JP2024540210A - Multi-step treatment for activated zinc phosphating of metal components with zinc surfaces - Google Patents
Multi-step treatment for activated zinc phosphating of metal components with zinc surfacesInfo
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Abstract
本発明は、一連の複数の部材の防錆前処理方法であって、少なくとも部分的に亜鉛表面を有する一連の部材の各々を、鉄付着およびリン酸亜鉛化のための逐次的な処理工程に付す方法に関する。鉄付着の処理工程において形成される層は、亜鉛表面1m2当たり少なくとも10mgの元素鉄である。この鉄付着に続くリン酸亜鉛化は、亜鉛イオン、リン酸イオンおよび遊離フッ化物に加えて水中に分散され少なくとも部分的にホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトからなる粒状成分も含んでなり、少なくとも1種の有機高分子化合物で安定化されたこれらの結晶質固体の水性分散体を用いて提供された、酸性水性組成物を用いて実施する。 The present invention relates to a method for the anticorrosive pretreatment of a series of components, each of which has at least partially a zinc surface, being subjected to successive treatment steps for iron deposition and zinc phosphating, the layer formed in the treatment step of iron deposition being at least 10 mg of elemental iron per m2 of zinc surface, the zinc phosphating following said iron deposition being carried out with an acidic aqueous composition comprising, in addition to zinc ions, phosphate ions and free fluoride, also particulate components consisting at least partially of hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyullite dispersed in water, provided with an aqueous dispersion of these crystalline solids stabilized with at least one organic polymeric compound.
Description
本発明は、一連の複数の部材の防錆前処理方法であって、亜鉛の表面を少なくとも部分的に有する一連の部材の各々を、鉄付着およびリン酸亜鉛化の逐次的な処理工程に付す方法に関する。鉄付着の処理工程では、得られるコーティング層は、亜鉛表面1m2当たり少なくとも10mgの元素鉄である。この鉄付着に続くリン酸亜鉛化は、亜鉛イオン、リン酸イオンおよび遊離フッ化物に加えて水中に分散され少なくとも部分的にホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトからなる粒状成分も含んでなり、少なくとも1種の有機高分子化合物で安定化されたこれらの結晶質固体の水性分散体を用いて提供された、酸性水性組成物を用いて行う。 The present invention relates to a method for the anticorrosive pretreatment of a series of components, each of which has at least partially a zinc surface, and which is subjected to successive treatment steps of iron deposition and zinc phosphating, in which the resulting coating layer is at least 10 mg of elemental iron per m2 of zinc surface. The zinc phosphating following the iron deposition is carried out with an acidic aqueous composition comprising, in addition to zinc ions, phosphate ions and free fluoride, also particulate components consisting at least partially of hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyullite dispersed in water, provided by means of an aqueous dispersion of these crystalline solids stabilized with at least one organic polymeric compound.
層形成リン酸塩化は、金属表面、特に金属鉄、亜鉛およびアルミニウムの材料に結晶質の防食コーティングを施す処理であって、数十年にわたって使用され、徹底的に研究されてきた。腐食防止として特に十分確立されているリン酸亜鉛化は、数マイクロメートルの層厚さで実施され、亜鉛イオンおよびリン酸塩を含む酸性水性組成物中での金属材料の腐食酸洗に基づく。酸洗過程で、金属表面上にアルカリ拡散層が形成され、この層は溶液の内部まで広がり、その中で難溶性の微結晶が形成される。この微結晶は金属材料との界面に直接析出し、そこで成長を続ける。金属アルミニウム材料上の酸洗反応をサポートするため、そして溶解状態で金属材料上の層形成を妨げる浴毒(bath poison)アルミニウムをマスクするため、フッ化物イオン源である水溶性化合物がしばしば添加される。 Layer-forming phosphating is a process for providing crystalline anticorrosive coatings on metal surfaces, especially metallic iron, zinc and aluminum materials, that has been used and thoroughly studied for several decades. Zinc phosphating, which is particularly well established as a corrosion inhibitor, is carried out with layer thicknesses of a few micrometers and is based on the caustic pickling of the metallic material in an acidic aqueous composition containing zinc ions and phosphate salts. During the pickling process, an alkali diffusion layer is formed on the metal surface, which extends into the interior of the solution, in which sparingly soluble microcrystals are formed. These microcrystals precipitate directly at the interface with the metallic material and continue to grow there. To support the pickling reaction on the metallic aluminum material and to mask the bath poison aluminum, which in its dissolved state prevents the formation of a layer on the metallic material, water-soluble compounds that are sources of fluoride ions are often added.
リン酸亜鉛化は、金属鉄、亜鉛およびアルミニウムの表面上に均一で閉じた緻密な結晶質のコーティングが得られるように標準として調整される。そうでなければ、良好な腐食保護と良好なコーティングベースを実現できない。リン酸亜鉛化における均一な閉じたコーティングは、通常、2g/m2の層重量から容易に達成される。リン酸塩化する金属表面に応じて、金属鉄または鋼、亜鉛およびアルミニウムの表面上に相応の高い層重量を確保するために、上記酸洗、およびリン酸亜鉛化段階での活性成分の濃度を調整する必要がある。 Zinc phosphating is adjusted as standard to obtain a uniform, closed, dense, crystalline coating on the surfaces of metallic iron, zinc and aluminum. Otherwise, good corrosion protection and a good coating base cannot be achieved. A uniform, closed coating in zinc phosphating is usually easily achieved from a layer weight of 2 g/ m2 . Depending on the metal surface to be phosphated, the concentrations of the active components in the pickling and zinc phosphating stages must be adjusted to ensure a correspondingly high layer weight on the surfaces of metallic iron or steel, zinc and aluminum.
腐食防止およびコーティング密着性、特に良好な電着塗装特性にとって重要なリン酸亜鉛化のもう1つの特性は、付着工程が自己制限的であること、即ち、リン酸亜鉛化の酸性pH値で起こるリン酸塩層の溶解がリン酸塩微結晶の成長または継続成長と定常平衡状態にあり、そのため層重量が増加しなくなることである。これは、結晶質であるが多孔質であるため緻密な結晶質ではない層コーティングの成長を示すものである。技術的なリン酸亜鉛化処理において、これは、リン酸亜鉛化湿式化学的処理工程において、プラント技術およびコスト効率の観点から合理的である通常約20秒から5分の処理時間の場合に、均一な閉じた結晶質リン酸亜鉛コーティングの形成が完了し、コーティングの自己制限厚さが既に理想的な値に達していなければならないことを意味する。これは、コーティングがリン酸塩微結晶の可能な限り高い数密度で成長し、その結果、層形成が自己制限範囲に達して可能な限り低い層重量で所定の制限層厚さに達することによって、技術的に確保される。 Another property of zinc phosphating, which is important for corrosion protection and coating adhesion, especially good electrocoating properties, is that the deposition process is self-limiting, i.e. the dissolution of the phosphate layer, which occurs at the acidic pH values of zinc phosphating, is in stationary equilibrium with the growth or continued growth of phosphate crystallites, so that the layer weight no longer increases. This indicates the growth of a crystalline, but porous and therefore not densely crystalline layer coating. In technical zinc phosphating processes, this means that in the case of treatment times, which are usually around 20 seconds to 5 minutes, which are reasonable from the point of view of plant technology and cost efficiency, the formation of a homogeneous, closed, crystalline zinc phosphate coating must be completed and the self-limiting thickness of the coating must already reach the ideal value. This is ensured technically by the fact that the coating grows with the highest possible number density of phosphate crystallites, so that the layer formation reaches the self-limiting range and thus the predetermined limiting layer thickness with the lowest possible layer weight.
そのような高度の緻密さまたは高い数密度を有するリン酸塩微結晶を含む均一な閉じたコーティングを得るために、従来のリン酸亜鉛化は常に、リン酸塩化する部材の金属表面の活性化から開始される。この活性化は通常、リン酸塩のコロイド水溶液との接触により通常行われる湿式化学的処理工程(活性化段階)である。リン酸塩は、金属表面上に固定化されると、後続のリン酸塩化においてアルカリ拡散層内に結晶質コーティングを形成するための成長核として機能するので、成長する微結晶の高い数密度がもたらされ、その結果、優れた耐食性と、高い電荷移動抵抗の故に優れた電着塗装特性とを併せ持つ緻密な結晶質リン酸亜鉛層が形成される。 To obtain such a uniform closed coating containing phosphate crystallites with a high degree of compactness or number density, conventional zinc phosphating always starts with the activation of the metal surface of the component to be phosphating. This activation is usually a wet-chemical treatment step (activation stage) usually carried out by contact with an aqueous colloidal solution of phosphate. The phosphates, once immobilized on the metal surface, act as growth nuclei for the formation of a crystalline coating in the alkali diffusion layer in the subsequent phosphating, resulting in a high number density of growing crystallites, which results in the formation of a dense crystalline zinc phosphate layer that combines good corrosion resistance and, due to its high charge transfer resistance, good electrocoat properties.
この場合に適した分散体は、形成されるリン酸亜鉛層の種類からの結晶構造の結晶学的偏差が僅かしか存在しない、リン酸塩微結晶に基づくコロイド状でほぼ中性からアルカリ性の水性組成物である。これに関して、WO 98/39498 A1には、特に、金属Zn、Fe、Mn、Ni、Co、CaおよびAlの二価および三価リン酸塩が教示されており、後続のリン酸亜鉛化のための活性化に、金属亜鉛のリン酸塩を使用することが技術的に好ましいことが教示されている。 Suitable dispersions in this case are colloidal, nearly neutral to alkaline aqueous compositions based on phosphate crystallites, in which there are only minor crystallographic deviations of the crystal structure from the type of zinc phosphate layer formed. In this regard, WO 98/39498 A1 teaches, inter alia, divalent and trivalent phosphates of the metals Zn, Fe, Mn, Ni, Co, Ca and Al, and teaches that it is technically preferred to use phosphates of the metal zinc for activation for subsequent zinc phosphating.
二価および三価のリン酸塩の分散体に基づく活性化段階では、特に一連の金属部材を処理する場合、活性化性能を常に最適なレベルに保つために高度なプロセス制御が要求される。この方法の十分な堅牢性を確保するためには、先の処理浴またはコロイド水溶液中でのエージング処理から持ち込まれた外来イオンが活性化性能を低下することを招いてはならない。低下は、後続のリン酸塩化における層重量の増加でまず目立ち始め、最終的には欠陥のある、不均一な、または緻密性の低いリン酸塩層の形成を招く。従って、全体として、上流の活性化を伴う層形成リン酸亜鉛化は、技術的に制御が難しい多段階法であり、これまでは、処理化合物と消費されるエネルギーとの両方の点で、資源を大量に消費する方法で実施されてきた。 The activation stage based on dispersions of divalent and trivalent phosphates demands a high degree of process control in order to always keep the activation performance at an optimum level, especially when treating a series of metal components. To ensure a sufficient robustness of the process, foreign ions carried over from previous treatment baths or ageing treatments in aqueous colloidal solutions must not lead to a deterioration of the activation performance, which first becomes noticeable in an increase in layer weight in the subsequent phosphating and ultimately leads to the formation of defective, inhomogeneous or poorly compacted phosphate layers. Overall, layer-forming zinc phosphating with upstream activation is therefore a technically difficult multi-stage process that has been carried out so far in a resource-intensive manner, both in terms of treatment compounds and energy consumed.
本発明に特に関連する自動車製造の分野では、様々な金属材料がますます使用され、複合構造に接合されている。主にその特定の材料特性の故に、車体構造には依然として様々な鋼が使用されているが、特に車体全体の重量を大幅に低減するために、アルミニウム等の軽量金属の使用も増えてきている。とりわけ自動車産業では、しばしば、リン酸亜鉛化において通常5.0g/m2未満のコーティング重量を有する緻密な結晶質リン酸塩層の成長を確保するために、鋼表面と比べて、従来技術で知られているリン酸亜鉛化方法によって亜鉛の表面を特に良好に活性化しなければならないことが課題である。なぜなら、そのようなリン酸塩層重量を超えると、亜鉛表面上に十分な防食効果が存在せず、工程は、リン酸塩の高い消費量にも起因して、資源節約的にも経済的にも実施されないからである。 In the field of automobile manufacturing, which is particularly relevant for the present invention, various metallic materials are increasingly used and joined into composite structures. Although various steels are still used in car body construction, mainly due to their specific material properties, the use of light metals such as aluminum is also increasing, especially in order to significantly reduce the weight of the entire car body. In particular in the automobile industry, it is often a challenge that the zinc surface must be particularly well activated by the zinc phosphating methods known in the prior art compared to the steel surface, in order to ensure the growth of a dense crystalline phosphate layer with a coating weight of usually less than 5.0 g/m2 in the zinc phosphating. Because above such a phosphate layer weight, there is no sufficient corrosion protection effect on the zinc surface and the process is not carried out resource-savingly and economically, also due to the high consumption of phosphate.
WO 2019/238573 A1は、リン酸亜鉛化のための資源節約法を扱っており、間接的に、特定の方法で分散された二価および三価のリン酸塩に基づく特に効果的な活性化を提供することによる多段階法の困難性の軽減も扱っている。この活性化は、二価および三価のリン酸塩に基づき、沈降に対して非常に安定で、活性化段階での比較的低い粒子含有量を伴った(従って、リン酸亜鉛化における層の形成に起因して材料の要求も低減される)均一な閉じた非常に緻密なリン酸亜鉛コーティングを可能にするコロイド状水溶液を提供している。 WO 2019/238573 A1 deals with a resource-saving method for zinc phosphating and indirectly also with the reduction of the difficulties of the multi-step method by providing a particularly effective activation based on divalent and trivalent phosphates dispersed in a specific way. This activation provides aqueous colloidal solutions based on divalent and trivalent phosphates that are very stable against settling and allow a uniform, closed and very dense zinc phosphate coating with a relatively low particle content in the activation stage (thus also reducing the material requirements due to the formation of layers in the zinc phosphating).
しかし、方法全体にわたって資源をあまり消費しないように、理想的には同時に簡素化された手順で実施できるように、活性化段階およびリン酸塩化段階を含むリン酸亜鉛化の予備処理ラインを最適化することに対する要求はなお存在する。しかし、方法全体で資源を節約するためには、リン酸亜鉛化の特性を犠牲にしてはならない。リン酸亜鉛化は、腐食に対する良好な保護と、それに応じた後続の電着塗装におけるコーティングの良好な被覆を可能にするために、高い電荷移動抵抗を備えた均一な閉じた緻密な結晶質コーティングとして提供されなければならない。特に、これは、最も一般的な用途、即ち、部材の一連の処理において常に確保されなければならず、亜鉛の表面を有する部材に対しては、経済的に魅力的で資源を節約する方法も提供されなければならない。 However, there is still a demand to optimize the zinc phosphating pretreatment line, including the activation and phosphating stages, so that the entire process is less resource-intensive and ideally can be carried out in a simultaneous and simplified procedure. However, the properties of the zinc phosphating must not be sacrificed in order to save resources throughout the entire process. The zinc phosphating must be provided as a uniform, closed, dense, crystalline coating with high charge transfer resistance in order to allow good protection against corrosion and accordingly good coverage of the coating in the subsequent electrocoating. In particular, this must always be ensured in the most common applications, i.e. in the processing sequence of components, and for components with zinc surfaces, an economically attractive and resource-saving method must also be provided.
意外なことに、この困難な要求プロファイルは、所定量の粒状リン酸亜鉛分散体をリン酸亜鉛化のための酸性水性組成物に添加し、それにより、リン酸亜鉛化のための組成物が自己活性化する場合に満たすことができる。そして、一連の部材のリン酸亜鉛化のための予備処理ラインの活性化性能は、上述した粒状リン酸亜鉛分散体に基づいた活性化剤の計量添加により維持され得る。これにより、リン酸亜鉛化湿式化学的処理段階の上流の活性化段階を少なくとも部分的にまたは完全に省略することが可能になり、これにより、リン酸亜鉛化の方法全体を、材料およびエネルギーの消費量が少ない方法で実施することが可能になり、従来技術では必ず必要とされた別個の活性化段階という形態での技術的な困難性を軽減することが可能になる。一連の亜鉛表面含有部材の成功裏のリン酸塩化に役立つ、本発明の前処理ラインの経済的かつ資源節約的操作にとって重要なのは、亜鉛表面上に鉄コーティングを付着させるためのリン酸亜鉛化上流の湿式化学的工程である。これは、前記表面上のリン酸塩層重量を顕著に低減する。そのため、一連の亜鉛表面含有部材に低い材料消費で一定の満足のいく防食値をもたらすという本発明の目的は、確実に達成される。 Surprisingly, this challenging requirement profile can be met if a predetermined amount of a granular zinc phosphate dispersion is added to the acidic aqueous composition for zinc phosphating, whereby the composition for zinc phosphating is self-activated. The activation performance of the pretreatment line for zinc phosphating of a series of components can then be maintained by the metered addition of an activator based on the above-mentioned granular zinc phosphate dispersion. This makes it possible to at least partially or completely omit the activation step upstream of the zinc phosphating wet-chemical treatment step, which allows the entire zinc phosphating process to be carried out in a manner that consumes less material and energy and reduces the technical difficulties in the form of a separate activation step, which was always required in the prior art. Of importance for the economical and resource-saving operation of the pretreatment line of the invention, which serves for the successful phosphating of a series of zinc surface-containing components, is the wet-chemical step upstream of the zinc phosphating for depositing an iron coating on the zinc surface. This significantly reduces the weight of the phosphate layer on said surface. The objective of the invention to provide a series of zinc surface-containing components with constant and satisfactory anticorrosion values at low material consumption is therefore reliably achieved.
従って、本発明は、一連の複数の部材の防錆前処理方法であって、
少なくとも部分的に亜鉛の表面を有する一連の部材の各々を、まず亜鉛表面上に鉄を付着させるための湿式化学的処理工程(i)に付し、次いでリン酸亜鉛化のための処理工程(ii)に付し、
処理工程(i)において、部材の亜鉛表面1m2当たり少なくとも10mgの元素鉄のコーティング層がもたらされ、
処理工程(ii)において、各部材を、ゼロ超ポイントの遊離酸を有し、
(A)PO4として計算され、水中に溶解した5~50g/kgのリン酸塩、
(B)0.3~3g/kgの亜鉛イオン、
(C)遊離フッ化物、および
(D)多価金属カチオンリン酸塩を含んでなる水分散粒状成分であって、該リン酸塩が、ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトから少なくとも部分的に選択される水分散粒状成分
を含有する酸性水性組成物と接触させ、
酸性水性組成物は、成分(A)~(C)を含有する酸性水性組成物に水性分散体を添加することにより得られ、
水性分散体は、
・ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトから少なくとも部分的に選択される多価金属カチオンリン酸塩からなる、少なくとも1種の粒状無機化合物(P1)、および
・少なくとも1種の有機高分子化合物(P2)
を含んでなる水分散粒状成分(P)を含んでなる、方法に関する。
Therefore, the present invention provides a method for pre-treating a series of a plurality of members to prevent rust, comprising the steps of:
A series of components each having at least a partially zinc surface are first subjected to a wet-chemical treatment step (i) for depositing iron on the zinc surface and then to a treatment step (ii) for zinc phosphating,
In the treatment step (i), a coating layer of elemental iron of at least 10 mg per m2 of zinc surface of the component is provided,
In the treatment step (ii), each component is treated to have a free acidity greater than zero points,
(A) 5-50 g/kg of phosphate, calculated as PO4 , dissolved in water;
(B) 0.3 to 3 g/kg zinc ions;
(C) free fluoride; and (D) a water-dispersible granular component comprising a polyvalent metal cation phosphate, the phosphate being at least partially selected from hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyulelite;
The acidic aqueous composition is obtained by adding the aqueous dispersion to an acidic aqueous composition containing components (A) to (C),
The aqueous dispersion is
at least one particulate inorganic compound (P1), consisting of a polyvalent metal cation phosphate at least partially selected from hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyullite, and at least one organic polymeric compound (P2).
