RO128933A2

RO128933A2 - Procedeu de protecţie anticorosivă a pieselor din fier prin fosfatare în sistem apos

Info

Publication number: RO128933A2
Application number: ROA201200144A
Authority: RO
Inventors: Andrei Victor SANDU; Costică Bejinariu; Ioan Gabriel Sandu; Petrică Vizureanu; Ion SANDU; Constantin Baciu; Violeta Vasilache
Original assignee: Universitatea Tehnică ''gheorghe Asachi'' Din Iaşi
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-10-30

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de protecţie anticorosivă a unor piese din fier. Procedeul conform invenţiei constă din imersarea pieselor degresate, decapate şi spălate, mai întâi într-o soluţie apoasă, conţinând acid sulfuric, pulbere de zinc, acid azotic, hidroxid de sodiu, azotit de sodiu, în care se menţin 15 min la o temperatură de 90°C, sub agitare continuă, şi apoi într-o a doua soluţie apoasă, conţinând în plus hexametilen tetramină, timp de 15 min, la 75...80°C, sub agitare, după care piesele se spală cu apă distilată, se usucă, rezultând piese din fier cu o peliculă anticorosivă având o grosime de 25...40 μm stabilă în timp, şi o rezistenţă la coroziune comparabilă cu a oţelului inox.

Description

Invenția se referă la un procedeu de protecție anticorozivă a pieselor din fier prin fosfatare în sistem apos, în vederea obținerii unor straturi ceramice subțiri, cu structuri cristaline dendritice uniforme, compacte și aderente la substrat.

Pentru obținerea unor straturi subțiri anticorozive 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 tratare 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 ortofosfațo și/sau azotați ai metalelor tranziționale [1-3], în stări de oxidare stabile [1-7], în prezența poliacrilamidei [3], epoxiesterilor [4], silicaților [5], acidului citric și acidului sulfamic [6,7], benztriazol [8] și altele [9-11],

De asemenea, se cunosc procede de obținere a straturilor subțiri prin coprecipitare a ionilor de zinc și fer, alături de ioni de crom [12], mangan în prezența anionilor fluorură [13] sau alături de nichel [14] sau a altor cationi, precum Mg și Co [15, 16], ce folosesc ca agent anionic de precipitare de tip fosfat soluții apoase saline de fosfați de sodiu, potasiu sau amoniu.

^-2012-00144-0 1 -03- 2012

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 protecție climatică și mecanică necesită tratamente ulterioare complexe, iar straturile sunt slab aderente.

Procedeul de protecție anticorozivă a pieselor din fier prin fosfatare în sistem apos, conform invenției, înlătură dezavantajele menționate, prin aceea că, în scopul obținerii straturilor superficiale subțiri, cu structuri cristaline dendritice uniforme, compacte și puternic aderente la substrat, după operațiile clasice de degresare și decapare, se implică un proces de coprecipitare în mediu acid, folosind două soluții apoase, prima (1) conținând pentru un litru următoarele componente: 9...12 ml_ H3PO4 85%, 5...6g Zn metalic pulbere, 2...4 ml_ HNO3 70%, 0.80...1.00 g NaOH, 0,4...0,5g NaNO₂ și 0,04...0,08g Na₃P₃Oio, iar a doua (2) o soluție cu compoziție asemănătoare cu prima (1), dar la care se adăugă 2 g hexametilen tetramina, Procesul de fosfatare are la bază mai multe secvențe de reacții de coprecipitare cu formarea pirofosfatului de fer și zinc. După degresarea și decaparea pieselor, urmată de spălarea cu apă distilată sau deionizată, piesele metalice din fier sunt imersate în soluția (1) timp de 15 de minute și respectiv în soluția (2) încă 15 minute, la temperatura de 90°C, sub agitare continuă, într-un vas aflat pe baie de termostatare.

Prin aplicare invenția aduce o serie de avantaje:

- se aplică ușor, prin simpla imersie;

- permite realizarea prin coprecipitare sinergică a unui strat uniform, compact și aderent la substrat, cu o structura dendritica bine definita;

- 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;

- straturile formate au o mare fiabilitate și stabilitate în timp;

- Straturile prezintă o rezistență deosebită la coroziune, putând fi comparate cu oțelurile inox (Vcor= 1,6-10’³ ...1,9-10‘³ mm/an).

Λ- 2 Ο 1 2 - Ο Ο 1 U - Ο 7 -03- 2012 în continuare se dă un exemplu de realizare a invenției.

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 grosiere, 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/L]
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/L]
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

După degresare și decapare piesele sunt spălate cu apă distilată sau deionizată, apoi sunt imersate timp de 15 minute, la temperatura de 90°C, sub agitare continuă, într-un vas aflat pe o baie de termostatare, care conține soluția (1) cu compoziția și parametrii de lucru prezentați în Tabelul 3.

