EP2588646A1 - Verfahren zur selektiven phosphatierung einer verbundmetallkonstruktion - Google Patents
Verfahren zur selektiven phosphatierung einer verbundmetallkonstruktionInfo
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Definitions
- the present invention relates to the anti-corrosive treatment of
- Composite metal constructions containing metallic surfaces of aluminum, zinc and optionally iron in a multi-stage process containing metallic surfaces of aluminum, zinc and optionally iron in a multi-stage process.
- the process of the present invention allows selective zinc phosphating of the zinc and iron surfaces of the composite metal structure without depositing significant amounts of zinc phosphate on the aluminum surfaces. In this way stands the
- the present invention also relates to a
- compositions for corrosion-protective treatment of the body shell Therefore, there is a need for improved pretreatment methods of complex components such as automobile bodies, in addition to parts
- Aluminum include those made of steel and optionally galvanized steel. As a result of the entire pretreatment on all metal surfaces occurring a
- Conversion or a passivation layer are generated, which is a corrosion-protective paint base, especially in front of a cathodic
- Electrocoating is suitable.
- German laid-open specification DE 19735314 proposes a two-stage process in which initially a selective phosphating of the steel and galvanized steel surfaces of a likewise aluminum surfaces having body and then treatment of the body with a Passivitationsown for
- the prior art discloses other two-stage pretreatment methods which also conceptually follow the deposition of a crystalline phosphate layer on the steel and optionally zinc-plated and alloy-galvanized steel surfaces in the first step and the passivation of the aluminum surfaces in a further subsequent step. These methods are disclosed in WO 99/12661 and WO 02/066702. In principle, the processes disclosed therein are carried out in such a way that, in a first step, selective phosphating of the steel or zinc-coated steel
- Phosphate crystals are formed.
- the selective phosphating of the steel and galvanized steel surfaces is achieved by a temperature-dependent limitation of the proportion of free fluoride ions in the phosphating solutions, the free acid contents are set in a range of 0 to 2.5 points.
- a method for selectively phosphating steel and galvanized steel surfaces of a composite structure comprising aluminum parts is disclosed.
- This publication teaches phosphating solutions containing water - soluble inorganic compounds of the elements zirconium and titanium, the presence of which phosphating the
- phosphate crystal nests By phosphate crystal nests the skilled person understands the isolated and localized deposition of phosphate crystals on metal surfaces (here: aluminum surfaces). Such "crystal nests" are from a subsequent paint primer
- speckling one skilled in the phosphating art understands the phenomenon of local deposition of amorphous white zinc phosphate in an otherwise crystalline phosphate layer on the treated zinc surfaces or on the treated galvanized or alloy galvanized steel surfaces.
- the speckling is caused by a locally increased pickling rate of the substrate.
- Such point defects in the phosphating can be the starting point for the corrosive softening of subsequently applied organic coating systems, so that the occurrence of specks in practice is largely to be avoided.
- This object described above is achieved by a method for the chemical pretreatment of a composite metal structure which contains at least one part of aluminum and at least one part of zinc and possibly another part of iron, the (I) in a first step, the treatment of the composite metal structure with a zinc phosphating solution comprising, on the parts of zinc and iron, the formation of a surface-covering crystalline zinc phosphate layer
- Coating weight in the range 0.5 to 5 g / m 2 causes, but none
- (II) in a second step comprises applying an acidic treatment solution having a pH in the range of 3.5 to 5.5 to the composite metal structure, wherein the acidic treatment solution on the parts of zinc and iron is not more than 50 replaces% of the crystalline zinc phosphate but forms a passivating conversion layer on the aluminum parts which does not constitute a surface-covering crystalline phosphate layer having a coating weight of at least 0.5 g / m 2 ,
- step (I) has a temperature in the range of 20 to 65 ° C and contains an amount of free fluoride (measured in g / l) which is at least 0.005 g / l but not larger than the quotient of the number 8 and the solution temperature in ° C (8 / T),
- the score of the free acid in the zinc phosphating solution is at least 0.4 points, but does not exceed 3.0 points.
- the material aluminum also means its alloys.
- the material zinc also comprises galvanized steel and alloy-galvanized steel, while the inclusion of iron also includes iron alloys, in particular steel. Alloys of the aforementioned materials have a Fremdatomanteil of less than 50 atomic%.
- Zinc phosphate layer is allowed to form, so there is no closed and sealed crystalline layer is formed. This condition is at least satisfied when the basis weight of zinc phosphate deposited on the aluminum parts is less than 0.5 g / m 2 .
- aluminum parts are understood as meaning sheets and components made of aluminum and / or alloys of aluminum.
- the coating of zinc phosphate is used for all surfaces of the
- Composite metal construction determined by means of gravimetric differential weighing on test plates of the individual metallic materials of the respective composite metal construction.
- steel sheets are brought into contact immediately after a step (I) for 15 minutes with an aqueous 5 wt .-% Cr0 3 solution at a temperature of 70 ° C and freed in this way from the zinc phosphate layer.
- a corresponding test sheet is used immediately after a step (I) for
- Weight of the dry metal sheets after this respective treatment for weight of the same dry untreated metal sheet immediately before the step (I) corresponds to the coating of zinc phosphate according to this invention.
- step (II) not more than 50% of the crystalline zinc phosphate layer on the steel and galvanized and / or
- alloy-galvanized steel surfaces can also be determined by
- test sheets of the individual metallic materials of the respective Composite metal construction are understood.
- the test plates of steel, galvanized or alloy-galvanized steel phosphated according to step (I) of the process according to the invention are blown dry with compressed air after a rinsing step with deionized water and then weighed.
- the same test sheet is then brought into contact with the acidic treatment solution according to step (II) of the method according to the invention, then rinsed with deionized water, blown dry with compressed air and then weighed again.
- the zinc phosphating of the same test sheet is then completely removed with 5% by weight CrO 3 solution as described above and the dried test sheet is weighed once more. From the weighing differences of the test sheet is now the percentage loss
- Phosphate layer determined in step (II) of the method according to the invention is Phosphate layer determined in step (II) of the method according to the invention.
- step (I) of the method according to the invention The free acid of the zinc phosphating solution in points is determined in step (I) of the method according to the invention by adding 10 ml sample volume of the method
- the concentration of free fluoride in the zinc phosphating solution is in the
- inventive method determined by a potentiometric method.
- a sample volume of the zinc phosphating solution is taken and the activity of the free fluoride ions is determined with any commercial fluoride-selective potentiometric combination electrode after calibration of the combination electrode using fluoride-containing buffer solutions without pH buffering. Both the calibration of the combination electrode and the measurement of the free fluoride are carried out at a temperature of 20 ° C.
- layer formation is undesirable because of the substrate-specific coating properties of zinc phosphating and therefore not according to the invention.
- a certain minimum amount of free fluoride is necessary to ensure sufficient deposition kinetics for the zinc phosphate layer on the surfaces of iron and zinc of the composite metal structure, in particular because of the simultaneous Treatment of the aluminum surfaces of the composite metal structure aluminum cations enter the zinc phosphating, which in turn inhibit the zinc phosphating in uncomplexed form.
