PL101976B1 - A bath for phosphatizing steel surfaces before the cold working - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest kapiel do fosforanowania powierzchni stalowych przed obróbka plastyczna na zimno.

Powazna trudnoscia w obróbce plastycznej detali stalowych na zimno jest tak zwane zimne spawanie pomiedzy powierzchnia obrabianego detalu a narzedziem, co z kolei powoduje zjawisko zatarcia, przyspieszajace zuzycie narzedzi oraz powoduje chropowatosc obrabianej powierzchni. Dla przeciwdzialania zatarciu stosuje sie rózne srodki, na przyklad mydla metali alkalicznych (sodowe, litowe itp). Jednakze, przy wiekszych naciskach jednostkowych nastepuje lokalny wzrost temperatury w miejscu styku narzedzia z obrabianym detalem, stosowa¬ ne mydla topia sie i przestaja byc dobrym srodkiem smarnym.

Znane jest równiez wytwarzanie powloki fosforanowej na powierzchni detali stalowych dla unikniecia zatarcia. W tym przypadku powloka fosforanowa spelnia podwójna role. Po pierwsze wyklucza bezposredni styk, detal obrabiany - narzedzie, a wiec eliminuje zjawisko zatarcia przynajmniej w takim zakresie nacisków jednostkowych, w jakim powloka fosforanowa nie ulega zniszczeniu mechanicznemu. Nastepnie powoduje, ze w miejscu obróbki znajduje sie zawsze dostateczna ilosc substancji smarnej. Wynika to nie tylko z fizycznej obecnosci srodka smarnego w porach warstewki fosforanowej, lecz takze z chemisorpcji zapewniajacej bardzo scisle zwiazanie warstewki smarnej z powierzchnia obrabianego metalu, nawet przy znacznych naciskach jedno¬ stkowych. Ponadto, szczególnie istotna przy duzych naciskach zaleta powlok fosforanowych jest wytwarzanie w procesie chemisorpcji mydel cynkowych (w przypadku obecnosci fosforanów cynku) o wyzszej temperaturze topnienia niz mydla sodowe lub litowe.

Mydla cynkowe spelniaja skutecznie funkcje srodka smarnego w szerokim zakresie temperatur. Fosforano¬ wanie powierzchni stalowych umozliwilo wprowadzenie takich metod obróbki plastycznej na zimno jak wyciska¬ nie przeciwbiezne lub speczanie. Wymagane wlasciwosci (masa jednostkowa -- masa warstwy fosforanowej w gra¬ mach/m2 , sklad chemiczny, struktura krystaliczna) powlok fosforanowych na stali przed obróbka plastyczna na zimno zaleza przede wszystkim od przewidywanych nacisków jednostkowych i wzrostu oraz rozkladu temperatu¬ ry w obrabianym detalu.T 101 976 Jako srodki do wytwarzania powlok uzywa sie szeregu preparatów w postaci wodnych kapieli. Najczesciej srodki takie wytwarzaja powloke fosforanu cynkowego, sporadycznie warstewke fosforanów i tlenków zelaza.

Przykladowo mozna wskazac srodki podane w polskich opisach patentowych nr 88379 (powloki z fosforanu cynkowego) i 87124 (powloki z fosforanów i tlenków zelaza).

Wspólna cecha znanych srodków jest stosunkowo waski zakres ich stosowania limitowany temperatura, czasem i sposobem obróbki. Wytworzone powloki fosforanowe ze wzgledu na mase jednostkowa i strukture krystaliczna sa przydatne tylko do okreslonych procesów obróbki. 1 tak na przyklad srodek znany z polskiego opisu patentowego nr 88379 zawierajacy jony ortofosforanowe, azotanowe, cynkowe, niklawe i miedziowe oraz estry organiczne kwasu fosforowego umozliwia ciagle fosforanowanie drutów stalowych w urzadzeniach przelo¬ towych w czasie 15-20 sekund. Wytworzona cienka powloka fosforanu cynkowego umozliwia dalsze ciagnienie drutów lecz nie nadaje sie do takich procesów obróbki plastycznej na zimno, w których wystepuja wyzsze naciski jednostkowe (przeciaganie, tloczenie, wyciskanie).

Kapiele uzyskane z innych znanych srodków (na przyklad o nazwie handlowej 20-A) zawierajace jony azotanowe i fosforanowe oraz tlenek cynku, wymagaja wysokiej temperatury w czasie procesu, rzedu 85—98°C.

Dodatkowa wada jest koniecznosc wstepnego aktywowania powierzchni metalicznej w przypadku uprzedniego trawienia kwasnego lub zasadowego, na przyklad ortofosforanem tytanu.