The present invention relates to a method comprising the steps of:
一連の前処理は、一連の部材のそれぞれを本発明の方法に従ってリン酸亜鉛化のための処理工程に付し、この目的のために系タンク内に供給されたリン酸亜鉛化のための浴液の少なくとも1つと接触させた場合に、各部材を次々と、従って異なる時間に接触させることである。この場合、この系タンクは、湿式化学的前処理によるリン酸亜鉛化の目的のために酸性水性組成物が導入された容器である。系タンク内で、例えば浸漬によって、または系タンク外で、例えば系タンクに貯蔵された浴液上で噴霧することによって、部材を系タンクの浴液と接触させることができる。 A series of pretreatments consists in subjecting a series of components, each of which to a treatment step for zinc phosphating according to the method of the invention, to contact with at least one of the bath liquids for zinc phosphating provided for this purpose in a system tank, one after the other and therefore at different times. In this case, this system tank is a container into which an acidic aqueous composition is introduced for the purpose of zinc phosphating by wet-chemical pretreatment. The components can be contacted with the bath liquid of the system tank in the system tank, for example by immersion, or outside the system tank, for example by spraying on the bath liquid stored in the system tank.
本発明に従って処理される部材は、製造方法に由来する任意の形状およびデザインの三次元構造であり得、特に、ストリップ、シート、ロッド、パイプ等の半製品および該半製品から組み立てられた複合構造を包含する。半製品は、好ましくは、接着、溶接および/またはフランジ加工等により相互接合され、複合構造を形成している。 The components treated according to the invention can be three-dimensional structures of any shape and design resulting from the manufacturing process, and include in particular semi-finished products such as strips, sheets, rods, pipes, etc., and composite structures assembled from said semi-finished products. The semi-finished products are preferably joined together, for example by gluing, welding and/or flanging, to form the composite structure.
本発明の方法に関し、部材は、この表面上の金属構造の50at%超が、少なくとも1μmの材料侵入深さまで、亜鉛または鉄またはアルミニウムで構成されている場合、亜鉛、または金属鉄若しくはアルミニウムのいずれかである少なくとも1つの表面を有する。これは一般に、金属材料の50at%超が均一な材料として亜鉛または鉄またはアルミニウムで構成されている場合に限り、対応する金属材料で作られた部材に適用される。しかし、亜鉛の表面を含む部材もまた、例えば電解亜鉛メッキまたは溶融亜鉛メッキ鋼等の金属コーティングが施された鉄材料であり、これらは、鉄(ZF)、アルミニウム(ZA)および/またはマグネシウム(ZM)と合金化することもできる。 In the context of the method of the invention, the component has at least one surface which is either zinc, or metallic iron or aluminum, if more than 50 at% of the metallic structure on this surface is composed of zinc or iron or aluminum, up to a material penetration depth of at least 1 μm. This generally applies to components made of the corresponding metallic material only if more than 50 at% of the metallic material is composed of zinc or iron or aluminum as a homogeneous material. However, components which include a zinc surface are also ferrous materials which are provided with a metallic coating, for example electrolytic galvanized or hot-dip galvanized steel, which can also be alloyed with iron (ZF), aluminum (ZA) and/or magnesium (ZM).
処理工程(i)-鉄付着:
本発明によれば、部材の亜鉛表面1m2当たり少なくとも10mgの元素鉄に基づくコーティング層の付着が必要である。鉄のコーティング層が多いことは、後続の処理工程(ii)におけるリン酸塩層重量の低減に有利である。従って、本発明の方法の湿式化学的処理工程(i)では、亜鉛により形成された部材の表面上において、少なくとも20mg、特に好ましくは少なくとも40mg、非常に特に好ましくは少なくとも60mgの元素鉄に基づくコーティング層が好ましい。しかし、リン酸亜鉛化との関係で有機トップコートは接着力を低下するので、亜鉛表面上の顕著に高い鉄コーティング層は本発明の方法にとって不利であると判明することがしばしば観察され得る。従って、湿式化学的処理工程(i)では、部材の亜鉛表面1m2当たり各々の場合に150mg未満、特に好ましくは120mg未満に鉄のコーティング層が制限されることが好ましい。
Treatment step (i) – Iron deposition:
According to the invention, the deposition of a coating layer based on elemental iron of at least 10 mg per m2 of zinc surface of the component is necessary. A higher coating layer of iron is advantageous for a reduction in the weight of the phosphate layer in the subsequent treatment step (ii). Thus, in the wet-chemical treatment step (i) of the method of the invention, a coating layer based on elemental iron of at least 20 mg, particularly preferably at least 40 mg, very particularly preferably at least 60 mg, on the surface of the component formed by zinc is preferred. However, it can often be observed that a significantly higher coating layer of iron on the zinc surface proves to be disadvantageous for the method of the invention, since in the context of zinc phosphating, organic topcoats reduce the adhesion. Thus, in the wet-chemical treatment step (i), it is preferred to limit the coating layer of iron to less than 150 mg, particularly preferably less than 120 mg, in each case per m2 of zinc surface of the component.
処理工程(i)における湿式化学的処理工程は、一連の部材を、溶解または分散形態で水系相に鉄付着のための活性成分を含む水系組成物と接触させる場合に存在する。組成物は、水の割合が組成物全体に基づいて各々の場合に少なくとも50重量%、好ましくは少なくとも70重量%、特に好ましくは少なくとも80重量%の場合に水系である。 The wet-chemical treatment step in treatment step (i) is present when the series of components is contacted with an aqueous composition which contains the active components for iron deposition in an aqueous phase in dissolved or dispersed form. The composition is aqueous when the proportion of water is in each case at least 50% by weight, preferably at least 70% by weight, particularly preferably at least 80% by weight, based on the total composition.
所望のコーティング層における鉄付着のための適当な湿式化学的方法は、当業者に知られている。付着は典型的には、鉄(II)イオンおよび/または鉄(III)イオンを含有する水性組成物との亜鉛表面の少なくとも接触により起こり、水に溶解した鉄イオンの割合は、少なくとも50mg/L、好ましくは少なくとも100mg/Lである。 Suitable wet chemical methods for iron deposition in the desired coating layer are known to those skilled in the art. Deposition typically occurs by at least contact of the zinc surface with an aqueous composition containing iron(II) and/or iron(III) ions, the proportion of iron ions dissolved in water being at least 50 mg/L, preferably at least 100 mg/L.
亜鉛表面上の鉄のコーティング層は、酸洗および光分析により測定される。定量的測定のため、所定の試料体積の5重量%硝酸溶液を、亜鉛メッキシートの所定の表面上に、測定セルリングを用いた処理工程(i)の直後にピペットで移動し、25℃の温度で30秒間暴露した後、25℃の温度において517nmの波長で吸収を測定するために、1.0%チオシアン酸ナトリウム溶液が先に導入されたUV測定キュベットに移動する。2ポイントプロセスの校正は、5重量%硝酸中硝酸鉄(III)の2つの標準溶液の吸収値を測定することによって行う。 The coating layer of iron on the zinc surface is measured by pickling and photoanalysis. For quantitative measurement, a given sample volume of 5% by weight nitric acid solution is transferred by pipette onto a given surface of the galvanized sheet immediately after treatment step (i) with the measuring cell ring and, after 30 seconds of exposure at a temperature of 25°C, transferred to a UV measuring cuvette in which a 1.0% sodium thiocyanate solution has been previously introduced for measuring the absorption at a wavelength of 517 nm at a temperature of 25°C. Calibration of the two-point process is performed by measuring the absorption values of two standard solutions of iron(III) nitrate in 5% by weight nitric acid.
リン酸亜鉛層形成のための亜鉛表面上の鉄コーティングのプラスの効果を低減する貴元素の金属付着を回避するため、また、環境上の理由から、処理工程(i)における鉄付着のための水性組成物が、水性組成物中の金属元素に基づいて各々の場合に、合計で10mg/L未満の金属銅、ニッケル、コバルトのイオン化合物、特に好ましくは合計で10mg/L未満の金属銅、ニッケル、コバルト、錫、マンガン、モリブデン、クロムおよび/またはセリウムのイオン化合物、特に好ましくは各々の場合に1mg/Lの金属ニッケルおよびコバルトのイオン化合物を含むことが好ましい。 In order to avoid metal deposition of precious elements, which reduces the positive effect of the iron coating on the zinc surface for the formation of the zinc phosphate layer, and also for environmental reasons, it is preferred that the aqueous composition for iron deposition in treatment step (i) contains in total less than 10 mg/L of ionic compounds of the metals copper, nickel, cobalt, particularly preferably in total less than 10 mg/L of ionic compounds of the metals copper, nickel, cobalt, tin, manganese, molybdenum, chromium and/or cerium, particularly preferably in each case 1 mg/L of ionic compounds of the metals nickel and cobalt, based on the metal elements in the aqueous composition.
同様に、処理工程(i)における鉄付着と競合する層形成を回避するために、鉄付着のための水性組成物が、合計で20mg/L未満の元素Zr、Ti、Hfおよび/またはSiの水溶性化合物、特に好ましくは各々の場合に5mg/L未満の、特に好ましくは各々の場合に1mg/L未満の元素Zr、Ti、HfまたはSiの水溶性化合物を含むことが好ましい。 Similarly, in order to avoid the formation of a layer competing with the iron deposition in process step (i), it is preferred that the aqueous composition for iron deposition contains in total less than 20 mg/L of water-soluble compounds of the elements Zr, Ti, Hf and/or Si, particularly preferably in each case less than 5 mg/L, particularly preferably in each case less than 1 mg/L of water-soluble compounds of the elements Zr, Ti, Hf or Si.
鉄(II)イオン存在下での酸性水性組成物からの亜鉛上の鉄付着は、WO 2008/135478 A1に記載されている。そのような方法も、本発明において適当であり、特に後続の処理工程(ii)におけるリン酸亜鉛化のpH値との適合性の故に有利である。これに関し、2.0~6.0のpH値を有し、少なくとも50mg/Lの鉄(II)イオンおよび好ましくはα-ヒドロキシカルボン酸を好ましくは5:1~1:5の鉄イオンのモル比で含み、特に好ましくはリンまたは窒素のオキソ酸およびそれらの塩(少なくとも1個のリンまたは窒素原子が平均的な酸化状態で存在する)、ヒドラジン、ヒドロキシルアミン、ニトログアニジン、N-メチルモルホリン-N-オキシド、グルコヘプトネート、アスコルビン酸および/または還元糖から選択される少なくとも1つの還元剤を更に含む酸性水性組成物との接触が好ましい。 Iron deposition on zinc from an acidic aqueous composition in the presence of iron(II) ions is described in WO 2008/135478 A1. Such a method is also suitable in the present invention and is particularly advantageous due to its compatibility with the pH value of the zinc phosphating in the subsequent process step (ii). In this respect, contact with an acidic aqueous composition having a pH value of 2.0 to 6.0 and containing at least 50 mg/L of iron(II) ions and preferably α-hydroxycarboxylic acids, preferably in a molar ratio of iron ions of 5:1 to 1:5, and particularly preferably further containing at least one reducing agent selected from phosphorus or nitrogen oxoacids and their salts (at least one phosphorus or nitrogen atom is present in the average oxidation state), hydrazine, hydroxylamine, nitroguanidine, N-methylmorpholine-N-oxide, glucoheptonate, ascorbic acid and/or reducing sugars is preferred.
或いは、後続のリン酸亜鉛化の際の亜鉛表面上でのリン酸塩層重量の低減に特に効果的であるため、鉄(II)イオンおよび/または鉄(III)イオンを含むアルカリ性水性組成物のpH値が好ましくは8.5以上、特に好ましくは9.5以上、非常に特に好ましくは10.5以上であるが好ましくは13.5以下、特に好ましくは12.5以下、非常に特に好ましくは11.5以下である、アルカリ性水性組成物からの鉄コーティングの付着が特に有利である。 Alternatively, deposition of the iron coating from an alkaline aqueous composition containing iron(II) ions and/or iron(III) ions is particularly advantageous, since it is particularly effective in reducing the weight of the phosphate layer on the zinc surface during the subsequent zinc phosphating, the pH value of which is preferably 8.5 or more, particularly preferably 9.5 or more, very particularly preferably 10.5 or more, but preferably 13.5 or less, particularly preferably 12.5 or less, very particularly preferably 11.5 or less.
本発明の方法の工程(i)におけるそのようなアルカリ性水性組成物の好ましい実施形態では、
(a)少なくとも50mg/L、好ましくは少なくとも100mg/L、特に好ましくは少なくとも200mg/Lの鉄(III)イオン、および
(b)PO4として計算された少なくとも100mg/Lの、COOX、OPO3Xおよび/またはPO3X[ここで、Xは、H原子、アルカリ金属原子および/またはアルカリ土類金属原子のいずれかである]から選択される少なくとも1個の官能基を有する有機化合物(b1)および/または縮合リン酸塩(b2)から選択される錯化剤
が存在する。ここで、該組成物は、好ましくは、少なくとも1ポイントであるが好ましくは6ポイント未満の遊離アルカリ度を有する。
In a preferred embodiment of such an alkaline aqueous composition in step (i) of the method of the present invention,
(a) at least 50 mg/L, preferably at least 100 mg/L, particularly preferably at least 200 mg/L, of iron(III) ions, and (b) at least 100 mg/L, calculated as PO4 , of an organic compound (b1) having at least one functional group selected from COOX, OPO3X and/or PO3X , where X is either an H atom, an alkali metal atom and/or an alkaline earth metal atom, and/or a complexing agent (b2) selected from condensed phosphates, wherein the composition preferably has a free alkalinity of at least 1 point, but preferably less than 6 points.
成分(b1)の「縮合リン酸塩」とは、室温で水溶性であるメタリン酸塩(Men[PnO3n])、イソメタリン酸塩および架橋ポリリン酸塩を組み合わせるジ-、トリ-およびポリリン酸塩(Men+2[PnO3n+1]またはMen[H2PnO3n+1])[ここで、Meはアルカリ金属原子またはアルカリ土類金属原子のいずれかである]を意味する。もちろん、水溶性塩に代えて、対応するリン酸縮合酸も、記載の遊離アルカリ度に調整されていれば、アルカリ性水性組成物の調製に使用することができる。成分(b1)の「縮合リン酸塩」の質量ベースの割合は常に、対応するPO4の量として計算される。同様に、縮合リン酸塩の量を構成するモル比を決めるとき、縮合リン酸塩のこの量は常に、PO4の当量に基づく。 By "condensed phosphates" of component (b1) is meant di-, tri- and polyphosphates (Me n + 2 [P n O 3n +1 ] or Me n [H 2 P n O 3n +1 ]) combining metaphosphates (Me n [P n O 3n ]), isometaphosphates and crosslinked polyphosphates that are water-soluble at room temperature, where Me is either an alkali metal atom or an alkaline earth metal atom. Of course, instead of the water-soluble salts, the corresponding phosphoric condensed acids can also be used for the preparation of the alkaline aqueous composition, provided that they are adjusted to the stated free alkalinity. The mass-based proportion of the "condensed phosphates" of component (b1) is always calculated as the corresponding amount of PO 4. Similarly, when determining the molar ratio constituting the amount of condensed phosphate, this amount of condensed phosphate is always based on the equivalent amount of PO 4 .
本発明の方法の工程(i)におけるアルカリ性水性組成物が、亜鉛表面上に鉄のコーティング層をもたらすことが見出された。該コーティング層は、後続のリン酸亜鉛化に適しており、遊離アルカリ度が5ポイント未満の場合特に確実に緻密な結晶質リン酸亜鉛層を形成できる。噴霧法でのアルカリ性水性組成物の適用のためには、適当な鉄コーティング層は、特に遊離アルカリ度が4ポイント未満の場合にもたらされる。意外なことに、上述したように、リン酸亜鉛化との関係で有機トップコートに対してより劣った接着性を示すので、150mg/m2を超える亜鉛表面上の高い鉄コーティング層はむしろ本発明の方法に不利であることが見出された。従って、工程(i)におけるアルカリ性水性組成物は、過度に高い遊離アルカリ度を有してはならない。しかし、遊離アルカリ度は、元素鉄に基づいて少なくとも20mg/m2の亜鉛表面上の最適なコーティング層を形成するために、好ましくは少なくとも2ポイントでなければならない。6ポイント超の遊離アルカリ度を有するアルカリ性水性組成物は、亜鉛表面上の高い鉄コーティング層を形成する;しかし、工程(ii)後に任意に適用されてよいコーティング層への接着性は、元素鉄に基づく高いコーティング層により顕著に低下し、従って、腐食保護も効果は低いか不十分である。 It has been found that the alkaline aqueous composition in step (i) of the method of the present invention results in a coating layer of iron on the zinc surface, which is suitable for the subsequent zinc phosphating, and can reliably form a dense crystalline zinc phosphate layer, particularly when the free alkalinity is less than 5 points. For the application of the alkaline aqueous composition by spraying, a suitable iron coating layer is particularly produced when the free alkalinity is less than 4 points. Surprisingly, it has been found that a high iron coating layer on the zinc surface of more than 150 mg/ m2 is rather disadvantageous to the method of the present invention, since, as mentioned above, it shows poorer adhesion to organic topcoats in relation to zinc phosphating. Therefore, the alkaline aqueous composition in step (i) should not have an excessively high free alkalinity. However, the free alkalinity should preferably be at least 2 points in order to form an optimal coating layer on the zinc surface of at least 20 mg/ m2 based on elemental iron. Alkaline aqueous compositions having a free alkalinity of more than 6 points form a high iron coating layer on the zinc surface; however, adhesion to a coating layer that may be optionally applied after step (ii) is significantly reduced by the high coating layer based on elemental iron and therefore the corrosion protection is also less effective or insufficient.
遊離アルカリ度は、0.1Nの酸(例えば塩酸または硫酸)で、好ましくは50mLに希釈した2mLの浴液を8.5のpH値まで滴定することにより測定される。mL単位での酸溶液の消費が、遊離アルカリ度のポイント数を示す。 Free alkalinity is measured by titrating 2 mL of bath solution, preferably diluted to 50 mL, with 0.1 N acid (e.g. hydrochloric acid or sulfuric acid) to a pH value of 8.5. The consumption of acid solution in mL indicates the number of points of free alkalinity.
理想的には、本発明の方法の工程(i)におけるアルカリ性水性組成物は、少なくとも9.5、特に好ましくは少なくとも10.5のpH値を有する。10.5以下のpH値では、もっぱら還元剤の存在下で鉄(II)イオンおよび/または鉄(III)イオンを含む組成物と接触させると、少なくとも20mg/m2の鉄コーティング層が亜鉛表面上に形成される。鉄コーティングを形成するためのこの種の組成物は、WO 2011/098322 A1に開示されている。該組成物はアミノ酸を含み、リンまたは窒素のオキソ酸およびそれらの塩から選択される還元剤を更に含む。少なくとも1つのリン原子または窒素原子は平均的な酸化状態で存在し、本発明において、それ自体も適している。 Ideally, the alkaline aqueous composition in step (i) of the method of the present invention has a pH value of at least 9.5, particularly preferably at least 10.5. At a pH value of 10.5 or less, an iron coating layer of at least 20 mg/ m2 is formed on the zinc surface when contacted with a composition containing iron(II) and/or iron(III) ions exclusively in the presence of a reducing agent. A composition of this type for forming an iron coating is disclosed in WO 2011/098322 A1. The composition comprises an amino acid and further comprises a reducing agent selected from phosphorus or nitrogen oxoacids and their salts. At least one phosphorus or nitrogen atom is present in the average oxidation state and is also suitable as such in the present invention.
部材の亜鉛表面上の酸洗攻撃を最小化するために、本発明の方法の工程(i)におけるアルカリ性水性組成物のpH値が13.5以下、特に好ましくは12.5以下であることが更に好ましい。部材が亜鉛表面に加えてアルミニウム表面を有する場合、本発明の方法の工程(i)における組成物のpH値が11.5以下であることが有利である。そうでなければ、強まった酸洗攻撃がアルミニウム表面の強い黒変(いわゆるウェル・ブラックネス)を招き、これは、例えば本発明の方法の工程(ii)におけるリン酸亜鉛化に関する、または、工程(ii)においてアルミニウム上に層が形成されないように調整されたリン酸亜鉛化の場合は、本発明の方法に従った元素ジルコニウムおよび/またはチタンの水溶性無機化合物に基づく酸性後不動態化に関する、後続の転換処理の有効性に悪影響を及ぼす。 In order to minimize pickling attack on the zinc surface of the component, it is further preferred that the pH value of the alkaline aqueous composition in step (i) of the method of the invention is not more than 13.5, particularly preferably not more than 12.5. If the component has an aluminum surface in addition to the zinc surface, it is advantageous that the pH value of the composition in step (i) of the method of the invention is not more than 11.5. Otherwise, an intensified pickling attack would lead to a strong blackening of the aluminum surface (so-called well blackness), which would have a negative effect on the effectiveness of subsequent conversion treatments, for example for the zinc phosphating in step (ii) of the method of the invention or, in the case of zinc phosphating adjusted so that no layer is formed on the aluminum in step (ii), for the acidic post-passivation based on water-soluble inorganic compounds of the elements zirconium and/or titanium according to the method of the invention.
