LU88705A1

LU88705A1 - Coating metal article with protective zinc layer - by immersion in bath contg. zinc powder, organic solvent and synthetic resin, with components held in suspension by air feed

Info

Publication number: LU88705A1
Application number: LU88705A
Authority: LU
Inventors: Patrick Willemot
Original assignee: Zingametall B V B A
Priority date: 1978-06-12
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 1997-07-26

Abstract

Metal articles are coated with a Zn-contg. protective layer by immersion in a bath contg. 2000 kg of Zn powder, 528 kg of organic solvent and 95 kg of synthetic resin, with the components held in suspension by an air feed.

Description

PROCEDE POUR REVETIR DES PIECES METALLIQUES D'UNE COUCHE PROTECTRICE A BASE DE ZINCPROCESS FOR COATING METAL PARTS WITH A ZINC-BASED PROTECTIVE LAYER

La présente invention concerne un procédé pour revêtir des pièces métalliques d'une couche protectrice à base de zinc, en vue d'obtenir une protection cathodique contre la corrosion.The present invention relates to a method for coating metal parts with a zinc-based protective layer, in order to obtain cathodic protection against corrosion.

Le procédé peut être mis en oeuvre pour apporter aussi bien une couche primaire, qu'une couche de liaison en particulier comme couche de protection efficace contre la corrosion de structures métalliques.The method can be implemented to provide both a primary layer and a bonding layer in particular as an effective protective layer against corrosion of metallic structures.

Le produit de recouvrement ne doit pas nécessairement être apposé sur une surface métallique propre ou fraîchement nettoyée. Il peut également s'appliquer sur une surface légèrement rouillée et convient de ce fait tout aussi bien pour l'application de peinture sur des pièces neuves que pour l'entretien et la réparation de pièces métallisées, galvanisées thermiquement, ou en général, de divers matériaux zingués.The covering product does not necessarily have to be applied to a clean or freshly cleaned metal surface. It can also be applied on a slightly rusty surface and is therefore suitable for the application of paint on new parts as well as for the maintenance and repair of metallized, thermally galvanized parts, or in general, of various galvanized materials.

La couche de protection offre une protection active, connue comme protection cathodique même en cas de légère détérioration de la couche de zinc.The protective layer provides active protection, known as cathodic protection even in the event of slight deterioration of the zinc layer.

Le procédé combine l'avantage d'un recouvrement galvanique durable à celui d'une exécution rapide et simple parce que la couche de protection peut être appliquée après montage de la pièce, de la même manière qu'une couche de peinture.The process combines the advantage of a durable galvanic covering with that of a quick and simple execution because the protective layer can be applied after assembly of the part, in the same way as a layer of paint.

Les sels de zinc qui se dégagent lors de la corrosion du zinc, rempliront la porosité naturelle du revêtement.The zinc salts which are released during corrosion of the zinc will fill the natural porosity of the coating.

Le produit de recouvrement est constitué d'une dispersion de particules de zinc métallique extrêmement fine ayant une pureté de 99,9995 % et une viscosité comprise entre 0,5 et 2,5 St, dans un solvant organique constitué d'un hydrocarbure aromatique et de résine qui n'est que partiellement dissoute.The covering product consists of a dispersion of extremely fine metallic zinc particles having a purity of 99.9995% and a viscosity of between 0.5 and 2.5 St, in an organic solvent consisting of an aromatic hydrocarbon and resin which is only partially dissolved.

La finesse de la poussière de zinc dans la composition est telle que les grains sont en contact électrique entre eux. La faible viscosité veille à ce que le produit puisse être appliqué à la brosse, au pistolet, au rouleau-tampon et par trempage.The fineness of the zinc dust in the composition is such that the grains are in electrical contact with one another. The low viscosity ensures that the product can be applied by brush, spray gun, pad roller and by dipping.

