WO2003042426A2 - Regulation of the accelerator concentration in phosphating baths - Google Patents

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WO2003042426A2
WO2003042426A2 PCT/EP2002/012304 EP0212304W WO03042426A2 WO 2003042426 A2 WO2003042426 A2 WO 2003042426A2 EP 0212304 W EP0212304 W EP 0212304W WO 03042426 A2 WO03042426 A2 WO 03042426A2
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phosphating solution
accelerator
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Patrick Droniou
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Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
Nihon Parkerizing Co., Ltd.
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C22/08Orthophosphates
    • C23C22/12Orthophosphates containing zinc cations
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    • C23C22/77Controlling or regulating of the coating process

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the accelerator concentration in the phosphating of metal surfaces with aqueous, acidic phosphating solutions which contain zinc and phosphate ions and at least one accelerator.
  • the phosphating of metals pursues the goal of producing firmly adherent metal phosphate layers on the metal surface, which in themselves improve corrosion resistance and, in conjunction with paints and other organic coatings, contribute to a significant increase in adhesion and resistance to infiltration when exposed to corrosion.
  • Such phosphating processes have long been known in the prior art.
  • the low-zinc phosphating processes are particularly suitable, in which the phosphating solutions have comparatively low contents of zinc ions of e.g. B. 0.5 to 2 g / l.
  • phosphate layers with significantly improved corrosion protection and paint adhesion properties can be formed.
  • z. B. 0.5 to 1.5 g / l of manganese ions and z. B. 0.3 to 2.0 g / l of nickel ions as a so-called trication method for the preparation of metal surfaces for painting, for example for the cathodic electrocoating of car bodies, wide application.
  • DE-A-40 13 483 discloses phosphating processes with which similarly good corrosion protection properties can be achieved as with the trication processes. These processes do without nickel and instead use copper in low concentrations, 0.001 to 0.03 g / l.
  • Oxygen and / or other oxidizing agents with the same effect are used to oxidize the divalent iron formed in the pickling reaction of steel surfaces to the trivalent stage.
  • German patent application DE 42 10513 modifies this process by adding hydroxylamine, its salts or complexes in an amount of 0.5 to 5 g / l hydroxylamine as a modifying agent for the morphology of the phosphate crystals formed.
  • EP-B-414 296 discloses a method for phosphating iron and steel surfaces according to the low zinc technology with a phosphating solution, to which hydrogen peroxide or alkali perborate is added in such an amount that the maximum peroxide concentration is 17 mg / l.
  • the addition of hydrogen peroxide and / or alkali perborate can be controlled in accordance with the electrochemical potential determined with a redox electrode.
  • the unpublished German patent application DE-A-101 18 552 relates to a method for phosphating metal surfaces made of steel, galvanized or galvanized steel, aluminum and / or aluminum alloys, in which the metal surfaces are sprayed or dipped for a period between 3 Seconds and 8 minutes in contact with a zinc-containing phosphating solution containing 0.2 to 3 g / l zinc ions and 3 to 50 g / l phosphate ions, the weight ratio of phosphate ions to zinc ions being at least 3.7, and one or more accelerators selected
  • a biochemical hydrogen peroxide sensor which provides an electrical signal whose height the concentration of the accelerator can be derived.
  • EP-A-196 259 describes a method for adapting the composition of a chemical treatment solution for the treatment of a substrate so that optimal treatment results are achieved. To do this, a correlation is established between the composition of the treatment solution and the treatment results. This can be done, for example, in the form of a mathematical series development. To do this, you systematically change the composition of the process solution and record how this change affects the treatment result. The coefficients of the series development can be derived from these experiments. In this way it can be seen which parameter change affects the treatment result and in what way. With the help of this knowledge, the composition of the treatment solution, for example a phosphating solution, can be adjusted so that a desired treatment result is achieved.
  • the object of the present invention is to adjust the accelerator content of a phosphating solution in such a way that the desired phosphating result is obtained even if there is another parameter or in addition to the accelerator content change several other parameters that also affect the phosphating result.
  • a setpoint for the accelerator content that is to be specified should not be set, but rather the setpoint should be adapted to changing conditions during the process.