- water-soluble inorganic compounds containing silicon causes the suppression of speck formation on the zinc surfaces, for which purpose at least 0.025 g / l of these compounds must be present as SiF 6 in the phosphating bath, but only less than 1 g / l, preferably only less than 0 , 9 g / l may be included.
- the upper limit is on the one hand due to the economy of the process and on the other hand, that the process control is made much more difficult by such high concentrations of water-soluble inorganic compounds containing silicon, since the formation of phosphate crystal on the aluminum surfaces on an increase in the free acid content only
- crystal nests in turn can represent local surface defects, which are starting points for the corrosive delamination of the subsequently applied dip.
- crystal nests after the completion of the paint system require punctual elevations, which always have to be ground back for a customer-desired optically uniform coating of the composite metal construction, for example an automobile body.
- Water-soluble inorganic compounds containing silicon are fluorosilicates, more preferably H 2 SiF 6 , (NH 4 ) 2 SiF 6 , Li 2 SiF 6 , Na 2 SiF 6 and / or K 2 SiF 6 .
- the water-soluble fluorosilicates are also suitable as a source of free fluoride and therefore serve the complexation of trivalent aluminum cations introduced into the bath solution, so that the phosphating remains ensured on the surfaces of steel and galvanized and / or alloy-galvanized steel.
- step (I) of the method according to the invention When using fluorosilicates in phosphating in step (I) of the method according to the invention is of course always pay attention that the ion product of silicon in the form of water-soluble inorganic compounds and free fluoride in proportion to the score of the free acid according to claim 1 of the present invention does not exceed becomes.
- step (I) zinc phosphatizing solution having a free acid content of more than 0.6 points is preferred in step (I), more preferably of at least 1.0 points, but preferably not more than 2.5 points, particularly preferably not more than 2.0 points. Maintaining the preferred ranges for the free acid ensures on the one hand a sufficient deposition kinetics of
- Phosphate layer on the selected metal surfaces and on the other hand prevents unnecessary pickling of metal ions, which in turn intensive monitoring or processing of the phosphating to avoid the precipitation of sludge or disposal thereof in the continuous operation of the
- the total acid content in the phosphating solution in step (I) of the process according to the invention should be at least 10 points, preferably at least 15 points, but not more than 50 points, preferably not more than 25 points.
- the zinc phosphating solution in step (I) contains not more than 5 ppm, more preferably not more than 1 ppm in total of water-soluble compounds of zirconium and / or titanium, based on the elements zirconium and / or titanium , It is known from WO 2008/055726 that the presence of water-soluble compounds of zirconium and / or titanium , It is known from WO 2008/055726 that the presence of water-soluble
- mapping is understood by the person skilled in the art in the dip-coating of metallic components to be a blotchy optical
- Phosphate crystal nests prevent a homogeneous paint buildup and potentially promote the corrosive Lackenthaftung.
- Zinc phosphating in step (I) of the inventive method preferably not more than 5 ppm, more preferably not more than 1 ppm total of water-soluble compounds of zirconium and / or titanium based on the elements zirconium and / or titanium, and particularly preferably not water-soluble Contain compounds of zirconium and / or titanium.
- the zinc phosphating solution in step (I) of the process according to the invention preferably contains at least 0.3 g / l, more preferably at least 0.8 g / l, but preferably not more than 3 g / l, more preferably not more than 2 g / l zinc ions.
- the proportion of phosphate ions in the phosphating solution is preferably at least 5 g / l, but is preferably not greater than 50 g / l, more preferably not greater than 25 g / l.
- the zinc phosphating solution of the process according to the invention may additionally comprise at least one of the following accelerators:
- the formation of a homogeneous crystalline zinc phosphate layer on the steel surfaces as well as on the galvanized and / or alloy-galvanized steel surfaces is substantially facilitated by the accelerator, which reduces the formation of gaseous hydrogen on the metal surface.
- Corrosion protection and paint adhesion of the crystalline zinc phosphate layers produced with an aqueous composition according to the invention are, according to experience, improved if, in addition, one or more of the following cations is present: From 0.001 to 4 g / l of manganese (II),
- Aqueous conversion conversion compositions containing both manganese and nickel ions in addition to zinc ions are well known to those skilled in phosphating as trication phosphating solutions and are well suited to the present invention. Also, as in the phosphating usual share of up to 5 g / l, preferably up to 3 g / l nitrate facilitates the formation of a crystalline homogeneous and closed phosphate layer on the steel, galvanized and alloy-galvanized steel surfaces.
- the phosphating solutions in step (I) of the process according to the invention generally also contain sodium, potassium and / or ammonium ions, on the addition of the appropriate alkalis to adjust the free acidity in the
- step (II) of the method is carried out by the bringing into contact the
- Zinc phosphate layer on the steel surfaces, galvanized and / or alloy-galvanized steel surfaces during the contacting with the treatment solution to not more than 50%, preferably not more than 20%, particularly preferably not more than 10% dissolved.
- passivating inorganic or mixed inorganic-organic thin layers which are not closed crystalline phosphate layers are considered as the conversion layer on aluminum and therefore have a basis weight of less than 0.5 g / m 2 of phosphate layer determined by differential weighing after contacting the aluminum surfaces with 65% by weight nitric acid for 15 minutes at 25 ° C.
- Aluminum surfaces of the composite metal structure typically produced by chromium-free acid treatment solutions containing water-soluble compounds of the elements Zr, Ti, Hf, Si, V and Ce, preferably in a total amount of at least 10 ppm based on the respective elements. Particularly preferred is a
- the acidic treatment solution in step (II) comprises a total of 10 to 1500 ppm fluorocomplexes of zirconium and / or titanium based on the elements zirconium and / or titanium and optionally up to 100 ppm, optionally preferably at least 1 ppm copper ( ll) ions.
- the inventive method for corrosion-protective treatment of assembled from metallic materials composite metal structures, which at least partially also have aluminum surfaces, takes place after cleaning and activation of the metallic surfaces, first by bringing the
- step (I) Surfaces with the zinc phosphating solution of step (I), e.g. by spraying or dipping, at temperatures in the range of 20-65 ° C and for one on the
- step (I) of the method according to the invention is particularly suitable for such Phosphatieranlagen that operate on the principle of the dipping process, since the speckling in inventive method is suppressed.
- step (I) Immediately after the application of the Phosphatungslosung in step (I) is usually followed by a flushing with city water or demineralized water, wherein after working up of the enriched with components of the treatment solution
- Rinse a selective recycling of components of the Phosphatsammlungslosung in the phosphating according to step (I) of the method according to the invention can be made.
- the composite metal construction treated according to step (I) is reacted with the acidic treatment solution in step (II) Immerse or contacted by spraying the solution.
- the composite metal construction may be provided with a base coat, preferably with an organic dip coat, preferably without prior drying of the component treated according to the invention.
- Composite metal construction is used in automotive production in body construction, in shipbuilding, in the construction industry and for the production of white goods.