大気中酸素で飽和すると、アルカリ性水性組成物中において好ましくは一般的なpH値で、鉄イオンは、鉄(III)イオンとして主に存在する。本発明の方法の工程(i)において、その割合は、好ましくは2000mg/L以下である。アルカリ性媒体中での鉄(III)イオンの溶解度は、それに応じて高い割合の錯化剤によって維持しなければならないので、より高い割合の鉄(III)イオンは、プロセス制御にとって不利であり、亜鉛表面上の鉄コーティングに関するより好適な特性は達成されない。しかし、一方では、本発明の方法にとって典型的な2分未満の処理時間内に本発明の方法の工程(i)において十分な亜鉛表面上鉄コーティング層を確保するため、他方では、本発明の方法の工程(ii)において亜鉛表面上に優れた層特性のリン酸塩層を得るため、鉄(III)イオンの割合が少なくとも100mg/L、特に好ましくは少なくとも200mg/Lである、そのようなアルカリ性水性組成物が、本発明の方法の工程(i)において好ましい。 When saturated with atmospheric oxygen, iron ions are present mainly as iron(III) ions in the alkaline aqueous composition, preferably at prevailing pH values. In step (i) of the method of the present invention, the proportion is preferably not more than 2000 mg/L. A higher proportion of iron(III) ions is disadvantageous for process control, and more favorable properties of the iron coating on the zinc surface are not achieved, since the solubility of iron(III) ions in the alkaline medium must be maintained by a correspondingly high proportion of complexing agent. However, such alkaline aqueous compositions in which the proportion of iron(III) ions is at least 100 mg/L, particularly preferably at least 200 mg/L, are preferred in step (i) of the method of the present invention, in order, on the one hand, to ensure a sufficient iron coating layer on the zinc surface in step (i) of the method of the present invention within a treatment time of less than 2 minutes, which is typical for the method of the present invention, and, on the other hand, to obtain a phosphate layer of excellent layer properties on the zinc surface in step (ii) of the method of the present invention.
本発明の方法の工程(i)におけるアルカリ性水性組成物の成分(b)に従う錯化剤は、好ましくは、全成分(b)と鉄(III)イオンとのモル比が1:1超、特に好ましくは少なくとも2:1、とりわけ好ましくは少なくとも5となる量で含まれる。溶液中で長期的に鉄(III)イオンの割合を維持するので、化学量論的に過剰な量で錯化剤を使用することがプロセス制御にとって有利であることが見出された。これにより、不溶性水酸化鉄の析出が完全に抑制されるので、アルカリ性水性組成物は長期的に安定性を維持し、鉄(III)イオンは枯渇しない。それにもかかわらず、同時に、亜鉛表面上に鉄イオン含有無機層の十分な付着が起こる。それにもかかわらず、経済性と錯化剤の資源節約の理由から、組成物(A)における鉄(III)イオンに対する成分(b)のモル比は10以下であることが好ましい。 The complexing agent according to component (b) of the alkaline aqueous composition in step (i) of the method of the invention is preferably present in an amount such that the molar ratio of the total component (b) to iron (III) ions is greater than 1:1, particularly preferably at least 2:1, and especially preferably at least 5. It has been found to be advantageous for process control to use a complexing agent in a stoichiometric excess amount, since this maintains the proportion of iron (III) ions in the solution in the long term. This completely suppresses the precipitation of insoluble iron hydroxide, so that the alkaline aqueous composition remains stable in the long term and the iron (III) ions are not depleted. Nevertheless, at the same time, sufficient deposition of an iron ion-containing inorganic layer on the zinc surface occurs. Nevertheless, for reasons of economy and resource conservation of complexing agents, it is preferred that the molar ratio of component (b) to iron (III) ions in composition (A) is less than or equal to 10.
好ましい実施形態では、アルカリ性水性組成物は、本発明の方法の工程(i)において少なくとも100mg/Lのリン酸イオンを更に含んでよい。リン酸イオンのこの割合は、鉄イオンに加えてリン酸イオンも、工程(i)において亜鉛表面上に形成された鉄含有コーティング層の実質的な構成成分であることを必要とする。そのような層は後続のリン酸亜鉛化にとって有利であり、リン酸亜鉛化と相互作用して、後に適用されるコーティング層に良好な接着を提供することが見出された。従って、本発明の方法の工程(i)において、アルカリ性水性組成物が少なくとも200mg/L、特に好ましくは少なくとも500mg/Lのリン酸イオンを含有することが更に好ましい。不動態層の割合は、本発明の方法の工程(i)において部材の亜鉛表面を組成物(A)と接触させたとき、4g/Lのリン酸イオンの割合を超えると更なるプラスの影響を受けないので、経済効率上の理由から、本発明の方法の工程(i)におけるアルカリ性水性組成物におけるリン酸イオンの割合は、好ましくは10g/L以下であるべきである。 In a preferred embodiment, the alkaline aqueous composition may further comprise at least 100 mg/L of phosphate ions in step (i) of the method of the invention. This proportion of phosphate ions requires that in addition to iron ions, phosphate ions are also a substantial constituent of the iron-containing coating layer formed on the zinc surface in step (i). It has been found that such a layer is advantageous for the subsequent zinc phosphating and interacts with the zinc phosphating to provide good adhesion to the subsequently applied coating layer. It is therefore further preferred that in step (i) of the method of the invention, the alkaline aqueous composition contains at least 200 mg/L of phosphate ions, particularly preferably at least 500 mg/L. Since the proportion of the passivation layer is not further positively influenced when the zinc surface of the component is contacted with composition (A) in step (i) of the method of the invention above a proportion of phosphate ions of 4 g/L, for reasons of economic efficiency, the proportion of phosphate ions in the alkaline aqueous composition in step (i) of the method of the invention should preferably be 10 g/L or less.
それにより、リン酸イオンに対する鉄(III)イオンの比は、広い範囲で変化し得る。本発明の方法の工程(i)におけるアルカリ性水性組成物における鉄(III)イオンとリン酸イオンとの質量ベース比は、好ましくは1:20~1:2の範囲、特に好ましくは1:10~1:3の範囲である。鉄(III)イオンとリン酸イオンとのそのような質量比を有するアルカリ性水性組成物は、亜鉛表面との接触後、元素鉄に基づいて20~150mg/m2の範囲の容易に調整可能なコーティング層を有する均一なリン酸イオン含有黒灰色層をもたらす。 Thereby, the ratio of iron(III) ions to phosphate ions can be varied within wide limits. The mass-based ratio of iron(III) ions to phosphate ions in the alkaline aqueous composition in step (i) of the method of the present invention is preferably in the range of 1:20 to 1:2, particularly preferably in the range of 1:10 to 1:3. An alkaline aqueous composition having such a mass ratio of iron(III) ions to phosphate ions leads, after contact with a zinc surface, to a uniform phosphate ion-containing black-grey layer with an easily adjustable coating layer in the range of 20 to 150 mg/ m2 , based on elemental iron.
縮合リン酸塩(b2)は、錯化により、アルカリ性媒体中に溶解して鉄(III)イオンを維持できる。本発明の方法の工程(i)におけるアルカリ性水性組成物に使用できる縮合リン酸塩の種類は、特に限定されるものではないが、特に水溶性が高く非常に入手しやすいことから、ピロリン酸塩、トリポリリン酸塩および/またはポリリン酸塩から、特に好ましくはピロリン酸塩から選択される縮合リン酸塩が好ましい。 The condensed phosphate (b2) can dissolve in an alkaline medium and retain the iron (III) ion through complexation. The type of condensed phosphate that can be used in the alkaline aqueous composition in step (i) of the method of the present invention is not particularly limited, but is preferably a condensed phosphate selected from pyrophosphate, tripolyphosphate and/or polyphosphate, particularly preferably pyrophosphate, because of its high water solubility and high availability.
アルカリ性水性組成物中に錯化剤として同様に存在するか、または縮合リン酸塩(b2)の代替として存在する有機化合物(b1)として、本発明の方法の工程(i)では、酸形態(X=水素原子)で少なくとも250の酸価を有する化合物が好ましい。より低い酸価は有機化合物に表面活性特性をもたらすので、250未満の酸価を有する有機化合物(b1)は、アニオン性界面活性剤として強い乳化作用を有し得る。これに関して、有機化合物が高い分子量を有さず、5000u、特に好ましくは1000uを超えない数平均分子量を有することが更に好ましい。好ましい酸価および任意に好ましい分子量を超えると、有機化合物(b1)の乳化効果が非常に顕著になり得るので、部材を介して清浄化段階から持ち込まれた油および引き抜きグリース形態の不純物は、例えばカチオン性界面活性剤の計量添加による、鉄コーティングの付着のための困難な分離処理を用いて処理段階からもっぱら除去され得る。従って、更なる処理パラメータを制御する必要がある。従って、本発明の方法の工程(i)におけるアルカリ性水性組成物を、浮遊油脂の従来の分離を可能にするためにもっぱら僅かに乳化するように調整することが、より有利である。アニオン性界面活性剤はまた、顕著な泡立ちを引き起こす傾向があり、これは、アルカリ性水性組成物の噴霧適用時に特に不利である。従って、少なくとも250の酸価を有する有機錯化剤(b1)が、本発明の方法の工程(i)における組成物において、好ましくは使用される。酸価は、DIN EN ISO 2114に従って、水100g中の有機化合物(b1)1gを中和するのに必要な、mg単位の水酸化カリウムの量を意味する。 As organic compounds (b1) which are also present in the alkaline aqueous composition as complexing agents or as a replacement for condensed phosphates (b2), in step (i) of the method of the invention, compounds having an acid value of at least 250 in the acid form (X = hydrogen atom) are preferred. Since a lower acid value gives the organic compound surface active properties, organic compounds (b1) having an acid value of less than 250 can have a strong emulsifying action as anionic surfactants. In this regard, it is further preferred that the organic compounds do not have a high molecular weight and have a number-average molecular weight not exceeding 5000 u, particularly preferably 1000 u. Above the preferred acid value and the optionally preferred molecular weight, the emulsifying effect of the organic compounds (b1) can become so pronounced that impurities in the form of oil and drawn grease carried over from the cleaning stage through the components can be removed exclusively from the treatment stage with a difficult separation treatment for the attachment of the iron coating, for example by metered addition of cationic surfactants. It is therefore necessary to control further treatment parameters. It is therefore more advantageous to adjust the alkaline aqueous composition in step (i) of the method of the invention to be only slightly emulsifying in order to allow for the conventional separation of the floating fats and oils. Anionic surfactants also tend to cause significant foaming, which is particularly disadvantageous during spray application of the alkaline aqueous composition. Therefore, organic complexing agents (b1) having an acid number of at least 250 are preferably used in the composition in step (i) of the method of the invention. The acid number means the amount of potassium hydroxide in mg required to neutralize 1 g of organic compound (b1) in 100 g of water according to DIN EN ISO 2114.
本発明の方法の工程(i)においてアルカリ性水性組成物における好ましい有機錯化剤(b1)は、α-、β-および/またはγ-ヒドロキシカルボン酸、ヒドロキシエタン-1,1-ジホスホン酸、[(2-ヒドロキシエチル)(ホスホノメチル)アミノ]-メチルホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタキス(メチレンホスホン酸)および/またはアミノ-トリス-(メチレンホスホン酸)およびそれらの塩、特に好ましくは、ヒドロキシエタン-1,1-ジホスホン酸、[(2-ヒドロキシエチル)(ホスホノメチル)アミノ]-メチルホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタキス(メチレンホスホン酸)および/またはアミノ-トリス-(メチレンホスホン酸)およびそれらの塩から選択される。 Preferred organic complexing agents (b1) in the alkaline aqueous composition in step (i) of the method of the present invention are selected from α-, β- and/or γ-hydroxycarboxylic acids, hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid, [(2-hydroxyethyl)(phosphonomethyl)amino]-methylphosphonic acid, diethylenetriaminepentakis(methylenephosphonic acid) and/or amino-tris-(methylenephosphonic acid) and salts thereof, particularly preferably hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid, [(2-hydroxyethyl)(phosphonomethyl)amino]-methylphosphonic acid, diethylenetriaminepentakis(methylenephosphonic acid) and/or amino-tris-(methylenephosphonic acid) and salts thereof.
本発明では、縮合リン酸塩(b2)をもっぱら含むそのようなアルカリ性水性組成物が、有機錯化剤(b1)をもっぱら含む、即ち、その両方の混合物が、本発明の方法の工程(i)において明確に含まれる。しかし、アルカリ性水性組成物における有機錯化剤(b1)の割合は、縮合リン酸塩から選択される錯化剤(b2)が存在する程度に低減できる。本発明の方法の特定の実施形態では、工程(i)におけるアルカリ性水性組成物は、縮合リン酸塩から選択される錯化剤(b2)および有機錯化剤(b1)を含み、全成分(b)と鉄(III)イオンとのモル比は1:1超であり、成分(b1)と鉄(III)イオンとのモル比は1:1未満、特に好ましくは3:4未満であるが、好ましくは少なくとも1:5である。2つの錯化剤(b1)および(b2)の混合物は、アルカリ性媒体中の縮合リン酸塩が高温でアルカリ性水性組成物のリン酸イオンと平衡するので、亜鉛表面上の層形成により消費されるリン酸イオンが縮合リン酸塩からゆっくり補充される点で有利である。しかし、逆に、縮合リン酸塩単独の存在は、亜鉛表面上に鉄およびリン酸塩に基づくコーティング層をもたらすのに不十分であるので、本発明の方法の工程(i)におけるアルカリ性水性組成物中のリン酸イオンの割合が常に好ましい。しかし、縮合リン酸塩の存在下、溶解度の低いリン酸塩、例えばリン酸鉄の沈殿は特に、10.5超の高いpH値でさえ、有機錯化剤(b1)との相互作用により抑制されるので、本発明の方法の工程(i)における錯化剤混合物含有アルカリ性水性組成物が好ましい。このとき、成分(b1)と鉄(III)イオンとのモル比が少なくとも1:5であることを確保することが好ましい。 In the present invention, such an alkaline aqueous composition exclusively comprising condensed phosphates (b2) exclusively comprises an organic complexing agent (b1), i.e. a mixture of both is expressly included in step (i) of the method of the present invention. However, the proportion of organic complexing agent (b1) in the alkaline aqueous composition can be reduced to the extent that a complexing agent (b2) selected from condensed phosphates is present. In a particular embodiment of the method of the present invention, the alkaline aqueous composition in step (i) comprises a complexing agent (b2) selected from condensed phosphates and an organic complexing agent (b1), the molar ratio of the total component (b) to iron (III) ions is greater than 1:1, and the molar ratio of component (b1) to iron (III) ions is less than 1:1, particularly preferably less than 3:4, but preferably at least 1:5. The mixture of the two complexing agents (b1) and (b2) is advantageous in that the phosphate ions consumed by the formation of the layer on the zinc surface are slowly replenished from the condensed phosphate, since the condensed phosphate in the alkaline medium is in equilibrium with the phosphate ions of the alkaline aqueous composition at high temperatures. However, on the contrary, the presence of the condensed phosphate alone is insufficient to result in a coating layer based on iron and phosphate on the zinc surface, so that the proportion of phosphate ions in the alkaline aqueous composition in step (i) of the method of the present invention is always preferred. However, in the presence of the condensed phosphate, the precipitation of less soluble phosphates, such as iron phosphate, is suppressed by interaction with the organic complexing agent (b1), especially even at high pH values above 10.5, so that the alkaline aqueous composition containing the complexing agent mixture in step (i) of the method of the present invention is preferred. It is then preferable to ensure that the molar ratio of component (b1) to iron (III) ions is at least 1:5.
本発明の方法において処理される一連の部材の清浄能力を高めるために、アルカリ性水性組成物は、工程(i)において非イオン性界面活性剤を更に含むことができる。この場合、非イオン性界面活性剤は、好ましくは、合計で2~12個のアルコキシ基、特に好ましくはエトキシおよび/またはプロポキシ基(その一部は、アルキル官能基(特に好ましくは、メチル、エチル、プロピルまたはブチル官能基)により末端キャップされて存在していてよい)を有する、1以上のエトキシル化および/またはプロポキシル化C10~C18脂肪アルコールから選択される。 To enhance the cleaning ability of the series of components treated in the method of the present invention, the alkaline aqueous composition may further comprise a non-ionic surfactant in step (i). In this case, the non-ionic surfactant is preferably selected from one or more ethoxylated and/or propoxylated C10-C18 fatty alcohols having a total of 2 to 12 alkoxy groups, particularly preferably ethoxy and/or propoxy groups, some of which may be present end-capped with alkyl functions, particularly preferably methyl, ethyl, propyl or butyl functions.
本発明の方法の特定の実施形態では、工程(i)におけるアルカリ性水性組成物は、
a)0.05~2g/Lの鉄(III)イオン、
b)PO4として計算された少なくとも0.1g/Lの、COOX、OPO3Xおよび/またはPO3X[ここで、Xは、H原子、アルカリ金属原子および/またはアルカリ土類金属原子のいずれかである]から選択される少なくとも1個の官能基を有する有機化合物(b1)および/または縮合リン酸塩(b2)から選択される錯化剤、
c)0.1~4g/Lのリン酸イオン、
d)合計で0.01~10g/Lの、合計で2~12個のアルコキシ基、特に好ましくはエトキシおよび/またはプロポキシ基(その一部は、アルキル官能基(特に好ましくは、メチル、エチル、プロピルまたはブチル官能基)により末端キャップされて存在していてよい)を有する、1以上のエトキシル化および/またはプロポキシル化C10~C18脂肪アルコールから好ましくは選択される、非イオン性界面活性剤、
e)各々の場合に金属元素に基づいて、合計で10mg/L未満の、金属銅、ニッケル、コバルト、錫、マンガン、モリブデン、クロムおよび/またはセリウムのイオン化合物、特に各々場合に1mg/L未満の、金属ニッケルおよびコバルトのイオン化合物
を含み、10g/L以下の縮合リン酸塩(b2)がPO4として存在し、成分(b1)および(b2)の和と鉄(III)イオンとのモル比は1:1超であり、遊離アルカリ度は少なくとも1ポイントであるが6ポイント未満であり、pH値は少なくとも10.5である。
In a particular embodiment of the method of the present invention, the alkaline aqueous composition in step (i) comprises:
a) 0.05 to 2 g/L of iron(III) ions;
b) at least 0.1 g/L, calculated as PO4 , of an organic compound (b1) having at least one functional group selected from COOX, OPO3X and/or PO3X , where X is either an H atom, an alkali metal atom and/or an alkaline earth metal atom, and/or a complexing agent selected from condensed phosphates (b2);
c) 0.1 to 4 g/L of phosphate ion;
d) a total of 0.01 to 10 g/L of nonionic surfactants, preferably selected from one or more ethoxylated and/or propoxylated C10-C18 fatty alcohols having a total of 2 to 12 alkoxy groups, particularly preferably ethoxy and/or propoxy groups, some of which may be present end-capped with alkyl functions, particularly preferably methyl, ethyl, propyl or butyl functions,
e) less than 10 mg/L in total of ionic compounds of the metals copper, nickel, cobalt, tin, manganese, molybdenum, chromium and/or cerium, in particular less than 1 mg/L in each case of ionic compounds of the metals nickel and cobalt, in which not more than 10 g/L of condensed phosphate (b2) is present as PO4 , the molar ratio of the sum of components (b1) and (b2) to iron(III) ions is greater than 1:1, the free alkalinity is at least 1 point but less than 6 points and the pH value is at least 10.5.