  • the present invention relates to a method for phosphating metal surfaces made of one or more materials selected from steel, galvanized or alloy galvanized steel, aluminized or alloy aluminized steel or from aluminum or magnesium or in each case their alloys which consist of at least 50 atomic percent of aluminum or magnesium , wherein to deposit a phosphate layer, the metal surfaces are brought into contact with an acidic aqueous phosphating solution which contains 0.3 to 10 g / l of zinc ions, 5 to 100 g / l of phosphate ions, calculated as PO 4 3 " , and one or more accelerators , characterized in that a) a correlation between the result of the phosphating, the content of the accelerator or, in the presence of several accelerators, a selected accelerator and at least one other parameter characteristic of the phosphating process is determined or specified, b) manually or program-controlled determines the content of (selected) accelerator, c) manually or program-controlled detects or determines the at least one further parameter characteristic of the phosphating
  • the phosphating solution preferably has the following further parameters which are characteristic of the phosphating process: a pH in the range from 2.5 to 3.8, one Free acid content in the range of 0 to 2.5 points and total acid content in the range of 15 to 30 points.
  • the concentration data for Zn and phosphate span the range of low zinc phosphating, which is usually carried out as the basis for subsequent painting, as well as the range of normal or high zinc phosphating, which is usually used to create a sliding layer for cold forming.
  • the zinc contents are preferably selected in the range from 0.3 to 3 g / l, in particular up to 2.5 g / l, and the phosphate contents in the range from 3 to 30 g / l. It is further preferred that the mass ratio between zinc ions and phosphate ions is in the range from 1:10 to 1:20.
  • zinc contents in the range from 3 to 10 g / l and phosphate contents above 20 g / l, in particular above 30 g / l are preferably chosen.
  • the sub-steps b) to e) are carried out again and again during the course of the method according to the criteria explained below. On the other hand, it is sufficient to carry out process step a) once at the start of the process. If the required correlation is already known, it is sufficient to specify it at the start of the procedure. "Pretend” means that, for example, the known correlation is recorded in a documentation which will be used in the further course of the method. This documentation can be aimed at a person who carries out the method according to the invention.
  • the method according to the invention is possible
  • the known correlation is stored in an EDP system so that the control computer can use it to carry out the method
  • If the required correlation is not already known at the beginning of the method, it must first be carried out by laboratory experiments or on a technical scale
  • the method described in WO 00/36183 is suitable, for example, for the determination on an industrial scale.
  • the correlation can be determined and represented in laboratory tests or on an industrial scale in a manner as is apparent from EP-A-196 259. In the simplest case, such a correlation can be expressed by equation (1),
  • Y represents a result of the phosphating, for example the area-related mass of the phosphate layer, the proportion of a selected component in the phosphate layer or one of the quantities listed below.
  • Xi is the accelerator concentration
  • X 2 the value of another parameter which, together with the accelerator concentration, influences the phosphating result Y.
  • b 0 , bi and b 2 are the coefficients of the series expansion, which determine how Xi and X influence the result Y.
  • X! and X 2 are systematically varied, and each determines the phosphating result Y.
  • the numerical values of the coefficients b 0 , bi and b 2 can be determined from this by means of mathematical compensation methods, preferably using the least squares method. If not only another parameter X 2 is to be taken into account in addition to the accelerator concentration Xi, but also further parameters X n , the series must be supplemented accordingly.
  • Equation (1) is then expanded to equation (2).
  • the method described in this document can therefore be used to carry out sub-step a).
  • this document does not disclose to use the correlation obtained to carry out sub-steps b) to e) according to the invention repeatedly.
  • the accelerator or accelerators can be selected from the substances known for this purpose in the prior art.
  • the phosphating solution can contain one or more of the following accelerators, as is known from document DE-A-101 18 552 cited above: 0.3 to 4 g / l chlorate ions, .01 to 0.2 g / l nitrite ions,
  • an organic nitro compound selected from nitroguanidine, nitroarginine and methyl, ethyl or propyl esters thereof and from nitrofurfurylidene diacetate.
  • the accelerators are sufficiently strong oxidizing agents, they can oxidize divalent iron ions that arise during the phosphating of steel surfaces to the trivalent stage. These precipitate out of the phosphating solution as iron (III) phosphate and are removed from the phosphating solution as phosphating sludge. Fe (ll) ions also dissolve in the phosphating of galvanized steel, since the iron-containing base material is exposed at the cut edges. Accordingly, the accelerators can be divided into those which prevent the formation of elemental hydrogen on the metal surface, but cannot oxidize divalent iron ions to trivalent ones, and those which also have the second ability.
  • An example of the first group is hydroxylamine.
  • the second group of accelerators includes strong oxidizing agents such as hydrogen peroxide and compounds that form hydrogen peroxide in the phosphating solution.
  • peroxide-forming substances are ionic compounds such as, for example, alkali metal peroxides or molecules or ions which carry a peroxo group which forms hydrogen peroxide in the phosphating bath.
  • perborates, inorganic peracids and their salts such as, for example, peroxosulfuric acid or peroxodisulfuric acid, and organic peracids and their salts.
  • nitrite is reduced to elemental nitrogen, the volume of which is measured.