- the present invention relates to a
- Zinc phosphating solution (A) has a free acidity of at least 0.4 points but not more than 3 points and a pH in the range of 2.2 to 3.6, and
- the product (Si / mM) - (F / mM) is not larger than the concentration of silicon [Si in mM] in the form of water-soluble inorganic compounds and the concentration of free fluoride [F in mM] divided by the score of the free acid 5; preferably not greater than 4.5, more preferably not greater than 4.0.
- the zinc phosphating solution (A) according to the invention contains a total of not more than 5 ppm, particularly preferably not more than 1 ppm of water-soluble compounds of zirconium and / or titanium based on the elements zirconium and / or titanium and in particular no water-soluble compounds of zirconium and / or titanium.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrstufiges Verfahren zur korrosionsschützenden Behandlung von Verbundmetallkonstruktionen enthaltend metallische Oberflächen von Aluminium, Zink und ggf. Eisen, bei dem im ersten Schritt die selektive Zinkphosphatierung der Zink- und Eisenoberflächen unter Verwendung einer Phosphatierungslösung erfolgt, die wasserlösliche anorganische Verbindungen von Silizium in einer Menge hinreichend zur Unterdrückung der Stippenbildung auf den Zinkoberflächen enthält, jedoch diesbezüglich keine Menge überschritten wird, bei der die Zinkphosphatierung ihre Selektivität verliert. Im nachfolgenden zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Aluminiumoberflächen mit einer sauren Behandlungslösung passiviert. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Zinkphosphatierungslösung geeignet für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren enthaltend zumindest 0,025 g/l, aber weniger als 1 g/l an Silizium in Form wasserlöslicher anorganischer Verbindungen berechnet als SiF6, wobei das Produkt (Si/mM)-(F/mM) aus der Konzentration an Silizium [Si in mM] in Form wasserlöslicher anorganischer Verbindungen und der Konzentration an freiem Fluorid [F in mM] dividiert durch die Punktzahl der freien Säure nicht größer als 5 ist.
Description
„Verfahren zur selektiven Phosphatierung einer Verbundmetallkonstruktion"
Die vorliegende Erfindung betrifft die korrosionsschützende Behandlung von
Verbundmetallkonstruktionen enthaltend metallische Oberflächen von Aluminium, Zink und ggf. Eisen in einem mehrstufigen Verfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die selektive Zinkphosphatierung der Zink- und Eisenoberflächen der Verbundmetallkonstruktion, ohne dass signifikante Mengen an Zinkphosphat auf den Aluminiumoberflächen abgeschieden werden. Auf diese Weise steht die
Aluminiumoberfläche in einem nachfolgenden Verfahrensschritt für die Passivierung mit konventionellen sauren Behandlungslösungen zur Verfügung, die eine homogene, vor Korrosion schützende dünne Umwandlungsschicht generieren. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird zum einen die Ausbildung von Phosphatkristallnestern auf den
Aluminiumoberflächen und zum anderen die Stippenbildung auf Zinkoberflächen unterbunden. Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung auch eine
Zinkphosphatierungslösung enthaltend wasserlösliche anorganische Verbindungen von Silizium in einer Menge hinreichend zur Unterdrückung der Stippenbildung, die jedoch keine Werte überschreitet, für die die Zinkphosphatierung ihre Selektivität für die Zink- und Eisenoberflächen der Verbundmetallkonstruktion verliert.
Auf dem für die vorliegende Erfindung besonders relevanten Gebiet der automobilen Fertigung werden im zunehmenden Maße verschiedene metallische Werkstoffe eingesetzt und in Verbundstrukturen zusammengefügt. Im Karosseriebau werden dabei nach wie vor überwiegend verschiedenste Stähle wegen ihrer spezifischen
Materialeigenschaften verwendet, aber auch zunehmend Leichtmetalle wie Aluminium, die für eine erhebliche Gewichtsreduzierung der gesamten Karosserie besonders bedeutend sind. Um dieser Entwicklung Rechnung zu tragen, gilt es, neue Konzepte für den Karosserieschutz zu entwickeln oder bestehende Verfahren und
Zusammensetzungen zur korrosionsschützenden Behandlung der Rohkarosserie weiter zu entwickeln. Daher besteht ein Bedarf nach verbesserten Vorbehandlungsverfahren komplexer Bauteile wie beispielsweise Automobilkarosserien, die neben Teilen aus
Aluminium solche aus Stahl und gegebenenfalls verzinktem Stahl enthalten. Als Ergebnis der gesamten Vorbehandlung soll auf allen auftretenden Metalloberflächen eine
Konversionsschicht oder eine Passivierungsschicht erzeugt werden, die sich als korrosionsschützende Lackgrundlage, insbesondere vor einer kathodischen
Elektrotauchlackierung, eignet.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 19735314 schlägt ein zweistufiges Verfahren vor, in dem zunächst eine selektive Phosphatierung der Stahl- und verzinkten Stahloberflächen einer ebenfalls Aluminiumoberflächen aufweisenden Karosserie erfolgt und anschließend eine Behandlung der Karosserie mit einer Passivierungslösung zur
korrosionsschützenden Behandlung der Aluminiumteile der Karosserie. Gemäß der dort offenbarten Lehre wird die selektive Phosphatierung dadurch erreicht, dass die
Beizwirkung der Phosphatierungslösung herabgesetzt wird. Hierfür lehrt die DE 19735314 Phosphatierungslösungen mit einem Gehalt an freiem Fluorid von weniger als 100 ppm, wobei die Quelle des freien Fluorids ausschließlich von wasserlöslichen komplexen Fluoriden, insbesondere von Hexafluorosilikaten in einer Konzentration von 1-6 g/l gebildet wird.
Im Stand der Technik sind andere zweistufige Vorbehandlungsverfahren bekannt, die ebenfalls als Konzept die Abscheidung einer kristallinen Phosphatschicht auf den Stahl- und gegebenenfalls verzinkten und legierungsverzinkten Stahloberflächen im ersten Schritt und die Passivierung der Aluminiumoberflächen in einem weiteren nachfolgenden Schritt verfolgen. Diese Verfahren sind in den Schriften WO 99/12661 und WO 02/066702 offenbart. Grundsätzlich werden die dort offenbarten Verfahren so durchgeführt, dass in einem ersten Schritt eine selektive Phosphatierung der Stahl- oder verzinkten
Stahloberflächen erfolgt, die auch bei der Nachpassivierung in einem zweiten
Verfahrenschritt erhalten bleibt, während auf den Aluminiumoberflächen keine
Phosphatkristalle gebildet werden. Die selektive Phosphatierung der Stahl- und verzinkten Stahloberflächen gelingt durch eine temperaturabhängige Begrenzung des Anteils an freien Fluorid-Ionen in den Phosphatierungslösungen, deren freie Säuregehalte in einem Bereich von 0 bis 2,5 Punkten eingestellt sind.
In der internationalen Anmeldung WO 2008/055726 ist ein zumindest einstufiges
Verfahren zur selektiven Phosphatierung von Stahl- und verzinkten Stahloberflächen einer Verbundkonstruktion, die Aluminiumteile umfasst, offenbart. Diese Veröffentlichungsschrift
lehrt Phosphatierungslösungen enthaltend wasserlösliche anorganische Verbindungen der Elemente Zirkonium und Titan, deren Anwesenheit die Phosphatierung der
Aluminiumoberflächen erfolgreich unterbindet.
