RU2489517C1

RU2489517C1 - Раствор для фосфатирования стальной поверхности

Info

Publication number: RU2489517C1
Application number: RU2012115876/02A
Authority: RU
Inventors: Виктория Леонидовна Ягубова; Олег Викторович Чумаевский; Татьяна Алексеевна Михайлова
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ФК"
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2013-08-10

Abstract

Изобретение относится к обработке стальной поверхности, в частности к фосфатированию стальной поверхности, и может быть использовано в металлургической промышленности, а также машиностроении при производстве проволоки, калиброванного металла, деталей машин, труб. Раствор для фосфатирования стальной поверхности содержит, г/л: 5,55-18,72 ионов цинка (Zn²⁺), 4,35-15,68 фосфорного ангидрида (P₂O₅), 9,25-33,6 ионов нитрата (NO₃ ^-), 0,56-2,46 ионов натрия (Na⁺), 0,19-0,82 ионов аммония (NH₄ ⁺) и остальное - вода до 1 л. При этом массовое отношение суммы катионов цинка и натрия к фосфорному ангидриду в растворе составляет (Zn²⁺+Na⁺):P₂O₅=(1-3,47):(0,71-2,57), а массовое отношение ионов аммония к ионам натрия (NH₄ ⁺:Na⁺)=1:3. Изобретение позволяет получить качественное фосфатное покрытие и провести подготовку поверхности металла перед операциями мокрого волочения и другими операциями холодной деформации, а также обеспечивает безопасность и улучшает производственные условия труда за счет уменьшения токсичности промывных и сточных вод и воздуха в рабочей зоне. 1 табл.

Description

Изобретение относится к области обработки поверхности высокоуглеродистой проволоки перед сухим и мокрым волочением с применением фосфатирования и может быть использовано в металлургической промышленности, а также машиностроении при производстве проволоки, калиброванного металла, деталей машин, труб.

Известен раствор для фосфатирования (SU 1458427 А1) металлической поверхности, содержащий следующее содержании компонентов, г/л:

Ионы цинка (Zn²⁺)	10-13
Фосфорный ангидрид (Р₂О₅)	5-10
Ионы нитрата (NO₃ ^-)	17-23
Ионы никеля (Ni²⁺)	0,05-0,15
Ионы меди (Cu²⁺)	0,02-0,07
Азотнокислый экстракт лигнина	0,01-0,10
Вода	остальное до 1 л.

Обладая удовлетворительными антифрикционнымии и механическими свойствами фосфатного покрытия, состав имеет недостатки:

- высокий расход волочильного инструмента, что делает невозможным использование его для подготовки поверхности высокоуглеродистой проволоки перед операцией сухого волочения;

- позволяет провести подготовку поверхности проволоки только перед операцией тонкого (мокрого) волочения;

- входящие в состав ионы никеля и меди с экологической точки зрения опасны.

Наиболее близким к изобретению по назначению и достигаемому результату является фосфатирующий раствор (RU 2170285 С2)), содержащий следующее содержании компонентов, г/л:

Ионы цинка (Zn²⁺)	8,0-35,0
Фосфорный ангидрид (Р₂О₅)	7,0-24,0
Ионы нитрата (NO₃)	20,0-63,0
Ионы никеля (Ni²⁺)	0,05-1 0
Ионы железа(Fe³⁺)	0-0 3
Ионы фтора (F-)	0-2 0
Вода	остальное до 1 л.

Данный раствор позволяет провести подготовку поверхности проволоки перед операциями как мокрого так и сухого волочения. Недостатком является то, что входящие в состав ионы никеля, железа и фтора нежелательны с точки зрения экологии, т.к. являются главной причиной загрязнения промывных и сточных вод, воздуха рабочей зоны.

Задачей изобретения является разработка фосфатирующего раствора, при использовании которого не оказывается отрицательного влияния на нанесение и последующее формирование покрытий с хорошими показателями качества и который безопасен в использовании и безвреден для окружающей среды при приготовлении, использовании и утилизации.

Поставленная задача достигается тем, что фосфатирующий раствор, содержащий ионы цинка, фосфорного ангидрида, нитрата, дополнительно содержит ионы натрия и ионы аммония при следующем содержании компонентов, г/л:

Ионы цинка (Zn²⁺)	5,55-18,72
Фосфорный ангидрид (Р₂О₅)	4,35-15,68
Ионы нитрата (NO₃ ^-)	9,25,-33,6
Ионы натрия (Na⁺)	0,56-2,46
Ионы аммония (NH₄ ⁺)	0,19-0,82
Вода	остальное до 1 л,

причем массовое отношение суммы катионов к фосфорному ангидриду составляет (Zn²⁺+Na⁺):Р₂О₅=(1-3,47):(0,71-2,57), а массовое отношение ионов аммония к ионам натрия (NH₄ ⁺:Na⁺)=1:3.

Применение предлагаемого фосфатирующего раствора позволяет:

- получить качественное фосфатное покрытие поверхности катанки из высокоуглеродистой стали перед операциями среднего и многократного волочения и получить качественную проволоку при незначительном расходе волочильного инструмента;

- провести подготовку поверхности проволоки перед операциями тонкого (мокрого) волочения;

- провести подготовку поверхности металла перед другими операциями холодной деформации, например высадкой крепежных изделий, вытяжкой труб;

- уменьшить токсичность промывных и сточных вод, воздуха рабочей зоны, что делает работу безопасной и улучшает производственные условия труда. В соответствии с гигиеническими нормативами ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» Министерства здравоохранения РФ:

- величина ПДК никеля соли в виде гидроаэрозоля 0.005 мг/м³, класс опасности 1 -- чрезвычайно опасный.