本発明の方法の好ましい実施形態では、工程(i)における一連の処理の間、部材を、鉄付着のための水性組成物と、特に鉄(II)イオンおよび/または鉄(III)イオン含有アルカリ性水性組成物と、少なくとも30℃、特に好ましくは少なくとも40℃であるが70℃以下、特に好ましくは60℃以下の温度で、少なくとも30秒間であるが4分間以下の時間接触させる。本発明の方法の工程(i)における好ましい処理時間または接触時間は、少なくとも10mg/m2、好ましくは少なくとも20mg/m2の鉄コーティング層が得られるように選択すべきである。この種の最低限のコーティング層を得るための処理時間および接触時間は、適用の種類、特に処理する金属表面に作用する水性流体の流れに応じて変化する。組成物を噴霧により適用する方法では、最低限の鉄コーティング層は、浸漬適用より迅速に発達する。 In a preferred embodiment of the method of the invention, during the treatment sequence in step (i), the component is contacted with an aqueous composition for iron deposition, in particular with an alkaline aqueous composition containing iron(II) and/or iron(III) ions, at a temperature of at least 30° C., particularly preferably at least 40° C. but not more than 70° C., particularly preferably not more than 60° C., for a time of at least 30 seconds but not more than 4 minutes. The preferred treatment or contact time in step (i) of the method of the invention should be selected so that an iron coating layer of at least 10 mg/m 2 , preferably at least 20 mg/m 2, is obtained. The treatment and contact times to obtain a minimum coating layer of this kind vary depending on the type of application, in particular the flow of the aqueous fluid acting on the metal surface to be treated. In a method in which the composition is applied by spraying, a minimum iron coating layer develops more quickly than in a dip application.
処理工程(ii)-活性化リン酸亜鉛化:
処理工程(ii)において実施される一連の部材のリン酸亜鉛化は、粒状成分として分散された多価金属カチオンリン酸塩を含むリン酸亜鉛化用酸性水性組成物によって影響を受ける。上記リン酸塩は、ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトから少なくとも部分的に選択される。従って、酸性水性リン酸亜鉛化は自己活性化し、事前に別個に活性化する必要はなく、本発明の請求項1に従った成分(A)~(C)を含む酸性水性組成物に所定量の水性分散体を相応に添加することによって得られる。
Treatment step (ii) - Activated zinc phosphating:
The zinc phosphating of the series of components carried out in process step (ii) is effected by an acidic aqueous zinc phosphating composition comprising polyvalent metal cation phosphates dispersed as particulate components, said phosphates being at least partially selected from hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyullite.The acidic aqueous zinc phosphating is therefore self-activating and does not require a separate prior activation, but is obtained by correspondingly adding a predetermined amount of the aqueous dispersion to an acidic aqueous composition comprising components (A)-(C) according to claim 1 of the present invention.
水性分散体は、水分散形態で粒状成分(P)を含み、これは、
・ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトから少なくとも部分的に選択される多価金属カチオンリン酸塩からなる、少なくとも1種の粒状無機化合物(P1)、および
・少なくとも1種の有機高分子化合物(P2)
を含み、
処理工程(ii)のリン酸亜鉛化のための酸性水性組成物を提供するための水性分散体は、好ましくは、水性分散体の粒状成分からのリン酸塩の重量割合が、成分(A)~(C)を含む酸性水性組成物に基づいて、少なくとも0.004g/kg、好ましくは少なくとも0.01g/kg、特に好ましくは少なくとも0.05g/kg、非常に特に好ましくは少なくとも0.08g/kgとなる量で添加される。
The aqueous dispersion comprises a particulate component (P) in water-dispersed form, which is
at least one particulate inorganic compound (P1), consisting of a polyvalent metal cation phosphate at least partially selected from hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyullite, and at least one organic polymeric compound (P2).
Including,
The aqueous dispersion for providing an acidic aqueous composition for the zinc phosphating in process step (ii) is preferably added in an amount such that the weight proportion of phosphate from the granular component of the aqueous dispersion is at least 0.004 g/kg, preferably at least 0.01 g/kg, particularly preferably at least 0.05 g/kg and very particularly preferably at least 0.08 g/kg, based on the acidic aqueous composition comprising components (A)-(C).
別のまたは好ましい実施形態では、本発明の方法の工程(ii)において、一連の部材を、
(A)PO4として計算された5~50g/kgの、水に溶解したリン酸塩、
(B)0.3~3g/kgの亜鉛イオン、および
(C)遊離フッ化物
を含み、0ポイント超で遊離酸を含む酸性水性組成物と接触させる。ここで、リン酸亜鉛化のための処理工程(ii)において、活性化剤を、リン酸亜鉛化処理工程(ii)の選択された条件下で溶融亜鉛メッキ鋼表面(Z)上に5.0g/m2未満、好ましくは4.5g/m2未満、特に好ましくは4.0g/m2未満、非常に特に好ましくは3.5g/m2未満の層重量を有するリン酸亜鉛層を形成する酸性水性組成物の特性を維持するのに十分な量で、酸性水性組成物に連続的または不連続的に添加する。ここで、活性化剤は、水分散形態で粒状成分(P)を含み、粒状成分(P)は、
・ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトから少なくとも部分的に選択される多価金属カチオンリン酸塩からなる、少なくとも1種の粒状無機化合物(P1)、および
・少なくとも1種の有機高分子化合物(P2)
を含む。
In an alternative or preferred embodiment, in step (ii) of the method of the present invention, the series of members comprises:
(A) 5-50 g/kg of phosphate dissolved in water, calculated as PO4 ;
(B) 0.3 to 3 g/kg zinc ions, and (C) free fluoride and free acid at above 0 points, wherein in the treatment step (ii) for zinc phosphating, an activator is added continuously or discontinuously to the acidic aqueous composition in an amount sufficient to maintain the properties of the acidic aqueous composition to form, under the selected conditions of the zinc phosphating treatment step (ii), a zinc phosphate layer on the hot-dip galvanized steel surface (Z) having a layer weight of less than 5.0 g/m 2 , preferably less than 4.5 g/m 2 , particularly preferably less than 4.0 g/m 2 , very particularly preferably less than 3.5 g/m 2, wherein the activator comprises a granular component (P) in a water-dispersed form, the granular component (P) being
at least one particulate inorganic compound (P1), consisting of a polyvalent metal cation phosphate at least partially selected from hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyullite, and at least one organic polymeric compound (P2).
Includes.
5.0g/m2未満、好ましくは4.5g/m2未満、特に好ましくは4.0g/m2未満、非常に特に好ましくは3.5g/m2未満の総重量を有するリン酸亜鉛層の成長をもたらす溶融亜鉛メッキ鋼表面(Z)上の処理工程(ii)におけるリン酸亜鉛化のための酸性水性組成物の本発明の特徴(以下、「リン酸塩化特性」と称する)は、清浄および脱脂済みの(Z)であり、かつ、工程(ii)における本発明の方法の酸性水性組成物との接触前および工程(i)における亜鉛表面上の鉄付着の後に更なる湿式化学的予備処理工程に付されない基材で確認される。酸性水性組成物のリン酸塩化特性を確認するため、先ず、pH11.0および55℃で脱イオン水(κ<1μScm-1)中2重量%のBonderite(登録商標)C-AK 1565 Aおよび0.2重量%のBonderite(登録商標)C-AD 1270として調製したアルカリ性清浄化剤を用いて溶融亜鉛メッキ鋼(Z)を5分間浸漬することにより清浄化する。このように清浄化および脱脂した基材(Z)を室温にて脱イオン水(κ<1μScm-1)で濯ぎ、次いで、選択された処理条件に従って処理工程(i)および(ii)の処理段階に供される。「選択された処理条件に従って」とは、関連する同じ温度での適用時間および浴循環、並びに本発明に従って規定されたリン酸塩化特性が適用される湿式化学的処理段階を用いること、即ち、結果として得られる溶融亜鉛メッキ鋼(Z)上層重量が5.0g/m2未満、好ましくは4.5g/m2未満、特に好ましくは4.0g/m2未満、非常に特に好ましくは3.5g/m2未満になることを意味する。従って、リン酸塩化特性は、処理工程(i)および(ii)のために一連の部材と一緒に清浄化および脱脂済み溶融亜鉛メッキ鋼シート(Z)を導入すること、および該シート上のリン酸亜鉛の総重量、従って、リン酸亜鉛化のための酸性水性組成物のリン酸塩化特性を処理工程(ii)において決めることにより、本発明の現在の方法において決めることができる。リン酸塩化浴を通して搬送フレームと一緒に部材を搬送する際のフロー状態が試験シートと可能な限り同様に再現されることを確保するため、リン酸塩化特性を決めるための試験シートとしての機能において、清浄化および脱脂済み溶融亜鉛メッキ鋼シート(Z)は、好ましくは、部材または搬送フレームにしっかりと接合される。この目的のために、そのような試験シートを伴わない部材および搬送フレームの搬送と比べて部材および搬送フレームを伴った試験シートの搬送が考えられるフロー条件に影響を受けないように、また、フロー条件がいずれの場合も実質的に同一であり、従って一連の部材の少なくとも一部のフロー条件に実質的に対応するように、試験シートを部材または搬送フレームと理想的に接合しなければならない。これは例えば、試験シートの寸法および/または形状を、いずれの場合も試験シートに隣接して配置される部材および/または搬送フレームの寸法および形状に適合させることによって達成できる。この場合、特に試験シートが部材または搬送フレームの外表面部分に配置される場合、例えば試験部材が表面部分を越えて突出するのを防ぐために、試験部材の寸法をそれに応じて前記表面部分の寸法よりも小さくすることが考えられる。それに代えてまたは加えて、試験部材は、表面部分または搬送フレームの曲率または他の平面偏差に従い得る。部材の適当な外表面の寸法と比べて十分に小さいシート部分を選択することが特に有利であることが見出された。外表面は、部材の曲率が最も低い位置または曲率が特に低い位置に配置されている場合に特に適しており、試験シート金属は、そのような外表面の面法線に沿って離間するように実質的に平行に取り付けられる。リン酸塩化特性は、亜鉛表面として溶融亜鉛メッキ鋼(Z)表面も有するそのような部材の一連の処理の際に直接得られる。方法の好ましい実施形態では、そのような部材が好ましい。 The inventive feature of the acidic aqueous composition for zinc phosphating in treatment step (ii) on hot-dip galvanized steel surfaces (Z) resulting in the growth of a zinc phosphate layer having a total weight of less than 5.0 g/ m2 , preferably less than 4.5 g/ m2 , particularly preferably less than 4.0 g/m2 and very particularly preferably less than 3.5 g/m2 (hereinafter referred to as "phosphating property") is observed on substrates that are cleaned and degreased (Z) and that have not been subjected to further wet-chemical pretreatment steps before contact with the acidic aqueous composition of the inventive method in step (ii) and after the deposition of iron on the zinc surface in step (i). To verify the phosphatizing properties of the acidic aqueous composition, a hot-dip galvanized steel (Z) is first cleaned by immersion for 5 minutes with an alkaline cleaner prepared as 2 wt. % Bonderite® C-AK 1565 A and 0.2 wt. % Bonderite® C-AD 1270 in deionized water (κ<1 μScm −1 ) at pH 11.0 and 55° C. The thus cleaned and degreased substrate (Z) is rinsed with deionized water (κ<1 μScm −1 ) at room temperature and then subjected to the treatment stages of process steps (i) and (ii) according to the selected treatment conditions. "According to selected treatment conditions" means using the same application time and bath circulation at the relevant temperature and wet-chemical treatment step, in which the phosphating properties defined according to the invention are applied, i.e. the resulting hot-dip galvanized steel (Z) top layer weight is less than 5.0 g/m 2 , preferably less than 4.5 g/m 2 , particularly preferably less than 4.0 g/m 2 , very particularly preferably less than 3.5 g/m 2. The phosphating properties can therefore be determined in the present method of the invention by introducing a cleaned and degreased hot-dip galvanized steel sheet (Z) together with a series of components for treatment steps (i) and (ii) and determining the total weight of zinc phosphate on said sheet, and thus the phosphating properties of the acidic aqueous composition for zinc phosphating, in treatment step (ii). In order to ensure that the flow conditions during the transport of the components together with the transport frame through the phosphating bath are reproduced as similarly as possible to the test sheet, the cleaned and degreased hot-dip galvanized steel sheet (Z) in its function as a test sheet for determining the phosphating properties is preferably firmly joined to the components or to the transport frame. For this purpose, the test sheet must ideally be joined to the component or the transport frame in such a way that the transport of the test sheet with the component and the transport frame is insensitive to the possible flow conditions compared to the transport of the component and the transport frame without such a test sheet and that the flow conditions are in each case substantially identical and therefore substantially correspond to the flow conditions of at least a part of the series of components. This can be achieved, for example, by adapting the dimensions and/or shape of the test sheet to those of the component and/or the transport frame which are in each case arranged adjacent to the test sheet. In this case, in particular when the test sheet is arranged on an outer surface portion of the component or the transport frame, it is conceivable to make the dimensions of the test member accordingly smaller than the dimensions of said surface portion, for example in order to prevent the test member from protruding beyond the surface portion. Alternatively or additionally, the test member may follow the curvature or other planar deviations of the surface portion or the transport frame. It has been found to be particularly advantageous to select a sheet portion which is sufficiently small compared to the dimensions of the relevant outer surface of the component. The outer surface is particularly suitable when it is located at the position of least curvature or at a position of particularly low curvature of the component, and the test sheet metal is mounted substantially parallel to and spaced along the surface normal of such outer surface. The phosphating properties are directly obtained during the course of processing of such a component, which also has a hot-dip galvanized steel (Z) surface as the zinc surface. In a preferred embodiment of the method, such a component is preferred.
リン酸塩化特性について、接触を1分間延長した場合に、溶融亜鉛メッキ鋼(Z)上の総重量が0.2g/m2以下で増加し、従って、選択された条件下での層形成が既に自己制限範囲内であり、そのため、本発明の方法の工程(ii)における緻密な結晶質リン酸亜鉛層を形成するリン酸亜鉛化のための酸性水性組成物の特性が確保されることが更に好ましい。従って、リン酸亜鉛化処理工程において、本発明の方法のリン酸亜鉛化処理工程の選択された条件下で溶融亜鉛メッキ鋼表面(Z)上に5.0g/m2未満、好ましくは4.5g/m2未満、特に好ましくは4.0g/m2未満、非常に特に好ましくは3.5g/m22未満の層重量のリン酸亜鉛層を形成する酸性水性組成物の特性を維持するのに十分な量の活性化剤を添加することが好ましい。ここで、酸性水性組成物との接触時間を60秒間延長したとき、本発明の方法のリン酸亜鉛化処理工程(ii)の選択された条件下で達成される層重量は、0.2g/m2以下で増加する。 It is further preferred that the phosphating properties are such that, when the contact is extended for 1 minute, the total weight on the hot-dip galvanized steel (Z) increases by no more than 0.2 g/m 2 , so that the layer formation under the selected conditions is already within the self-limiting range, and thus the properties of the acidic aqueous composition for zinc phosphating to form a dense crystalline zinc phosphate layer in step (ii) of the method of the present invention are ensured. It is therefore preferred to add an amount of activator sufficient to maintain the properties of the acidic aqueous composition in the zinc phosphating step to form, under the selected conditions of the zinc phosphating step of the method of the present invention, a zinc phosphate layer with a layer weight of less than 5.0 g/m 2 , preferably less than 4.5 g /m 2 , particularly preferably less than 4.0 g/m 2 , very particularly preferably less than 3.5 g/m 2 on the hot-dip galvanized steel surface (Z). Here, when the contact time with the acidic aqueous composition is extended for 60 seconds, the layer weight achieved under the selected conditions of the zinc phosphating step (ii) of the method of the present invention increases by no more than 0.2 g/m 2 .
通常、リン酸塩化特性は、上述したように清浄化および脱脂された溶融亜鉛メッキ鋼(Z)が一連の処理中に一定の間隔でリン酸亜鉛化処理工程に付され、その後、層重量測定に供されることによって、本発明の方法において決められ、モニターされる。上述した通り、リン酸塩化特性は、亜鉛表面として少なくとも1つの溶融亜鉛メッキ鋼(Z)表面も有するそのような部材の一連の処理中に直接得られる。酸性水性組成物のリン酸塩化特性が活性化剤の計量添加によって確保される限り、20秒~5分間の通常の処理時間で、金属亜鉛、鉄およびアルミニウム表面を有する部材の上に、均一な閉じた緻密な結晶質リン酸亜鉛コーティングが形成される。 Typically, the phosphating properties are determined and monitored in the method of the present invention by subjecting hot-dip galvanized steel (Z), cleaned and degreased as described above, to a zinc phosphating treatment step at regular intervals during the treatment sequence and then subjecting it to layer weight measurements. As described above, the phosphating properties are obtained directly during the treatment sequence of such components, which also have at least one hot-dip galvanized steel (Z) surface as a zinc surface. As long as the phosphating properties of the acidic aqueous composition are ensured by the metered addition of activator, a uniform, closed, dense, crystalline zinc phosphate coating is formed on components having metallic zinc, iron and aluminum surfaces in normal treatment times of 20 seconds to 5 minutes.
リン酸亜鉛の層重量は、リン酸亜鉛化直後に25℃で5分間、リン酸塩化処理された材料または部材の所定領域に接触させる酸洗溶液としての5重量%CrO3水溶液を用いてリン酸亜鉛層を除去し、脱イオン水(κ<1μScm-1)で濯ぎ、その後、ICP-OESを用いて同じ酸洗溶液中のリン含有量を測定することによって、本発明の範囲内で測定される。リン酸亜鉛の層重量は、表面積に対するリンの量を6.23倍することで求めることができる。 The zinc phosphate layer weight is measured within the scope of the present invention by removing the zinc phosphate layer using a 5 wt. % CrO3 aqueous solution as pickling solution contacting the predefined area of the phosphating material or component immediately after zinc phosphating for 5 minutes at 25° C., rinsing with deionized water (κ<1 μScm −1 ), and then measuring the phosphorus content in the same pickling solution using ICP-OES. The zinc phosphate layer weight can be determined by multiplying the amount of phosphorus relative to the surface area by 6.23.
本発明の方法では、リン酸亜鉛化のための処理工程(ii)においてリン酸塩化特性を維持する目的で、活性化剤をリン酸亜鉛化のための酸性水性組成物に添加する。一連の処理プロセスにおいてリン酸塩化特性を維持するため、添加は、系タンクへの連続的または不連続的な計量によって行うことができる。連続計量添加は、一連の部材の前処理が互いに直接的に続き、経時的なリン酸塩化特性の低下が測定され得、活性化剤の量が経時的に連続して計量できる場合に好ましい。このプロセスには、前処理ラインの立ち上げ、並びに活性化剤および他の活性成分の計量添加のための材料フローの決定の後、一連の処理が、処理される部材のタイミングと特性、およびリン酸亜鉛化処理工程(ii)の処理パラメータの点で変化しない限り、リン酸塩化特性を更に確認する必要がないという利点がある。しかし、一連の処理において一定の操作モードが確保できないか、またはその系にとって好ましくない場合は、活性化剤の不連続計量が有利であり、好適でもあり得る。この場合、酸性水性組成物のリン酸塩化特性を、好ましくは、工程(ii)において不連続的にまたは所定の間隔でモニターし、そして、溶融亜鉛メッキ鋼(Z)上の総重量が5.0g/m2未満、好ましくは4.5g/m2未満、特に好ましくは4.0g/m2未満、非常に特に好ましくは3.5g/m2未満の値に達したら規定量の活性化剤を計量添加する。所定の時間間隔で行われるリン酸塩化特性の連続的または準連続的な測定は、実際のリン酸亜鉛層の重量と相関するプロキシデータを用いて実施することもできる。例えば渦電流法、またはエリプソメトリー若しくは分光反射率測定等の非接触光学的測定法を用いた、層厚さの非破壊測定は、リン酸亜鉛の層重量の適当なプロキシデータを提供する。このデータは、前処理ラインにおける部材の亜鉛表面で確実に測定することができ、溶融亜鉛メッキ部材鋼(Z)上の実際の層重量と相関させることができる。溶融亜鉛メッキ鋼(Z)上の層重量が高いほど、微結晶の数密度は低くなるが相対的に大きくなるため、粗さは層重量とともに増加するので、微結晶サイズ、従って光学的形状測定法による粗さの測定も、層重量のプロキシデータを提供できる。 In the method of the present invention, an activator is added to the acidic aqueous composition for zinc phosphating with the aim of maintaining the phosphating properties in the zinc phosphating treatment step (ii). To maintain the phosphating properties in the treatment process series, the addition can be carried out by continuous or discontinuous metering into the system tank. Continuous metering is preferred when the pretreatment of a series of components follows each other directly, the decrease in the phosphating properties over time can be measured, and the amount of activator can be metered continuously over time. This process has the advantage that after the start-up of the pretreatment line and the determination of the material flow for the metered addition of activator and other active ingredients, the phosphating properties do not need to be further verified, as long as the treatment series does not change in terms of the timing and properties of the components to be treated and the treatment parameters of the zinc phosphating treatment step (ii). However, discontinuous metering of activator can be advantageous and even preferred if a constant operating mode in the treatment series cannot be ensured or is not favorable for the system. In this case, the phosphating property of the acidic aqueous composition is preferably monitored discontinuously or at defined intervals in step (ii) and a defined amount of activator is metered in when the total weight on the hot-dip galvanized steel (Z) reaches a value of less than 5.0 g/m 2 , preferably less than 4.5 g/m 2 , particularly preferably less than 4.0 g/m 2 , very particularly preferably less than 3.5 g/m 2. Continuous or quasi-continuous measurements of the phosphating property at defined time intervals can also be carried out with proxy data that correlate with the actual zinc phosphate layer weight. Non-destructive measurements of the layer thickness, for example using eddy current methods or non-contact optical measuring methods such as ellipsometry or spectroscopic reflectometry, provide suitable proxy data of the zinc phosphate layer weight. This data can be reliably measured on the zinc surface of the component in the pretreatment line and can be correlated with the actual layer weight on the hot-dip galvanized component steel (Z). Since the higher the layer weight on hot-dip galvanized steel (Z) the lower the number density of the crystallites but the larger they are relative to each other, and therefore the roughness increases with layer weight, the measurement of the crystallite size and therefore the roughness by optical profilometry can also provide a proxy for the layer weight.