La composition est choisie de telle manière qu'un produit sec contienne au moins 95 % de zinc. Elle veille à ce que l'acier soit recouvert d'une couche de zinc qui procure une protection cathodique. Cette protection cathodique est encore active en cas d'endommagement de la couche de revêtement, parce que la protection de l'acier repose sur des réactions électrochimiques .The composition is chosen such that a dry product contains at least 95% zinc. It ensures that the steel is covered with a layer of zinc which provides cathodic protection. This cathodic protection is still active in the event of damage to the coating layer, because the protection of the steel is based on electrochemical reactions.

La présente invention vise une exécution simple pour obtenir une bonne adhérence de la couche de protection et un zingage vraiment digne.The present invention aims at a simple execution to obtain a good adhesion of the protective layer and a really worthy zinc coating.

Selon l'invention, des pièces métalliques peuvent être recouvertes d'une couche de protection contenant du zinc par immersion dans un bain ayant la composition suivante : poudre de zinc : 2000 kg solvant organique : 528 kg résine : 95 kg dont les composants sont maintenus en suspension par injection d'air.According to the invention, metal parts can be covered with a protective layer containing zinc by immersion in a bath having the following composition: zinc powder: 2000 kg organic solvent: 528 kg resin: 95 kg whose components are maintained suspended by air injection.

Ceci s'effectue le mieux dans un dispositif dans lequel le bain d'immersion présente un fond de forme comique dans lequel l'injection d'air débouche sur une surface restreinte à l'endroit le plus profond du bain.This is best done in a device in which the immersion bath has a comically shaped bottom in which the injection of air opens onto a restricted surface at the deepest point of the bath.

L'arrivée d'air se trouve sur 2 à 3 bars. Elle veille à ce que l'homogénéité du bain reste constante et que la concentration du zinc métallique soit maintenue au-dessus de 95 %.The air intake is on 2 to 3 bars. It ensures that the homogeneity of the bath remains constant and that the concentration of metallic zinc is maintained above 95%.

Les caractéristiques et d'autres caractéristiques et particularités de l'invention ressortiront de la description suivante, faisant référence aux dessins ci-joints, qui montrent à titre illustratif non limitatif une forme de réalisation de l'invention. Dans ces dessins : la figure 1 est une vue schématique d'une cellule électrolytique dans laquelle a lieu une réaction de corrosion du fer; la figure 2 est une vue schématique d'une cellule électrolytique dans laquelle le zinc est sacrifié à l'anode pour protéger le fer cathodiquement; la figure 3 est une coupe transversale d'un bain d'immersion avec alimentation en air; la figure 4 est un diagramme relatif à la vitesse de corrosion, qui illustre le potentiel de corrosion en fonction du temps, sur une période d'un an en cas de zingage par film ou de zingage thermique; la figure 5 est un diagramme de la chute de potentiel provoquée par corrosion, en fonction du temps sur une période d'un an pour les deux méthodes de recouvrement.The characteristics and other characteristics and particularities of the invention will emerge from the following description, referring to the attached drawings, which show by way of nonlimiting illustration an embodiment of the invention. In these drawings: FIG. 1 is a schematic view of an electrolytic cell in which an iron corrosion reaction takes place; FIG. 2 is a schematic view of an electrolytic cell in which the zinc is sacrificed at the anode to protect the iron cathodically; Figure 3 is a cross section of an immersion bath with air supply; FIG. 4 is a diagram relating to the corrosion rate, which illustrates the corrosion potential as a function of time, over a period of one year in the case of film zincing or thermal zinc plating; FIG. 5 is a diagram of the potential drop caused by corrosion, as a function of time over a period of one year for the two recovery methods.

Dans ces dessins, les mêmes signes de référence désignent des éléments identiques ou analogues.In these drawings, the same reference signs denote identical or analogous elements.

Le principe de base du fonctionnement du zin-gage par film ® à l'aide du produit susdit, est la protection cathodique à l'aide d'une anode sacrifiée. Par ce principe, du zinc est sacrifié pour protéger un autre métal (acier).The basic principle of the operation of the zinc plating by film ® using the above-mentioned product is cathodic protection using a sacrificial anode. By this principle, zinc is sacrificed to protect another metal (steel).