Kapiel wedlug wynalazku zawiera od 14—18 g/l jonów fosforanowych w przeliczeniu na P2O5, od 37 do 42 g/l jonów azotanowych, od 24 do 27 g/l jonów cynkowych, od 0,01 do 0,1 g/l jonów Cu*, od 0,01 do 0,1 g/l Nf\ od 0,5 do 1,5 g/l wodorotlenku sodowego, od 0,1 do 0,8 g/l jonów azotynowych oraz oonadto do 1 g/l estrów organicznych kwasu fosforowego.

Kapiel wedlug wynalazku sp,?^dza sie z koncentratu zawierajacego 140-180 g/l jonów fosforanowy eh w przeliczeniu na P2Os, 370-420 g/l jonów azotanowych i 240—270 g/l jonów cynkowych. Stosunek jonów fosforanowych do azotanowych i cynkowych okreslony powyzszymi zaleznosciami liczbowymi powoduje, jak wykazaly przeprowadzone badania, ze wytworzona powloka fosforanowa sklada sie glównie z krysztalów hopeitu Zn2/P04/2 z mala zawartoscia fosfoflllitu — Zn2Fe/P04/2. Koncentrat zawiera ponadto 0,1—1,0 g/l jo¬ nów niklawych i 0,1—1,0 g/l miedziowych katalizujacych proces nakladania warstwy fosforanowej. Dodatek estrów kwasu fosforowego w ilosci do 10 g/l reguluje wielkosc krysztalów wytworzonej powloki fosforanu cynkowego.

Wyzej opisany koncentrat rozpuszcza sie w stosunku 1:10 w wodzie, do której wprowadza sie periodycznie lub w sposób ciagly azotyn sodu w postaci 10% roztworu wodnego do stezenia 0,1-0,8 g/l jonów NOJ i NaOH do stezenia 0,5-1,5 g/l.

Stezenie kapieli roboczej okreslone w tak zwanych „punktach" oznaczajacych liczbe ml 0,1 N roztworu NaOH potrzebnych do zobojetnienia 10 ml kapieli winno wynosic 50-90 punktów w zaleznosci od parametrów obróbki plastycznej. Ze wzgledu na nierównomierne wyczerpywanie sie skladników kapiel podczas pracy uzu¬ pelnia sie koncentratem zawierajacym 280—320 g/l jonów fosforanowych w przeliczeniu na P205, 140—190 g/l jonów azotanowych, 160—200 g/l jonów cynkowych i 0,1—1,5 g/l jonów niklawych.

Kapiel wedlug wynalazku umozliwia wytwarzanie powlok fosforanowych w zakresie temperatur 50—95°C i czasie 0,5-15 minut i daje mozliwosc regulacji masy jednostkowej w zakresie 2—8 g/m2 w zaleznosci od wiel¬ kosci i rodzaju przewidywanych odksztalcen fosforanowych detali stalowych obrabianych na zimno. Wysoka w porównaniu ze srodkami znanymi zawartosc hopeitu — Zn3/P04/2 w stosunku do fosfoflllitu Zn2Fe/P04/2 zapewnia korzystna chemisorpcje srodka smarnego przez wytworzona warstewke fosforanowa.

Przyklad. Do mieszalnika o pojemnosci roboczej 5001 wlano 140 kg 75% kwasu ortofosforowego, 440 kg 50% kwasu azotowego i dodano stopniowo 150 kg tlenku cynkowego. Po rozpuszczeniu sie tlenku cynku w kwasach dodano 600 g azotanu niklawego, 100 g azotanu miedziowego, 4 kg estru gliceryny i kwasu fosforowe¬ go. Roztwór uzupelniono do objetosci 5001. Sporzadzony koncentrat rozpuszczono w wodzie w stosunku 1:10 i dodano jednorazowo 5,5 kg wodorotlenku sodowego i 1,5 kg azotynu sodowego. W tak przygotowanej kapieli podgrzanej do temperatury 60°C fosforanowano wsad pretów metalowych przeznaczonych do przeciagania przez 4 minuty. Po wyjeciu z kapieli ustalono, ze masa jednostkowa powloki wynosila 4,2 g/m2, a powloka miala strukture drobnokrystaliczna skladajaca sie glównie z krysztalów hopeitu.

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Kapiel do fosforanowania powierzchni stalowych przed obróbka plastyczna na zimno zawierajaca jony fosforanowe, azotanowe, cynkowe, niklawe, miedziowe i estry organiczne kwasu fosforowego w roztworze wo¬ dnym, znamienna tym, ze zawiera od 14—18 g/l jonów fosforanowych w przeliczeniu na P2 05, od 37 do 42 g/l jonów azotanowych, od 24 do 27 g/l jonów cynkowych, od 0,01 do 0,1 g/l jonów niklawych, od 0,01 do 0,1 g/l jonów miedziowych, od 0,5 do 1,5 g/l wodorotlenku sodowego, od 0,1 do 0,8 g/l jonów azotynowych oraz ponadto do 1 g/l estrów organicznych kwasu fosforowego. Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120 llfl