Ausgehend von diesem Stand der Technik gilt es die selektive Phosphatierung von Stahl und verzinktem Stahl bei der korrosionsschützenden Behandlung von in Mischbauweise zusammengesetzten metallischen Bauteilen, die Aluminiumoberflächen aufweisen, dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine Verbesserung der Verfahrensökonomie während der Phosphatierung durch eine gezielte Kontrolle der die Selektivität steuernden Badparameter erzielt wird. Hierzu gehört hinsichtlich der Qualität des
korrosionsschützenden Behandlung von Verbundmetallkonstruktionen insbesondere die Vermeidung der Entstehung von Phosphatkristallnestern auf den Aluminiumoberflächen und die Vermeidung der Entstehung von Stippen auf den verzinkten Stahloberflächen.
Unter Phosphatkristallnestern versteht der Fachmann die vereinzelte und lokal begrenzte Abscheidung von Phosphatkristallen auf Metalloberflächen (hier: Aluminiumoberflächen). Derartige„Kristallnester" werden von einer nachfolgenden Lackgrundierung
eingeschlossen und stellen Inhomogenitäten in der Beschichtung dar, die sowohl den gleichmäßigen optischen Eindruck der lackierten Oberflächen stören als auch punktuelle Lackschädigungen hervorrufen können.
Unter Stippenbildung versteht der Fachmann in der Phosphatierung das Phänomen der lokalen Abscheidung von amorphem, weißem Zinkphosphat in einer ansonsten kristallinen Phosphatschicht auf den behandelten Zinkoberflächen bzw. auf den behandelten verzinkten oder legierungsverzinkten Stahloberflächen. Die Stippenbildung wird dabei hervorgerufen durch eine lokal erhöhte Beizrate des Substrats. Derartige Punktdefekte in der Phosphatierung können Ausgangspunkt für die korrosive Enthärtung nachträglich aufgebrachter organischer Lacksysteme sein, so dass das Auftreten von Stippen in der Praxis weitgehend zu vermeiden ist.
Diese zuvor beschriebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur chemischen Vorbehandlung einer Verbundmetallkonstruktion gelöst, die mindestens ein Teil aus Aluminium sowie mindestens ein Teil aus Zink sowie ggf. ein weiteres Teil aus Eisen enthält, das
(I) in einem ersten Schritt die Behandlung der Verbundmetallkonstruktion mit einer Zinkphosphatierungslösung, die auf den Teilen aus Zink und Eisen die Bildung einer oberflächendeckenden kristallinen Zinkphosphatschicht mit einem
Beschichtungsgewicht im Bereich 0,5 bis 5 g/m2 bewirkt, jedoch keine
Zinkphosphatschicht mit einem Beschichtungsgewicht von zumindest 0,5 g/m2 auf den Aluminiumteilen erzeugt,
und anschließend - mit oder ohne dazwischenliegendem Wasserspülgang -
(II) in einem zweiten Schritt die Aufbringung einer sauren Behandlungslösung, die einen pH-Wert im Bereich von 3,5 bis 5,5 aufweist, auf die Verbundmetallkonstruktion umfasst, wobei die saure Behandlungslösung auf den Teilen aus Zink und Eisen nicht mehr als 50% des kristallinen Zinkphosphats ablöst, jedoch eine passivierende Umwandlungsschicht auf den Aluminiumteilen bildet, die keine oberflächendeckende kristalline Phosphatschicht mit einem Schichtgewicht von zumindest 0,5 g/m2 darstellt,
wobei die Zinkphosphatierungslösung im Schritt (I) eine Temperatur im Bereich von 20 bis 65 °C aufweist und eine Menge freier Fluoride (gemessen in g/l) enthält, die zumindest 0,005 g/l beträgt, aber nicht größer als der Quotient aus der Zahl 8 und der Lösungstemperatur in °C (8/T) ist,
wobei in der Zinkphosphatierungslösung zumindest 0,025 g/l, aber weniger als 1 g/l an Silizium in Form wasserlöslicher anorganischer Verbindungen berechnet als SiF6 enthalten sind und das Produkt (Si/mM)-(F/mM) aus der Konzentration an Silizium [Si in mM] in Form wasserlöslicher anorganischer Verbindungen und der Konzentration an freiem Fluorid [F in mM] dividiert durch die Punktzahl der freien Säure nicht größer als 5 ist,
wobei die Punktzahl der freien Säure in der Zinkphosphatierungslösung zumindest 0,4 Punkte beträgt, aber einen Wert von 3,0 Punkten nicht überschreitet.
Erfindungsgemäß werden unter dem Material Aluminium auch seine Legierungen verstanden. Gleichzeitig umfasst das Material Zink erfindungsgemäß auch verzinkten Stahl und legierungsverzinkten Stahl, während durch die Nennung von Eisen auch Eisenlegierungen, insbesondere Stahl, mit eingeschlossen sind. Legierungen der vorgenannten Materialien weisen einen Fremdatomanteil von weniger als 50 Atom-% auf.
Die Forderung, dass sich auf den Aluminiumteilen im Behandlungsschritt (I) keine
Zinkphosphatschicht bilden darf, ist so zu verstehen, dass dort keine geschlossene und
versiegelte kristalline Schicht entsteht. Diese Bedingung ist zumindest dann erfüllt, wenn die flächenbezogene Masse von auf den Aluminiumteilen abgeschiedenem Zinkphosphat weniger als 0,5 g/m2 beträgt. Unter Aluminiumteilen werden im Kontext der vorliegenden Erfindung Bleche und Bauteile aus Aluminium und/oder Legierungen von Aluminium verstanden.
Die Ausbildung einer geschlossenen und kristallinen Zinkphosphatschicht auf den Stahl-, verzinkten und/oder legierungsverzinkten Stahloberflächen ist hingegen unbedingt erforderlich und kennzeichnend für das erfindungsgemäße Verfahren. Hierfür werden auf diesen Oberflächen der Verbundmetallkonstruktion im Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens Zinkphosphatschichten mit einem flächenbezogenen Beschichtungsgewicht von vorzugsweise zumindest 1 ,0 g/m2, besonders bevorzugt von zumindest 2,0 g/m2, aber vorzugsweise nicht mehr als 4,0 g/m2 abgeschieden.
Die Schichtauflage an Zinkphosphat wird für alle Oberflächen der
Verbundmetallkonstruktion mit Hilfe gravimetrischer Differenzwägung auf Testblechen der einzelnen metallischen Materialien der jeweiligen Verbundmetallkonstruktion bestimmt. Dabei werden Stahlbleche unmittelbar nach einem Schritt (I) für 15 Minuten mit einer wässrigen 5 Gew.-%igen Cr03 Lösung bei einer Temperatur von 70 °C in Kontakt gebracht und auf diese Weise von der Zinkphosphatschicht befreit. Analog wird zur Bestimmung der Zinkphosphatschichtauflage auf verzinkten oder legierungsverzinkten Stahlblechen ein entsprechendes Testblech unmittelbar nach einem Schritt (I) für
5 Minuten mit einer wässrigen 5 Gew.-%igen Cr03 Lösung bei einer Temperatur von 25 °C in Kontakt gebracht und auf diese Weise von der Zinkphosphatschicht befreit.