  • Oxidizing accelerators such as hydrogen peroxide or substances with peroxo groups can be determined manganometrically.
  • the determination with redox-active electrodes or with special hydrogen peroxide sensors is known. The latter measurement method is described in DE-A-101 18 552. It also describes that this sensor technology can also be used to indirectly determine other accelerators if they react with hydrogen peroxide. An example of this is hydroxylamine. Another method for determining hydroxylamine is titration with sodium hydroxide solution in the presence of acetone.
  • hydroxylamine forms an oxime with acetone and the acid released is detected by the acid-base titration. Furthermore, hydroxylamine and substances which can split off hydroxylamine can be determined by redox reaction with cerium ammonium sulfate and iron sulfate.
  • nitrate ions can additionally be present as co-accelerators.
  • Hydrogen peroxide as an accelerator can be combined with chlorate ions, for example.
  • hydroxylamine is used together with nitrobenzenesulfonate ions.
  • a “main accelerator” that has the greatest influence on the phosphating result, and uses this as the “selected” accelerator to carry out the process according to the invention. If, therefore, above and in claim 1, there is talk of a “(selected) accelerator”, this means either the only accelerator in the phosphating solution or the main accelerator to be selected. If the phosphating solution contains several accelerators, the "selected accelerator” is preferably the one that is consumed the fastest or decomposes fastest.
  • the at least one further parameter characteristic of the phosphating process can be determined by a chemical or physical measurement.
  • the further parameter can also be acquired manually or automatically in another way and entered into the control system.
  • the further parameter can be the material of the metal surface that is to be phosphated. This information can, for example, be recorded by the operating personnel of the system in which the method according to the invention is carried out and used for sub-step d) or entered into the control system for the method according to the invention.
  • the accelerator Since the accelerator is consumed in the course of the phosphating, it can be expected that the target value for the accelerator calculated in sub-step d) will be greater than the value determined in sub-step b). If this is the case, a dosing device is activated manually or automatically in sub-step e), which adds such an amount of (selected) accelerator to the phosphating bath that the target value calculated in sub-step d) is reached within a tolerance value of the type depends on the dosing device. Together with the (optionally selected) accelerator, further components can be added to the phosphating bath, for example one or more co-accelerators.
  • Sub-step c) provides that manually or program-controlled, at least one further parameter (that is, apart from the accelerator or the selected accelerator) is recorded or determined for the phosphating process.
  • these parameters include, for example, the physical and chemical properties of the phosphating solution and the type of application.
  • the phosphating solution can have a temperature in the range from 30 to 65 ° C.
  • the metal surface can be brought into contact with the phosphating solution for a period of time in the range from 30 to 300 seconds.
  • the temperature of the phosphating solution and the contact time with the metal surface are characteristic parameters for the phosphating process.
  • the parameters characteristic of the phosphating process include
  • the phosphating solution can additionally be selected from one or more constituents
  • the parameters characteristic of the phosphating process also include the way in which the metal surface is brought into contact with the phosphating solution.
  • the metal surface can be immersed in the phosphating solution (immersion method) or washed over with the phosphating solution (flooding method).
  • immersion method immersion method
  • fluorescence method washed over with the phosphating solution
  • the phosphating result depends on the speed with which the phosphating solution moves relative to the metal surface. In the case of immersion or flood processes, this speed is in the range from approximately 0.1 to approximately 20 m / sec.
  • the speed can be influenced by the amount of phosphating solution that is rinsed over the metal surface per unit of time.
  • the speed of the phosphating solution relative to the metal surface is generally adjusted by pumping the phosphating solution around or by stirring. A further, albeit smaller, contribution is made by the movement of the metal surface relative to the container in which the phosphating solution is located, which is caused by the transport device for the metal surface.
  • the phosphating solution is sprayed onto the metal surface through nozzles (spraying process).
  • the pressure at which the phosphating solution is pumped through the nozzles is a parameter which affects the phosphating result.
  • the phosphating solution is sprayed onto the metal surface at a pressure in the range from approximately 0.4 to approximately 1.2 bar.
  • the physical and chemical conditions of the phosphating process listed above represent examples of further parameters which are characteristic of the phosphating process and which are recorded or determined in accordance with sub-step c).
  • Another parameter characteristic of the phosphating process is the chemical nature of the metal surface or the simultaneous occurrence of different metal surfaces with different chemical properties.
  • the phosphating result will depend on whether the metal surface is steel, electrolytically or hot-dip galvanized or alloy-galvanized steel, aluminized or alloy-aluminized steel or aluminum or magnesium or their alloys. In the case of alloys, the chemical composition plays a role. Even with unalloyed steel, the phosphating result can depend on the exact chemical composition of the steel surface, which contains carbon atoms in addition to iron atoms.