活性化剤が、一連の部材の前処理中に、好ましくは少なくとも0.001g/kg、特に好ましくは少なくとも0.005g/kg、より特に好ましくは少なくとも0.01g/kgの酸性水性組成物中粒状成分(P)の定常状態量を維持するのに適した量で、連続的または不連続的に計量される場合、リン酸塩化特性は、ほとんどの場合において既に適当であることが見出された。これは、特に、噴霧による酸性水性組成物の接触に適用される一方で、浸漬適用の場合には、好ましくは少なくとも0.002g/kg、特に好ましくは少なくとも0.01g/kg、より特に好ましくは少なくとも0.02g/kgの定常状態量の粒状成分(P)が、リン酸亜鉛化のための酸性水性組成物中に含まれるべきである。 It has been found that the phosphating properties are already adequate in most cases if the activator is metered continuously or discontinuously during the pretreatment of the series of elements in an amount suitable for maintaining a steady-state amount of particulate component (P) in the acidic aqueous composition of preferably at least 0.001 g/kg, particularly preferably at least 0.005 g/kg, more particularly preferably at least 0.01 g/kg. This applies in particular to contacting the acidic aqueous composition by spraying, whereas in the case of immersion application, a steady-state amount of particulate component (P) of preferably at least 0.002 g/kg, particularly preferably at least 0.01 g/kg, more particularly preferably at least 0.02 g/kg should be contained in the acidic aqueous composition for zinc phosphating.
従って、本発明は、意外なことに、従来技術において公知であり、例えばWO 98/39498 A1に記載されているような活性化剤を、工程(ii)のリン酸亜鉛化のための酸性水性処理溶液に直接計量添加することによって、金属表面の活性化が起こり、その結果、高い電荷移動抵抗を有する均一な閉じた緻密な結晶質リン酸亜鉛コーティングが金属表面上に成長することを示す。このとき、処理工程(i)で鉄付着が起こることに起因して、亜鉛表面上に、そのような防錆および密着性の高いリン酸塩コーティングが形成される。本発明は、一連の部材処理が、亜鉛イオン、リン酸イオンおよび遊離フッ化物に加えて、水中に分散された粒状成分(P)も含む酸性水性組成物によるリン酸亜鉛化、および/またはリン酸亜鉛化のための酸性水性組成物への活性化剤の計量添加によるリン酸塩化特性の維持に基づくという点で、この効果を利用している。この場合、所望のリン酸塩化特性のために、リン酸亜鉛化処理工程の前に、一連の部材を、例えば水性分散体または活性化剤に基づく、湿式化学的活性化段階に通過させることなく、粒状成分(P)含有水性分散体の単独添加または粒状成分(P)含有活性化剤の計量添加に切り替えることができる。これにより、例えば水溶性縮合リン酸塩を用いた、必要な浴のメンテナンス、循環、温度管理および化学的に付加的なもの(chemical additivation)を含む完全な処理工程を省くことができ、極めて省資源的かつ経済的なリン酸亜鉛化のための前処理ラインの運転が初めて可能になる。 The present invention therefore surprisingly shows that by directly metering an activator, as known in the prior art and described, for example, in WO 98/39498 A1, into the acidic aqueous treatment solution for zinc phosphating in step (ii), activation of the metal surface occurs, so that a uniform, closed, dense, crystalline zinc phosphate coating with high charge transfer resistance grows on the metal surface. At this time, due to the iron deposition occurring in treatment step (i), such a highly rust-resistant and adherent phosphate coating is formed on the zinc surface. The present invention makes use of this effect in that the series of component treatments is based on zinc phosphating with an acidic aqueous composition which, in addition to zinc ions, phosphate ions and free fluoride, also contains a granular component (P) dispersed in water, and/or on maintaining the phosphating properties by metering an activator into the acidic aqueous composition for zinc phosphating. In this case, for the desired phosphating properties, it is possible to switch to the sole addition of an aqueous dispersion containing the particulate component (P) or the metered addition of an activator containing the particulate component (P) before the zinc phosphating process, without passing the entire series through a wet-chemical activation stage, for example based on an aqueous dispersion or activator. This makes it possible for the first time to operate a pretreatment line for zinc phosphating in an extremely resource-saving and economical manner, since the entire process step, including the necessary bath maintenance, circulation, temperature control and chemical addition, for example with water-soluble condensed phosphates, can be omitted.
分散粒状成分(P)および少なくとも1つの粒状無機化合物(P1)または有機高分子化合物(P2)については、分散粒状成分(P)が、本発明の方法の処理工程(ii)における酸性水性組成物の活性化性能を維持するための活性化剤またはリン酸亜鉛化のための自己活性化酸性水性組成物をもたらす水性分散体の一部であるかにかかわらず、以下に記載する定義および好ましい仕様が適用される。以下では、簡潔さのために、活性化剤についてのみ言及する。従って、活性化剤に関する記載はまた、リン酸亜鉛化のための自己活性化酸性水性組成物を提供するための水性分散体にも適宜適用される。 For the dispersed particulate component (P) and at least one particulate inorganic compound (P1) or organic polymeric compound (P2), the definitions and preferred specifications set out below apply, regardless of whether the dispersed particulate component (P) is an activator for maintaining the activation performance of the acidic aqueous composition in process step (ii) of the method of the present invention or part of an aqueous dispersion resulting in a self-activating acidic aqueous composition for zinc phosphating. In the following, for the sake of brevity, only the activator is mentioned. Thus, the statements regarding the activator also apply, where appropriate, to the aqueous dispersion for providing a self-activating acidic aqueous composition for zinc phosphating.
本発明で使用できる、即ち、リン酸亜鉛化の酸性水性組成物への計量添加の際にリン酸塩化特性を維持するか、または、最初に工程(ii)においてリン酸亜鉛化のための酸性水性組成物をもたらす、活性化剤は、水性分散体であり、従って、水分散形態で粒状成分(P)を含む。粒状成分(P)は、ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトから少なくとも部分的に選択される多価金属カチオンリン酸塩からなる少なくとも1つの粒状無機化合物(P1)および少なくとも1種の有機高分子化合物(P2)を含む。 The activator that can be used in the present invention, i.e. that maintains the phosphating properties upon metered addition to the acidic aqueous composition for zinc phosphating or that initially results in an acidic aqueous composition for zinc phosphating in step (ii), is an aqueous dispersion and therefore comprises a granular component (P) in water-dispersed form. The granular component (P) comprises at least one granular inorganic compound (P1) consisting of a polyvalent metal cation phosphate at least partially selected from hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyullite, and at least one organic polymeric compound (P2).
リン酸塩形態の多価金属カチオンの使用は、リン酸亜鉛化のための酸性水性組成物のリン酸塩化特性を維持するための活性化剤の良好な活性化性能または好適性の要因になり、従って、前記リン酸塩は、分散粒状成分(P)中に十分高い割合で活性化剤中に含まれるべきである。従って、活性化剤中の分散粒状成分(P)を基準とした、少なくとも1種の粒状無機化合物(P1)に含まれるリン酸塩の割合は、好ましくは少なくとも25重量%、特に好ましくは少なくとも35重量%、より特に好ましくは少なくとも40重量%、非常に特に好ましくは少なくとも45重量%である。活性化剤の分散粒状成分(P)は、公称カットオフ限界10kD(NMWC:公称分子量カットオフ)での活性化剤の規定部分体積の限外濾過の残留物を乾燥した後に残る固形分である。限外濾過は、濾液の導電率が10μScm-1未満になるまで脱イオン水(κ<1μScm-1)を添加することによって実施する。活性化剤中の無機粒状成分は、赤外線センサーが反応炉出口でCO2不含有キャリアガス(ブランク値)と同じ信号を出力するまで触媒またはその他の添加剤の混合を伴わず、CO2不含有酸素流を900℃で供給することによって、限外濾過残留物の乾燥から得られた粒状成分(P)を反応炉内で熱分解したときに残留するものである。無機粒状成分に含まれるリン酸塩は、10重量%HNO3水溶液を用いて25℃で15分間酸分解した後、酸分解から直接、原子発光分析(ICP-OES)を用いてリン含有量として測定される。 The use of polyvalent metal cations in the form of phosphates is responsible for the good activation performance or suitability of the activator for maintaining the phosphating properties of the acidic aqueous composition for zinc phosphating, so that said phosphates should be present in the activator in a sufficiently high proportion in the dispersed granular component (P). The proportion of phosphates contained in the at least one granular inorganic compound (P1), based on the dispersed granular component (P) in the activator, is therefore preferably at least 25% by weight, particularly preferably at least 35% by weight, more particularly preferably at least 40% by weight, very particularly preferably at least 45% by weight. The dispersed granular component (P) of the activator is the solids remaining after drying the retentate of ultrafiltration of a defined partial volume of the activator at a nominal cut-off limit of 10 kD (NMWC: nominal molecular weight cut-off). Ultrafiltration is carried out by adding deionized water (κ<1 μScm −1 ) until the conductivity of the filtrate is less than 10 μScm −1 . The inorganic particulate components in the activator are those that remain when the particulate component (P) obtained from drying the ultrafiltration residue is pyrolyzed in the reactor by supplying a CO2 -free oxygen flow at 900 ° C without mixing of catalysts or other additives until the infrared sensor outputs the same signal as the CO2 -free carrier gas (blank value) at the reactor outlet. The phosphates contained in the inorganic particulate components are measured as the phosphorus content by atomic emission spectrometry (ICP-OES) directly from the acid digestion after acid digestion for 15 minutes at 25 ° C with a 10 wt % HNO3 aqueous solution.
活性化剤の活性成分は、リン酸亜鉛化のための酸性水性組成物に十分な量で添加されると直ぐに、金属表面上で、特に亜鉛表面で、均一で閉じた緻密な結晶質リン酸塩コーティングの形成を促進し、この意味で金属表面を活性化するが、既に述べたように、ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトから少なくとも部分的に選択される、好ましくはホーパイト、ホスホフィライトおよび/またはショルツァイトから少なくとも部分的に選択される、特に好ましくはホーパイトおよび/またはホスホフィライトから少なくとも部分的に選択される、非常に特に好ましくはホーパイトから少なくとも部分的に選択される、リン酸塩で主に構成されている。従って、酸性水性組成物におけるリン酸塩化特性の維持は、実質的に、活性化剤に含まれる粒状の計量添加されたリン酸塩に基づく。結晶水を考慮しないと、ホーパイトは化学量論的にZn3(PO4)2およびニッケル含有かつマンガン含有変異体Zn2Mn(PO4)3、Zn2Ni(PO4)3を含む一方で、ホスホフィライトはZn2Fe(PO4)3で構成され、ショルツァイトはZn2Ca(PO4)3で構成され、ヒュリューライトはMn3(PO4)2で構成される。活性化剤中の結晶相ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトの存在は、上述したように、公称カットオフ10kD(NMWC:公称分子量カットオフ)で限外濾過を用いて粒状成分(P)を分離し、残留物を105℃で一定質量になるまで乾燥した後、X線回折法(XRD)を用いて証明できる。 The active components of the activator, which, as soon as they are added in a sufficient amount to the acidic aqueous composition for zinc phosphating, promote the formation of a uniform, closed and dense crystalline phosphate coating on the metal surface, in particular on the zinc surface, and in this sense activate the metal surface, are, as already mentioned, mainly composed of phosphates at least partially selected from hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyullyte, preferably at least partially selected from hopeite, phosphophyllite and/or scholzite, particularly preferably at least partially selected from hopeite and/or phosphophyllite, very particularly preferably at least partially selected from hopeite. The maintenance of the phosphating properties in the acidic aqueous composition is therefore substantially based on the granular metered-in phosphates contained in the activator. Without taking into account the water of crystallization, hopeite stoichiometrically comprises Zn 3 (PO 4 ) 2 and the nickel- and manganese-containing variants Zn 2 Mn(PO 4 ) 3 , Zn 2 Ni(PO 4 ) 3 , while phosphophyllite is composed of Zn 2 Fe(PO 4 ) 3 , scholzite is composed of Zn 2 Ca(PO 4 ) 3 and hyureulite is composed of Mn 3 (PO 4 ) 2. The presence of the crystalline phases hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyureulite in the activator can be demonstrated using X-ray diffraction (XRD) after separation of the particulate component (P) using ultrafiltration with a nominal cut-off of 10 kD (NMWC: nominal molecular weight cut-off) and drying the residue to constant mass at 105° C., as described above.
亜鉛イオンを含み、一定の結晶化度を有するリン酸塩の存在が好ましいため、本発明の方法では、しっかり付着した結晶質リン酸亜鉛コーティングの形成には、活性化剤が、PO4として計算して、無機粒状成分中のリン酸塩含量に基づいて、少なくとも20重量%、特に好ましくは少なくとも30重量%、より特に好ましくは少なくとも40重量%の無機粒状成分中亜鉛を含有することが好ましい。 Since the presence of a phosphate containing zinc ions and having a certain degree of crystallinity is preferred, in the process of the invention, for the formation of a tightly adherent crystalline zinc phosphate coating, it is preferred that the activator contains at least 20 % by weight, particularly preferably at least 30% by weight, more particularly preferably at least 40% by weight of zinc in the inorganic particulate component, calculated as PO4, based on the phosphate content in the inorganic particulate component.
しかし、活性化剤は、リン酸チタンを付加的に含まないことが好ましい。なぜなら、これらは、計量添加される際にリン酸塩化特性にプラスの影響を及ぼさないからである。従って、本発明の方法の好ましい実施形態では、活性化剤の無機粒状成分中のチタンの割合は、活性化剤に基づいて0.01重量%未満、特に好ましくは0.001重量%未満である。特に好ましい実施形態では、活性化剤は、合計で10mg/kg未満、特に好ましくは1mg/kg未満のチタンを含む。 However, it is preferred that the activator does not additionally contain titanium phosphates, since these do not have a positive effect on the phosphating properties when metered in. In a preferred embodiment of the method of the invention, the proportion of titanium in the inorganic particulate components of the activator is therefore less than 0.01% by weight, particularly preferably less than 0.001% by weight, based on the activator. In a particularly preferred embodiment, the activator contains less than 10 mg/kg, particularly preferably less than 1 mg/kg, of titanium in total.
粒状成分を安定化する有機高分子化合物(P2)は、活性化剤を介して計量添加される粒状成分(P)の有効性に大きな影響を与える。有機高分子化合物の選択は、工程(ii)のリン酸亜鉛化のための酸性水性組成物中での金属表面の活性化の程度を決定することが見出された。この活性化は、分散多価リン酸塩によってもたらされることが知られており、本発明が示すように、意外なことに、層形成と同時に起こり得る。 The organic polymeric compound (P2) that stabilizes the granular component has a significant influence on the effectiveness of the granular component (P) that is metered in via the activator. It has been found that the choice of organic polymeric compound determines the degree of activation of the metal surface in the acidic aqueous composition for zinc phosphating in step (ii). This activation is known to be brought about by dispersed polyvalent phosphates and, as the present invention shows, can surprisingly occur simultaneously with the layer formation.
本発明において、重量平均分子量が500g/molより大きい場合、有機化合物は重合体である。この場合、モル質量は、関連する基準値の試料のモル質量分布曲線を用いて測定される。この曲線は、濃度依存性屈折率検出器を用いたサイズ排除クロマトグラフィーにより30℃で実験的に得られ、ポリエチレングリコール標準に対して校正される。平均モル質量は、三次検量線を用いてストリップ法に従ってコンピュータを利用して評価される。カラム材料としては、水酸化ポリメタクリレートが適しており、溶離液としては、0.2mol/L塩化ナトリウム、0.02mol/L水酸化ナトリウム、および6.5mol/L水酸化アンモニウムの水溶液が適している。 In the present invention, an organic compound is a polymer if the weight-average molecular weight is greater than 500 g/mol. In this case, the molar mass is determined using the molar mass distribution curve of a sample of relevant reference values. This curve is experimentally obtained at 30°C by size-exclusion chromatography with a concentration-dependent refractive index detector and calibrated against polyethylene glycol standards. The average molar mass is evaluated computer-aided according to the strip method using a third calibration curve. Hydroxylated polymethacrylate is suitable as the column material, and an aqueous solution of 0.2 mol/L sodium chloride, 0.02 mol/L sodium hydroxide, and 6.5 mol/L ammonium hydroxide is suitable as the eluent.
粒状無機化合物(P1)を分散させるために使用される有機高分子化合物(P2)が、スチレンおよび/または5個以下の炭素原子を有するα-オレフィンから少なくとも部分的に構成される場合(ここで、有機高分子化合物(P2)は、マレイン酸、その無水物および/またはイミドの単位、好ましくはポリオキシアルキレン単位、特に好ましくはポリオキシアルキレン単位をその側鎖に更に有する)、酸性水性組成物と接触させたときのリン酸塩化特性の維持、即ちリン酸亜鉛化処理工程における金属表面の活性化が特に良好に達成される、即ち比較的少量の活性化剤の活性成分を用いて達成されることが見出された。従って、そのような有機高分子化合物(P2)が、本発明によれば、活性化剤の粒状成分(P)において好ましい。 It has been found that the maintenance of the phosphating properties when contacted with an acidic aqueous composition, i.e. the activation of the metal surface in the zinc phosphating treatment step, is particularly well achieved, i.e. with a relatively small amount of the active component of the activator, when the organic polymeric compound (P2) used to disperse the particulate inorganic compound (P1) is at least partially composed of styrene and/or α-olefins having not more than 5 carbon atoms (wherein the organic polymeric compound (P2) further comprises in its side chain units of maleic acid, its anhydride and/or imide, preferably polyoxyalkylene units, particularly preferably polyoxyalkylene units). Such organic polymeric compounds (P2) are therefore preferred in the particulate component (P) of the activator according to the invention.
この場合のα-オレフィンは、好ましくは、エテン、1-プロペン、1-ブテン、イソブチレン、1-ペンテン、2-メチル-ブト-1-エンおよび/または3-メチル-ブト-1-エンから選択され、特に好ましくは、イソブチレンから選択される。有機高分子化合物(P2)が、これらのモノマーを、互いにまたは他の構造単位に共有結合した不飽和形態の構造単位として含むことは、当業者には明らかである。 The α-olefin in this case is preferably selected from ethene, 1-propene, 1-butene, isobutylene, 1-pentene, 2-methyl-but-1-ene and/or 3-methyl-but-1-ene, particularly preferably isobutylene. It will be clear to those skilled in the art that the organic polymeric compound (P2) contains these monomers as structural units in unsaturated form covalently bonded to each other or to other structural units.
有機高分子化合物(P2)の好適な市販品の例は、例えば、ポリプロピレングリコールで変性されたマレイン酸-イソブチレンコポリマーであるDispex(登録商標)CX 4320(BASF SE)、ポリエチレングリコールで変性されたマレイン酸-スチレンコポリマーであるTego(登録商標)Dispers 752 W(Evonik Industries AG)、またはEO/POおよびイミダゾール単位で変性されたマレイン酸-スチレンコポリマーであるEdaplan(登録商標)490(Muenzing Chemie GmbH)である。 Suitable commercial examples of organic polymeric compounds (P2) are, for example, Dispex® CX 4320 (BASF SE), a maleic acid-isobutylene copolymer modified with polypropylene glycol, Tego® Dispers 752 W (Evonik Industries AG), a maleic acid-styrene copolymer modified with polyethylene glycol, or Edaplan® 490 (Muenzing Chemie GmbH), a maleic acid-styrene copolymer modified with EO/PO and imidazole units.