Aluminiumbleche hingegen werden unmittelbar nach einem Schritt (I) für 15 Minuten mit einer wässrigen 65 Gew.-%igen HN03 Lösung bei einer Temperatur von 25 °C in Kontakt gebracht und entsprechend von Zinkphosphat-Anteilen befreit. Die Differenz des
Gewichtes der trockenen Metallbleche nach dieser jeweiligen Behandlung zum Gewicht desselben trockenen unbehandelten Metallbleches unmittelbar vor dem Schritt (I) entspricht der Schichtauflage an Zinkphosphat gemäß dieser Erfindung.
Das erfindungsgemäße Erfordernis, dass im Schritt (II) nicht mehr als 50 % der kristallinen Zinkphosphatschicht auf den Stahl- und verzinkten und/oder
legierungsverzinkten Stahloberflächen aufgelöst wird, kann ebenfalls anhand von
Testblechen der einzelnen metallischen Materialien der jeweiligen
Verbundmetallkonstruktion nachvollzogen werden. Hierzu werden die gemäß Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens phosphatierten Testbleche von Stahl, verzinktem oder legierungsverzinktem Stahl nach einem Spülschritt mit entionisiertem Wasser mit Pressluft trocken geblasen und anschließend gewogen. Dasselbe Testblech wird nun gemäß Schritt (II) des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der sauren Behandlungslösung in Kontakt gebracht, danach mit entionisiertem Wasser gespült, mit Pressluft trocken geblasen und anschließend wiederum gewogen. Die Zinkphosphatierung desselben Testbleches wird sodann mit 5 Gew.-%iger Cr03 Lösung wie zuvor beschrieben vollständig entfernt und das getrocknete Testblech ein weiteres Mal gewogen. Aus den Wägungsdifferenzen des Testbleches wird nun der prozentuale Verlust an
Phosphatschicht im Schritt (II) des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt.
Die freie Säure der Zinkphosphatierungslösung in Punktenwird im Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt, indem 10 ml Probevolumen der
Phosphatierlösung auf 50 ml verdünnt und mit 0,1 N Natronlauge bis zu einem pH-Wert von 3,6 titriert werden. Der Verbrauch an ml Natronlauge gibt die Punktzahl freier Säure an.
Die Konzentration an freiem Fluorid in der Zinkphosphatierungslösung wird im
erfindungsgemäßen Verfahren mittels eines potentiometrischen Verfahrens bestimmt. Dabei wird ein Probevolumen der Zinkphosphatierungslösung entnommen und die Aktivität der freien Fluorid-Ionen mit einer beliebigen kommerziellen fluoridselektiven potentiometrischen Einstabmesskette nach Kalibrierung der Einstabmesskette mittels Fluorid-haltiger Pufferlösungen ohne pH-Pufferung bestimmt. Sowohl die Kalibrierung der Einstabmesskette als auch die Messung des freien Fluorids werden bei einer Temperatur von 20 °C vorgenommen.
Das Überschreiten der durch den Quotienten 8/T vorgegebenen erfindungsgemäßen freien Fluoridkonzentration in g/l verursacht die Abscheidung einer flächendeckenden kristallinen Zinkphosphatschicht auf den Aluminiumoberflächen. Eine solche
Schichtbildung ist aber aufgrund der substratspezifischen Beschichtungseigenschaften einer Zinkphosphatierung nicht gewünscht und daher nicht erfindungsgemäß. Eine bestimmte Mindestmenge an freiem Fluorid ist jedoch notwendig, um eine hinreichende Abscheidungskinetik für die Zinkphosphatschicht auf den Oberflächen von Eisen und Zink der Verbundmetallkonstruktion zu gewährleisten, da insbesondere durch die simultane
Behandlung der Aluminiumoberflächen der Verbundmetallkonstruktion Aluminium- Kationen in die Zinkphosphatierungslösung gelangen, die wiederum in unkomplexierter Form die Zinkphosphatierung inhibieren.
Der erfindungsgemäße Zusatz wasserlöslicher anorganischer Verbindungen enthaltend Silizium bewirkt die Unterbindung der Stippenbildung auf den Zinkoberflächen, wobei hierfür zumindest 0,025 g/l dieser Verbindungen berechnet als SiF6 im Phosphatierbad enthalten sein müssen, jedoch nur weniger als 1 g/l, vorzugsweise nur weniger als 0,9 g/lenthalten sein dürfen. Die Obergrenze ist einerseits durch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bedingt und andererseits dadurch, dass die Prozesskontrolle durch derart hohe Konzentrationen der wasserlöslichen anorganischen Verbindungen enthaltend Silizium deutlich erschwert wird, da die Ausbildung von Phosphatkristallnestern auf den Aluminiumoberflächen über eine Erhöhung des freien Säuregehaltes nur noch
unzureichend zurückgedrängt werden kann. Die Kristallnester wiederum können lokale Oberflächendefekte darstellen, die Ausgangspunkte für die korrosive Enthaftung des nachträglich aufgebrachten Tauchlackes sind. Zudem bedingen derartige Kristallnester nach abgeschlossenem Lackaufbau punktuelle Erhebungen, die für eine vom Kunden gewünschte optisch einheitliche Lackierung der Verbundmetallkonstruktion, bspw. einer Automobilkarosserie, stets zurück geschliffen werden müssen.
Überraschend wurde festgestellt, dass für eine wirkungsvolle Unterbindung der
Ausbildung einer kristallinen Zinkphosphatschicht und von Zinkphosphatkristallnestern auf den Aluminiumoberflächen das Verhältnis des lonenproduktes aus der Konzentration an Silizium in Form wasserlöslicher anorganischer Verbindungen und freiem Fluorid zur Punktzahl der freien Säure in der Phosphatierlösung als kritischer Parameter
entscheidend für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist. Wird dieser Quotient überschritten erfolgt bereits die Ausbildung zumindest einzelner
Zinkphosphatkristallnester auf den Aluminiumoberflächen. Bei weiterer Überschreitung dieses kritischen Parameters werden die Aluminiumoberflächen im erfindungsgemäßen Verfahren mit einer flächendeckenden kristallinen Zinkphosphatschicht überzogen. Beide Szenarien sind für eine erfolgreiche korrosionsschützende Vorbehandlung unbedingt zu vermeiden. Bevorzugt werden daher im Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens Zinkphosphatierungslösungen verwendet, deren Produkt (Si/mM)-(F/mM) aus der Konzentration an Silizium [Si in mM] in Form wasserlöslicher anorganischer Verbindungen und der Konzentration an freiem Fluorid [F in mM] dividiert durch die Punktzahl der freien
Säure den Wert 4,5, besonders bevorzugt den Wert 4,0 nicht überschreitet. Im jeden Fall aber genügt der erfindungsgemäße Anteil Silizium in Form wasserlöslicher anorganischer Verbindungen zur Verhinderung der Stippenbildung auf den erfindungsgemäß
behandelten Teilen aus Zink. Im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugte
wasserlösliche anorganische Verbindungen enthaltend Silizium sind Fluorosilikate, besonders bevorzugt H2SiF6, (NH4)2SiF6, Li2SiF6, Na2SiF6 und/oder K2SiF6. Die wasserlöslichen Fluorosilikate eignen sich zudem als Quelle für freies Fluorid und dienen daher der Komplexierung von in die Badlösung eingetragenen dreiwertigen Aluminium- Kationen, so dass die Phosphatierung auf den Oberflächen von Stahl sowie verzinktem und/oder legierungsverzinktem Stahl gewährleistet bleibt. Bei der Verwendung von Fluorosilikaten in Phosphatierungslösungen im Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist selbstverständlich stets darauf zu achten, dass das lonenprodukt aus Silizium in Form wasserlöslicher anorganischer Verbindungen und freiem Fluorid im Verhältnis zur Punktzahl der freien Säure gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung nicht überschritten wird.