  • a correlation between the result of the phosphating, the content of the (selected) accelerator and the chemical nature of the metal surface or the material mixture of the metal surfaces is determined in sub-step a). If this correlation is already known, it can be used directly for the further process steps.
  • step c) the information about the chemical is added to the control system for the method according to the invention Nature of the metal surface or the material mix, so that the relationship between accelerator content, phosphating result and chemical nature of the metal surface known in partial step a) can be used in partial step d) in order to determine a target value for the accelerator content.
  • This entry into the control system can be made manually if the chemical nature of the metal surface or the material mixture is changed in the course of the method.
  • the chemical nature of the metal surface can also be determined automatically by a suitable measuring method, for example with the aid of an X-ray fluorescence measurement.
  • information about the chemical nature of the metal surface can also be given to the parts to be phosphated in machine-readable form, for example by means of a bar code or some other optical or magnetic information carrier. In step c) this information is read automatically.
  • a further parameter characteristic of the phosphating is the expected value for the total size of the metal surface which comes into contact with the phosphating solution between the sub-step b) which has just taken place and the next (e.g. time-controlled) execution of the sub-step b) will be brought.
  • this parameter is essentially constant, so that it usually does not play a role in the course of the method according to the invention. However, this changes when a process is interrupted, for example when the system is down.
  • the control system for the method according to the invention is informed that no or a very small metal surface will be brought into contact with the phosphating solution between two sub-steps b).
  • the setpoint for the accelerator can be reduced or set to zero. Then no accelerator is metered into the phosphating bath until the control system is informed that the metal surface will again be brought into contact with the phosphating solution.
  • the setpoint for the accelerator is then automatically increased again, so that, depending on the current accelerator content, accelerator is topped up if necessary.
  • This mode of operation of a phosphating bath is more economical than the procedure currently generally carried out, in which the accelerator is kept at a predetermined value, regardless of whether or not the metal surface will be brought into contact with the phosphating solution for a short time.
  • a phosphating bath is usually always kept ready for operation. Since many accelerators, especially hydrogen peroxide and its derivatives, are also without contact with one decomposing phosphating metal surface, a costly replenishment takes place, although in the short term there is no metal surface to be phosphated.
  • the method according to the invention differs from this in that the target value for the accelerator content is reduced if no metal surfaces to be phosphated are expected, and is increased again if the metal surface to be phosphated is expected.
  • the control system for the method according to the invention can then automatically decide in sub-steps d) and e) whether accelerators should be added or not. This saves the cost of unnecessary metering of accelerators, but the phosphating bath is automatically put back into operational condition if this becomes necessary.
  • Sub-step d) can calculate the target value for the content of accelerator have already been listed above.
  • the parameter is selected from: the material or the material mixture of the metal surface, the expected value for the total size of the metal surface which will be brought into contact with the phosphating solution between the sub-step b) which has just taken place and the next intended execution of the sub-step b), the pH Value of the phosphating solution, the temperature of the phosphating solution, the speed with which the phosphating solution reacts during a dipping or
  • Metal surface is sprayed, the length of time for which the phosphating solution is in contact with the metal surface, the free acid content of the phosphating solution, the total acid content of the phosphating solution, the phosphate ion content of the phosphating solution, the zinc ion content of the phosphating solution, the content of the Phosphating solution on one or more of the additional
  • sub-steps b) to e) are started and carried out in a regular or irregular sequence or on the basis of special events.
  • the sequence of sub-steps b) to e) is started by a manual request and then runs automatically under program control.
  • the request for the start of these substeps can be made locally, that is to say at the location of the phosphating system, or from a remote location. In this way it is possible for operating or control personnel who are either at the location of the phosphating system or at a remote location to control the phosphating process by adjusting the accelerator content.
  • the sub-steps b) to e) are preferably started automatically after a predetermined period of time has elapsed after the process sequence last carried out.
  • a predetermined period of time which can be, for example, in the range between 1 minute and 8 hours, can be entered into the control system for the method according to the invention.
  • the sub-steps b) to e) then run automatically after the specified time interval.
  • a variable time period between two process sequences b) to e) can also be provided, which can depend on the extent of the change in the parameters used.
  • the sequence of the sub-steps b) to e) is restarted after a fixed period of time, for example after an hour, if the setpoint for the accelerator changes within a fluctuation range to be specified. If a major change in the target value is determined, provision can be made to shorten the time span until the next start of the method sequence b) to e). If the change in the setpoints between two determinations decreases again, the time interval can be extended again.
  • the control personnel of the system can therefore decide, depending on the phosphating result determined, to start the process sequence b) to e) by means of a manual request.
