kaltmassivumformung z.B. von Bolzen und Scheiben insbesondere im Bereich von 3 bis 18 g/m2. Andererseits können z.B. für die Beschichtung von Verbindungselementen wie Nieten und Schrauben Phosphatschichten mit einem Schichtgewicht im Bereich von 1 ,5 bis 12 g/m2 vorteilhaft sein. Wenn die Phosphatschichten für einen Metall-Gummi-Verbund als Vorbehandlung eingesetzt werden sollen, kann es vorteilhaft sein, Schichtdicken mit einem Schichtgewicht im Bereich von 0,5 bis 3 g/m2 auszubilden.A phosphate layer is preferably formed which has a layer thickness in the range from 0.02 to 15 μm or / and a layer weight in the range from 0.5 to 25 g / m 2 , particularly preferably with a layer thickness in the range from 0.05 to 13.5 μm, very particularly preferably with a layer thickness of at least 0.08 μm, in particular of at least 0.12 μm or of up to 11 μm. With the composition according to the invention it is possible to form phosphate layers of extraordinarily different layer thicknesses. On the one hand, it can be advantageous, for example for cold forming, to form phosphate layers with a layer weight in the range from 1.5 to 18 g / m 2 - for pipes in particular in the range from 1.5 to 6 g / m 2 , for wire in particular in the range from 1.5 to 10 g / m 2 or in the case of cold massive forming, for example of bolts and washers, in particular in the range from 3 to 18 g / m 2 . On the other hand, phosphate layers with a layer weight in the range from 1.5 to 12 g / m 2 can be advantageous, for example, for the coating of connecting elements such as rivets and screws. If the phosphate layers are to be used as a pretreatment for a metal-rubber composite, it can be advantageous to form layer thicknesses with a layer weight in the range from 0.5 to 3 g / m 2 .
Die Phosphatschichten, die nach dem Stand der Technik für die Kaltumformung eingesetzt werden, weisen typischerweise Kantenlängen der Phosphatkristalle in der Größenordnung um 200 μm auf. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dagegen entschieden kleinere Phosphatkristalle ausgebildet. Wenn die Phosphatschichten jedoch feinkristallin (mittlere Kantenlänge der Phosphatkristalle etwa im Bereich von 2 bis 25 μm) und möglichst auch im visuellen Eindruck von näherungsweise gleicher Kristallgröße und von etwa gleichmäßiger Schichtdicke sein sollen, kann es empfehlenswert sein, Schichtdicken mit einem Schichtgewicht im Bereich von 1 ,5 bis 12 g/m2 auszubilden. Insbesondere für Dickschichten kann es vorteilhaft oder sogar notwendig sein, vor dem Phosphatieren keine Aktivierungsschicht auszubilden, um Schichtdicken von mehr als 7,5 g/m2, insbesondere von mehr als 10 g/m2 einzustellen. Die dicken Phosphatschichten werden jedoch in den meisten Fällen eher mittel- oder grobkristallin sein, wobei oft mittlere Kantenlängen im Bereich von 25 bis 300 μm ausgebildet werden - ermittelt über die Kantenlänge der Phosphatkristalle von rasterelektronischen Aufnahmen schräg oder senkrecht auf die phosphatierte Oberfläche. Die Schichtdicken bzw. ihre Schichtgewichte sind jedoch auch abhängig von dem gewählten metallischen Substrat. Erstaunlicherweise ließen sich selbst Phosphatschichten mit niedrigem Schichtgewicht sehr gut und mit sehr geringen Reibkräften beim Kaltfließpressen umformen, insbesondere, wenn die mittlere Kantenlänge der Phosphatkristalle weniger als 10 μm betrug. Soweit bisher beobachtet, wird offensichtlich immer eine sogenannte schichtbildende Phosphatierung durchgeführt.The phosphate layers which are used for the cold forming according to the prior art typically have edge lengths of the phosphate crystals in the Order of magnitude around 200 μm. In contrast, in the method according to the invention, decidedly smaller phosphate crystals are formed. However, if the phosphate layers are to be finely crystalline (average edge length of the phosphate crystals approximately in the range from 2 to 25 μm) and, if possible, also with a visual impression of approximately the same crystal size and approximately uniform layer thickness, it may be advisable to apply layer thicknesses with a layer weight in the range of 1 To train 5 to 12 g / m 2 . For thick layers in particular, it may be advantageous or even necessary not to form an activation layer before phosphating in order to set layer thicknesses of more than 7.5 g / m 2 , in particular more than 10 g / m 2 . In most cases, however, the thick phosphate layers will be rather medium or coarse-crystalline, whereby average edge lengths in the range from 25 to 300 μm are often formed - determined using the edge length of the phosphate crystals from scanning electronic images at an angle or perpendicular to the phosphated surface. However, the layer thicknesses or their layer weights are also dependent on the metallic substrate selected. Surprisingly, even phosphate layers with a low layer weight could be formed very well and with very low frictional forces during cold extrusion, especially if the average edge length of the phosphate crystals was less than 10 μm. So far, so-called layer-forming phosphating is obviously always carried out.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Phosphatschicht ausgebildet werden, die eine mittlere Kantenlänge der Phosphatkristalle von weniger als 20 μm oder sogar von weniger als 10 μm aufweist und oft gleichzeitig eine Schichtdicke mit einem Schichtgewicht im Bereich 1 ,5 bis 18 g/m2, insbesondere im Bereich von 2 bis 15 g/m2, zeigt.In the method according to the invention, a phosphate layer can be formed which has an average edge length of the phosphate crystals of less than 20 μm or even less than 10 μm and often at the same time a layer thickness with a layer weight in the range 1.5 to 18 g / m 2 , in particular in the range of 2 to 15 g / m 2 .
Die Aufgabe wird auch gelöst mit einem Verfahren zum Beschichten von Oberflächen metallischer Gegenstände mit einer Phosphatierungslösung, bei dem das Verhältnis von Beizabtrag an der metallischen Oberfläche gemessen in g/m2 zum Schichtgewicht der Phosphatschicht gemessen in g/m2 bei Werten unter 75 % liegt, insbesondere unter 72 %, vorzugsweise unter 68 %, besonders bevorzugt unter 65 %, ganz besonders bevorzugt unter 62 % oder unter 58 %. - 10 -The object is also achieved with a method for coating surfaces of metallic objects with a phosphating solution, in which the ratio of pickling removal on the metallic surface measured in g / m 2 to the layer weight of the phosphate layer measured in g / m 2 is below 75% , in particular below 72%, preferably below 68%, particularly preferably below 65%, very particularly preferably below 62% or below 58%. - 10 -
Die Phosphatschicht kann als Haftvermittler dienen z.B. für Seife, gleitfähige Polymere oder andere Gleitmittel bzw. entsprechende Gemische, die nachträglich auf die Phosphatschicht aufgebracht werden und eine Gleitmittelschicht ergeben, insbesondere bei Drähten, Rohren, Ronden, Scheiben, Stäben bzw. sonstigen Formkörpern zum Kaltumformen. In etlichen Fällen kann die Reibung allein mit einer einzigen Gleitmittelschicht nicht ausreichend für die Kaltumformung verringert werden, so dass dann noch mindestens eine weitere Gleitmittelschicht aufgebracht wird. Die Phosphatschicht kann z.B. auf Schrauben zum Verschrauben aufgebracht werden, damit der Reibungskoeffizient beim Einschrauben verringert ist, insbesondere beim automatischen Einschrauben, damit der Schraubautomat entsprechend dem Drehmoment eingestellt werden kann, das meistens weder zu hoch, noch zu niedrig sein darf. Bei den Schrauben sind es vorwiegend hochbelastbare Schrauben.The phosphate layer can serve as an adhesion promoter e.g. for soap, lubricious polymers or other lubricants or corresponding mixtures that are subsequently applied to the phosphate layer and result in a lubricant layer, in particular for wires, tubes, round blanks, disks, rods or other shaped bodies for cold forming. In many cases, the friction alone cannot be reduced sufficiently for cold forming with a single lubricant layer, so that at least one further lubricant layer is then applied. The phosphate layer can e.g. be applied to screws for screwing, so that the coefficient of friction when screwing in is reduced, especially when screwing in automatically, so that the automatic screwdriver can be adjusted according to the torque, which in most cases must not be too high or too low. The screws are mainly heavy-duty screws.