Im erfindungsgemäßen Verfahren sind im Schritt (I) Zinkphosphatierungslosung mit einem freien Säuregehalt von mehr als 0,6 Punkten bevorzugt, besonders bevorzugt von mindestens 1 ,0 Punkten, aber vorzugsweise nicht mehr als 2,5 Punkten, besonders bevorzugt nicht mehr als 2,0 Punkten. Das Einhalten der bevorzugten Bereiche für die freie Säure gewährleistet zum einen eine hinreichende Abscheidungskinetik der
Phosphatschicht auf den ausgewählten Metalloberflächen und verhindert zum anderen einen unnötigen Beizabtrag von Metall-Ionen, der wiederum eine intensive Überwachung oder Aufarbeitung des Phosphatierungsbades zur Vermeidung der Ausfällung von Schlämmen oder zur Entsorgung derselben im kontinuierlichen Betrieb des
erfindungsgemäßen Verfahrens erfordert.
Des Weiteren sollte der Gesamtsäuregehalt in der Phosphatierlösung im Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest 10 Punkte, bevorzugt mindestens 15 Punkte, aber nicht mehr als 50 Punkte, bevorzugt nicht mehr als 25 Punkte betragen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die Zinkphosphatierungslosung im Schritt (I) insgesamt nicht mehr als 5 ppm, besonders bevorzugt insgesamt nicht mehr als 1 ppm an wasserlöslichen Verbindungen von Zirkon und/oder Titan bezogen auf die Elemente Zirkon- und/oder Titan.
Es ist aus der WO 2008/055726 bekannt, dass die Anwesenheit wasserlöslicher
Verbindungen dieser Elemente in einer Phosphatierstufe die Ausbildung von kristallinen Phosphatschichten auf Aluminiumoberflächen ebenfalls effektiv zu unterdrücken vermag. Allerdings hat sich gezeigt, dass in Anwesenheit wasserlöslicher Verbindungen von Zirkon und/oder Titan insbesondere bei Applikation der Phosphatierlösung im Spritzverfahren häufiger eine inhomogene amorphe Zirkon- und/oder Titan-basierte
Konversionsbeschichtung auf den Aluminiumteilen resultiert, die bei einer nachträglichen organischen Lackierung zum Auftreten von„Mapping" führt. Unter„Mapping" versteht der Fachmann in der Tauchlackierung metallischer Bauteile einen fleckigen optischen
Eindruck der Lackbeschichtung aufgrund einer inhomogenen Lackschichtdicke nach dem Einbrennen des Tauchlackes. Konsequenterweise wird daher insbesondere auf den Zusatz wasserlöslicher Verbindungen von Zirkon und/oder Titan in
Phosphatierungslösungen im erfindungsgemäßen Verfahren gänzlich verzichtet.
Zusätzlich ist es notwendig bei der Applikation von Phosphatierungslösungen, die wasserlösliche Verbindungen von Zirkon und/oder Titan enthalten, den freien Fluorid- Anteil im Phosphatierbad entsprechend zu erhöhen, um die Inhibierung der Ausbildung einer Phosphatschicht auf Eisen- bzw. Stahloberflächen des metallischen Bauteils zu vermeiden. Eine solche Erhöhung des freien Fluorid-Anteils begünstigt jedoch die
Ausbildung von Phosphatkristallnestern auf den Aluminiumteilen und erhöht gleichzeitig die Beizrate, so dass sich die erhöhte Schlammbildung nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens auswirkt. Die Anwesenheit der wasserlöslichen Zirkon- und/oder Titan- Verbindungen in einem erfindungsgemäßen Verfahren produziert daher entweder vergleichsweise geringere Schichtgewichte an Zinkphosphat auf Stahloberflächen oder aber Aluminiumoberflächen, auf denen lokale Defekte in Form von
Phosphatkristallnestern einen homogenen Lackaufbau verhindern und die korrosive Lackenthaftung potentiell fördern. Für ein optimales Phosphatierergebnis von
metallischen Bauteilen, die neben Aluminiumoberflächen auch Oberflächen von Stahl und verzinktem und/oder legierungsverzinktem Stahl aufweisen, sind daher
Zinkphosphatierungslösungen im Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, die nicht mehr als 5 ppm, besonders bevorzugt insgesamt nicht mehr als 1 ppm an wasserlöslichen Verbindungen von Zirkon und/oder Titan bezogen auf die Elemente Zirkon- und/oder Titan und insbesondere bevorzugt keine wasserlöslichen Verbindungen von Zirkon und/oder Titan enthalten.
Die Zinkphosphatierungslösung enthält im Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise zumindest 0,3 g/l, besonders bevorzugt zumindest 0,8 g/l, jedoch bevorzugt nicht mehr als 3 g/l, besonders bevorzugt nicht mehr als 2 g/l an Zink-Ionen. Der Anteil an Phosphat-Ionen in der Phosphatierungslösung beträgt dabei vorzugsweise zumindest 5 g/l, ist aber bevorzugt nicht größer als 50 g/l, besonders bevorzugt nicht größer als 25 g/l.
Die Zinkphosphatierungslösung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann neben den zuvor genannten Zink-Ionen und Phosphat-Ionen zusätzlich mindestens einen der folgenden Beschleuniger enthalten:
0,3 bis 4 g/l Chlorationen,
0,01 bis 0,2 g/l Nitritionen,
0,05 bis 4 g/l Nitroguanidin,
0,05 bis 4 g/l N-Methylmorpholin-N-oxid,
0,2 bis 2 g/l m-Nitrobenzolsulfonat-lonen,
0,05 bis2 g/l m-Nitrobenzoat-lonen,
0,05 bis2 g/l p-Nitrophenol,
1 bis 150 mg/l Wasserstoffperoxid in freier oder gebundener Form,
0, 1 bis 10 g/l Hydroxylamin in freier oder gebundener Form,
0, 1 bis 10 g/l reduzierende Zucker.