  • a result of the phosphating can be determined automatically as part of an automatic control and monitoring of the phosphating process, the sub-steps b) to e) automatically when the phosphating result deviates from a previously determined desired result be started.
  • the result of this is that if the phosphating result deviates from a previously defined target value, the target value for the accelerator is automatically checked and the accelerator content is adjusted if necessary. In this way, deviations can be corrected without human intervention and production security can be increased.
  • one or more of the following features can be selected: the color of the metal surface after contact with the phosphating solution, the uniformity of the phosphate layer, the layer weight of the phosphate layer, the chemical composition the phosphate layer, the average crystal size or the crystal size distribution in the phosphate layer, the shape of the crystals in the phosphate layer, the electrical impedance of the phosphate layer, the current curve in the case of a cathodic polarization measurement on the phosphate layer, the thickness of a layer deposited on the phosphated metal surface under predetermined deposition conditions cathodic electrodeposition lacquer, the behavior of the phosphate layer coated with a lacquer during a lacquer adhesion and / or corrosion protection test, the electrical loss potential of the substrate in the phosphating solution.
  • the color of the metal surface can be determined photometrically.
  • the uniformity of the phosphate layer can be determined, for example, by means of an image analysis, which is described in more detail in WO 00/22574.
  • Layer weight of the phosphate layer is determined in the laboratory by detaching the layer and differential weighing. However, methods are known in the prior art for determining the layer weight without damage using infrared measurement (EP 466 226).
  • the chemical composition of the phosphate layer in particular the content of phosphate or phosphorus and of the layer-forming cations, can be determined non-destructively by means of an X-ray fluorescence measurement.
  • the average crystal size or the crystal size distribution in the phosphate layer or the shape of the crystals in the phosphate layer can be determined by scanning electron micrographs. Measurements of the electrical impedance or recording of the current curve with a cathodic polarization are considered electrochemical Rapid measurements for the corrosion protection effect are known (for example DE-A-195 00 562). Suitable measuring heads are available for measuring the thickness of a deposited layer of a cathodic electrocoat. Paint adhesion and corrosion protection tests are routinely carried out by the phosphating specialist. DIN standards and company-specific standards of individual automobile manufacturers are available for this.
  • the turbidity or the sludge content of the phosphating solution is additionally determined. This can be done, for example, by an optical turbidity measurement.
  • sludge formation in the phosphating bath is undesirable. However, it cannot be prevented in practice, since local supersaturations, which lead to sludge formation, occur, inter alia, when addition solutions are added to the phosphating bath.
  • the (selected) accelerator is preferably added to the phosphating bath in sub-step e) in the process according to the invention, the slower the cloudiness or sludge content of the phosphating bath is. As a result, the further sludge formation due to the metering in of the accelerator is kept as low as possible.
  • H2O2 varies between 25 and 100 ppm
  • the free acid is determined by diluting a 10 ml bath sample with water to 50 ml and titrating with 0.1 N sodium hydroxide solution to a pH of 3.8. The consumption in ml of sodium hydroxide solution gives the free acid score. The total acid is determined accordingly by titrating the bath sample to a pH of 8.5.
  • the phosphated, rinsed and dried sheets were assessed optically according to the color of the coating.
  • a yellow color indicates a passivation of the surface with insufficient phosphating.
  • Good phosphating is shown in the greyish color of the sheets.
  • the table below shows the minimum amount of H2O2 required at the selected temperature so that a gray color occurs instead of a yellow color.
  • T are expressed in ° C.
  • a program sequence for temperature-dependent control of the H2O2 concentration in the phosphating bath described above can be designed, for example, as follows. The temperature can be measured with a thermocouple, the current H2O2 concentration with a measuring electrode.
  • Preset bath volume e.g. 5 mg per liter bath solution
  • Preset bath volume otherwise go to 60 wait 5 minutes go after 10 if current temperature is higher than 56 ° C
  • set C 0 25.7 (as for one

Abstract

The invention relates to a method for phosphating metallic surfaces. According to the inventive method, a) a correlation between the result of the phosphation, the accelerator content and at least one other characteristic parameter for the phosphation process is determined or pre-defined, b) the accelerator content is determined, c) the at least one other characteristic parameter for the phosphation process is detected or determined, d) a nominal value for the accelerator content is calculated on the basis of the correlation which is determined or pre-defined in step a) and on the basis of the at least one other characteristic parameter for the phosphation process, said nominal value leading to a desired, previously fixed phosphation result, and e) in the event of the nominal value for the accelerator content, calculated in step d), being higher than the value determined in step b), a quantity of accelerator is added to the phosphating bath, by activation of a dosing device, such that the nominal value of the accelerator calculated in step d) is reached.