Lorsqu'un métal est amené dans un milieu corrosif, il apparaît un potentiel de corrosion entre le métal et le milieu, par lequel les ions métalliques de l'anode vont se dissoudre.When a metal is brought into a corrosive medium, a corrosion potential appears between the metal and the medium, by which the metal ions of the anode will dissolve.

Les électrons libérés sont captés par une autre réaction qui, dans beaucoup de cas, est la réduction de l'oxygène selon :The released electrons are captured by another reaction which, in many cases, is the reduction of oxygen according to:

Les ions hydroxyles formés se recombinent le plus souvent avec des ions métalliques et donnent un produit par soluble :The hydroxyl ions formed most often recombine with metal ions and give a product by soluble:

Pour le fer par exemple, il se forme du FeO.OH, nommé rouille. En recouvrant la pièce d'une couche protectrice à base de zinc, on veille à ce que les électrons, qui ne sont pas nécessaire à la réduction de l'oxygène, soient livrés par un autre métal que le fer par exemple.For iron, for example, FeO.OH is formed, called rust. By covering the part with a protective layer based on zinc, it is ensured that the electrons, which are not necessary for the reduction of oxygen, are delivered by a metal other than iron for example.

Par ce moyen, la corrosion du fer peut être stoppée parce que le zinc est forcé d'entrer en solution et de fournir les électrons nécessaires.By this means, corrosion of the iron can be stopped because the zinc is forced to go into solution and supply the necessary electrons.

L'ensemble du processus est représenté dans les figures 1 et 2. La figure 1 montre la réaction de corrosion du fer, la figure 2 le sacrifice du zinc pour protéger le fer.The whole process is shown in Figures 1 and 2. Figure 1 shows the iron corrosion reaction, Figure 2 the sacrifice of zinc to protect the iron.

Dans les figures 1 et 2, il s'ensuit maintenant aussi qu'il doit y avoir un contact progressif entre le zinc et le fer, sinon les électrons, qui sont libérés par la dissolution du zinc, ne sont pas transportés vers les électrodes.In FIGS. 1 and 2, it now also follows that there must be a progressive contact between the zinc and the iron, otherwise the electrons, which are released by the dissolution of the zinc, are not transported to the electrodes.

Une protection cathodique active n'est seulement possible que si du zinc est présent en quantité suffisante dans la couche de recouvrement, de sorte que les particules de zinc sont en contact électrique les unes avec les autres. Les électrons, qui sont formés du côté extérieur de la couche, là où le zinc peut se dissoudre, doivent être transportés à l'intérieur et ensuite déchargés par le biais de l'acier. Sans contact électrique des particules de zinc entre elles et avec l'acier, le transport des électrons depuis l'anode sacrifiée vers l'acier à protéger est impossible et la protection cathodique s'estompe.Active cathodic protection is only possible if sufficient zinc is present in the cover layer, so that the zinc particles are in electrical contact with each other. The electrons, which are formed on the outside of the layer, where the zinc can dissolve, must be transported inside and then discharged through the steel. Without electrical contact of the zinc particles with each other and with the steel, the transport of electrons from the sacrificial anode to the steel to be protected is impossible and cathodic protection fades.

Un bon contact électrique veille, par contre, à ce que les électrons migrent de l'anode sacrifiée vers le métal à protéger, qui remplit la fonction de cathode, et empêche par là le métal d'entrer en solution. L'électrode sacrifiée ira en solution plus rapidement en raison de son déficit constant en électrons et subira une oxydation anodique avec le solvant. Le métal de protection se corrodera petit à petit, mais l'acier restera non-corrodé.Good electrical contact, on the other hand, ensures that the electrons migrate from the sacrificial anode to the metal to be protected, which fulfills the function of cathode, and thereby prevents the metal from entering into solution. The sacrificed electrode will go into solution more quickly due to its constant electron deficit and will undergo anodic oxidation with the solvent. The protective metal will gradually corrode, but the steel will remain uncorroded.