Derartige Beschleuniger sind im Stand der Technik als Komponenten von
Phosphatierbädern geläufig und erfüllen die Aufgabe von„Wasserstofffängern", indem diese den durch den Säureangriff auf die metallische Oberfläche entstehenden
Wasserstoff unmittelbar oxidieren und dabei selbst reduziert werden. Das Ausbilden einer homogenen kristallinen Zinkphosphatschicht auf den Stahloberflächen sowie auf den verzinkten und/oder legierungsverzinkten Stahloberflächen wird durch den Beschleuniger, der die Entstehung von gasförmigem Wasserstoff an der Metalloberfläche vermindert, wesentlich erleichtert.
Korrosionsschutz und Lackhaftung der mit einer erfindungsgemäßen wässrigen Zusammensetzung erzeugten kristallinen Zinkphosphatschichten werden erfahrungsgemäß verbessert, wenn zusätzlich eines oder mehrere der folgenden Kationen enthalten ist:
0,001 bis 4 g/l Mangan(ll),
0,001 bis 4 g/l Nickel(ll),
0,001 bis 4 g/l Cobalt(ll)
0,002 bis 0,2 g/l Kupfer(ll),
0,2 bis 2,5 g/l Magnesium(ll),
0,2 bis 2,5 g/l Calcium(ll),
0,01 bis0,5 g/l Eisen(ll),
0,2 bis 1 ,5 g/l Lithium(l),
0,02 bis 0,8 g/l Wolfram(VI).
Wässrige Zusammensetzungen zur Konversionsbehandlung, die neben Zink-Ionen sowohl Mangan als auch Nickel-Ionen enthalten, sind als Trikation- Phosphatierungslösungen dem Fachmann auf dem Gebiet der Phosphatierung bekannt und auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung gut geeignet. Auch ein wie bei der Phosphatierung üblicher Anteil von bis zu 5 g/l, vorzugsweise bis zu 3 g/l Nitrat erleichtert die Bildung einer kristallinen homogenen und geschlossenen Phosphatschicht auf den Stahl-, verzinkten und legierungsverzinkten Stahloberflächen.
Neben den vorgenannten Kationen, die in die Phosphatschicht eingebunden werden bzw. sich zumindest positiv auf das Kristallwachstum der Phosphatschicht auswirken, enthalten die Phosphatierungslösungen im Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Regel auch Natrium-, Kalium- und/oder Ammonium-Ionen, die über die Hinzugabe der entsprechenden Alkalien zur Einstellung des freien Säuregehalts in die
Phosphatierungslösung gelangen.
Im Schritt (II) des Verfahrens erfolgt durch das In-Kontakt-bringen der
Verbundmetallkonstruktion mit der sauren Behandlungslösung erfindungsgemäß die Ausbildung einer Umwandlungsschicht auf den Aluminiumoberflächen, wobei die
Zinkphosphatschicht auf den Stahloberflächen, verzinkten und/oder legierungsverzinkten Stahloberflächen während des In-Kontakt-bringens mit der Behandlungslösung zu nicht mehr als 50 %, vorzugsweise zu nicht mehr als 20 %, besonders bevorzugt zu nicht mehr als 10 % aufgelöst wird. Als Umwandlungsschicht auf Aluminium gelten im Rahmen der vorliegenden Erfindung passivierende anorganische oder gemischt anorganischorganische Dünnschichten, die keine geschlossenen kristallinen Phosphatschichten sind
und daher eine flächenbezogene Masse von weniger 0,5 g/m2 an Phosphatschicht bestimmt durch Differenzwägung nach In-Kontakt-bringen der Aluminiumoberflächen mit 65 Gew.-%iger Salpetersäure für 15 Minuten bei 25 °C aufweisen.
Während der pH-Wert der sauren Behandlungslösung im Bereich von 3,5 bis 5,5 im Wesentlichen bereits gewährleistet, dass nicht mehr als 50 % der Zinkphosphatschicht auf den Stahloberflächen, verzinkten und/oder legierungsverzinkten Stahloberflächen aufgelöst wird, werden die entsprechenden Umwandlungsschichten auf den
Aluminiumoberflächen der Verbundmetallkonstruktion typischerweise durch chromfreie saure Behandlungslösungen erzeugt, die wasserlösliche Verbindungen der Elemente Zr, Ti, Hf, Si, V und Ce enthalten, vorzugsweise in einer Menge von insgesamt zumindest 10 ppm bezogen auf die jeweiligen Elemente. Insbesondere bevorzugt ist ein
erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem die saure Behandlungslösung im Schritt (II) insgesamt 10 bis 1500 ppm Fluorokomplexe von Zirkon und/oder Titan bezogen auf die Elemente Zirkon und/oder Titan und ggf. bis zu 100 ppm, ggf. vorzugsweise mindestens 1 ppm Kupfer(ll)-lonen enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur korrosionsschützenden Behandlung von aus metallischen Werkstoffen zusammengefügten Verbundmetallkonstruktionen, die zumindest teilweise auch Aluminiumoberflächen aufweisen, erfolgt nach Reinigung und Aktivierung der metallischen Oberflächen zunächst durch in Kontakt bringen der
Oberflächen mit der Zinkphosphatierungslösung des Schritts (I), z.B. im Spritz- oder Tauchverfahren, bei Temperaturen im Bereich von 20-65°C und für ein auf die
Applikationsart abgestimmtes Zeitintervall. Erfahrungsgemäß ist die Stippenbildung auf den verzinkten und/oder legierungsverzinkten Stahloberflächen in konventionellen Tauchphosphatierverfahren besonders ausgeprägt, so dass die Phosphatierung im Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere auch für solche Phosphatieranlagen geeignet ist, die nach dem Prinzip des Tauchverfahrens arbeiten, da die Stippenbildung im erfindungsgemäßen Verfahren unterdrückt wird.
Unmittelbar nach der Applikation der Phosphatierungslosung im Schritt (I) schließt sich üblicherweise ein Spülvorgang mit Stadtwasser oder vollentsalztem Wasser an, wobei nach Aufarbeitung des mit Komponenten der Behandlungslösung angereicherten
Spülwassers eine selektive Rückführung von Komponenten der Phosphatierungslosung in das Phosphatierbad gemäß Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommen werden kann. Mit oder ohne diesen Spülschritt wird die gemäß Schritt (I) behandelte Verbundmetallkonstruktion im Schritt (II) mit der sauren Behandlungslösung durch
Eintauchen oder durch Aufspritzen der Lösung in Kontakt gebracht. In einem weiteren nachfolgenden Schritt kann die Verbundmetallkonstruktion mit einer Grundlackierung versehen werden, vorzugsweise mit einem organischen Tauchlack vorzugsweise ohne vorherige Trocknung des erfindungsgemäß behandelten Bauteils.