Die Phosphatschicht kann auf Oberflächen von metallischen Gegenständen wie z.B. Bolzen, Drähte, Rohren, Scheiben, Stäben oder vorgeformte metallische Körper, die ggf. auch eine komplexe Geometrie aufweisen können, aufgebracht werden. Die erfindungsgemäße Phosphatschicht ist für die Vorbeschichtung für einen Metall- Gummi-Verbund besonders geeignet, weil sie auch sehr dünn - beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 5 μm - aufgebracht werden kann und weil sie besonders haftfest ausgeführt werden kann.The phosphate layer can be on surfaces of metallic objects such as e.g. Bolts, wires, pipes, washers, rods or preformed metallic bodies, which may also have a complex geometry, can be applied. The phosphate layer according to the invention is particularly suitable for precoating for a metal-rubber composite because it can also be applied very thinly - for example in the range from 0.1 to 5 μm - and because it can be designed to be particularly adhesive.
Als Werkstoffe, die an der Oberfläche derartiger Gegenstände beschichtet werden, können grundsätzlich alle metallischen Materialien eingesetzt werden, insbesondere Eisen-reiche Legierungen wie z.B. Stähle, verzinkter Stahl und andere Zink-haltige Oberflächen.In principle, all metallic materials can be used as materials that are coated on the surface of such objects, in particular iron-rich alloys such as Steels, galvanized steel and other zinc-containing surfaces.
Vor dem Phosphatieren können die metallischen Oberflächen, insbesondere je nach Art und Grad der Verschmutzung, alkalisch oder/und sauer gereinigt oder/und sauer gebeizt werden. Dazwischen oder/und danach kann sich mindestens ein Spülschritt mit Wasser anbieten. Alternativ oder zusätzlich können die metallischen Oberflächen vor dem Phosphatieren gegebenenfalls mindestens einmal vorbeschichtet werden, beispielsweise mit einer Aktivierungslösung oder/und mit einer chemisch anders als _Before phosphating, the metallic surfaces, in particular depending on the type and degree of soiling, can be cleaned alkaline and / or acidic and / or acid-pickled. In between and / or afterwards there can be at least one rinsing step with water. Alternatively or additionally, the metallic surfaces can optionally be precoated at least once before phosphating, for example with an activation solution and / or with a chemically different _
die nachfolgende Phosphatierung zusammengesetzten Vorbehandlungszusammensetzung.the subsequent phosphating composite pretreatment composition.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Werkstoff der metallischen Oberfläche von Formkörpern für die Kaltumformung vor der Beschichtung mit der erfindungsgemäßen Phosphatzusammensetzung gut beizbar ist und gebeizt wird, insbesondere mit verdünnten Mineralsäuren oder spezifischen Säure-reichen Gemischen. Alternativ können die zu beschichtenden metallischen Oberflächen nur wenig, fast nicht oder gar nicht verschmutzt sein, so dass die Beizwirkung der Phosphatierungslösung allein für die restliche Reinigung der Oberfläche ausreicht.It is advantageous here if the material of the metallic surface of moldings for cold forming can be readily pickled and pickled before coating with the phosphate composition according to the invention, in particular with dilute mineral acids or specific acid-rich mixtures. Alternatively, the metallic surfaces to be coated can be contaminated only slightly, almost not at all, or not at all, so that the pickling action of the phosphating solution is sufficient only for the remaining cleaning of the surface.
Die Beizwirkung des Phosphatierbads sollte in vielen Fällen eher nicht sehr stark sein, um die Menge an Schlamm, der im Phosphatierbad entsteht, zu begrenzen.In many cases, the pickling effect of the phosphating bath should rather not be very strong in order to limit the amount of sludge that is produced in the phosphating bath.
In vielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die metallischen Oberflächen vor dem Phosphatieren aktiviert werden, z. B. mit einer Titan-haltigen Aktivierung oder einer Aktivierung auf Basis von Pyrophosphat. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es jedoch üblicherweise nicht erforderlich, eine Aktivierung auszuführen. Durch die Aktivierung gelingt es in der Regel, ein noch feineres Phosphatkorn einzustellen. Vorteilhafterweise wird ohne oder mit vorheriger Aktivierung eine durchschnittliche Kantenlänge der Phosphatkristalle von weniger als 30 μm erzeugt, insbesondere von weniger als 20 μm, besonders bevorzugt von weniger als 10 μm, von weniger als 5 μm oder sogar von weniger als 2,5 μm. Phosphatkristalle mit einer durchschnittlichen Kantenlänge kleiner 2,5 μm wurden mit einer Phosphatierungslösung mit 0,2 bis 0,8 g/L Nitroguanidin-Gehalt nach vorheriger Aktivierung erreicht.In many cases it is advantageous if the metallic surfaces are activated before phosphating, e.g. B. with a titanium-containing activation or an activation based on pyrophosphate. In the method according to the invention, however, it is usually not necessary to carry out an activation. Activation usually makes it possible to set an even finer grain of phosphate. An average edge length of the phosphate crystals of less than 30 μm, in particular less than 20 μm, particularly preferably less than 10 μm, less than 5 μm or even less than 2.5 μm, is advantageously produced without or with prior activation. Phosphate crystals with an average edge length of less than 2.5 μm were achieved with a phosphating solution with 0.2 to 0.8 g / L nitroguanidine content after prior activation.