Le revêtement peut, entre autres, être appliqué à l'immersion de diverses pièces métalliques dans un bain ayant la composition suivante : poudre de zinc : 2.000 kg solvant organique : 528 kg résine synthétique : 95 kg TOTAL : 2.623 kg L'avantage d'un système à immersion réside dans le fait que le produit de revêtement ne peut jamais commencer à sécher dans le bain, ni durcir, mais par contre il peut précipiter. Il s'ensuit qu'un système de mélange efficace doit être appliqué.The coating can, inter alia, be applied to the immersion of various metal parts in a bath having the following composition: zinc powder: 2,000 kg organic solvent: 528 kg synthetic resin: 95 kg TOTAL: 2,623 kg The advantage of an immersion system resides in the fact that the coating product can never start to dry in the bath, nor harden, but on the other hand it can precipitate. It follows that an effective mixing system must be applied.

Le mélange du bain d'immersion ne s'effectue pas au moyen d'un mélangeur à vis rotative ni par une boucle de circulation du produit mais par injection d'air qui maintient le mélange en suspension. Celle-ci a lieu dans le fond 2 du bain 3 (figure 3).The mixing of the immersion bath is not carried out by means of a rotary screw mixer or by a product circulation loop but by air injection which keeps the mixture in suspension. This takes place in the bottom 2 of the bath 3 (Figure 3).

Le dispositif consiste en une grande cuve 4 remplie du produit de revêtement susdit. La cuve possède un fond conique et comprend latéralement un conduit ascendant 5 qui insuffle au bas de la forme comique, de l'air par un ajutage 6. Il se forme de ce fait une colonne de liquide de poids spécifique plus léger que le liquide qui entoure la colonne. En outre, les bulles d'air remueront les sédiments et entraîneront vers le haut les particules de zinc.The device consists of a large tank 4 filled with the above coating product. The tank has a conical bottom and laterally includes an ascending duct 5 which blows air at the bottom of the comic shape, through a nozzle 6. This thereby forms a column of liquid of specific weight lighter than the liquid which surrounds the column. In addition, the air bubbles will stir up the sediment and cause the zinc particles to rise.

La forme conique permet que soit obtenue une surface aussi petite que possible et que la partie la plus profonde du bain débouche sur une très petite surface. L'arrivée d'air n'a lieu qu'à cet endroit le plus profond, et ceci à une distance éloignée d'environ 20 cm l'une de l'autre. L'arrivée d'air s'effectue à une pression de 2 à 3 bars, suivant la profondeur et la grandeur du bain.The conical shape allows to obtain as small a surface as possible and that the deepest part of the bath leads to a very small surface. The air intake only takes place at this deepest point, and this at a distance of about 20 cm from each other. The air intake takes place at a pressure of 2 to 3 bars, depending on the depth and size of the bath.

Le procédé suivant l'invention offre la possibilité de remuer le bain d'immersion et de maintenir la composition homogène sans faire appel à des composants mécaniques mobiles. L'arrivée d'air permet d'éliminer de la surface de la pièce immergée, les occlusions d'air.The process according to the invention offers the possibility of stirring the immersion bath and of maintaining the homogeneous composition without using mobile mechanical components. The air intake eliminates air occlusions from the surface of the submerged part.

L'épaisseur de la couche est déterminée par la viscosité qui est elle-même dépendante de la température des pièces à immerger dans le bain. En principe, une température ambiante comprise entre 15 et 25° donnera une épaisseur de 40 à environ 60 à 70 microns. L'épaisseur de la couche est aussi déterminée en adoptant la viscosité par l'addition d'environ 5 à 10 % de solvant. Les pièces, qui sont portées à température, peuvent également déterminer l'épaisseur de la couche : plus les pièces sont chaudes, plus l'épaisseur de la couche est importante. L'immersion s'effectue d'une manière vraiment simple : une seule courte immersion des pièces dans le bain est amplement suffisante pour donner l'épaisseur souhaitée, qui variera entre 40 et 70 microns. Le séchage sera ensuite facilité par rayons infra-rouges d'ondes moyenne s.The thickness of the layer is determined by the viscosity which is itself dependent on the temperature of the parts to be immersed in the bath. In principle, an ambient temperature between 15 and 25 ° will give a thickness of 40 to about 60 to 70 microns. The thickness of the layer is also determined by adopting the viscosity by the addition of approximately 5 to 10% of solvent. The pieces, which are brought to temperature, can also determine the thickness of the layer: the warmer the pieces, the greater the thickness of the layer. Immersion is done in a really simple way: a single short immersion of the parts in the bath is more than enough to give the desired thickness, which will vary between 40 and 70 microns. The drying will then be facilitated by infrared rays of medium waves.