本発明において、少なくとも一部がスチレンからなる有機高分子化合物(P2)が好ましい。 In the present invention, an organic polymer compound (P2) at least partly composed of styrene is preferred.
活性化剤の粒状成分(P)のコロイド安定化のために使用される有機高分子化合物(P2)は、好ましくはポリオキシアルキレン単位を有し、好ましくは1,2-エタンジオールおよび/または1,2-プロパンジオールから、特に好ましくは1,2-エタンジオールおよび1,2-プロパンジオールの両方から構成されるポリオキシアルキレン単位を有し、ポリオキシアルキレン単位の全体における1,2-プロパンジオールの割合は、ポリオキシアルキレン単位の全体を基準にして、好ましくは少なくとも15重量%であるが、特に好ましくは40重量%以下である。また、ポリオキシアルキレン単位は、好ましくは、有機高分子化合物(P2)の側鎖に含まれる。好ましくは少なくとも40重量%、特に好ましくは少なくとも50重量%であるが好ましくは70重量%以下の有機高分子化合物(P2)全体におけるポリオキシアルキレン単位の割合が、前記化合物の分散性に有利である。 The organic polymeric compound (P2) used for colloidal stabilization of the granular component (P) of the activator preferably has polyoxyalkylene units, preferably composed of 1,2-ethanediol and/or 1,2-propanediol, particularly preferably both 1,2-ethanediol and 1,2-propanediol, the proportion of 1,2-propanediol in the total of the polyoxyalkylene units being preferably at least 15% by weight, particularly preferably not more than 40% by weight, based on the total of the polyoxyalkylene units. The polyoxyalkylene units are also preferably contained in the side chains of the organic polymeric compound (P2). A proportion of polyoxyalkylene units in the total of the organic polymeric compound (P2) of preferably at least 40% by weight, particularly preferably at least 50% by weight, but preferably not more than 70% by weight, is advantageous for the dispersibility of the compound.
有機高分子化合物(P2)を、ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトから選択されるリン酸塩の形態の多価金属カチオンから少なくとも部分的に形成される活性化剤の無機粒状成分(P1)で固定するために、そして、リン酸亜鉛化の酸性水性組成物において活性化するための粒状成分(P)の向上した安定性および能力のために、有機高分子化合物(P2)は、好ましくは側鎖に、特に好ましくは有機高分子化合物(P2)のポリオキシアルキレン単位の構成成分として、イミダゾール単位も有する。 In order to fix the organic polymeric compound (P2) with the inorganic particulate component (P1) of the activator formed at least in part from polyvalent metal cations in the form of phosphates selected from among hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyullite, and for improved stability and ability of the particulate component (P) to be activated in the acidic aqueous composition of zinc phosphating, the organic polymeric compound (P2) also has imidazole units, preferably in the side chains, particularly preferably as constituents of the polyoxyalkylene units of the organic polymeric compound (P2).
好ましい実施形態では、有機高分子化合物(P2)のアミン価は、少なくとも25mgKOH/g、特に好ましくは少なくとも40mgKOH/gであるが、好ましくは125mgKOH/g未満、特に好ましくは80mgKOH/g未満である。従って、好ましい実施形態では、活性化剤の粒状成分(P)中の有機高分子化合物の全体もまた、これらの好ましいアミン価を有する。アミン価は、いずれの場合も、関連する基準値(粒状成分(P)中の有機高分子化合物の全体または有機高分子化合物(P2))約1gをエタノール100mL中で秤量し、20℃のエタノール溶液の温度で色が黄変するまで、指示薬ブロモフェノールブルーに対して0.1規定HCl滴定溶液を用いて滴定することで測定される。使用するHCl滴定溶液の量(mL単位)に係数5.61を乗じて、グラム単位の重量の正確な質量で除した値が、関連する基準値のアミン価(mgKOH/g単位)に相当する。 In a preferred embodiment, the amine value of the organic polymeric compound (P2) is at least 25 mg KOH/g, particularly preferably at least 40 mg KOH/g, but preferably less than 125 mg KOH/g, particularly preferably less than 80 mg KOH/g. Thus, in a preferred embodiment, the total of the organic polymeric compounds in the granular component (P) of the activator also has these preferred amine values. The amine value is in each case determined by weighing out about 1 g of the relevant reference value (total of the organic polymeric compounds in the granular component (P) or the organic polymeric compound (P2)) in 100 ml of ethanol and titrating it with 0.1 N HCl titration solution against the indicator bromophenol blue until the color turns yellow at the temperature of the ethanolic solution at 20° C. The amount of HCl titration solution used (in ml) multiplied by the factor 5.61 divided by the exact mass of the weight in grams corresponds to the amine value (in mg KOH/g) of the relevant reference value.
ポリオキシアルキレン単位の十分な数を確保するために、有機高分子化合物(P2)が、好ましくは粒状成分(P)中の有機高分子化合物の全体も、少なくとも25mgKOH/gであるが好ましくは100mgKOH/g未満、特に好ましくは70mgKOH/g未満の(2018年4月の)DGF C-V 2 (06)に従った酸価を有することが有利であることも見出された。有機高分子化合物(P2)が、好ましくは粒状成分(P)中の有機高分子化合物の全体も、15mgKOH/g未満、特に好ましくは12mgKOH/g未満、より特に好ましくは10mgKOH/g未満の、各々の場合に欧州薬局方9.0の01/2008:20503のA法に従って測定されるヒドロキシル価を有することも好ましい。 In order to ensure a sufficient number of polyoxyalkylene units, it has also been found to be advantageous for the organic polymeric compounds (P2), preferably also the total of the organic polymeric compounds in the granular component (P), to have an acid number according to DGF C-V 2 (06) (April 2018) of at least 25 mg KOH/g, but preferably less than 100 mg KOH/g, particularly preferably less than 70 mg KOH/g. It is also preferred that the organic polymeric compounds (P2), preferably also the total of the organic polymeric compounds in the granular component (P), have a hydroxyl number, in each case measured according to method A of European Pharmacopoeia 9.0 01/2008:20503, of less than 15 mg KOH/g, particularly preferably less than 12 mg KOH/g, more particularly preferably less than 10 mg KOH/g.
活性化剤中の無機粒状成分の安定な分散には、有機高分子化合物(P2)の、好ましくは粒状成分(P)中の有機高分子化合物の全体の割合が、粒状成分(P)に基づいて、少なくとも3重量%、特に好ましくは少なくとも6重量%であるが、好ましくは15重量%以下であることが十分である。活性化剤の分散粒状成分(P)は、公称カットオフ限界10kD(NMWC:公称分子量カットオフ)での活性化剤の規定部分体積の限外濾過の残留物を乾燥した後に残る固形分である。限外濾過は、濾液の導電率が10μScm-1未満になるまで脱イオン水(κ<1μScm-1)を添加することによって実施する。 For a stable dispersion of the inorganic particulate components in the activator, it is sufficient that the total proportion of the organic polymeric compounds (P2), preferably the organic polymeric compounds in the particulate component (P), is at least 3% by weight, particularly preferably at least 6% by weight, but preferably not more than 15% by weight, based on the particulate component (P). The dispersed particulate component (P) of the activator is the solids remaining after drying the retentate of ultrafiltration of a defined partial volume of the activator at a nominal cut-off limit of 10 kD (NMWC: nominal molecular weight cut-off). Ultrafiltration is carried out by adding deionized water (κ<1 μScm −1 ) until the conductivity of the filtrate is less than 10 μScm −1 .
活性化剤は、好ましくは該剤に基づいて40重量%以下の粒状成分(P)を含む。そうでなければ、定量ポンプによるリン酸亜鉛化の酸性水性組成物への該剤の連続的または不連続的な計量添加のための技術的取り扱い挙動および分散体安定性がもはや確保されないか、または少なくとも困難になるからである。これは特に、リン酸亜鉛化のための基準量の酸性水性組成物のリン酸塩化特性を維持するのに必要とされる粒状成分(P)の低い総量に関して当てはまる。しかし、活性化剤は、可能な限り安定であると同時に可能な限り高濃度である分散体として提供されることが有利である。これは、粒状無機化合物(P1)を分散させるために好ましい有機高分子化合物(P2)を用いた場合に特に達成することができるので、該剤に基づいて少なくとも5重量%であるが好ましくは30重量%以下の粒状成分(P)を含む活性化剤を使用することが好ましい。 The activator preferably comprises not more than 40% by weight of granular components (P), based on the agent, since otherwise the technical handling behavior and dispersion stability for continuous or discontinuous metered addition of the agent by means of a metering pump to the acidic aqueous composition for zinc phosphating are no longer ensured or at least become difficult. This is particularly true with respect to the low total amount of granular components (P) required to maintain the phosphating properties of the reference amount of acidic aqueous composition for zinc phosphating. However, it is advantageous for the activator to be provided as a dispersion that is as stable as possible and at the same time as highly concentrated as possible. This can be achieved in particular when using the preferred organic polymeric compounds (P2) for dispersing the granular inorganic compounds (P1), so that it is preferable to use activators that comprise at least 5% by weight, but preferably not more than 30% by weight, of granular components (P), based on the agent.
活性化剤のそのような高濃度の水性分散体、即ち、該剤に基づいて5重量%の粒状成分(P)を含む水性分散体では、本発明の方法において、活性化剤は付加的に、10μm超のそのD50値によって特徴付けられ得、このことは相応して好ましい。分散体に含まれる分散粒子の凝集物は、活性化剤の取り扱い挙動に有利なチキソトロピー流動特性をもたらす。低剪断で凝集物の粘度が高くなる傾向は長期保存に有利である一方で、剪断時の粘度の低下によりポンプ輸送が可能になる。分散体が150μmのD90値を大幅に超えない場合も、良好な流動特性が得られる;従って、本発明では、150μm未満、好ましくは100μmμm未満、特に80μm未満の水性分散体のD90値が好ましい。本発明では、D50値またはD90値は各々、水性分散体に含まれる粒状成分の50体積%または90体積%がその値以下である粒子径を意味する。ISO 13320:2009に従って、D50値またはD90値は、球状粒子と散乱粒子屈折率nD=1.52-i・0.1を用いて、濃厚水性分散体状の活性化剤を20℃で相応量の脱イオン水(κ<1μScm-1)により0.05重量%の分散粒状成分に希釈した直後、ミー理論による散乱光分析により、体積加重累積粒子サイズ分布から測定できる。希釈は、株式会社堀場製作所製粒度分布測定装置LA-950 V2の試料容器にイオン交換水200mLの体積に相当する濃厚分散体を添加し、そこから測定チャンバーに機械的に循環することで実施される(LA-950 V2の循環ポンプの設定:体積流量3.3L/分でレベル5=1167rpm)。粒度分布は、分散体を希釈体積に添加してから120秒以内に測定する。 In such highly concentrated aqueous dispersions of activator, i.e. aqueous dispersions containing 5% by weight of particulate component (P) based on the agent, the activator may additionally be characterized in the process of the present invention by its D50 value of more than 10 μm, which is correspondingly preferred. The agglomerates of dispersed particles contained in the dispersion result in thixotropic flow properties which are advantageous for the handling behavior of the activator. The tendency of the agglomerates to become more viscous at low shear is advantageous for long-term storage, while the decrease in viscosity on shear allows pumping. Good flow properties are also obtained when the dispersion does not significantly exceed a D90 value of 150 μm; therefore, in the present invention, D90 values of the aqueous dispersion less than 150 μm, preferably less than 100 μm μm, in particular less than 80 μm, are preferred. In the present invention, the D50 value or D90 value respectively refers to the particle size at or below which 50% or 90% by volume of the particulate components contained in the aqueous dispersion are equal to or less than said value. According to ISO 13320:2009, the D50 or D90 values can be determined from the volume-weighted cumulative particle size distribution by scattered light analysis according to the Mie theory immediately after dilution of the activator in concentrated aqueous dispersion with a corresponding amount of deionized water (κ<1 μScm −1 ) at 20° C. to 0.05% by weight of dispersed particulate content with spherical particles and a scattering particle refractive index nD=1.52-i·0.1. The dilution is carried out by adding the concentrated dispersion equivalent to a volume of 200 mL of ion-exchanged water to the sample vessel of a particle size distribution analyzer LA-950 V2 manufactured by Horiba Ltd. and circulating it mechanically from there to the measurement chamber (settings of the circulation pump of the LA-950 V2: level 5=1167 rpm with a volume flow rate of 3.3 L/min). The particle size distribution is measured within 120 seconds after the dispersion has been added to the dilution volume.
増粘剤の存在は、特に活性化剤が前記濃厚分散体として存在する場合、粒状成分(P)の一次粒子の不可逆的な凝集を防ぐのに有利であり得る。従って、本発明の方法の好ましい実施形態では、活性化剤は、好ましくは、0.001~0.25s-1の剪断速度範囲において、温度25℃で活性化剤に少なくとも1000Pa・sであるが好ましくは5000Pa・s未満の最大動粘度を与える量で、好ましくは、剪断減粘挙動、即ち、最大動粘度で存在する剪断速度を超える剪断速度で25℃で生じる剪断速度の増加に伴う粘度の低下をもたらし、その結果、活性化剤が全体的にチキソトロピックな流動挙動を有するような量で、増粘剤を含む。この場合、既定の剪断速度範囲にわたる粘度は、35mmの円錐直径および0.047mmのギャップ幅を有する円錐および平板粘度計を用いて測定することができる。 The presence of a thickening agent may be advantageous to prevent irreversible aggregation of the primary particles of the particulate component (P), especially when the activator is present as said concentrated dispersion. Thus, in a preferred embodiment of the method of the present invention, the activator is preferably present in an amount that gives the activator a maximum kinematic viscosity of at least 1000 Pa· s , but preferably less than 5000 Pa·s, at a temperature of 25° C., in the shear rate range of 0.001 to 0.25 s −1, preferably in an amount such that it results in shear thinning behavior, i.e. a decrease in viscosity with increasing shear rate occurring at 25° C. at shear rates above the shear rate present at the maximum kinematic viscosity, so that the activator has an overall thixotropic flow behavior. In this case, the viscosity over a given shear rate range can be measured using a cone and plate viscometer with a cone diameter of 35 mm and a gap width of 0.047 mm.
本発明の意味における増粘剤は、温度25℃での脱イオン水(κ<1μScm-1)中0.5重量%の成分として含まれた場合にサイズ2スピンドルを用いて60rpm(=回転数/分)の剪断速度で少なくとも100mPa・sのブルックフィールド粘度を示す、高分子化合物または所定の化合物混合物である。この増粘剤の特性を測定する場合、対応する量の高分子化合物を25℃で撹拌しながら水相に添加し、超音波浴中で均一化した混合物から気泡を除去し、24時間放置する方法で、混合物を水と混合しなければならない。その後、数2のスピンドルを用いて60rpmの剪断速度を加えた直後、5秒以内に粘度の測定値を読み取る。 A thickener within the meaning of the present invention is a polymeric compound or a defined mixture of compounds which, when included as a component of 0.5% by weight in deionized water (κ<1 μScm −1 ) at a temperature of 25° C., exhibits a Brookfield viscosity of at least 100 mPa·s at a shear rate of 60 rpm (= revolutions per minute) using a size 2 spindle. When determining the properties of this thickener, the mixture must be mixed with water in such a way that the corresponding amount of polymeric compound is added to the aqueous phase with stirring at 25° C., the mixture is homogenized in an ultrasonic bath to remove air bubbles and is left to stand for 24 hours. The viscosity measurement is then read immediately after the application of a shear rate of 60 rpm using a number 2 spindle within 5 seconds.
活性化剤は、好ましくは、合計で少なくとも0.5重量%であるが好ましくは4重量%以下、特に好ましくは3重量%以下の1以上の増粘剤を含み、水性分散体の非粒状成分中の有機高分子化合物の合計割合は、更に好ましくは(分散体に基づいて)4重量%以下である。非粒状成分は、105℃で一定質量になるまで乾燥させた後の、上記限外濾過の透過液中の水性分散体の固形分、即ち、限外濾過により粒状成分を分離した後の固形分である。 The activator preferably comprises one or more thickeners in a total amount of at least 0.5% by weight, but preferably not more than 4% by weight, particularly preferably not more than 3% by weight, and the total proportion of organic polymeric compounds in the non-particulate component of the aqueous dispersion is more preferably not more than 4% by weight (based on the dispersion). The non-particulate component is the solids content of the aqueous dispersion in the permeate of said ultrafiltration after drying to constant mass at 105°C, i.e. the solids content after separation of the particulate component by ultrafiltration.
ある種の高分子化合物が、特に適当な増粘剤であり、容易に市場から入手することもできる。従って、増粘剤は、好ましくは有機高分子化合物から選択され、好ましくは、多糖類、セルロース誘導体、アミノプラスト、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリウレタンおよび/またはウレアウレタン樹脂から選択され、特に好ましくは、ウレアウレタン樹脂、特に、多価イソシアネートとポリオールおよびモノおよび/またはジアミンとの反応から生じる高分子化合物の混合物であるウレアウレタン樹脂から選択される。好ましい実施形態では、ウレアウレタン樹脂は、1,4-テトラメチレンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2(4),4-トリメチル-1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、1,10-デカメチレンジイソシアネート、1,4-シクロヘキシレンジイソシアネート、p-フェニレンジイソシアネート、m-フェニレンジイソシアネート、2,6-トルエンジイソシアネート、2,4-トルエンジイソシアネートおよびそれらの混合物、p-およびm-キシリレンジイソシアネート、および4-4’-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタンから好ましくは選択される、2,4-トルエンジイソシアネートおよび/またはm-キシリレンジイソシアネートから特に好ましくは選択される、多価イソシアネートから得られる。特に好ましい実施形態では、ウレアウレタン樹脂は、好ましくは少なくとも6、特に好ましくは少なくとも8、より特に好ましくは少なくとも10であるが、好ましくは26未満、特に好ましくは23未満のオキシアルキレン単位で構成される、ポリオキシアルキレンジオールから選択される、ポリオキシエチレングリコールから特に好ましくは選択される、ポリオールから得られる。 Certain polymeric compounds are particularly suitable thickeners and are readily available on the market. Thus, the thickener is preferably selected from organic polymeric compounds, preferably from polysaccharides, cellulose derivatives, aminoplasts, polyvinyl alcohols, polyvinylpyrrolidones, polyurethanes and/or urea-urethane resins, and particularly preferably from urea-urethane resins, in particular urea-urethane resins which are mixtures of polymeric compounds resulting from the reaction of polyisocyanates with polyols and mono- and/or diamines. In a preferred embodiment, the urea urethane resin is obtained from a polyvalent isocyanate, preferably selected from 1,4-tetramethylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 2,2(4),4-trimethyl-1,6-hexamethylene diisocyanate, 1,10-decamethylene diisocyanate, 1,4-cyclohexylene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, 2,4-toluene diisocyanate and mixtures thereof, p- and m-xylylene diisocyanate, and 4-4'-diisocyanatodicyclohexylmethane, particularly preferably selected from 2,4-toluene diisocyanate and/or m-xylylene diisocyanate. In a particularly preferred embodiment, the urea urethane resin is obtained from a polyol, preferably selected from polyoxyalkylene diols, particularly preferably selected from polyoxyethylene glycols, composed of oxyalkylene units, preferably at least 6, particularly preferably at least 8, more particularly preferably at least 10, but preferably less than 26, particularly preferably less than 23.