Die entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens vor Korrosion geschützte
Verbundmetallkonstruktion findet bei der automobilen Fertigung im Karosseriebau, im Schiffsbau, im Baugewerbe sowie für die Herstellung von Weißer Ware Verwendung.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine
Zinkphosphatierungslösung (A) zur selektiven Phosphatierung von Stahl-, verzinkten und/oder legierungsverzinkten Stahloberflächen in einer metallischen
Verbundkonstruktion umfassend ein Teil aus Aluminium, wobei die
Zinkphosphatierungslösung (A) einen freien Säuregehalt von zumindest 0,4 Punkten, aber nicht mehr als 3 Punkten und einem pH-Wert im Bereich von 2,2 bis 3,6 aufweist, und
(a) 5-50 g/IPhosphat-lonen,
(b) 0,3-3 g/l Zink(ll)-lonen,
(c) zumindest 10 ppm, aber nicht mehr als 100 ppm freie Fluorid Ionen, und
(d) zumindest 0,025 g/l, aber weniger als 1 ,0 g/l an Silizium in Form wasserlöslicher
anorganischer Verbindungen berechnet als SiF6 enthält,
wobei das Produkt (Si/mM)-(F/mM) aus der Konzentration an Silizium [Si in mM] in Form wasserlöslicher anorganischer Verbindungen und der Konzentration an freiem Fluorid [F in mM] dividiert durch die Punktzahl der freien Säure nicht größer als 5; vorzugsweise nicht größer als 4,5, besonders bevorzugt nicht größer als 4,0 ist.
In einer bevorzugten Variante enthält die erfindungsgemäß Zinkphosphatierungslösung (A) insgesamt nicht mehr als 5 ppm, besonders bevorzugt insgesamt nicht mehr als 1 ppm an wasserlöslichen Verbindungen von Zirkon und/oder Titan bezogen auf die Elemente Zirkon- und/oder Titan und insbesondere keine wasserlöslichen Verbindungen von Zirkon und/oder Titan.
Claims
1. Verfahren zur chemischen Vorbehandlung - vor der organischen Beschichtung - einer Verbundmetallkonstruktion, die mindestens ein Teil aus Aluminium sowie mindestens ein Teil aus Zink und ggf. ein Teil aus Eisen enthält, wobei dieses Verfahren
(I) in einem ersten Schritt die Behandlung der Verbundmetallkonstruktion mit einer Zinkphosphatierungslösung, die auf den Teilen aus Zink und Eisen die Bildung einer oberflächendeckenden kristallinen Zinkphosphatschicht mit einem
Beschichtungsgewicht im Bereich 0,5 bis 5 g/m2 bewirkt, jedoch keine
Zinkphosphatschicht mit einem Beschichtungsgewicht von zumindest 0,5 g/m2 auf den Aluminiumteilen erzeugt, und anschließend - mit oder ohne dazwischenliegendem Wasserspülgang -
(II) in einem zweiten Schritt die Aufbringung einer Behandlungslösung, die einen pH- Wert im Bereich von 3,5 bis 5,5 aufweist, auf die Verbundmetallkonstruktion umfasst, die auf den Teilen aus Zink und Eisen nicht mehr als 50% des im Schritt (I) abgeschiedenen kristallinen Zinkphosphats ablöst, jedoch eine Umwandlungsschicht auf den Aluminiumteilen bildet, die keine oberflächendeckende kristalline
Phosphatschicht mit einem Schichtgewicht von zumindest 0,5 g/m2 darstellt, wobei die Zinkphosphatierungslösung im Schritt (I) eine Temperatur im Bereich von 20 bis 65 °C aufweist und eine Menge freier Fluoride (gemessen in g/l) enthält, die zumindest 0,005 g/l beträgt, aber nicht größer als der Quotient aus der Zahl 8 und der Lösungstemperatur in °C (8/T) ist,
wobei in der Zinkphosphatierungslösung zumindest 0,025 g/l, aber weniger als 1 g/l an Silizium in Form wasserlöslicher anorganischer Verbindungen berechnet als SiF6 enthalten sind und das Produkt (Si/mM)-(F/mM) aus der Konzentration an Silizium [Si in mM] in Form wasserlöslicher anorganischer Verbindungen und der Konzentration an freiem Fluorid [F in mM] dividiert durch die Punktzahl der freien Säure nicht größer als 5 ist,
wobei die Punktzahl der freien Säure in der Zinkphosphatierungslösung zumindest 0,4 Punkte beträgt, aber einen Wert von 3,0 Punkten nicht überschreitet.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkphosphatierungslosung im Schritt (I)
(a) 5-50 g/l Phosphat-Ionen,
(b) 0,3-3 g/l Zink(ll)-lonen
enthält.
3. Verfahren gemäß einem oder beiden der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zinkphosphatierungslosung im Schritt (I) insgesamt nicht mehr als 5 ppm, vorzugsweise insgesamt nicht mehr als 1 ppm an wasserlöslichen Verbindungen von Zirkon und/oder Titan bezogen auf die Elemente Zirkon- und/oder Titan enthält.
4. Verfahren gemäß einem oder beiden der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zinkphosphatierungslosung im Schritt (I) einen freien Säuregehalt von zumindest 0,6 Punkten, bevorzugt mindestens 1 ,0 Punkten, aber nicht mehr als 2,5 Punkten, bevorzugt nicht mehr als 2,0 Punkten aufweist,
5. Verfahren gemäß einem oder beiden der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Gesamtsäuregehalt mindestens 10 Punkte, bevorzugt mindestens 15 Punkte, aber nicht mehr als 50 Punkte, bevorzugt nicht mehr als 25 Punkte beträgt.
6. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Behandlungslösung im Schritt (II) insgesamt 10 bis 1500 ppm Fluorokomplexe von Zirkon und/oder Titan bezogen auf die Elemente Zirkon und/oder Titan enthält.
7. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Behandlung der Verbundmetallkonstruktion mit einer Zinkphosphatierungslosung in einem ersten Schritt (I) zur Ausbildung einer oberflächendeckenden kristallinen Zinkphosphatschicht mit einem
Beschichtungsgewicht im Bereich 0,5 bis 5 g/m2 auf Stahl und verzinktem und/oder legierungsverzinktem Stahl eine Tauchapplikation der Zinkphosphatierungslosung umfasst.
8. Zinkphosphatierungslösung mit einem freien Säuregehalt von zumindest
0,4 Punkten, aber nicht mehr als 3 Punkten und einem pH-Wert im Bereich von 2,2 bis 3,6 enthaltend
(a) 5-50 g/l Phosphat-Ionen,
(b) 0,3-3 g/l Zink(ll)-lonen,
(c) zumindest 10 ppm, aber nicht mehr als 100 ppm freie Fluorid Ionen,
(d) zumindest 0,025 g/l, aber weniger als 1 ,0 g/l an Silizium in Form
wasserlöslicher anorganischer Verbindungen berechnet als SiF6, wobei das Produkt (Si/mM)-(F/mM) aus der Konzentration an Silizium [Si in mM] in Form wasserlöslicher anorganischer Verbindungen und der Konzentration an freiem Fluorid [F in mM] dividiert durch die Punktzahl der freien Säure nicht größer als 5 ist.
9. Zinkphosphatierungslösung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt nicht mehr als 5 ppm, vorzugsweise insgesamt nicht mehr als 1 ppm an wasserlöslichen Verbindungen von Zirkon und/oder Titan bezogen auf die Elemente Zirkon- und/oder Titan enthalten sind.
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