Die erfindungsgemäße Beschichtung dient insbesondere zur Vorbereitung der Kaltumformung, indem vor dem Aufbringen einer Gleitmittel enthalten Schicht wie z.B. einer Zusammensetzung auf Basis von Metal Istearat(en) die erfindungsgemäße Beschichtung aufgebracht wird. Die Beschichtung zum Phosphatieren kann grundsätzlich auch verwendet werden, um einen Korrosionsschutz oder/und eine Haftvermittlung zu erzielen, also insbesondere als Behandlung oder als Vorbehandlung z. B. vor einer anschließenden Lackierung. Sie kann auch als Vorbehandlung für einen Metall-Gummi-Verbund dienen oder zum Einstellen von Reibungskoeffizienten bei Verbindungselementen zur Verwendung dieser Verbindungselemente wie z.B. Schrauben zum Verschrauben.The coating according to the invention is used in particular to prepare for cold forming, in that the coating according to the invention is applied before applying a layer containing a lubricant, such as a composition based on metal istearate (s). The coating for phosphating can in principle also be used in order to achieve corrosion protection and / or adhesion promotion, in particular as a treatment or as a pretreatment for. B. before a subsequent painting. It can also serve as a pretreatment for a metal-rubber composite or for adjusting Friction coefficients in connection elements for using these connection elements, such as screws for screwing.
Der erfindungsgemäß beschichtete metallische Gegenstand kann verwendet werden bei der Kaltumformung, für einen Metall-Gummi-Verbund, als Verbindungselement mit eingestellten Reibungskoeffizienten oder als Element im Bauwesen, im Fahrzeugbau, im Apparatebau oder im Maschinenbau.The metallic object coated according to the invention can be used in cold forming, for a metal-rubber composite, as a connecting element with adjusted friction coefficients or as an element in construction, in vehicle construction, in apparatus construction or in mechanical engineering.
Die Aufgabe wird auch gelöst mit einer wässerigen Phosphatierungslösung, die als Konzentrat, als Badlösung oder/und als Ergänzungslösung dient und dieThe object is also achieved with an aqueous phosphating solution which serves as a concentrate, as a bath solution and / or as a supplementary solution and which
8 bis 100 g/L Phosphat berechnet als P04, 0,5 bis 60 g/L Zinkionen,8 to 100 g / L phosphate calculated as P0 4 , 0.5 to 60 g / L zinc ions,
0 bis 10 g/L Manganionen,0 to 10 g / L manganese ions,
0 bis 16 g/L Kalziumionen,0 to 16 g / L calcium ions,
0 bis 10 g/L Magnesiumionen, wobei zumindest 0,1 g/L an Kalzium- oder/und Magnesiumionen vorhanden sind,0 to 10 g / L magnesium ions, at least 0.1 g / L of calcium and / or magnesium ions being present,
0,05 bis 10 g/L Nitroguanidin,0.05 to 10 g / L nitroguanidine,
0 bis 2 g/L Nitrat,0 to 2 g / L nitrate,
0,1 bis 10 g/L insgesamt an Chlorat- oder/und Peroxidionen, insgesamt 0 bis 16 g/L Komplexfluorid (MeF4 und MeF6) von Me = B, Si, Ti, Hf oder/und Zr und0.1 to 10 g / L total of chlorate and / or peroxide ions, total 0 to 16 g / L complex fluoride (MeF 4 and MeF 6 ) of Me = B, Si, Ti, Hf or / and Zr and
0 bis 5 g/L Fluoridionen, wobei der Gesamtgehalt an Komplexfluorid und Fluoridionen im Bereich von 0,1 bis 18 g/L liegt, enthält.0 to 5 g / L of fluoride ions, the total content of complex fluoride and fluoride ions being in the range of 0.1 to 18 g / L.
Als Bad- oder/und als Ergänzungslösung enthält sie vorzugsweise auch Nitroguanidin, wobei es jedoch bevorzugt sein kann, dass Nitroguanidin separat zum Konzentrat, zur Bad- oder/und zur Ergänzungslösung zugesetzt wird. Es kann vorteilhaft sein, alle Bestandteile des Bades unter Umständen mit Ausnahme von Nitroguanidin oder/und Peroxid in der wässerigen Phosphatierungslösung, die als Konzentrat oder als Ergänzungslösung dient, zuzugeben. Falls Nitroguanidin oder/und Peroxid in der wässerigen Phosphatierungslösung enthalten sind, liegt ihr Gehalt vorzugsweise bei jeweils mindestens 0,1 g/L, besonders bevorzugt bei jeweils mindestens 0,2 g/L. Eine Ergänzungslösung kann alternativ insbesondere Chlorat, Peroxid oder/und Zink enthalten. Das Konzentrat wird vorzugsweise um einen Faktor 2 bis 20 mit Wasser verdünnt, um die Badlösung herzustellen.As bath or / and as a supplementary solution, it preferably also contains nitroguanidine, although it may be preferred that nitroguanidine is added separately to the concentrate, to the bath or / and to the supplementary solution. It may be advantageous to add all the components of the bath with the exception of nitroguanidine and / or peroxide in the aqueous phosphating solution, which serves as a concentrate or as a supplementary solution. If nitroguanidine or / and peroxide are contained in the aqueous phosphating solution, their content is preferably at least 0.1 g / L, particularly preferably at least 0.2 g / L each. Alternatively, a supplemental solution can contain chlorate, peroxide and / or zinc in particular. The concentrate is preferably diluted by a factor of 2 to 20 with water to prepare the bath solution.
Es war überraschend, dass durch den Zusatz von Nitroguanidin eine äußerst feinkörnige Phosphatschicht eingestellt werden konnte. Es war darüber hinaus überraschend, dass das Verhältnis von Beizabtrag an der metallischen Oberfläche zum Schichtgewicht der Phosphatschicht auf Werte bis zu etwa 47 % verringert werden konnte, die sonst in der Größenordnung von etwa 80 % oder sogar von etwa 110 % lagen und einen entsprechend höheren Verbrauch an Phosphatlösung bedingen. Hierdurch konnte der Verbrauch um einen Faktor bis zu etwa 3 verringert werden. Es war weiterhin überraschend, dass durch den Zusatz von Nitroguanidin in Gegenwart von Erdalkaliionen teilweise ein deutlich besser handhabbarer Schlamm gebildet wurde. Der Zusatz von Nitroguanidin hat dabei überraschenderweise die teilweise auftretenden negativen Wirkungen des Chlorids, gegebenenfalls den Beizangriff zu erhöhen und damit den Schlammanteil und den Verbrauch zu erhöhen, aufgehoben. Überraschenderweise konnte die Menge des ausgebildeten Schlamms auf werte von 10 bis 50 Gew.-% von anderen Phosphatierverfahren nach dem Stand der Technik, die für die Kaltumformung eingesetzt werden, gesenkt werden. Es war außerdem überraschend, dass es gelang, durch den Zusatz von Nitroguanidin einen breiten Arbeitsbereich für stabile Phosphatierungsbedingungen einzustellen. Es war ferner überraschend, dass es durch die Vorschaltung einer Aktivierung teilweise möglich war, zielstrebig bestimmte Schichtgewichte der Phosphatschicht einzustellen.It was surprising that the addition of nitroguanidine made it possible to create an extremely fine-grained phosphate layer. It was also surprising that the ratio of pickling removal on the metallic surface to the layer weight of the phosphate layer could be reduced to values of up to approximately 47%, which would otherwise be of the order of approximately 80% or even approximately 110% and a correspondingly higher one Condition consumption of phosphate solution. As a result, the consumption could be reduced by a factor of up to about 3. It was also surprising that the addition of nitroguanidine in the presence of alkaline earth ions sometimes produced a sludge that was much easier to handle. The addition of nitroguanidine has surprisingly eliminated the negative effects of the chloride that sometimes occur, possibly increasing the pickling attack and thus increasing the sludge content and consumption. Surprisingly, the amount of sludge formed could be reduced to values of 10 to 50% by weight of other phosphating processes according to the prior art which are used for cold forming. It was also surprising that the addition of nitroguanidine made it possible to set a wide working range for stable phosphating conditions. It was also surprising that the activation upstream made it possible in some cases to set specific layer weights of the phosphate layer.