<2 0 1 2 - 0 0 1 4 4 -- /J

7 -03- 2012

Tabelul 3. Compoziția soluției de fosfatare și parametrii de lucru
Nr. crt.	Componenții chimici	Concentrația, [g/\|]
1	H3PO4 85% (p = 1,685g/cm³)	15,00 ... 18,50
2	Zn metalic pulbere	5,00 ... 6,00
3	HNO3 70% (p = 1,420g/cm³)	2,50 ... 4,50
4	NaOH	0,80 ... 1,00
5	NaNO₂	0,40 ... 0,50
6 1	NasPsOio	0,04 ... 0,08
Parametrii de lucru	Valoarea
1	Temperatura, [ °C]	90
2	Timpul de reacție, [min]	max. 15
3	Viteza de agitare [rpm]	200

în etapa a doua piesele se scot din soluția (1) și se imersează pentru alte 15 minute, la temperatura de 75...80°C, sub agitare continuă, în soluția (2) care are compoziția și parametrii de lucru prezentați din Tabelul 4.

Tabelul 4. Compoziția soluției de fosfatare și parametrii de lucru
Nr. crt.	Componenții chimici	Concentrația, [g/l]
1	H3PO4 85% (p=1,685g/cm³)	15,00 ... 18,50
2	Zn metalic pulbere	5,00 ...6,00
3	HNO3 70% (p=1,420g/cm³)	2,50 ...4,50
4	NaOH	0,80 ... 1,00
5	NaNO₂	0,40 ... 0,50
6	NasPsO-io	0,04 ... 0,08
7	Hexametilen tetramina	2
Parametrii de lucru	Valoarea
1	Temperatura, [ °C]	90
2	Timpul de reacție, [min]	max. 15
3	Viteza de agitare [rpm]	200

După procesul de precipitare piesele fosfatate se supun spălării cu apă distilată și deionizată, prin imersie timp de 10 minute, până la un pH constant al soluției de spălare, apoi piesele sunt uscate în atmosferă deschisă și ambalate.

Procedeul are la bază două procese secvențiale de coprecipitare în sistem apos, în care se formează:

- mai întâi un strat subțire de fosfat de fer și zinc (Zn2Fe(PO₄)₂.4H2O phosphophyllite), ușor insertat cu azotat de fer și zinc, cu o structura ^-2012-00144-0 7 -03- 2012 dendritică bine delimitată 3D și slab rugoasă (caracteristici identificate prin analiză de suprafață utilizând tehnicile EDX și XRD);

după care se depune un al doilea strat subțire de fosfat de fer și zinc fără urme de azotat, mult mai compact și mai uniform decât primul.

în formarea celui de-al doilea strat subțire de fosfat dublu de fer și zinc, în urma imersiei în soluția (2), rolul hotătâtor în procesul de reformare cristalină și nivelare a structurilor dentritice îl are hexametilen tetramina, un agent tensioactiv de suprafață cu rol multiplu de mordantant în reactivare a substraturilor și de îndepărtare a potențialilor ioni de impurificare prin insectare, care conduc la echilibre acido-bazice ce afectează stabilitatea structurală a ceramici peliculogene din fosfat dublu de fer și zinc.

Pelicula de tip ceramic astfel obținută permite o bună protecție climatică și mecanică, prezentând o grosime de 25...40 pm și o rugozitate Ra = 5,6 pm, iar viteza de coroziune în mediu salin este cuprinsă între 1,6-10'³ și 1,9-10’³ mm/an, fiind omogenă, compactă și cu o bună aderență la substrat.

Claims

Procedeu de protecție anticorozivă a pieselor din fier prin fosfatare în sistem apos, caracterizat prin aceea că, în scopul obținerii unor straturi ceramice subțiri, cu structuri cristaline dendritice uniforme, compacte și puternic aderente la substrat, după operațiile clasice de degresare și decapare, urmate de spălare în apă distilată sau deionizată, piesele din fier se imersează în două soluții apoase: prima (1), conținând pentru un litru următoarele componente: 9...12 mL H3PO4 85%, 5...6g Zn metalic pulbere, 2...4 mL HNO₃ 70%, 0,80...1,00 g NaOH, 0,4...0,5g NaNO₂ și 0,04...0,08g Na₃P₃0-io, iar a doua (2) cu o compoziție asemănătoare cu prima, dar la care s-a adăugat 2 g de hexametilen tetramina, unde sub agitare continuă se mențin timp de câte 15 de minute în în fiecare soluție, în prima soluție (1) la temperatura de 90°C, iar în a doua soluție (2) la 75...80°C,după care piesele se spală cu apă distilată, se usucă și se ambalează pentru expediere sau înmagazinare.