特に適当な、従って本発明において好ましいウレアウレタン樹脂は、まずジイソシアネート、例えばトルエン-2,4-ジイソシアネートをポリオール、例えばポリエチレングリコールと反応させてNCO末端ウレタンプレポリマーを生成し、次いで第一級モノアミンおよび/または第一級ジアミン、例えばm-キシリレンジアミンと更に反応させることにより得ることができる。遊離イソシアネート基もブロックトイソシアネート基も有さないウレアウレタン樹脂が特に好ましい。活性化剤の成分として、そのようなウレアウレタン樹脂は、一次粒子の緩い凝集物の形成を促進する。これは、更なる凝集から保護され、リン酸亜鉛化のための酸性水性組成物中に計量添加されると、一次粒子に解離する。この特性プロファイルを更に促進するには、遊離イソシアネート基もブロックトイソシアネート基も末端アミン基も有さないウレアウレタン樹脂を増粘剤として使用することが好ましい。従って、好ましい実施形態では、ウレアウレタン樹脂である増粘剤は、8mgKOH/g未満、特に好ましくは5mgKOH/g未満、より特に好ましくは2mgKOH/g未満の、有機高分子化合物(P2)に関し上述した方法に従って各々の場合に測定されるアミン価を有する。増粘剤は活性化剤の水相に実質的に溶解しており、従って、非粒状成分に割り当てることができる一方、成分(P2)は粒状成分(P)中に実質的に結合しているので、非粒状成分中の有機高分子化合物の全体が、好ましくは16mgKOH/g未満、特に好ましくは10mgKOH/g未満、より特に好ましくは4mgKOH/g未満のアミン価を有する活性化剤が好ましい。ウレアウレタン樹脂が、10~100mgKOH/gの範囲、特に好ましくは20~60mgKOH/gの範囲の、欧州薬局方9.0の01/2008:20503のA法に従って測定されるヒドロキシル価を有することが更に好ましい。ウレアウレタン樹脂の分子量に関しては、有機高分子化合物の本発明に従った定義に関連して上述した各々の場合に実験的に測定される重量平均モル質量が、1000~10000g/molの範囲、好ましくは2000~6000g/molの範囲であることが、本発明において有利であり、従って好ましい。 Particularly suitable, and therefore preferred in the present invention, urea-urethane resins can be obtained by first reacting a diisocyanate, for example toluene-2,4-diisocyanate, with a polyol, for example polyethylene glycol, to give an NCO-terminated urethane prepolymer, which is then further reacted with a primary monoamine and/or a primary diamine, for example m-xylylenediamine. Urea-urethane resins having neither free nor blocked isocyanate groups are particularly preferred. As a component of the activator, such urea-urethane resins promote the formation of loose aggregates of primary particles, which are protected from further aggregation and dissociate into primary particles when metered into the acidic aqueous composition for zinc phosphating. To further promote this property profile, it is preferred to use urea-urethane resins having neither free nor blocked isocyanate groups nor terminal amine groups as thickeners. Thus, in a preferred embodiment, the thickener, which is a urea-urethane resin, has an amine value, in each case measured according to the method described above for the organic polymeric compound (P2), of less than 8 mg KOH/g, particularly preferably less than 5 mg KOH/g, more particularly preferably less than 2 mg KOH/g. Since the thickener is substantially dissolved in the aqueous phase of the activator and can therefore be allocated to the non-granular component, while component (P2) is substantially bound in the granular component (P), activators are preferred in which the total of the organic polymeric compounds in the non-granular component preferably has an amine value of less than 16 mg KOH/g, particularly preferably less than 10 mg KOH/g, more particularly preferably less than 4 mg KOH/g. It is further preferred that the urea-urethane resin has a hydroxyl value, measured according to method A of European Pharmacopoeia 9.0 01/2008:20503, in the range from 10 to 100 mg KOH/g, particularly preferably in the range from 20 to 60 mg KOH/g. With regard to the molecular weight of the urea-urethane resin, it is advantageous and therefore preferred in the present invention that the weight-average molar mass, experimentally measured in each case as described above in connection with the definition according to the present invention of the organic polymeric compound, is in the range of 1000 to 10000 g/mol, preferably in the range of 2000 to 6000 g/mol.
活性化剤は、好ましくは6.5~8.0の範囲のpH値を有し、特に好ましくは6未満のpKS値または5未満のpKB値を有するいかなるpH調節水溶性化合物を含まない、水性分散体である。 The activator is preferably an aqueous dispersion having a pH value in the range of 6.5 to 8.0, particularly preferably free of any pH-adjusting water-soluble compounds having a pK S value of less than 6 or a pK B value of less than 5.
活性化剤はまた、例えば防腐剤、湿潤剤および消泡剤から選択される助剤を含むことができ、これらは関連する機能に必要な量で含まれる。助剤の割合、特に好ましくは増粘剤ではない、非粒状成分中の他の化合物の割合は、好ましくは1重量%未満である。 The activator may also contain auxiliaries, selected for example from preservatives, wetting agents and antifoaming agents, in the amounts required for the relevant function. The proportion of auxiliaries, particularly preferably not thickeners, other compounds in the non-granular components is preferably less than 1% by weight.
活性化剤は、好ましくは、
i)4~7質量部の水の存在下で、0.5~2質量部の有機高分子化合物(P2)を伴った10質量部の無機粒状化合物(P1)を粉砕し、例えば、Malvern Panalytical GmbH製Zetasizer(登録商標)Nano ZSを用いて、水で1000倍に希釈した後の動的光散乱法によって測定されるD50値が1μm未満に達するまで粉砕することにより顔料ペーストを提供し;
ii)顔料ペーストを、少なくとも5重量%の分散粒状成分(P)、および剪断速度0.001~0.25s-1の範囲において温度25℃で少なくとも1000Pa・sの最大動粘度が設定されるような量の水、好ましくは脱イオン水(κ<1μScm-1)または水道水および増粘剤で希釈する
ことにより、濃厚水性分散体として得ることができる。ここで、活性化剤の好ましい実施形態は、対応する成分(P1)、(P2)および増粘剤を、それぞれの場合に供給または必要とされ得る量で選択することによって、同様の方法で得られる。そのような濃厚水性分散体は、優れた安定性を有し、そのチキソトロピックな流動挙動に起因して良好なポンプ輸送性も備えているため、濃厚分散体を制御された方法でリン酸亜鉛化系タンクに直接計量添加することができる。
The activator is preferably
i) grinding 10 parts by weight of inorganic particulate compound (P1) with 0.5 to 2 parts by weight of organic polymeric compound (P2) in the presence of 4 to 7 parts by weight of water, for example using a Zetasizer® Nano ZS from Malvern Panalytical GmbH, until a D50 value measured by dynamic light scattering after a 1000-fold dilution with water of less than 1 μm is reached, to obtain a pigment paste;
ii) The pigment paste can be obtained as a concentrated aqueous dispersion by diluting it with at least 5% by weight of dispersed particulate component (P) and with water, preferably deionized water (κ<1 μScm −1 ) or tap water and thickener in such an amount that a maximum dynamic viscosity of at least 1000 Pa·s at a temperature of 25° C. is set at shear rates in the range of 0.001-0.25 s −1 . Preferred embodiments of the activator are here obtained in a similar manner by selecting the corresponding components (P1), (P2) and thickener in the amounts that may be provided or required in each case. Such concentrated aqueous dispersions have excellent stability and, due to their thixotropic flow behavior, also have good pumpability, so that the concentrated dispersions can be metered in a controlled manner directly into the tank of the zinc phosphating system.
リン酸亜鉛化のための酸性水性組成物に関し、均一で閉じたリン酸亜鉛層を形成するには、本発明の方法の工程(ii)において、前記組成物が、少なくとも、
(A)PO4として計算して5~50g/kgの、水中に溶解したリン酸塩、
(B)0.3~3g/kgの亜鉛イオン、および
(C)遊離フッ化物
並びに0超ポイントの遊離酸
を含有することが必須である。
In order to form a uniform and closed zinc phosphate layer, it is necessary in step (ii) of the method of the present invention that the acidic aqueous composition for zinc phosphating contains at least
(A) 5 to 50 g/kg of phosphate, calculated as PO4 , dissolved in water;
(B) zinc ion of 0.3 to 3 g/kg; and (C) free fluoride and free acidity of greater than 0 points.
これに関して、この量のリン酸イオンには、PO4として計算した、オルトリン酸および水に溶解したオルトリン酸塩のアニオンが含まれる。 In this regard, the amount of phosphate ions includes the anions of orthophosphoric acid and orthophosphate dissolved in water, calculated as PO4 .
本発明の方法の工程(ii)におけるリン酸亜鉛化の酸性水性組成物中の遊離酸の割合(ポイント単位)は、好ましくは少なくとも0.4であるが、好ましくは3.0以下、特に好ましくは2.0以下である。遊離酸の割合(ポイント単位)は、酸性水性組成物の試料体積10mLを60mLに希釈し、0.1N水酸化ナトリウム溶液でpH値3.6まで滴定することによって測定される。水酸化ナトリウム溶液の消費量(mL)が遊離酸のポイント数を示す。 The proportion of free acid (in points) in the zinc phosphating acidic aqueous composition in step (ii) of the method of the present invention is preferably at least 0.4, but preferably not more than 3.0, particularly preferably not more than 2.0. The proportion of free acid (in points) is determined by diluting a sample volume of 10 mL of the acidic aqueous composition to 60 mL and titrating with 0.1 N sodium hydroxide solution to a pH value of 3.6. The amount of sodium hydroxide solution consumed (in mL) indicates the number of points of free acid.
酸性水性組成物の好ましいpH値は、通常2.5超、特に好ましくは2.7超であるが、好ましくは3.5未満、特に好ましくは3.3未満である。本発明で使用する「pH値」は、20℃でのヒドロニウムイオン活性の負の十進対数に相当し、pH感受性ガラス電極を用いて測定できる。 The preferred pH value of the acidic aqueous composition is usually greater than 2.5, particularly preferably greater than 2.7, but is preferably less than 3.5, particularly preferably less than 3.3. The "pH value" as used in the present invention corresponds to the negative decimal logarithm of the hydronium ion activity at 20°C and can be measured using a pH-sensitive glass electrode.
ある量の遊離フッ化物または遊離フッ化物イオン源は、層を形成するリン酸亜鉛化処理に必須である。亜鉛表面に加えて鉄またはアルミニウム表面を含む部材が、例えば少なくとも部分的にアルミニウムで形成された自動車車体のリン酸亜鉛化において必要であるように、層形成方式でリン酸亜鉛化される限り、工程(ii)における酸性水性組成物中の遊離フッ化物の量が少なくとも0.5mmol/kg、特に好ましくは少なくとも2mmol/kgであることが有利である。遊離フッ化物の濃度は、リン酸塩コーティングの付着力が弱くて容易に拭き取ることができるようになる値を超えてはならない。なぜなら、この欠陥は、活性化剤の計量添加を増やしたり、リン酸亜鉛化のための酸性水性組成物中の粒状成分(P)の定常状態量を増やしたりしても、多くの場合補うことができないからである。従って、本発明の方法の工程(ii)において、リン酸亜鉛化の酸性水性組成物における遊離フッ化物の濃度が15mmol/kg未満、特に好ましくは10mmol/kg未満、より特に好ましくは8mmol/kgであることが有利であり、従って、好ましい。 A certain amount of free fluoride or a source of free fluoride ions is essential for the zinc phosphating treatment to form a layer. Insofar as components which contain iron or aluminum surfaces in addition to zinc surfaces are zinc phosphating in a layer-forming manner, as is necessary, for example, in the zinc phosphating of at least partially aluminum-formed car bodies, it is advantageous for the amount of free fluoride in the acidic aqueous composition in step (ii) to be at least 0.5 mmol/kg, particularly preferably at least 2 mmol/kg. The concentration of free fluoride should not exceed a value at which the phosphate coating becomes weakly adherent and can be easily wiped off, since this defect cannot often be compensated for by increasing the metered addition of activator or by increasing the steady-state amount of granular component (P) in the acidic aqueous composition for zinc phosphating. It is therefore advantageous and therefore preferred in step (ii) of the method of the invention for the concentration of free fluoride in the acidic aqueous composition for zinc phosphating to be less than 15 mmol/kg, particularly preferably less than 10 mmol/kg, more particularly preferably less than 8 mmol/kg.
遊離フッ化物の量は、pH緩衝を伴わずにフッ化物含有緩衝溶液で校正した後、関連する酸性水性組成物中、20℃でフッ化物感受性測定電極を用いて電位差測定により測定される。遊離フッ化物イオンの適当な供給源は、フッ化水素酸およびその水溶性塩、例えばフッ化水素アンモニウムおよびフッ化ナトリウム、並びに元素Zr、Tiおよび/またはSiの複合フッ化物、特に元素Siの複合フッ化物である。従って、本発明のリン酸塩化処理では、遊離フッ化物源は、好ましくは、フッ化水素酸およびその水溶性塩および/または元素Zr、Tiおよび/またはSiの複合フッ化物から選択される。フッ化水素酸の塩は、60℃における脱イオン水(κ<1μScm-1)中溶解度がFとして計算して少なくとも1g/Lである場合、本発明の意味の範囲内での水溶性である。 The amount of free fluoride is measured potentiometrically with a fluoride-sensitive measuring electrode at 20° C. in the relevant acidic aqueous composition after calibration with a fluoride-containing buffer solution without pH buffering. Suitable sources of free fluoride ions are hydrofluoric acid and its water-soluble salts, such as ammonium hydrogen fluoride and sodium fluoride, as well as complex fluorides of the elements Zr, Ti and/or Si, in particular complex fluorides of the element Si. Thus, in the phosphating process of the invention, the source of free fluoride is preferably selected from hydrofluoric acid and its water-soluble salts and/or complex fluorides of the elements Zr, Ti and/or Si. Salts of hydrofluoric acid are water-soluble within the meaning of the invention if their solubility, calculated as F, in deionized water (κ<1 μS cm −1 ) at 60° C. is at least 1 g/L.
亜鉛からなる金属材料の表面上のいわゆる「ピンホール」を抑制するために、本発明によるそのような処理では、工程(ii)における遊離フッ化物源が、元素Siの複合フッ化物から、特にヘキサフルオロケイ酸およびその塩から少なくとも部分的に選択されることが好ましい。リン酸塩化の当業者には、ピンホールという用語は、処理された亜鉛表面上または処理された亜鉛メッキ鋼若しくは合金亜鉛メッキ鋼表面上で結晶質リン酸塩層に非晶質白色リン酸亜鉛が局所的に堆積する現象を意味すると理解される。 In order to suppress so-called "pinholes" on the surface of the metallic material consisting of zinc, it is preferred in such a treatment according to the invention that the source of free fluoride in step (ii) is at least partially selected from complex fluorides of the element Si, in particular from hexafluorosilicic acid and its salts. To those skilled in the art of phosphating, the term pinholes is understood to mean the phenomenon of local deposition of amorphous white zinc phosphate in a crystalline phosphate layer on the treated zinc surface or on the treated galvanized or alloy galvanized steel surface.
より迅速な層形成のために、当技術分野で公知の促進剤を、本発明の方法における酸性水性組成物に添加することができる。これらの促進剤は、好ましくは、2-ヒドロキシメチル-2-ニトロ-1,3-プロパンジオール、ニトログアニジン、N-メチルモルホリン-N-オキシド、亜硝酸塩、ヒドロキシルアミンおよび/または過酸化水素から選択される。ニトログアニジンまたはヒドロキシルアミンを促進剤として使用する場合、工程(ii)におけるリン酸亜鉛化のための酸性水性組成物において、活性化剤の比較的低い計量添加が必要とされるか、または粒状成分(P)のより低い定常状態量が確実に維持されることが見出された。そのため、リン酸塩化特性を維持するための活性化剤の使用量が特に低いという観点から、ニトログアニジンまたはヒドロキシルアミン、特にニトログアニジンが、本発明の方法の工程(ii)における酸性水性組成物中の促進剤として特に好ましい。 For more rapid layer formation, accelerators known in the art can be added to the acidic aqueous composition in the process of the invention. These accelerators are preferably selected from 2-hydroxymethyl-2-nitro-1,3-propanediol, nitroguanidine, N-methylmorpholine-N-oxide, nitrites, hydroxylamine and/or hydrogen peroxide. It has been found that when nitroguanidine or hydroxylamine is used as accelerator, a relatively low metered addition of activator is required or a lower steady-state amount of the granular component (P) is reliably maintained in the acidic aqueous composition for zinc phosphating in step (ii). Therefore, nitroguanidine or hydroxylamine, in particular nitroguanidine, are particularly preferred as accelerators in the acidic aqueous composition in step (ii) of the process of the invention, in view of the particularly low amount of activator used to maintain the phosphating properties.
本発明の方法の工程(ii)におけるリン酸亜鉛化のための酸性水性組成物に合計で10ppm未満のニッケルおよび/またはコバルトイオンが含まれる実施形態が、生態学的観点から特に好ましい。 Embodiments in which the acidic aqueous composition for zinc phosphating in step (ii) of the method of the present invention contains less than 10 ppm nickel and/or cobalt ions in total are particularly preferred from an ecological point of view.
更に、本発明の方法では、リン酸亜鉛化処理において当技術分野で公知の付加的なもの(additivation)も使用できる。 Furthermore, the method of the present invention allows for the use of additivations known in the art in zinc phosphating processes.
任意の処理工程:
従って、本発明の方法の好ましい実施形態では、リン酸亜鉛化処理工程(ii)における酸性水性組成物との接触前、一連の部材を、粒状成分中にホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライト、好ましくは多価金属カチオンリン酸塩、または元素Tiの難溶性塩を含むコロイド状水性活性化溶液と接触させない。リン酸亜鉛化処理工程(ii)における酸性水性組成物との接触前、一連の部材を、特に好ましくは、リン酸亜鉛化のための部材の表面を活性化するコロイド状水性溶液と接触させず、一連の部材を、非常に特に好ましくは、処理工程(ii)における接触前にリン酸亜鉛化のための部材の表面を活性化する活性化段階に通過させない。
Optional processing steps:
Thus, in a preferred embodiment of the method of the invention, the train of elements is not contacted with a colloidal aqueous activation solution which contains hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyleulite, preferably polyvalent metal cation phosphates, or sparingly soluble salts of the element Ti in the particulate components, prior to contact with the acidic aqueous composition in zinc phosphating treatment step (ii). Prior to contact with the acidic aqueous composition in zinc phosphating treatment step (ii), the train of elements is particularly preferably not contacted with a colloidal aqueous solution which activates the surfaces of the elements for zinc phosphating, and very particularly preferably the train of elements is not passed through an activation stage which activates the surfaces of the elements for zinc phosphating before the contact in treatment step (ii).
しかし、通常は、工程(ii)におけるリン酸亜鉛化および工程(i)における鉄付着の上流で処理工程として清浄化および脱脂工程を実施することはできない。可能な限り均一で再現性のある層コーティングを実現するため、本発明の方法の好ましい実施形態では、処理工程(i)の前に、部材の少なくとも金属表面を、別個の清浄化段階でまたは処理工程(i)と一緒に、清浄化し、必要に応じて脱脂する。清浄化は、好ましくは、好ましくは中性またはアルカリ性の清浄化剤との接触により行う。処理工程(i)は、中間濯ぎ工程を伴ってまたは伴わず、好ましくは中間濯ぎ工程を伴わず、清浄化段階の直後に行う。 However, it is usually not possible to carry out cleaning and degreasing steps as process steps upstream of the zinc phosphating in step (ii) and the iron deposition in step (i). In order to achieve a layer coating that is as uniform and reproducible as possible, in a preferred embodiment of the method of the invention, at least the metal surface of the component is cleaned and, if necessary, degreased prior to process step (i) in a separate cleaning step or together with process step (i). Cleaning is preferably carried out by contact with a preferably neutral or alkaline cleaning agent. Process step (i) is carried out immediately after the cleaning step, with or without an intermediate rinsing step, preferably without an intermediate rinsing step.
部材の清浄化および任意の脱脂に関し、アルカリ清浄化は、金属表面、特に材料としてまたは溶融亜鉛メッキ鋼の合金成分として金属アルミニウムを含む表面が酸洗されることを特徴とする。これにより金属表面の更なる標準化が進み、従って、均一なリン酸亜鉛コーティングの成長に有利になる。 With regard to the cleaning and optional degreasing of components, alkaline cleaning is characterized in that metal surfaces, in particular surfaces containing metallic aluminum as a material or as an alloying component of hot-dip galvanized steel, are pickled with an acid. This leads to a further standardization of the metal surface and thus favors the growth of a uniform zinc phosphate coating.
