RO125457A2

RO125457A2 - Procedeu de fosfatare microcristalină a pieselor metalice pe bază de fier

Info

Publication number: RO125457A2
Application number: ROA200801022A
Authority: RO
Inventors: Costică Bejinariu; Ion SANDU; Cristian Predescu; Violeta Vasilache; Corneliu Munteanu; Andrei Victor SANDU; Viorica Vasilache; Ioan Gabriel Sandu
Original assignee: Universitatea Tehnică ''gheorghe Asachi'' Din Iaşi
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2010-05-28
Also published as: RO125457B1

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de fosfatare microcristalină a pieselor metalice pe bază de fier, în vederea obţinerii unor straturi subţiri cu porozitate mare, care permit înglobarea în suprafaţa metalului a unor structuri solide lubrifiante, ceea ce determină îmbunătăţirea caracteristicilor de prelucrare şi de protecţie a acestor suprafeţe. Procedeul conform invenţiei începe prin curăţirea, degresarea şi decaparea suprafeţelor pieselor metalice, suprafeţe care apoi sunt supuse unui tratament chimic secvenţial, compus din două etape, şi anume: se depune mai întâi un strat, subţire şi poros, de Cu obţinut prin cementare sau de Ni obţinut prin electrodepunere, apoi piesele sunt imersate timp de 3...5 min într-o soluţie apoasă, slab acidă, de CuSO, obţinută prin dizolvarea a 125 g sulfat de cupru pentahidrat în litrul de apă distilată în care s-au dizolvat în prealabil 10...30 g tanin natural sau sintetic, rezultând o peliculă fină şi spongioasă de Cu metalic amorf, după care piesele sunt imersate în două soluţii acide, una slab oxidantă, pe bază de anion fosfat şi cationi de Zn, în prezenţa anionului permanganat, ca moderator de suprafaţă, şi alta pe bază de acid ortofosforic, ce conţine dispersat pulbere fină de Zn metalic, care se aplică diferenţiat, prin imersie, la temperatura mediului ambiant.

Description

PROCEDEU DE FOSFATARE MICROCRISTALINĂ A PIESELOR METALICE PE BAZĂ DE FIER

Invenția se referă la un procedeu de fosfatare microcristalină a pieselor metalice pe bază de fier, în vederea obținerii unor straturi subțiri de porozitate mare capabile de a permite insertarea/înglobarea de structuri solide lubrifiante, cu acțiune multiplă de îmbunătățire a caracteristicilor de prelucrare și implicit de protecție.

Pentru obținerea unor straturi subțiri prin coprecipitare secvențială de săruri greu solubile ale ionului piro-fosfat și/sau azotat, cu rol de protecție anticorozivă, dar și estetică, se folosesc procedeele pasivării suprafețelor metalice din fier, care au la bază procese acido-bazice, asistate de procese redox, prin tratarea cu ajutorul unor soluții pe bază de acid ortofosforic și/sau azotic, ce necesită operații anterioare de curățare prin degresare și decapare, când se obțin pelicule uniforme, compacte și aderente la substrat, greu solubile de azotați [1] și/sau de ortofosfați ai metalelor tranziționale, în stări stabile de oxidare [1-5], în prezența poliacrilamidei [1], epoxiesterilor [2], silicaților [3], acidului citric și acidului sulfamic [4] și altele [5, 6, 7],

Aceste procedee au dezavantajul obținerii unui strat pasivant foarte subțire, până la transparent, compact, de multe ori neuniform, afectat de petele oxidice, formate in situ sau induse ulterior punerii în operă, în prezență de medii climatice umede și care pentru lubrifiere necesită aplicarea de straturi suprapuse, slab aderente sau cu capaciate portantă mică.

Procedeul de fosfatare microcristalină a pieselor metalice pe bază de fier, prin pasivare chimică a suprafețelor pieselor din oțel și fontă, conform invenției, înlătură dezavantajele menționate, prin aceea că, în scopul obținerii straturilor superficiale, subțiri, de porozitate mare, capabile de a permite insertarea/înglobarea de structuri solide lubrifiante, cu acțiune multiplă de îmbunătățire a caracteristicilor de prelucrare și implicit de protecție, cu aderență buna, la substraturi metalice pe bază de fier, se

OUL DE 'STAT PENTRU INVENȚSI Ș MARCd Cerere de brevet de invenție |

Nr

9 -12- 2008 ^-2008-01022- 2 9 -12- 2008 aplică după degresare și decapare, un tratament chimic secvențial în două etape: mai întâi se depune un strat subțire, poros, de cupru obținut prin cemetare (la) sau de nichel prin electrodepunere (Ib), urmat de precipitarea pirofosfatului de cupru, respectiv de nichel prin imersia în două soluții apoase acide, una slab oxidantă pe bază de anion fosfat și cationi de Zn²⁺, în prezența anionului permanganat, ca moderator de suprafață (lla) și alta pe bază de acid ortofosforic, ce conține dispersat pulbere fină de zinc metalic (llb), care se aplică diferențiat prin imersie, la temperatura mediului ambiant, pe suprafețele curățate.