La préparation de la surface se réduit à un sablage d'un degré de pureté SA 2,5, suivant les normes suisses SIS et l'obtention d'un degré de rugosité N10B avec une valeur Ra de 12,5 est importante. La préparation au degré de pureté requis et la rugosité assument la fixation et déterminent la protection cathodique parfaite. On peut songer éventuellement à un traitement chimique préalable, à condition que la cristallisation soit suffisante pour limiter le sablage jusqu'à un certain grade. Une phosphatation en présence de zinc donne les meilleurs résultats en ce qui concerne la préparation chimique des pièces métalliques à traiter. Néanmoins, certaines phosphatations amorphes en présence de fer ont aussi donné des résultats convenables, il en est de même à condition que les cristaux soient suffisamment développés.Surface preparation is reduced to sanding with a degree of purity SA 2.5, according to Swiss SIS standards and obtaining a degree of roughness N10B with a Ra value of 12.5 is important. Preparation for the required degree of purity and roughness assume the fixation and determine the perfect cathodic protection. One can possibly think of a preliminary chemical treatment, provided that the crystallization is sufficient to limit the sandblasting up to a certain grade. Phosphating in the presence of zinc gives the best results as regards the chemical preparation of the metal parts to be treated. However, certain amorphous phosphates in the presence of iron have also given satisfactory results, it is the same provided that the crystals are sufficiently developed.

Le procédé suivant l'invention offre une protection efficace et aisée contre la corrosion.The process according to the invention offers effective and easy protection against corrosion.

D'un rapport interne du Centre de Technologie des Métaux BNF (connu en tant que BNF-Fulmer) à Wantage, Oxfordshire OX129BJ - Angleterre, il semble que le degré de corrosion d'un zingage par film® Zinga est trois fois moindre que celui d'un zingage thermique.From an internal report by the BNF Metal Technology Center (known as BNF-Fulmer) in Wantage, Oxfordshire OX129BJ - England, it seems that the corrosion level of a Zinga film zinc coating is three times less than that of thermal zinc plating.

La figure 4 montre le développement progressif de la protection cathodique d'un échantillon d'acier doux ayant un rapport de surface 1:1, sur une période d'un an et la vitesse avec laquelle la couche protectrice est entamée, dans le cas particulier ou un objet métallique est revêtu d'une couche de protection contenant du zinc.FIG. 4 shows the progressive development of cathodic protection of a sample of mild steel having a surface ratio 1: 1, over a period of one year and the speed with which the protective layer is started, in the particular case or a metal object is coated with a protective layer containing zinc.

Des courbes qui ont été illustrées, il ressort que le degré de corrosion du zingage par film® à froid par trempage d'un objet dans un bain Zinga est trois fois moindre que celui d'un zingage thermique.From the curves which have been illustrated, it appears that the degree of corrosion of cold zinc coating by film® by soaking an object in a Zinga bath is three times less than that of thermal zinc plating.

La vitesse avec laquelle la couche de protection est illustrée, appelée également vitesse de corrosion, correspond avec un flux de courant provenant d'une couche de protection vers l'acier doux. Le flux est exprimé en mm ou par la mise en oeuvre de la loi de Faraday, en supposant que la porosité de la couche de protection comporte O %.The speed with which the protective layer is illustrated, also called the corrosion rate, corresponds with a current flow from a protective layer to mild steel. The flux is expressed in mm or by the implementation of Faraday's law, assuming that the porosity of the protective layer comprises O%.