- величина ПДК аммиака 20 мг/м³, класс опасности 4 - малоопасный.

- - величина ПДК натрия мг/м³, класс опасности 4 - малоопасный. В соответствии с гигиеническими нормативами ГН 2.1.5.1315-03

«Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» Министерства здравоохранения РФ:

- величина ПДК никеля 0.05 мг/л, класс опасности 2 - высокоопасный, величина ПДК ионов аммония 1,5 мг/л, класс опасности 4 - малоопасный.

- величина ПДК ионов натрия мг/м³, класс опасности 4 - малоопасный.

Для исследования было приготовлено 5 вариантов фосфатирующего раствора с различным соотношением компонентов и состав прототипа.

Фосфатирующие растворы готовили путем растворения в воде 50,110 и 160 г/л концентрата Фоскон 22 марка А ТУ 2149-050-10964029-96, изм.1-4. Концентрат готовили путем смешения фосфорной и азотной кислот, окиси цинка, раствора аммиака и кальцинированной соды.

Состав прототипа готовили путем последовательного растворения в воде в течение 20-25 мин расчетного количества фосфорной, азотной и плавиковой кислот, окиси цинка, никеля азотнокислого, железа сернокислого.

Во всех примерах (по выше заявляемому составу и по прототипу) фосфатированию подвергались образцы проволоки из высокоуглеродистой проволоки из стали марки 70, диаметром 2 мм, предварительно очищенные от остатков волочильной смазки и остаточного фосфата в щелочном очищающем растворе и активированные в растворе активатора на основе щавелевой кислоты с последующим нанесением сухой волочильной смазки.

Фосфатирование ведут погружением изделий в фосфатирующий раствор при температуре 70-95°С в течение 3-20 мин. либо протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70-95°С в течение 10-40 сек.

Антифрикционные свойства оценивали по усилиям волочения, которые определялись при протягивании образцов проволоки на разрывной машине марки Р-0,5 моделирующей процесс волочения проволоки.

Скорость протягивания составляла 30 см/мин.

Единичное обжатие на волоку 24,5%.

Маршрут волочения 2,0-1,8 мм.

Расход волок при волочении фосфатированной проволоки определяли на стане сухого волочения. Скорость волочения 300-520 м/мин, единичное обжатие 25%, суммарное обжатие 87%.

Маршрут волочения 2,0-1,83-1,65-1,34-1,16-1,01-0,9.

Составы известного фосфатирующего раствора и предлагаемого, а также параметры процесса холодной деформации приведены в таблице 1.

Как видно из примеров (см. таблицу 1, пр.2, 3, 4), содержание ионов цинка, фосфорного ангидрида, нитратов, аммония, массового соотношения (Zn²⁺+Na⁺):P₂O₅ и NH₄ ⁺:Na⁺ в заявляемых пределах обеспечивает хорошие антифрикционные свойства и высокую стойкость волочильного инструмента.

Изменение содержания компонентов и массового соотношения (Zn²⁺+Na⁺):P₂O₅ выше или ниже заявляемых пределов (см. таблицу 1, пр.1, 5) приводит в одном случае к снижению антифрикционных свойств фосфатного покрытия и повышению расхода волочильного инструмента, а в другом к нестабильности фосфатирующего раствора и невозможности получения качественного фосфатного покрытия.

Пример 6 характеризует состав и свойства прототипа.

Использование предложенного фосфатирующего раствора обеспечивает следующие технико-жономические преимущества:

1 Получение качественного фосфатного покрытия поверхности катанки из высокоуглеродистой стали перед операциями среднего и многократного волочения и получить качественную проволоку при незначительном расходе волочильного инструмента;

2 Проведение подготовки поверхности проволоки перед операциями тонкого (мокрого) волочения;.

3 Снижение производственных затрат (уменьшение расхода волочильного инструмента).

4 Уменьшение токсичности промывных и сточных вод, воздуха рабочей зоны, что делает работу безопасной и улучшает производственные условия труда.

Литература.

1. Патент СССР №1458427 А1 «Раствор для фосфатирования металла».

2. Патент РФ №2170285 С2 «Способ подготовки поверхности проволоки перед сухим волочением» (прототип).

Claims

Раствор для фосфатирования стальной поверхности, содержащий фосфорный ангидрид, ионы цинка, ионы нитрата, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ионы натрия и ионы аммония при следующем содержании компонентов, г/л:
ионы цинка (Zn²⁺) 5,55-18,72 фосфорный ангидрид (P₂O₅) 4,35-15,68 ионы нитрата (NO₃ ^-) 9,25-33,6 ионы натрия (Na⁺) 0,56-2,46 ионы аммония (NH₄ ⁺) 0,19-0,82 вода остальное до 1 л,

причем массовое соотношение суммы катионов к фосфорному ангидриду составляет (Zn²⁺+Na⁺):P₂O₅=(1-3,47):(0,71-2,57), а массовое соотношение ионов аммония к ионам натрия (NH₄ ⁺:Na⁺)=1:3.