Procesele chimice care au loc în cele două etape sunt:

la. Fe° + CuSO₄ Cu⁰ + FeSO₄

Ib. Ni²⁺ + 2e' (depunere catodică)^ NP lla. 15CLp+6KMnO₄+16H₃PO₄ -> ^₃(PO₄)2+2Mn₃(PO₄^ /3Zn²⁺ + 2K₃PO₄ Zn₃(PO₄)2 + 6K⁺ llb. 3xCu° + 2yH₃PO₄ + 3Zn° + (x+y)H₂

Astfel, procedeul are la bază procesul fosfatării în mediul acid printr-un mecanism “aditiv/substractiv”, în prezența cationilor de Cu, Zn și Mn, stabili în starea de oxidare (II), care după precipitare devin inerți în raport cu Fe(0) din substrat, fiind susceptibili doar pentru procese acido-bazice, când rezultă pelicule subțiri poroase prin coprecipitare ca ortofosfați, chiar în prezența petelor oxidice sau saline, slab hidratate, pe bază de Fe(ll, III), care sunt solubilizate prin oxidare ușoară, superficială în prezența anionului permanganat. Pelicula astfel rezultată, este impregnată apoi cu dispersii hidroalcoolice coloidale de grafit sau molibdenită, stabilizate steric și electrostatic în prezența sistemului tampon NH₄OH-NH₄CI, care conferă un pH optim de 8,5...9,00.

Procedeul prezintă o serie de avantaje:

- se aplică ușor, prin imersie, la temperaturi normale, fără consum de energie;

- permite realizarea prin sinergie a unei structuri subțiri poroase care permite insertarea de sisteme coloidale lubrifiante;

(k~2 0 0 8 - 0 1022 2 9 -12- 2008

- se poate aplica pe orice substrat metalic pe bază de fier, cum ar fi fontele și oțelurile, sub forma pieselor finite, turnate, deformate plastic volumic sau de suprafață la rece;

- peliculele formate au o mare fiabilitate și stabilitate în timp.

în continuare se dau trei exemple de realizare a invenției.

Exemplul 1

Oricare ar fi tipul piesei, pentru început se realizează pregătirea suprafețelor metalice, prin aplicarea metodelor clasice de degresare și decapare. în cazul în care suprafețele conțin depuneri grosire, țunder și bavuri, acestea vor fi îndepărtate prin sablare, periere sau alte procedee mecanice.

Pentru degresare se folosesc sisteme de soluții apoase, ce conțin compontele și concentrațiile din tabelul 1.

Tabelul 1. Compoziția soluției de degresare chimică alcalină și parametrii de lucru

Nr. crt.	Componenții chimici	Concentrația, [g/i]
1	Hidroxid de sodiu, NaOH	40
2	Carbonat de sodiu, Na2CO₃	30
3	Fosfat trisodic, Na₃PO₄ -10H₂O	30
4	Silicat de sodiu, Na₂SiO₃-9H₂O	5
5	Detergent (tensioactiv)	3...10
Parametrii de lucru	Valoarea
1	Temperatura, [ °C]	80...90
2	pH	11...12
3	Timpul de degrasare, [min]	10

Pentru decaparea peliculelor oxidice și saline se utilizează soluția apoasă conform tabelului 2.