La figure 5 donne l'évolution de la chute de potentiel provoquée par la corrosion de la couche de protection de l'échantillon susdit d'acier doux en cas de zingage par film® Zinga et de zingage thermique. La chute de potentiel de corrosion est trois fois plus élevée pour une couche de protection obtenue par zingage thermique en comparaison avec un zingage par film® à froid par trempage dans un bain de Zinga selon l'invention .FIG. 5 gives the evolution of the potential drop caused by corrosion of the protective layer of the above-mentioned sample of mild steel in the event of zinc-coating by Zinga film® and thermal zinc-coating. The drop in corrosion potential is three times higher for a protective layer obtained by thermal zinc plating in comparison with zinc plating by cold film® by soaking in a Zinga bath according to the invention.

La protection doit être appliquée en cas d'humidité relative très élevée et à une température peu élevée.Protection must be applied in the event of very high relative humidity and at a low temperature.

Le produit doit sa parfaite résistance à la corrosion et sa capacité de protection galvanique à son liant constitué d'un solvant hydrocarboné aromatique, résine et zinc.The product owes its perfect resistance to corrosion and its galvanic protection capacity to its binder consisting of an aromatic hydrocarbon solvent, resin and zinc.

Ce liant agit comme inhibiteur de rouille en réduisant la décomposition du zinc dans la couche de revêtement . En cela, il assume la fonction d'anode sacrificielle par rapport à l'acier, mais la rouille se forme plus lentement que dans le cas d'un revêtement de zinc classique obtenu par zingage thermique ou métallisation.This binder acts as a rust inhibitor by reducing the breakdown of zinc in the coating layer. In this, it assumes the function of sacrificial anode with respect to steel, but rust forms more slowly than in the case of a conventional zinc coating obtained by thermal zinc plating or metallization.

Pour allonger la durée de vie de la protection contre la corrosion, on peut recouvrir la couche de zinc d'une couche de peinture. Le zingage par film® empêche que la rouille ne gonfle et ne s'étende. Simultanément la peinture empêche que l'action sacrificielle protectrice de la couche de revêtement contenant du zinc métallique ne se réalise trop rapidement.To extend the life of the corrosion protection, the zinc layer can be coated with a layer of paint. Zinc coating with film® prevents rust from swelling and spreading. At the same time, the paint prevents the protective sacrificial action of the coating layer containing metallic zinc from being carried out too quickly.

De cette manière on peut obtenir des protections durables (10 à 15 ans) sans aucune réparation. La peinture utilisée doit être compatible avec la couche de revêtement contenant du zinc métallique. Des systèmes de peinture diluables à l'eau, des systèmes époxy à deux composants à base de micas riches en fer et des systèmes mono-composants, entre autres, donnent de bons résultats.In this way you can get lasting protections (10 to 15 years) without any repair. The paint used must be compatible with the coating layer containing metallic zinc. Water-thinnable paint systems, two-component epoxy systems based on iron-rich micas, and one-component systems, among others, work well.

Il est possible d'obtenir une rugosité fine parce que la fixation de la couleur est excellente sur la surface granuleuse, ressemblant à celle d'une surface traitée par sablage.It is possible to obtain a fine roughness because the fixing of the color is excellent on the grainy surface, resembling that of a surface treated by sandblasting.

Claims

1. Method for coating metal parts with a protective layer based on zinc, with a view to obtaining cathodic protection against corrosion, characterized in that the metal parts to be protected are immersed in a bath having the following composition: powder zinc: 2000 kg organic solvent: 528 kg resin: 95 kg, the components of which are kept in suspension by air injection.

2. Device for coating metal parts with a zinc-based protective layer according to claim 1, characterized in that the immersion bath has a comically shaped bottom in which the injection of air opens onto a restricted surface at the deepest point of the bath.

3. Device according to claim 2, characterized in that the air inlet is at a pressure between 2 and 3 bars.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the bath is at room temperature between 15 and 25 degrees.