Es scheint hier das erste Mal gelungen zu sein, eine Phosphatierung gefunden zu haben, die nur mit geringen oder sogar gar keinen Zusätzen an Nitrat oder/und Nitrit technisch besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann und gleichzeitig sehr kleine Phosphatkristalle ermöglicht. Schließlich scheint es das erste Mal gelungen zu sein, eine Phosphatierung vorzuschlagen, die erstmalig bei der Ausbildung von geschlossenen Phosphatschichten eine nur geringe Menge an gefälltem Schlamm ermöglicht.It seems to be the first time that phosphating has been found that can only be used in a technically particularly advantageous manner with little or no addition of nitrate and / or nitrite and at the same time enables very small phosphate crystals. Finally, it seems that for the first time it has been possible to propose phosphating which, for the first time, allows only a small amount of precipitated sludge to form when phosphate layers are closed.
Beispiele und Vergleichsbeispiele:Examples and comparative examples:
Die im folgenden beschriebenen Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung beispielhaft näher erläutern, ohne ihn einzuschränken.The examples described below are intended to explain the subject matter of the invention in more detail by way of example, without restricting it.
In einer ersten Versuchsserie wurden Stahlbleche aus kaltgewalztem Stahl (CRS), Schweißrohre aus Stahl und Butzen aus kohlenstoffhaltigem Stahl von 90 bis 120 HB 2,5/187,5 Brinell-Härte stark-alkalisch gereinigt, mit kaltem Wasser gespült, mit einem Titan-haltigen Aktivierungsmittel aktiviert und danach im Phosphatierbad bei 70 °C beschichtet. Das Nitrat- und Nitrit-freie Phosphatierbad wurde mit folgender Ausgangszusammensetzung angesetzt auf der Basis von Wasser:In a first test series, steel sheets made of cold-rolled steel (CRS), welding tubes made of steel and slugs made of carbon-containing steel from 90 to 120 HB 2.5 / 187.5 Brinell hardness were cleaned strongly alkaline, rinsed with cold water, with a titanium activated activating agent activated and then coated in a phosphating bath at 70 ° C. The nitrate- and nitrite-free phosphating bath was prepared with the following starting composition based on water:
20,0 g/L Phosphat berechnet als PO4, 3,5 g/L Zinkionen, 0,3 g/L Kalziumionen,20.0 g / L phosphate calculated as PO 4 , 3.5 g / L zinc ions, 0.3 g / L calcium ions,
0,6 g/L Magnesiumionen, 0,3 g/L Natriumionen, 0 - 4,0 g/L Nitroguanidin, 1 ,0 g/L Chlorationen, 0,9 g/L Chloridionen und0.6 g / L magnesium ions, 0.3 g / L sodium ions, 0 - 4.0 g / L nitroguanidine, 1.0 g / L chlorine ions, 0.9 g / L chloride ions and
0,5 g/L Fluoroborat.0.5 g / L fluoroborate.
Es wurde keine andere N-Verbindung außer Nitroguanidin zugesetzt. Das Bad war sofort einsatzbereit.No N compound other than nitroguanidine was added. The bathroom was immediately ready for use.
In einer ersten Versuchsserie wurde der Einfluß des Nitroguanidin-Gehalts des Phosphatierbades mit der oben genannten Ausgangszusammensetzung auf das Badverhalten und die Eigenschaften der Beschichtung ermittelt.In a first test series, the influence of the nitroguanidine content of the phosphating bath with the above-mentioned starting composition on the bath behavior and the properties of the coating was determined.
Tabelle 1 : Eigenschaften des Bades und der Phosphatschicht in Abhängigkeit vom Nitroguanidin-Zusatz bei CRS-Stahlblechen bzw. Rohren und Butzen Beispiel VB O B 1 B 2 B 3 B 4 B 5Table 1: Properties of the bath and the phosphate layer depending on the addition of nitroguanidine in CRS steel sheets or pipes and slugs Example VB OB 1 B 2 B 3 B 4 B 5
Nitroguanidin-Zusatz, g/L 0 0,3 0,5 1 2 4Nitroguanidine additive, g / L 0 0.3 0.5 1 2 4
Beizabtrag, g/m2 4,7 3,5 2,7 2,4 2,0 2,0Pickling removal, g / m 2 4.7 3.5 2.7 2.4 2.0 2.0
Verbrauch der Phospha- ca. 20 n.b. n.b. A n.b. n.b. tierlösung %, » AConsumption of phospha- approx. 20 n.b. n.d. A n.b. n.d. animal solution%, »A
Schlammvolumen, mL/L 250 n.b. n.b. 70 n.b. n.b.Sludge volume, mL / L 250 n.b. n.d. 70 n.a. n.d.
Schlammqualität hart mittelhart weich weich weich weichSludge quality hard medium hard soft soft soft soft
Schichtgewicht, g/m2 9,0 6,8 4,7 3,8 2,8 2,7Layer weight, g / m 2 9.0 6.8 4.7 3.8 2.8 2.7
Beizabtrag : Schicht52,2 51 ,5 57,5 63,2 71,4 74,1 gewicht in % mittlere Kristallgröße, μm ca. 60 ca. 20 ca. 2 ca. 3,5 ca. 3,5 ca. 5Pickling removal: layer 52.2 51, 5 57.5 63.2 71.4 74.1 weight in% average crystal size, μm approx. 60 approx. 20 approx. 2 approx. 3.5 approx. 3.5 approx. 5
Umformverhalten nach schlecht gut sehr gut sehr gut sehr gut sehr gut Beschichtung mit Na- SeifeForming behavior after bad good very good very good very good very good Coating with Na soap
Das Schlammvolumen wurde bei einem Durchsatz von 30 Normaieinheiten NE (1 NE = 0,04 m2/L) beschichteter metallischer Oberfläche bestimmt. Der Schlamm setzte sich am Heizkörper insbesondere bei keinem oder sehr geringem Nitroguanidin- Gehalt besonders fest ab, war aber dennoch - unabhängig vom Nitroguanidin-Gehalt immer - gut abspülbar. Das Schichtgewicht wurde über das Ablösen der Schicht und Differenzwägung vorher und hinterher ermittelt. Die mittlere Kristallgröße wurde an rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen senkrecht zur Phosphatschicht abgeschätzt. Das Umformverhalten wurde an Rohren und Butzen geprüft. Hierzu wurden die umzuformenden phosphatierten Körper zusätzlich mit einer handelsüblichen Seife, wie sie zum Kaltumformen eingesetzt wird, in konventioneller Weise beschichtet. Ohne einen Zusatz an Nitroguanidin wurden die Phosphatkristalle der Phosphatschicht so groß, dass sich das Umformverhalten im Vergleich zu den erfindungsgemäßen Beispielen signifikant verschlechterte. Der Gehalt an gelöstem Fe2+ im Phosphatierbad, der zu Beginn des Arbeitens näherungsweise bei Null lag, stieg hierbei bei längerem Arbeiten auf werte von etwa 1 g/L.The sludge volume was determined with a throughput of 30 standard units NE (1 NE = 0.04 m 2 / L) coated metallic surface. The sludge settled particularly firmly on the radiator, especially when there was no or very little nitroguanidine content, but was still - regardless of the nitroguanidine content - easy to rinse off. The layer weight was determined before and after detaching the layer and differential weighing. The mean crystal size was estimated on scanning electron microscope images perpendicular to the phosphate layer. The forming behavior was checked on pipes and slugs. For this purpose, the phosphated bodies to be formed were additionally coated in a conventional manner with a commercially available soap, such as is used for cold forming. Without the addition of nitroguanidine, the phosphate crystals of the phosphate layer became so large that the shaping behavior deteriorated significantly in comparison to the examples according to the invention. The content of dissolved Fe 2+ in the phosphating bath, which was approximately zero at the beginning of the work, rose to about 1 g / L during longer work.