Tabelul 2. Compoziția soluției de decapare chimică acidă și parametrii de lucru

Nr. crt.	Componenții chimici	Concentrația, [g/i]
1	Acid clorhidric, HCI (p=1,19g/cm³)	150
2	Hexametilentetramină, C₆H₁₂N4	0,45
3	Sulfat de sodiu decahidrat, Na₂SO₄-10H₂O	0,15
Parametrii de lucru	Valoarea
1	Temperatura, [ °C]	20...25
2	Timpul de decapare, [min]	max. 30

C\~2 O O 8 - O 1 0 2 2 - 2 9 -12- 2008

Piesele degresate și decapate sunt supuse unui tratament chimic secvențial în două etape: mai întâi se depune un strat subțire, poros, de cupru obținut prin cemetare (la) sau de nichel prin electrodepunere (Ib), astfel, piesele sunt imersate timp de 3...5 min, într-o soluție apoasă slab acidă de CuSO₄, ce conține 1...3% tanin (sintetic sau natural), obținută prin dizolvarea a 125 grame sulfat de cupru pentahidrat în 1 litru de apă distilată (0,5M soluție Cu²⁺) în care s-au dizolvat, în prealabil, 10...30 g tanin natural sau sintetic, apoi soluția obținută s-a acidulat ușor cu câteva picături de H2SO4 10%, când rezultă o peliculă fină spongioasă de cupru metalic amorf. în continuare, piesa cu această peliculă este imersată timp de 30 minute în soluție apoasă de acid ortofosforic 2M, în prezența anionului permanganat 0,1M și a cationului Zn²⁺ 1M, agitată ușor. După acest proces de precipitare piesa se supune succesiv mai multor operații de spălare în apă distilată, prin imersie timp de 10 minute, până la pH constant al soluției de spălare, apoi piesele sunt uscate intr-o etuvă cu termoreglare, la temperatura de 11O±5°C, timp de 20 minute. După uscare piesele sunt imersate în dispersii hidroalcoolice 10% grafit sau molibdenită coloidală, stabilizate steric și electrostatic, în prezența unui agent tensioactiv (de exemplu: arilsulfonatul de sodiu sau dinaftilmetandisulfonic sarea de sodiu) și a sistemului tampon NH4OH-NH₄CI, ce conține 1,2% NH₄OH și 0,5% NH₄CI, care conferă un pH optim de insertare 8,5...9.

Pelicula astfel obținută permite o bună prelucrabilitate prin deformare plastică volumică sau de suprafață la rece datorită capacității lubrifiante și oferă o înaltă protecție, atât în timpul acestor operații, cât și după.

Exemplul 2

Asemănător exemplului 1, oricare ar fi tipul piesei, pentru început se realizează pregătirea suprafețelor metalice prin degresare și decapare, folosind cele două soluții din tabelul 1 și 2.

Piesele degresate și decapate sunt supuse, mai întâi unui tratament chimic secvențial, tot în două etape, astfel, se depune catodic un strat subțire poros de nichel, după care se tratează cu o soluție apoasă de acid ortofosforic 2M, timp de 30 de minute, în prezența anionului permanganat 0,1M și a cationului Zn²⁺ 1M, sub agitare ușoară. După acest proces de precipitare piesa se supune succesiv mai

6V2 O O 8 - O 1 0 2 2 2 9 -12- 2008

multor operații de spălare în apă distilată, prin imersie timp de 10 minute, până la pH constant al soluției de spălare, apoi piesele sunt uscate intr-o etuvă cu termoreglare, la temperatura de 110±5°C, timp de 20 minute. După uscare piesele sunt imersate în dispersii hidroalcoolice 10% grafit sau molibdenită coloidală, stabilizate steric și electrostatic, în prezența unui agent tensioactiv (de exemplu: arilsulfonatul de sodiu sau dinaftilmetandisulfonic sarea de sodiu) și a sistemului tampon NH4OH-NH4CI, ce conține 1,2% NH₄OH și 0,5% NH₄CI, care conferă un pH optim de insertare 8,5...9.

Exemplul 3 în mod asemănător exemplului 1 și 2, piesele metalice pe bază de fer sunt pregătite prin degrasare și decapare, folosind cele două soluții din tabelul 1 și 2, după care sunt imersate timp de 3...5 min, într-o soluție apoasă slab acidă de CUSO4, ce conține 1...3% tanin sintetic sau natural, obținută prin dizolvarea a 125 grame sulfat de cupru pentahidrat în 1 litru de apă distilată (0,5M soluție Cu²⁺) și 10...30 g tanin, care apoi se acidulează ușor cu câteva picături de H₂SO₄ 10%, când rezultă o peliculă fină spongioasă de cupru metalic amorf. în continuare, piesa cu această peliculă este imersată timp de 30 minute în soluție apoasă de acid ortofosforic 2M, ce conține dispersat pulbere fină de zinc metalic 50g/L soluție.