Description

"Steuerung der Beschleunigerkonzentration in Phosphatierbäder""Control of the Accelerator Concentration in Phosphating Baths"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Beschleunigerkonzentration bei der Phosphatierung von Metalloberflächen mit wäßrigen, sauren Phosphatierlösungen, die Zink- und Phosphationen sowie mindestens einen Beschleuniger enthalten.The invention relates to a method for controlling the accelerator concentration in the phosphating of metal surfaces with aqueous, acidic phosphating solutions which contain zinc and phosphate ions and at least one accelerator.
Die Phosphatierung von Metallen verfolgt das Ziel, auf der Metalloberfläche festverwachsene Metallphosphatschichten zu erzeugen, die für sich bereits Korrosionsbeständigkeit verbessern und in Verbindung mit Lacken und anderen organischen Beschichtungen zu einer wesentlichen Erhöhung der Haftung und der Resistenz gegen Unterwanderung bei Korrosionsbeanspruchung beitragen. Solche Phosphatierverfahren sind seit langem im Stand der Technik bekannt. Für die Vorbehandlung vor der Lackierung eigenen sich insbesondere die Niedrig-Zink- Phosphatierverfahren, bei denen die Phosphatierlösungen vergleichsweise geringe Gehalte an Zinkionen von z. B. 0,5 bis 2 g/l aufweisen.The phosphating of metals pursues the goal of producing firmly adherent metal phosphate layers on the metal surface, which in themselves improve corrosion resistance and, in conjunction with paints and other organic coatings, contribute to a significant increase in adhesion and resistance to infiltration when exposed to corrosion. Such phosphating processes have long been known in the prior art. For the pretreatment before painting, the low-zinc phosphating processes are particularly suitable, in which the phosphating solutions have comparatively low contents of zinc ions of e.g. B. 0.5 to 2 g / l.
Es hat sich gezeigt, daß durch die Mitverwendung anderer mehrwertigerKationen als Zink in den Phosphatierbädem Phosphatschichten mit deutlich verbesserten Korrosionsschutz- und Lackhaftungseigenschaften ausgebildet werden können. Beispielsweise finden Niedrig-Zink-Verfahren mit Zusatz von z. B. 0,5 bis 1 ,5 g/l Manganionen und z. B. 0,3 bis 2,0 g/l Nickelionen als sogenannte Trikation-Verfahren zur Vorbereitung von Metalloberflächen für die Lackierung, beispielsweise für die kathodische Elektrotauchlackierung von Autokarosserien, weite Anwendung.It has been shown that by using other polyvalent cations than zinc in the phosphating baths, phosphate layers with significantly improved corrosion protection and paint adhesion properties can be formed. For example, find low-zinc processes with the addition of z. B. 0.5 to 1.5 g / l of manganese ions and z. B. 0.3 to 2.0 g / l of nickel ions as a so-called trication method for the preparation of metal surfaces for painting, for example for the cathodic electrocoating of car bodies, wide application.
DE-A-40 13 483 macht Phosphatierverfahren bekannt, mit denen ähnlich gute Korrosionsschutzeigenschaften wie mit den Trikation-Verfahren erzielt werden können. Diese Verfahren verzichten auf Nickel und verwenden statt dessen Kupfer in niedrigen Konzentrationen, 0,001 bis 0,03 g/l.DE-A-40 13 483 discloses phosphating processes with which similarly good corrosion protection properties can be achieved as with the trication processes. These processes do without nickel and instead use copper in low concentrations, 0.001 to 0.03 g / l.
Zur Oxidation des bei der Beizreaktion von Stahloberflächen gebildeten zweiwertigen Eisens in die dreiwertige Stufe dienen Sauerstoff und/oder andere gleichwirkende Oxi- dationsmittel. Als solche werden Nitrit, Chlorat, Bromat, Peroxy-Verbindungen sowie organische Nitroverbindungen, wie Nitrobenzolsulfonat, angegeben. Die deutsche Patentanmeldung DE 42 10513 modifiziert diesen Prozeß dadurch, daß als modifizierendes Agens für die Morphologie der gebildeten Phosphatkristalle Hydroxylamin, dessen Salze oder Komplexe in einer Menge von 0,5 bis 5 g/l Hydroxylamin zugegeben werden.Oxygen and / or other oxidizing agents with the same effect are used to oxidize the divalent iron formed in the pickling reaction of steel surfaces to the trivalent stage. As such, nitrite, chlorate, bromate, peroxy compounds as well organic nitro compounds, such as nitrobenzenesulfonate. German patent application DE 42 10513 modifies this process by adding hydroxylamine, its salts or complexes in an amount of 0.5 to 5 g / l hydroxylamine as a modifying agent for the morphology of the phosphate crystals formed.