Ein derart gutes Phosphatierverhalten und derart gute Schichteigenschaften sind derSuch good phosphating behavior and such good layer properties are
Anmelderin bei Phosphatierverfahren nach dem Stand der Technik für die Kaltumformung nicht bekannt: Denn feinkristalline Phosphatschichten von weit weniger als 50 μm durchschnittlicher Phosphatkristall-Kantenlänge bei weniger als 75 % Beizabtrag vom Schichtgewicht gehören nach Kenntnis der Anmelderin nicht zum Stand der Technik, wo z.B. 100 bis 120 % Beizabtrag vom Schichtgewicht nach dem Stand der Technik bei Chlorat-Phosphatierverfahren üblich sind bzw. bei Nitrit- haltigen Phosphatierverfahren 75 bis 100 % Beizabtrag; das Schichtgewicht nach dem Stand der Technik liegt hierbei üblicherweise im Bereich von 4 bis 12 g/m2.Applicant for phosphating processes according to the state of the art for cold forming is not known: Because fine crystalline phosphate layers from far To the knowledge of the applicant, less than 50 μm average phosphate crystal edge length with less than 75% pickling removal from the layer weight do not belong to the prior art, where, for example, 100 to 120% pickling removal from the layer weight are common in the case of chlorate phosphating processes Nitrite-containing phosphating process 75 to 100% pickling removal; the layer weight according to the prior art is usually in the range from 4 to 12 g / m 2 .
In einer zweiten Versuchsserie wurde die Mindestphosphatierzeit für eine geschlossene Phosphatschicht ermittelt. Hierzu wurde ein Bad der Ausgangszusammensetzung mit 0,5 g/L bzw. 1 g/L Nitroguanidin bei 70 °C nach einer Titan-haltigen Aktivierung eingesetzt.The minimum phosphating time for a closed phosphate layer was determined in a second series of experiments. For this purpose, a bath of the starting composition with 0.5 g / L or 1 g / L nitroguanidine was used at 70 ° C. after activation containing titanium.
Tabelle 2: Ermittlung der Schichtgewichte je nach Phosphatierzeit und Nitroguanidin- Gehalt des Phosphatierbades auf Stahlblechen aus CRSTable 2: Determination of the layer weights depending on the phosphating time and nitroguanidine content of the phosphating bath on steel sheets made of CRS
Die Ausbildung der Schicht wurde an rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen überprüft. Die Phosphatschicht des Bades mit 0,5 bzw. 1 g/L Nitroguanidin war nach 5 Minuten geschlossen. Bei einem Phosphatierbad ohne einen Zusatz an Nitroguanidin ergaben sich nach 7 Minuten Phosphatierzeit erst nahezu geschlossene Schichten.The formation of the layer was checked on scanning electron micrographs. The phosphate layer of the bath with 0.5 or 1 g / L nitroguanidine was closed after 5 minutes. In the case of a phosphating bath without the addition of nitroguanidine, after 7 minutes of phosphating time, the layers were almost closed.
In einer dritten Versuchsserie wurde das Phosphatierverhalten eines Bades mit der oben genannten Ausgangszusammensetzung bei Walzdrähten aus Stahl mit einem Gehalt an 0,7 Gew.-% Kohlenstoff bestimmt. Die Drähte wurden stark-alkalisch gereinigt, in Wasser gespült, zur Entfernung von Rost in 15-prozentiger Salzsäure bei Raumtemperatur je nach Verrostungsgrad 5 bis 10 Minuten bis zur Freiheit von Rostbelägen gebeizt, in Wasser erneut gespült und mit einem Titan-haltigem Aktivierungsmittel vorbehandelt, bevor die Walzdrähte phosphatiert wurden. Tabelle 3: Eigenschaften des Bades und der Phosphatschicht in Abhängigkeit vom Nitroguanidin-Zusatz bei WalzdrähtenIn a third test series, the phosphating behavior of a bath with the above-mentioned starting composition was determined for wire rods made of steel containing 0.7% by weight of carbon. The wires were cleaned strongly alkaline, rinsed in water, pickled to remove rust in 15% hydrochloric acid at room temperature for 5 to 10 minutes depending on the degree of rusting until there were no rust deposits, rinsed in water again and pretreated with an activating agent containing titanium. before the wire rods were phosphated. Table 3: Properties of the bath and the phosphate layer depending on the addition of nitroguanidine to wire rod
Beispiel VB 10 B 11 B 12 B 13 B 14 B 15Example VB 10 B 11 B 12 B 13 B 14 B 15
Nitroguanidin-Zusatz, g/L 0 0,3 0,5 1 2 4Nitroguanidine additive, g / L 0 0.3 0.5 1 2 4
Beizabtrag, g/m2 4,2 4,0 3,9 3,9 2,7 2,8Pickling removal, g / m 2 4.2 4.0 3.9 3.9 2.7 2.8
Schichtgewicht, g/m2 6,4 6,3 6,9 6,8 4,8 4,4Layer weight, g / m 2 6.4 6.3 6.9 6.8 4.8 4.4
Beizabtrag : Schicht65,6 63,5 56,5 57,4 56,3 63,6 gewicht in %Pickling removal: shift 65.6 63.5 56.5 57.4 56.3 63.6 weight in%
Wegen des unterschiedlichen Rostgehaltes der Walzdrähte und wegen der unterschiedlichen Beizzeiten ergaben sich bei den Meßergebnissen stärkere Schwankungen. Aufgrund des erhöhten Beizabtrages bei dem Phosphatierbad ohne Nitroguanidin-Gehalt ist mit einem deutlich höheren Schlammvolumen zu rechnen als in Gegenwart von Nitroguanidin, da das Schlammvolumen proportional zum Beizabtrag ist. Auch bei dieser Versuchsserie ergibt sich ein deutlich besseres Verhalten der Nitroguanidin-haltigen Phosphatierbäder im Vergleich zum Nitroguanidin-freien Bad.Because of the different rust content of the wire rods and because of the different pickling times, there were greater fluctuations in the measurement results. Due to the increased pickling removal in the phosphating bath without nitroguanidine content, a significantly higher sludge volume is to be expected than in the presence of nitroguanidine, since the sludge volume is proportional to the pickling removal. In this series of experiments, too, the nitroguanidine-containing phosphating baths behave significantly better than the nitroguanidine-free bath.