上述した通り、工程(ii)におけるリン酸亜鉛化の前の金属表面の活性化は本発明の方法で実施され得るので、清浄化段階(または組み合わされた清浄化および鉄付与段階)は、好ましくは、ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトを含む粒状成分または元素Tiの難溶性塩を含む好ましくは中性またはアルカリ性の水性清浄化剤との接触により行わない。清浄化後の濯ぎ工程は、既に述べたように任意であり、本発明では、処理される部材から、先の湿式化学的処理工程(この場合は清浄化および脱脂段階)より部材への付着によって持ち込まれた可溶性残留物、粒子および活性成分を完全にまたは部分的に除去するためにもっぱら採用される。金属元素ベースまたは半金属元素ベースの活性成分は、部材の金属表面と濯ぎ液を接触させるだけで既に消費され、濯ぎ液自体に含まれることはない。例えば、濯ぎ液は、単に市水または脱イオン水であってもよいし、必要に応じて、濯ぎ液によって濡れ性を改善するための界面活性化合物を含む濯ぎ液であってもよい。 Since, as mentioned above, activation of the metal surface prior to zinc phosphating in step (ii) can be carried out in the process of the invention, the cleaning step (or the combined cleaning and iron-donating step) is preferably not carried out by contact with a preferably neutral or alkaline aqueous cleaning agent containing particulate components containing hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyulite or sparingly soluble salts of elemental Ti. The rinsing step after cleaning is optional as already mentioned and is employed in the present invention exclusively to completely or partially remove from the component to be treated soluble residues, particles and active components brought in by deposition on the component from the previous wet-chemical treatment steps (in this case the cleaning and degreasing steps). The active components based on metal elements or on metalloid elements are already consumed by the mere contact of the rinsing liquid with the metal surface of the component and are not contained in the rinsing liquid itself. For example, the rinsing liquid may simply be city water or deionized water or, if necessary, a rinsing liquid containing surface-active compounds to improve wettability by the rinsing liquid.
部材:
溶融亜鉛メッキ鋼に関する本発明の方法におけるリン酸塩化特性は技術的に最適化されるので、本発明によれば、亜鉛表面を少なくとも部分的に有する一連の部材が溶融亜鉛メッキ鋼表面も有する方法も当然好ましい。基本的に、活性化剤の添加により工程(ii)において維持される酸性水性組成物のリン酸塩化特性により、自動車ボディ等の複数の金属構造で製造されている部材も非常に優れた特性でリン酸亜鉛化され得、鉄およびアルミニウム表面上にも非常に均一な閉じた緻密なリン酸亜鉛コーティングを得ることができる。従って、本発明の方法では、一連の部材が金属鉄表面を有すること、または、特に車体製造における軽量構造の場合は追加のアルミニウムを有することも好ましい。特に好ましい実施形態では、特に自動車の車体製造では、部材は、互いに隣接した金属亜鉛、鉄およびアルミニウムの表面を有する。
Materials:
Since the phosphating properties of the method of the invention on hot-dip galvanized steel are technically optimized, according to the invention, a method is naturally also preferred in which a series of components having at least partially a zinc surface also has a hot-dip galvanized steel surface. Essentially, due to the phosphating properties of the acidic aqueous composition, which are maintained in step (ii) by the addition of an activator, components made of multiple metal structures, such as car bodies, can also be zinc phosphated with very good properties, and a very uniform, closed and dense zinc phosphate coating can be obtained even on iron and aluminum surfaces. Therefore, in the method of the invention, it is also preferred that the series of components have a metallic iron surface or, in particular in the case of lightweight construction in car body construction, additional aluminum. In a particularly preferred embodiment, especially in car body construction, the components have metallic zinc, iron and aluminum surfaces adjacent to each other.
本発明の方法では、亜鉛、鉄またはアルミニウムから選択される部材の全金属表面上に十分均一な閉じたリン酸亜鉛コーティングが形成されることを確保するため、亜鉛表面上に少なくとも1.0g/m2の総重量が付着するのに少なくとも十分な時間、一連の部材を工程(ii)における酸性水性組成物と接触させることが好ましい。従って、少なくとも1.0g/m2、好ましくは少なくとも1.5g/m2の層重量を有するリン酸亜鉛層が亜鉛表面上に形成される、本発明の方法が好ましい。工程(ii)におけるリン酸亜鉛化のための酸性水性組成物のリン酸塩化特性は、好ましくは本発明の方法において制御変数として維持されるか、または、酸性水性組成物は固有の活性化性能を有するので、部材の亜鉛表面が均一な閉じた緻密な結晶質リン酸亜鉛層(その層厚さは自己制限範囲内である)を有することもまた常に確保される。従って、本発明では、物体スペクトルが要求する、部材の亜鉛表面上のリン酸亜鉛層の総重量は、好ましくは5.0g/m2未満、好ましくは4.5g/m2未満、特に好ましくは4.0g/m2未満、非常に特に好ましくは3.5g/m2未満である。 In the method of the present invention, it is preferred to contact the series of components with the acidic aqueous composition in step (ii) for at least a sufficient time to deposit a total weight of at least 1.0 g/ m2 on the zinc surface, in order to ensure that a sufficiently uniform closed zinc phosphate coating is formed on the entire metal surface of the component selected from zinc, iron or aluminum. Thus, the method of the present invention is preferred, in which a zinc phosphate layer having a layer weight of at least 1.0 g/ m2 , preferably at least 1.5 g/ m2, is formed on the zinc surface. The phosphating properties of the acidic aqueous composition for zinc phosphating in step (ii) are preferably maintained as a controlled variable in the method of the present invention, or the acidic aqueous composition has an inherent activation performance, so that it is also always ensured that the zinc surface of the component has a uniform closed dense crystalline zinc phosphate layer, the layer thickness of which is within a self-limiting range. Therefore, in the present invention, the total weight of the zinc phosphate layer on the zinc surface of the component, as required by the object spectrum, is preferably less than 5.0 g/ m2 , preferably less than 4.5 g/ m2 , particularly preferably less than 4.0 g /m2 and very particularly preferably less than 3.5 g/ m2 .
本発明の方法では、実質的に有機のカバー層が適用される過程で、後続の浸漬コーティングまたは粉体コーティングのための良好なコーティングベースが調製される。従って、本発明の方法の好ましい実施形態では、中間の濯ぎおよび/または乾燥工程を伴ったまたは伴わない、好ましくは濯ぎ工程は伴うが乾燥工程は伴わない、工程(ii)におけるリン酸亜鉛化に、好ましくはアミン変性ポリエポキシドを含む分散樹脂に加えて好ましくはイットリウムおよび/またはビスマスの水溶性または水分散性塩を含む、浸漬コーティングまたは粉体コーティング、特に好ましくは電着コーティング、より特に好ましくはカソード電着コーティングが続く。 In the process of the present invention, a good coating base for subsequent dip-coating or powder-coating is prepared in the course of applying the substantially organic cover layer. Thus, in a preferred embodiment of the process of the present invention, the zinc phosphating in step (ii) with or without intermediate rinsing and/or drying steps, preferably with rinsing but without drying steps, is followed by dip-coating or powder-coating, particularly preferably electrodeposition coating, more particularly preferably cathodic electrodeposition coating, preferably comprising a dispersing resin comprising an amine-modified polyepoxide as well as a water-soluble or water-dispersible salt of yttrium and/or bismuth.
例示的実施形態
本発明による方法の利点を説明するために、以下に詳細に説明する方法シーケンスを、様々な金属基材の層形成リン酸塩化に適用し、その、一連のこれらの金属基材で構成される部材の処理に対する適性を説明した。
Exemplary embodiments In order to illustrate the advantages of the method according to the invention, the method sequence detailed below has been applied to the layer-forming phosphating of various metal substrates to illustrate its suitability for the treatment of components made up of a range of these metal substrates.
a)0.8%のBonderite(登録商標)M-FE 2020 MU、1.2%のBonderite(登録商標)M-AD ZN-2、0.5%のBonderite(登録商標)M-AD FE-1および0.5%のBonderite(登録商標)C-AD 1561(これらは各々、Henkel AG & Co. KGaAからの処理化合物)並びに完全脱イオン水(κ<1μScm-1)と混合した3.5%のBonderite(登録商標)C-AK 2020-1を用いたアルカリ清浄化を、記載の割合に適用した。pH値を11.8~11.9に、温度を55℃に設定した後、シートをまず、1barの圧力で1分間噴霧脱脂し、次いで、
a1)鉄形成を伴わない変法:撹拌しながら同じ清浄化溶液で3分間浸漬脱脂、または
a2)鉄形成を伴う変法:撹拌しながら、0.8重量%のBonderite(登録商標)M-FE 2020 MU、0.7重量%のBonderite(登録商標)M-AD ZN-2、0.5重量%のBonderite(登録商標)M-AD FE-1および0.5重量%のBonderite(登録商標)C-AD 1561(これらは各々、Henkel AG & Co. KGaAからの処理化合物)並びに完全脱イオン水(κ<1μScm-1)と混合した3.6重量%のBonderite(登録商標)C-AK 2020-1にシートを浸漬することにより2分間浸漬脱脂
を、記載の割合に適用した。pH値を12.0に、温度を60℃に設定した後、処理を行った。
a) Alkaline cleaning with 0.8% Bonderite® M-FE 2020 MU, 1.2% Bonderite® M-AD ZN-2, 0.5% Bonderite® M-AD FE-1 and 0.5% Bonderite® C-AD 1561 (each of these are treatment compounds from Henkel AG & Co. KGaA) and 3.5% Bonderite® C-AK 2020-1 mixed with fully deionized water (κ<1 μScm −1 ) was applied in the proportions indicated. After setting the pH value to 11.8-11.9 and the temperature to 55° C., the sheets were first spray degreased at a pressure of 1 bar for 1 minute and then
a1) Variation without iron formation: Degreasing by immersion in the same cleaning solution for 3 minutes with stirring, or
a2) Variant with iron formation: Immersion degreasing was applied for 2 minutes in the indicated proportions by immersing the sheets under stirring in 0.8% by weight of Bonderite® M-FE 2020 MU, 0.7% by weight of Bonderite® M-AD ZN-2, 0.5% by weight of Bonderite® M-AD FE-1 and 0.5% by weight of Bonderite® C-AD 1561 (each of which is a treatment compound from Henkel AG & Co. KGaA) as well as 3.6% by weight of Bonderite® C-AK 2020-1 mixed with fully deionized water (κ<1 μS cm −1 ). The treatment was carried out after setting the pH value to 12.0 and the temperature to 60° C.
b)次いで、基材を約1分間、完全脱イオン水(κ<1μScm-1)で十分洗浄した。これらの条件下、基材上に閉じた水層が少なくとも30秒間残った。これは、基材上に油脂が存在しないことを示す。 b) The substrate was then thoroughly washed with fully deionized water (κ<1 μScm −1 ) for approximately 1 min. Under these conditions, a closed water layer remained on the substrate for at least 30 s, indicating the absence of grease or oil on the substrate.
c)続いて、基材表面を水で濡らし、別の活性化浴での処理を伴わずに、完全脱イオン水(κ<1μScm-1)並びに4.6重量%のBonderite(登録商標)M-Zn 1994 MU-1および1重量%のBonderite(登録商標)M-AD 565(これらは各々、Henkel AG & Co. KGaAからの処理化合物)に基づくヒドロキシルアミン促進リン酸塩化浴に直接浸漬し、撹拌しながら52℃で3分間、記載の割合に脱イオン水(κ<1μScm-1)を適用した(遊離酸:1.1ポイント、総酸:26.5ポイント、亜鉛含有量:0.13重量%、促進剤含有量:0.1重量%)。このため、
c1)WO 2021/104973 A1の例に記載されているように調製した、1g/LのBonderite(登録商標)M-AC 3000(Henkel AG & Co. KGaA)のリン酸亜鉛水性分散体を添加した(これは、リン酸塩化浴に基づいて0.2g/kgの粒状リン酸亜鉛の割合に相当する)か、または
c2)WO 2021/104973 A1の例に記載されているように調製した、3g/LのBonderite(登録商標)M-AC 3000(Henkel AG & Co. KGaA)のリン酸亜鉛水性分散体を添加した(これは、リン酸塩化浴に基づいて0.6g/kgの粒状リン酸亜鉛の割合に相当する)。
c) The substrate surface was then wetted with water and, without treatment in a separate activation bath, directly immersed in a hydroxylamine-accelerated phosphating bath based on fully deionized water (κ<1 μScm −1 ) and 4.6 wt. % Bonderite® M-Zn 1994 MU-1 and 1 wt. % Bonderite® M-AD 565 (each of these are processing compounds from Henkel AG & Co. KGaA), applying deionized water (κ<1 μScm −1 ) in the stated proportions for 3 minutes at 52° C. under stirring (free acid: 1.1 points, total acid: 26.5 points, zinc content: 0.13 wt. %, accelerator content: 0.1 wt. %). For this reason,
c1) 1 g/L of an aqueous zinc phosphate dispersion of Bonderite® M-AC 3000 (Henkel AG & Co. KGaA), prepared as described in the examples of WO 2021/104973 A1, was added (this corresponds to a proportion of 0.2 g/kg of granular zinc phosphate, based on the phosphating bath), or
c2) 3 g/L of an aqueous zinc phosphate dispersion of Bonderite® M-AC 3000 (Henkel AG & Co. KGaA), prepared as described in the examples of WO 2021/104973 A1, was added (this corresponds to a rate of 0.6 g/kg of granular zinc phosphate, based on the phosphating bath).
d)その後、基材を約1分間完全脱イオン水(κ<1μScm-1)下で十分洗浄した。 d) The substrate was then thoroughly washed under fully deionized water (κ<1 μScm −1 ) for approximately 1 minute.
e)室温で圧縮空気を吹き付け、50℃のオーブンで乾燥させた。 e) Blow compressed air at room temperature and dry in an oven at 50°C.
この方法シーケンスに従ってコーティングした金属基材は、冷間圧延鋼(CRS)、電解亜鉛メッキ鋼(EG)、溶融亜鉛メッキ鋼(HDG)、亜鉛マグネシウム溶融メッキ鋼(ZM)、およびアルミニウム(AA6014)のシートであり、これらを、処理工程a1)またはa2)の後に清浄化し、次いで後続の処理工程b)~e)の後に予備処理した。 The metal substrates coated according to this method sequence were sheets of cold rolled steel (CRS), electrolytically galvanized steel (EG), hot-dip galvanized steel (HDG), zinc-magnesium hot-dip galvanized steel (ZM) and aluminium (AA6014), which were cleaned after process step a1) or a2) and then pre-treated after the subsequent process steps b) to e).
全ての場合において、閉じた均一なリン酸亜鉛層が形成された。 In all cases, a closed, uniform zinc phosphate layer was formed.
鉄付与段階(a2-b-c1-d-e/a2-b-c2-d-e)を含む方法シーケンスにおいて、鉄の82~105mg/m2の範囲のコーティング層がHDG、EGおよびZMシート上に形成された。5重量%のHNO3での基材の酸洗の後に鉄コーティングを定量的に測定し、その後、着色チオシアン酸錯体の形成に基づく光濃度測定を行った。 In the process sequence including the iron application step (a2-b-c1-de/a2-b-c2-de), coating layers in the range of 82-105 mg/ m2 of iron were formed on HDG, EG and ZM sheets. The iron coating was quantitatively measured after pickling of the substrates with 5 wt. % HNO3, followed by optical density measurements based on the formation of a colored thiocyanate complex.
活性化リン酸亜鉛化の前に鉄付与段階を備える本発明の方法において、全ての亜鉛メッキシート上で、リン酸塩層重量の更なる低減を達成できた(表1参照)。このことは、方法の経済性の点でも、下流の電着塗装とそこで達成できる向上した被覆率の点でも有利である。同時に、アルミニウムおよび冷間圧延鋼シート上に形成される層重量は、ほぼ一定のままか、または僅かに増加しているため、前述の材料混合物から構成される部材のリン酸亜鉛化のための本発明による方法は適している。 In the method according to the invention, which comprises an iron application step prior to the activated zinc phosphating, a further reduction in the phosphate layer weight could be achieved on all galvanized sheets (see Table 1). This is advantageous both in terms of the process economy and in terms of the downstream electrocoating and the improved coverage that can be achieved there. At the same time, the layer weight formed on aluminum and cold-rolled steel sheets remains approximately constant or even increases slightly, making the method according to the invention suitable for zinc phosphating of components made of the aforementioned material mixtures.
Claims (15)
少なくとも部分的に亜鉛の表面を有する一連の部材の各々を、まず亜鉛表面上に鉄を付着させるための湿式化学的処理工程(i)に付し、次いでリン酸亜鉛化のための処理工程(ii)に付し、
処理工程(i)において、部材の亜鉛表面1m2当たり少なくとも10mgの元素鉄のコーティング層がもたらされ、
処理工程(ii)において、各部材を、ゼロ超ポイントの遊離酸を有し、
(A)PO4として計算され、水中に溶解した5~50g/kgのリン酸塩、
(B)0.3~3g/kgの亜鉛イオン、
(C)遊離フッ化物、および
(D)多価金属カチオンリン酸塩を含んでなる水分散粒状成分であって、該リン酸塩が、ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトからの少なくとも部分的に選択される水分散粒状成分
を含有する酸性水性組成物と接触させ、
酸性水性組成物は、成分(A)~(C)を含有する酸性水性組成物に水性分散体を添加することにより得られ、
水性分散体は、
・ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトから少なくとも部分的に選択される多価金属カチオンリン酸塩からなる、少なくとも1種の粒状無機化合物(P1)、および
・少なくとも1種の有機高分子化合物(P2)
を含んでなる水分散粒状成分(P)を含んでなる、方法。 A method for rust prevention pretreatment of a series of a plurality of members, comprising the steps of:
A series of components each having at least a partially zinc surface are first subjected to a wet-chemical treatment step (i) for depositing iron on the zinc surface and then to a treatment step (ii) for zinc phosphating,
In the treatment step (i), a coating layer of elemental iron of at least 10 mg per m2 of zinc surface of the component is provided,
In the treatment step (ii), each component is treated to have a free acidity greater than zero points,
(A) 5-50 g/kg of phosphate, calculated as PO4 , dissolved in water;
(B) 0.3 to 3 g/kg zinc ions;
(C) free fluoride; and (D) a water-dispersible granular component comprising a polyvalent metal cation phosphate, the phosphate being at least partially selected from hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyulelite;
The acidic aqueous composition is obtained by adding the aqueous dispersion to an acidic aqueous composition containing components (A) to (C),
The aqueous dispersion is
at least one particulate inorganic compound (P1), consisting of a polyvalent metal cation phosphate at least partially selected from hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyullite, and at least one organic polymeric compound (P2).
The method comprises the steps of:
・ホーパイト、ホスホフィライト、ショルツァイトおよび/またはヒュリューライトから少なくとも部分的に選択される多価金属カチオンリン酸塩からなる、少なくとも1種の粒状無機化合物(P1)、および
・少なくとも1種の有機高分子化合物(P2)
を含んでなることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。 An activator is added continuously or discontinuously to the acidic aqueous composition in the zinc phosphating process step (ii) comprising a particulate component (P) in water-dispersed form in an amount sufficient to maintain the properties of the acidic aqueous composition which, under the selected conditions of process step ( ii ), forms a zinc phosphate layer on the hot - dip galvanized steel surface (Z) with a layer weight of less than 5.0 g/ m2 , preferably less than 4.5 g/m2, particularly preferably less than 4.0 g/m2 and very particularly preferably less than 3.5 g/m2, the particulate component (P) being
at least one particulate inorganic compound (P1), consisting of a polyvalent metal cation phosphate at least partially selected from hopeite, phosphophyllite, scholzite and/or hyullite, and at least one organic polymeric compound (P2).
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises:
(a)少なくとも50mg/L、好ましくは少なくとも100mg/L、特に好ましくは少なくとも200mg/Lの鉄(III)イオン、および
(b)PO4として計算された少なくとも100mg/Lの、COOX、OPO3Xおよび/またはPO3X[ここで、Xは、H原子、アルカリ金属原子および/またはアルカリ土類金属原子のいずれかである]から選択される少なくとも1個の官能基を有する有機化合物(b1)および/または縮合リン酸塩(b2)から選択される錯化剤
を含有するアルカリ性水性組成物との接触により湿式化学的処理工程(i)を実施し、該組成物は好ましくは、少なくとも1ポイントであるが好ましくは6ポイント未満の遊離アルカリ度を有することを特徴とする、請求項8に記載の方法。 It has a pH value which is preferably 8.5 or more, particularly preferably 9.5 or more, very particularly preferably 10.5 or more, but preferably 13.5 or less, particularly preferably 12.5 or less, very particularly preferably 11.5 or less,
9. The method according to claim 8 , characterized in that the wet-chemical treatment step (i) is carried out by contact with an alkaline aqueous composition containing (a) at least 50 mg/L, preferably at least 100 mg/L, particularly preferably at least 200 mg/L, of iron(III) ions, and (b) at least 100 mg/L, calculated as PO4 , of organic compounds (b1) having at least one functional group selected from COOX, OPO3X and/or PO3X, where X is either an H atom, an alkali metal atom and/or an alkaline earth metal atom, and/or a complexing agent selected from condensed phosphates (b2), which composition preferably has a free alkalinity of at least 1 point, but preferably less than 6 points.
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EP21205911.7 | 2021-11-02 |
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