Die EP-B-414 296 offenbart ein Verfahren zur Phosphatierung von Eisen- und Stahloberflächen gemäß der Niedrigzink-Technologie mit einer Phosphatierlösung, der man Wasserstoffperoxid oder Alkaliperborat in einer solchen Menge zugibt, daß die maximale Peroxidkonzentration 17 mg/l beträgt. Dabei kann die Zugabe von Wasserstoffperoxid und/oder Alkaliperborat nach Maßgabe des mit einer Redox-Elektrode bestimmten elektrochemischen Potentials gesteuert werden.EP-B-414 296 discloses a method for phosphating iron and steel surfaces according to the low zinc technology with a phosphating solution, to which hydrogen peroxide or alkali perborate is added in such an amount that the maximum peroxide concentration is 17 mg / l. The addition of hydrogen peroxide and / or alkali perborate can be controlled in accordance with the electrochemical potential determined with a redox electrode.
Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung DE-A-101 18 552 betrifft ein Verfahren zum Phosphatieren von Metalloberflächen aus Stahl, verzinktem oder legierungsverzinktem Stahl, Aluminium und/oder aus Aluminium-Legierungen, bei dem man die Metalloberflächen durch Spritzen oder Tauchen für eine Zeit zwischen 3 Sekunden und 8 Minuten mit einer zinkhaltigen Phosphatierlösung in Berührung bringt, die 0,2 bis 3 g/l Zinkionen und 3 bis 50 g/l Phosphationen, wobei das Gewichtsverhältnis Phosphationen zu Zinkionen mindestens 3,7 beträgt, sowie einen oder mehrere Beschleuniger ausgewählt ausThe unpublished German patent application DE-A-101 18 552 relates to a method for phosphating metal surfaces made of steel, galvanized or galvanized steel, aluminum and / or aluminum alloys, in which the metal surfaces are sprayed or dipped for a period between 3 Seconds and 8 minutes in contact with a zinc-containing phosphating solution containing 0.2 to 3 g / l zinc ions and 3 to 50 g / l phosphate ions, the weight ratio of phosphate ions to zinc ions being at least 3.7, and one or more accelerators selected
0,3 bis 4 g/l Chlorationen,0.3 to 4 g / l chlorate ions,
0,01 bis 0,2 g/l Nitritionen,0.01 to 0.2 g / l nitrite ions,
0,05 bis 2 g/l m-Nitrobenzolsulfonationen,0.05 to 2 g / l m-nitrobenzenesulfonate ions,
0,05 bis 2 g/I m-Nitrobenzoationen,0.05 to 2 g / l m-nitrobenzoate ions,
0,05 bis 2 g/l p-Nitrophenol,0.05 to 2 g / l p-nitrophenol,
0,005 bis 0,15 g/l Wasserstoffperoxid in freier oder gebundener Form,0.005 to 0.15 g / l hydrogen peroxide in free or bound form,
0,1 bis 10 g/l Hydroxylamin in freier oder gebundener Form,0.1 to 10 g / l hydroxylamine in free or bound form,
0,1 bis 10 g/l eines reduzierenden Zuckers0.1 to 10 g / l of a reducing sugar
0,05 bis 4 g/l eines organischen N-Oxids, vorzugsweise N-Methymorpholin,0.05 to 4 g / l of an organic N-oxide, preferably N-methymorpholine,
0,5 bis 5 g/l einer organischen Nitroverbindung ausgewählt aus Nitroguanidin, Nitroarginin und Methyl-, Ethyl-oder Propylestern hiervon und aus Nitrofurfurylidendiacetat enthält, wobei man die Konzentration des Beschleunigers unter Verwendung eines biochemischen Wasserstoffperoxidsensors bestimmt, der ein elektrisches Signal liefert, aus dessen Höhe die Konzentration des Beschleunigers abgeleitet werden kann. Verfahren zur Phosphatierung von Metalloberflächen mit Phosphatierbäder gemäß der vorstehenden Zusammensetzung sind im Stand der Technik bekannt. Dabei stellt sich stets die Aufgabe, den Beschleunigergehalt, der sich ohne Kontrollmaß-nahmen während des Phosphatiervorgangs verringert, zu bestimmen und in der Nähe eines vorzugebenden Sollwerts zu halten.Contains 0.5 to 5 g / l of an organic nitro compound selected from nitroguanidine, nitroarginine and methyl, ethyl or propyl esters thereof and from nitrofurfurylidene diacetate, the concentration of the accelerator being determined using a biochemical hydrogen peroxide sensor which provides an electrical signal whose height the concentration of the accelerator can be derived. Methods for phosphating metal surfaces with phosphating baths according to the above composition are known in the prior art. The task always is to determine the accelerator content, which decreases without any control measures during the phosphating process, and to keep it in the vicinity of a specified setpoint.