In einer vierten und fünften Versuchsserie wurden Stahlbleche aus kaltgewalztem Stahl (CRS) stark-alkalisch gereinigt, mit kaltem Wasser gespült, mit einem Titan- haltigen Aktivierungsmittel aktiviert und danach im Phosphatierbad bei 70 °C beschichtet. Das Phosphatierbad A) bzw. B) wurde mit folgender Ausgangszusammensetzung angesetzt auf der Basis von Wasser:In a fourth and fifth series of tests, steel sheets made from cold-rolled steel (CRS) were cleaned in a strongly alkaline manner, rinsed with cold water, activated with an activating agent containing titanium and then coated in a phosphating bath at 70 ° C. The phosphating bath A) or B) was prepared with the following starting composition based on water:
A) 24,0 g/L Phosphat berechnet als PO ,A) 24.0 g / L phosphate calculated as PO,
6,0 g/L Zinkionen,6.0 g / L zinc ions,
0,2 g/L Nickelionen, 0 - 5 g/L Kalziumionen,0.2 g / L nickel ions, 0 - 5 g / L calcium ions,
0,1 g/L Magnesiumionen,0.1 g / L magnesium ions,
3,9 g/L Natriumionen,3.9 g / L sodium ions,
1 ,0 g/L Nitroguanidin,1.0 g / L nitroguanidine,
0,4 g/L Nitrationen, 0 g/L Nitritionen, 6,0 g/L Chlorationen, 0,4 - 9 g/L Chloridionen und 0,4 g/L Fluoroborat0.4 g / L nitrate ions, 0 g / L nitrate ions, 6.0 g / L chlorine ions, 0.4 - 9 g / L chloride ions and 0.4 g / L fluoroborate
bzw.respectively.
B) 20,0 g/L Phosphat berechnet als P04, 3,5 g/L Zinkionen, 0,3 g/L Kalziumionen, 0,6 g/L Magnesiumionen, 0,3 g/L Natriumionen, 1 ,0 g/L Nitroguanidin,B) 20.0 g / L phosphate calculated as P0 4 , 3.5 g / L zinc ions, 0.3 g / L calcium ions, 0.6 g / L magnesium ions, 0.3 g / L sodium ions, 1.0 g / L nitroguanidine,
0 g/L Nitrationen, 0 g/L Nitritionen, 1 - 11 g/L Chlorationen, 0,5 - 1 ,5 g/L Chloridionen und 0,5 g/L Fluoroborat.0 g / L nitrate ions, 0 g / L nitrate ions, 1 - 11 g / L chlorate ions, 0.5 - 1, 5 g / L chloride ions and 0.5 g / L fluoroborate.
Es wurde keine andere N-Verbindung außer Nitroguanidin bzw. bei A) auch Nitrat zugesetzt. Auch die Bäder A) und B) waren sofort einsatzbereit, was bei Phosphatierbädem nicht selbstverständlich ist.No N compound other than nitroguanidine or, in the case of A), nitrate was added. Baths A) and B) were also immediately ready for use, which is not a matter of course for phosphating baths.
Tabelle 4: Eigenschaften des Bades A) bzw. B) und der Phosphatschicht in Abhängigkeit vom Kalzium- bzw. Chlorat-ZusatzTable 4: Properties of bath A) or B) and the phosphate layer depending on the calcium or chlorate addition
Beispiel VB 16 B 17 B 18 VB 19 B 20 VB 21Example VB 16 B 17 B 18 VB 19 B 20 VB 21
Bad A) A) A) A) B) B)Bad A) A) A) A) B) B)
Kalzium-Gehalt, g/L 0 0 1 5 0,3 0,3Calcium content, g / L 0 0 1 5 0.3 0.3
Chlorat-Gehalt, g/L 6 6 6 6 1,5 11Chlorate content, g / L 6 6 6 6 1.5 11
Nitroguanidin-Gehalt, g/L 0 1 1 1 1 1Nitroguanidine content, g / L 0 1 1 1 1 1
Beizabtrag, g/m2 1,9 1,7 1 ,8 3,4 1,5 3,2Pickling removal, g / m 2 1.9 1.7 1, 8 3.4 1.5 3.2
Schichtgewicht, g/m2 4,0 3,0 2,9 2,7 3,2 2,6Layer weight, g / m 2 4.0 3.0 2.9 2.7 3.2 2.6
Beizabtrag Schicht47,5 56,7 62,0 126 46,9 123 gewicht in % _ _Pickling removal shift 47.5 56.7 62.0 126 46.9 123 weight in% _ _
Beim Phosphatierbad A) ergab sich im frischen Zustand des Kalzium-freien Bades, das anfangs nur 0,4 g/L Chlorid enthielt, zwar ein geringer Beizabtrag und ein vergleichsweise geringes Schichtgewicht, aber ohne Gehalt an Nitroguanidin zeigte sich ein voluminöser Schlamm und ein hoher Schlammanteil. Über die Zeit erhöhte sich der Chlorid-Gehalt aufgrund des hohen Chlorat-Zusatzes etwas. Auch Beizabtrag und Schichtgewicht wurden verringert. Durch den Zusatz an Nitroguanidin wurde das Schlammvolumen reduziert, das Phosphatierbad klarer und die durchschnittliche Kantenlänge der Phosphatkristalle etwas verringert. Durch den Zusatz von Nitroguanidin und Kalziumchlorid wurde der Chlorid-Gehalt deutlich erhöht, der Schlamm deutlich kompakter gefällt, somit das Schlammvolumen signifikant verringert und auch die durchschnittliche Kantenlänge der Phosphatkristalle auf deutlich unter 5 μm reduziert. Gleichzeitig erhöhte sich aber das Verhältnis von Beizabtrag zu Schichtgewicht zu sehr hohen Werten aufgrund des Zusatzes von Kalziumchlorid anstelle von Kalziumhydroxid, da der Chlorid- Gehalt hierbei gegenüber der Ausgangsbadzusammensetzung zu sehr erhöht wurde.With the phosphating bath A), in the fresh state of the calcium-free bath, which initially contained only 0.4 g / L of chloride, there was a small pickling removal and a comparatively low layer weight, but without a content of nitroguanidine, a voluminous sludge and a high one were found sludge content. Over time, the chloride content increased somewhat due to the high addition of chlorate. Pickling removal and layer weight were also reduced. The addition of nitroguanidine reduced the sludge volume, the phosphating bath was clearer and the average edge length of the phosphate crystals was somewhat reduced. The addition of nitroguanidine and calcium chloride significantly increased the chloride content, the sludge was precipitated more compactly, thus significantly reducing the sludge volume and also reducing the average edge length of the phosphate crystals to significantly less than 5 μm. At the same time, however, the ratio of pickling removal to layer weight increased to very high values due to the addition of calcium chloride instead of calcium hydroxide, since the chloride content was increased too much compared to the starting bath composition.