După acest proces de precipitare piesa se supune succesiv mai multor operații de spălare în apă distilată, prin imersie timp de 10 minute, până la pH constant al soluției de spălare, apoi piesele sunt uscate intr-o etuvă cu termoreglare, la temperatura de 110±5°C, timp de 20 minute. După uscare piesele sunt imersate în dispersii hidroalcoolice 10% grafit sau molibdenită coloidală, stabilizate steric și electrostatic, în prezența unui agent tensioactiv (de exemplu: arilsulfonatul de sodiu sau dinaftilmetandisulfonic sarea de sodiu) și a sistemului tampon NH4OH-NH4CI, ce conține 1,2% NH4OH și 0,5% NH4CI, care conferă un pH optim de insertare 8,5...9.

Claims

(X - 200 8 “01022’ 2 9 “12 20QB

Revendicări

1. Procedeul de fosfatare microcristalină a pieselor metalice pe bază de fier, caracterizat prin aceea că, în scopul obținerii straturilor superficiale, subțiri, de porozitate mare, capabile de a permite insertarea/înglobarea de structuri solide lubrifiante, cu acțiune multiplă de îmbunătățire a caracteristicilor de prelucrare și implicit de protecție, cu aderență bună la substraturi metalice pe bază de fier, după operațiile clasice de degresare și decapare, piesele pe bază de fier se supun unui tratament chimic secvențial în două etape: mai întâi se depune un strat subțire, poros, de cupru obținut prin cemetare sau de nichel prin electrodepunere, urmat de precipitarea pirofosfatului de cupru, respectiv de nichel prin imersia în două soluții apoase acide, una slab oxidantă pe bază de anion fosfat și cationi de Zn²⁺, în prezența anionului permanganat, ca moderator de suprafață și alta pe bază de acid ortofosforic, ce conține dispersat pulbere fină de zinc metalic, care se aplică diferențiat prin imersie, la temperatura mediului ambiant;
2. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în scopul obținerii peliculelor subțiri poroase se aplică un proces acido-bazic, asistat redox prin mecanismul aditiv/substractiv, respectiv de obținere a unei pelicule prin cementarea Cu°, în urma imersiei în soluție apoasă slab acidă de CuSO₄, obținută prin dizolvarea a 125 grame sulfat de cupru pentahidrat în 1 litru de apă distilată (0,5M soluție Cu²⁺) și 10...30g tanin natural sau sintetic, ușor acidulată cu câteva picături de H₂SO₄ 10%, după care piesa este imersată timp de 30 minute în soluție apoasă de acid ortofosforic 2M, în prezența anionului permanganat 0,1M și a cationului Zn²⁺ 1M, care se agită ușor, apoi se supune unor procese succesive de spălare prin imersie timp de 10 minute în apă distilată, până la pH constant al soluției de spălare, urmate de uscarea intr-o etuvă cu termoreglare, la temperatura de 110±5°C, timp de 20 minute.

QV~ 2 0 0 8 - 0 1 0 2 2 — 2 9 -12- 2000
3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru obținerea straturilor subțiri poroase, de tip fosfat, se depune catodic un strat subțire poros de nichel, după care se tratează cu o soluție apoasă de acid ortofosforic 2M, timp de 30 de minute, în prezența anionului permanganat 0,1M și a cationului Zn²⁺ 1M, sub agitare ușoară, după care piesa se supune succesiv mai multor operații de spălare în apă distilată, prin imersie timp de 10 minute, până la pH constant al soluției de spălare, apoi este uscată intr-o etuvă cu termoreglare, la temperatura de 110±5°C, timp de 20 minute;
4. Procedeu conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că, după obținerea straturilor subțiri poroase pe bază de fosfat de cupru sau nichel, piesa este imersată timp de 30 minute în soluție apoasă de acid ortofosforic 2M, ce conține dispersat pulbere fină de zinc metalic 50g/L soluție, apoi aplicându-se operațiile succesive de spălare în apă distilată, prin imersie timp de 10 minute, până la pH constant al soluției de spălare, după care piesa este uscată intr-o etuvă cu termoreglare, la temperatura de 110±5°C, timp de 20 minute.
5. Procedeu conform revendicărilor 1, 2, 3 și 4, caracterizat prin aceea că, în scopul insertării sistemului microeterogen de grafit sau molibdenită, în vederea măririi capacității lubrifiante, piesa se imersează într-o dispersie hidroalcoolică de 10% grafit sau molibdenită coloidală, stabilizate steric și electrostatic, în prezența unui agent tensioactiv și a sistemului tampon NH4OH-NH4CI, ce conține 1,2% NH₄OH și 0,5% NH₄CI, care conferă un pH optim de insertare 8,5...9.