Auch beim Phosphatierbad B) ergab sich im frischen Zustand des Bades ein ungünstiges Verhältnis von Beizabtrag zu Schichtgewicht, weil der Chlorat-Gehalt zu hoch gewählt wurde. Das Phosphatierbad B) ließ sich jedoch bei einem Chlorat- Gehalt im Bereich von 0,2 bis 6 g/L gut und mit einem günstigen Verhältnis von Beizabtrag zu Schichtgewicht einsetzen. Hierbei genügte ein Chlorat-Gehalt im Bereich von 0,5 bis 2 g/L, da hiermit der im Bad gelöste Eisengehalt gut begrenzt werden konnte. Ein etwas höherer Chlorat-Gehalt störte nicht, war aber nicht erforderlich. Damit konnte dann auch der Chlorid-Gehalt des Bad entsprechend gering gehalten werden und ergab bei guter Aktivierung und bei einem Nitroguanidin-Gehalt im Bereich von 0,2 bis 1,8 g/L fast immer eine durchschnittliche Kantenlänge der Phosphatkristalle von unter 5 μm. Bei einem Chloratgehalt von 11 g/L war der Beizabtrag höher als das Schichtgewicht, und die Phosphatschichten waren blau irisierend und sehr dünn.In the case of the phosphating bath B), too, there was an unfavorable ratio of pickling removal to layer weight in the fresh state of the bath because the chlorate content was chosen too high. However, with a chlorate content in the range from 0.2 to 6 g / L, the phosphating bath B) could be used well and with a favorable ratio of pickling removal to layer weight. A chlorate content in the range of 0.5 to 2 g / L was sufficient, since this was able to limit the iron content dissolved in the bath. A slightly higher chlorate content did not interfere, but was not necessary. The chloride content of the bath could then be kept correspondingly low and, with good activation and a nitroguanidine content in the range from 0.2 to 1.8 g / L, almost always resulted in an average edge length of the phosphate crystals of less than 5 μm. With a chlorate content of 11 g / L, the pickling removal was higher than the layer weight, and the phosphate layers were iridescent blue and very thin.
Bei einer sechsten Versuchsserie wurden Stahlbleche aus kaltgewalztem Stahl (CRS) stark-alkalisch gereinigt, mit kaltem Wasser gespült, mit einem Titan-haltigenIn a sixth series of tests, steel sheets made from cold-rolled steel (CRS) were cleaned in a strongly alkaline manner, rinsed with cold water, with a titanium-containing one
Aktivierungsmittel aktiviert und danach im Phosphatierbad bei 60 bis 70 °C durch Tauchen über 5 bis 10 Minuten beschichtet. Das Phosphatierbad wurde mit folgender Ausgangszusammensetzung angesetzt auf der Basis von Wasser:Activating agent activated and then in the phosphating bath at 60 to 70 ° C. Dip coated over 5 to 10 minutes. The phosphating bath was prepared with the following starting composition based on water:
20,0 g/L Phosphat berechnet als P04, 4,0 g/L Zinkionen, 0 g/L Manganionen,20.0 g / L phosphate calculated as P0 4 , 4.0 g / L zinc ions, 0 g / L manganese ions,
0 g/L Nickelionen, 0,3 g/L Kalziumionen, 0,6 g/L Magnesiumionen, 1 ,6 g/L Natriumionen, 0 - 1 g/L Nitroguanidin,0 g / L nickel ions, 0.3 g / L calcium ions, 0.6 g / L magnesium ions, 1.6 g / L sodium ions, 0 - 1 g / L nitroguanidine,
0 g/L Nitrationen, 0 g/L Nitritionen, 0,5 - 1 g/L Chlorationen, 0,1 - 2 g/L Chloridionen, 0,8 g/L Fluoroborat und0 g / L nitrate ions, 0 g / L nitrate ions, 0.5 - 1 g / L chlorate ions, 0.1 - 2 g / L chloride ions, 0.8 g / L fluoroborate and
0,2 g/L Fluoridionen.0.2 g / L fluoride ions.
Es wurde keine andere N-Verbindung außer Nitroguanidin zugesetzt. Das Bad war sofort einsatzbereit. Ohne einen Nitroguanidin-Gehalt ergaben sich bei einem Schichtgewicht von 8 bis 10 g/m2 Phosphatschichten mit einer durchschnittlichen Kantenlänge der Phosphatkristalle von mehr als 50 μm. Allein durch den Zusatz von 0,3 bis 1 g/L Nitroguanidin konnten dagegen bei einem Schichtgewicht, das im Bereich von 2 bis 15 g/m2 variiert wurde, Phosphatschichten mit einer durchschnittlichen Kantenlänge der Phosphatkristalle im Bereich von 2 bis 10 μm eingestellt werden. Über zwei bis drei Tage im Durchsatz betrug das Schlammvolumen 50 bis 100 mg/L.No N compound other than nitroguanidine was added. The bathroom was immediately ready for use. Without a nitroguanidine content, a layer weight of 8 to 10 g / m 2 resulted in phosphate layers with an average edge length of the phosphate crystals of more than 50 μm. On the other hand, the addition of 0.3 to 1 g / L nitroguanidine alone made it possible to set phosphate layers with an average edge length of the phosphate crystals in the range from 2 to 10 μm with a layer weight that was varied in the range from 2 to 15 g / m 2 , The sludge volume was 50 to 100 mg / L over a period of two to three days.
Somit zeigte sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft, wirtschaftlich und technisch sehr gut einsetzbar ist. Die Verfahrensführung war einfach. It was thus found that the process according to the invention can be used particularly advantageously, economically and technically very well. The procedure was simple.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Beschichten von Oberflächen metallischer Gegenstände, insbesondere als Vorbehandlung zum Kaltumformen oder als Vorbehandlung für einen Metall-Gummi-Verbund oder zum Einstellen von Reibungskoeffizienten bei Verbindungselementen zur Verwendung dieser1. A method for coating surfaces of metallic objects, in particular as a pretreatment for cold forming or as a pretreatment for a metal-rubber composite or for setting friction coefficients in connection elements for use thereof
Verbindungselemente wie z.B. Schrauben zum Verschrauben, dadurch gekennzeichnet, dass die ggf. bereits vorbeschichteten metallischen Gegenstände mit einer wässerigen, sauren, Phosphat enthaltenden Zusammensetzung beschichtet werden, die 8 bis 50 g/L Phosphat berechnet als P04,Fastening elements such as screws for screwing, characterized in that the possibly already pre-coated metallic objects are coated with an aqueous, acidic, phosphate-containing composition which calculates 8 to 50 g / L phosphate as P0 4 ,
0,5 bis 30 g/L Zinkionen, 0 bis 5 g/L Manganionen, 0 bis 8 g/L Kalziumionen, 0 bis 5 g/L Magnesiumionen, wobei zumindest 0,1 g/L an Kalzium- oder/und Magnesiumionen vorhanden sind, 0, 1 bis 5 g/L Nitroguanidin,0.5 to 30 g / L zinc ions, 0 to 5 g / L manganese ions, 0 to 8 g / L calcium ions, 0 to 5 g / L magnesium ions, with at least 0.1 g / L of calcium and / or magnesium ions present are 0.1 to 5 g / L nitroguanidine,
0,1 bis 10 g/L insgesamt an Chlorat- oder/und Peroxidionen, insgesamt 0 bis 16 g/L Komplexfluorid (MeF4 oder/und MeF6) von Me = B, Si, Ti, Hf oder/und Zr und0.1 to 10 g / L total of chlorate and / or peroxide ions, total 0 to 16 g / L complex fluoride (MeF 4 or / and MeF 6 ) of Me = B, Si, Ti, Hf or / and Zr and
0 bis 5 g/L Fluoridionen, wobei der Gesamtgehalt an Komplexfluorid und Fluoridionen im Bereich von 0,1 bis 18 g/L liegt, enthält.0 to 5 g / L of fluoride ions, the total content of complex fluoride and fluoride ions being in the range of 0.1 to 18 g / L.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung nicht mehr als 1 g/L Nitrat enthält oder weitgehend oder gänzlich frei von Nitrat ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the composition contains no more than 1 g / L nitrate or is largely or entirely free of nitrate.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung nicht mehr als 0,5 g/L Nitrit enthält oder weitgehend oder gänzlich frei von Nitrit ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the composition contains no more than 0.5 g / L nitrite or is largely or entirely free of nitrite.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Komplexfluorid oder/und Fluoridionen zu Magnesiumionen vorzugsweise in einem Verhältnis von (MeF , MeF6 oder/und F") : Mg im Bereich von 0,1 : 1 bis 10 : 1 enthält.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the composition complex fluoride and / or fluoride ions to magnesium ions preferably in a ratio of (MeF, MeF 6 or / and F " ): Mg in the range of 0.1: 1 to 10 : 1 contains.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Komplexfluorid oder/und Fluoridionen zu Kalziumionen vorzugsweise in einem Verhältnis von (MeF , MeF6 oder/und F") : Ca im Bereich von 0,1 : 1 bis 10 : 1 enthält.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the composition of complex fluoride and / or fluoride ions to calcium ions preferably in a ratio of (MeF, MeF 6 or / and F " ): Ca in the range from 0.1: 1 to 10 : 1 contains.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Nickelionen enthält im Bereich bis 2 g/L.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the composition contains nickel ions in the range up to 2 g / L.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Chloridionen enthält im Bereich bis 5 g/L.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the composition contains chloride ions in the range up to 5 g / L.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Sulfationen enthält im Bereich bis 2 g/L.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the composition contains sulfate ions in the range up to 2 g / L.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Fluoroborat enthält, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 5 g/L BF4, besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 3 g/L.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the composition contains fluoroborate, in particular in the range from 0.1 to 5 g / L BF 4 , particularly preferably in the range from 0.2 to 3 g / L.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der Zusammensetzung im Bereich von 0,1 bis 4 gehalten wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the pH of the composition is kept in the range from 0.1 to 4.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Zusammensetzung eine Phosphatschicht ausgebildet wird, die eine Schichtdicke im Bereich von 0,02 bis 15 μm oder/und ein Schichtgewicht im Bereich von 0,5 bis 25 g/m2 aufweist.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a phosphate layer is formed with the composition, which has a layer thickness in the range of 0.02 to 15 microns or / and a layer weight in the range of 0.5 to 25 g / m 2 having.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Zusammensetzung eine Phosphatschicht ausgebildet wird, die eine mittlere Kantenlänge der Phosphatkristalle von weniger als 20 μm oder sogar von weniger als 10 μm aufweist und gleichzeitig eine Schichtdicke mit einem Schichtgewicht im Bereich 1 ,5 bis 18 g/m2, insbesondere im Bereich von 2 bis 15 g/m2, aufweist.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a phosphate layer is formed with the composition, which has an average edge length of the phosphate crystals of less than 20 microns or even less than 10 microns and at the same time with a layer thickness has a layer weight in the range from 1.5 to 18 g / m 2 , in particular in the range from 2 to 15 g / m 2 .
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ausbildung der Phosphatschicht mindestens eine Gleitmittel enthaltende Schicht aufgebracht wird.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that after the formation of the phosphate layer at least one layer containing lubricant is applied.
14. Verfahren zum Beschichten von Oberflächen metallischer Gegenstände mit einer Phosphatierungslösung, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Beizabtrag an der metallischen Oberfläche gemessen in g/m2 zum Schichtgewicht der Phosphatschicht gemessen in g/m2 bei Werten unter 75 % liegt.14. A method for coating surfaces of metallic objects with a phosphating solution, characterized in that the ratio of pickling removal on the metallic surface measured in g / m 2 to the layer weight of the phosphate layer measured in g / m 2 is below 75%.
15. Wässerige Phosphatierungslösung, die als Konzentrat, als Bad- oder/und als Ergänzungslösung dient und die15. Aqueous phosphating solution which serves as a concentrate, as a bath or / and as a supplementary solution and which
8 bis 100 g/L Phosphat berechnet als P04, 0,5 bis 60 g/L Zinkionen, 0 bis 10 g/L Manganionen,8 to 100 g / L phosphate calculated as P0 4 , 0.5 to 60 g / L zinc ions, 0 to 10 g / L manganese ions,
0 bis 16 g/L Kalziumionen, 0 bis 10 g/L Magnesiumionen, wobei zumindest 0,1 g/L an Kalzium- oder/und Magnesiumionen vorhanden sind, 0,05 bis 10 g/L Nitroguanidin,0 to 16 g / L calcium ions, 0 to 10 g / L magnesium ions, at least 0.1 g / L of calcium and / or magnesium ions being present, 0.05 to 10 g / L nitroguanidine,
0 bis 2 g/L Nitrat,0 to 2 g / L nitrate,
0,1 bis 10 g/L insgesamt an Chlorat- oder/und Peroxidionen, insgesamt 0 bis 16 g/L Komplexfluorid (MeF4 oder/und MeF6) von Me = B, Si, Ti, Hf oder/und Zr und 0 bis 5 g/L Fluoridionen, wobei der Gesamtgehalt an Komplexfluorid und Fluoridionen im Bereich von 0,1 bis 18 g/L liegt, enthält. _ _0.1 to 10 g / L total of chlorate and / or peroxide ions, total 0 to 16 g / L complex fluoride (MeF 4 or / and MeF 6 ) of Me = B, Si, Ti, Hf or / and Zr and 0 up to 5 g / L of fluoride ions, the total content of complex fluoride and fluoride ions being in the range from 0.1 to 18 g / L. _ _
16. Verwendung eines metallischen Gegenstandes beschichtet mit einer16. Use a metallic object coated with a
Zusammensetzung entsprechend einem der vorstehenden Ansprüche bei derComposition according to one of the preceding claims in the
Kaltumformung, für einen Metall-Gummi-Verbund, als Verbindungselemente mit eingestellten Reibungskoeffizienten oder als Element im Bauwesen, im Fahrzeugbau, im Apparatebau oder im Maschinenbau. Cold forming, for a metal-rubber composite, as connecting elements with adjusted friction coefficients or as an element in construction, in vehicle construction, in apparatus construction or in mechanical engineering.
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