Die EP-A-196 259 beschreibt ein Verfahren, die Zusammensetzung einer chemischen Behandlungslösung zur Behandlung eines Substrats so anzupassen, daß optimale Behandlungsergebnisse erzielt werden. Hierzu stellt man eine Korrelation her zwischen der Zusammensetzung der Behandlungslösung und den Behandlungsergebnissen. Dies kann beispielsweise in Form einer mathematischen Reihenentwicklung erfolgen. Hierzu verändert man die Zusammensetzung der Prozeßlösung systematisch und erfaßt, wie sich diese Änderung auf das Behandlungsergebnis auswirkt. Aus diesen Experimenten lassen sich die Koeffizienten der Reihenentwicklung herleiten. Man erkennt auf diese Weise, welche Parameterveränderung das Behandlungsergebnis auf welche Weise beeinflußt. Mit Hilfe dieser Erkenntnis läßt sich die Zusammensetzung der Behandlungslösung, beispielsweise einer Phosphatierlösung, so einstellen, daß ein erwünschtes Behandlungsergebnis erzielt wird.EP-A-196 259 describes a method for adapting the composition of a chemical treatment solution for the treatment of a substrate so that optimal treatment results are achieved. To do this, a correlation is established between the composition of the treatment solution and the treatment results. This can be done, for example, in the form of a mathematical series development. To do this, you systematically change the composition of the process solution and record how this change affects the treatment result. The coefficients of the series development can be derived from these experiments. In this way it can be seen which parameter change affects the treatment result and in what way. With the help of this knowledge, the composition of the treatment solution, for example a phosphating solution, can be adjusted so that a desired treatment result is achieved.
Ein ' alternativer Ansatz zur Optimierung und Kontrolle der Zusammensetzung einer chemischen Behandlungslösung ist in der WO 00/36183 beschrieben. Nach dem dort vorgeschlagenen Verfahren zeichnet man einen oder mehrere Parameter, die eine chemische oder physikalische Behandlung eines Substrats charakterisieren, kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen auf und hält gleichzeitig das Resultat der Behandlung des Substrats fest. Dies kann manuell, halbautomatisch oder auch vollautomatisch geschehen. Als Ergebnis erhält man wiederum eine Korrelation zwischen Behandlungsparameter und Behandlungsergebnis und kann aus dem erlernten Zusammenhang bei Abweichungen des Ergebnisses von einem erwünschten Sollwert diejenigen Parameter korrigieren, die für die Abweichung verantwortlich sind. Auf diese Weise läßt sich ein Expertensystem erhalten, das vollautomatisch Abweichungen eines Behandlungsergebnisses von vorgegebenen Sollwerten erkennen und die erforderlichen Korrekturmaßnahmen treffen kann.An alternative approach to optimizing and controlling the composition of a chemical treatment solution is described in WO 00/36183. According to the method proposed there, one or more parameters which characterize a chemical or physical treatment of a substrate are recorded continuously or at regular intervals and at the same time the result of the treatment of the substrate is recorded. This can be done manually, semi-automatically or even fully automatically. The result is again a correlation between the treatment parameters and the treatment result, and from the learned connection, if the result deviates from a desired target value, the parameters which are responsible for the deviation can be corrected. In this way, an expert system can be obtained which can automatically detect deviations of a treatment result from predetermined target values and take the necessary corrective measures.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Beschleunigergehalt einer Phosphatierlösung so einzustellen, daß auch dann das erwünschte Phosphatierergebnis erhalten wird, wenn sich außer dem Beschleunigergehalt ein weiterer Parameter oder mehrere weitere Parameter verändern, die das Phosphatierergebnis ebenfalls beeinflussen. Im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik soll also nicht ein vorzugebender Sollwert für den Beschleunigergehalt eingestellt werden, sondern der Sollwert soll während des Verfahrens an sich verändernde Bedingungen angepaßt werden.The object of the present invention is to adjust the accelerator content of a phosphating solution in such a way that the desired phosphating result is obtained even if there is another parameter or in addition to the accelerator content change several other parameters that also affect the phosphating result. In contrast to the previous state of the art, a setpoint for the accelerator content that is to be specified should not be set, but rather the setpoint should be adapted to changing conditions during the process.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Phosphatieren von Metalloberflächen aus einem Material oder mehreren Materialien ausgewählt aus Stahl, verzinktem oder legierungsverzinktem Stahl, aluminiertem oder legierungsaluminiertem Stahl oder von Aluminium oder Magnesium oder jeweils deren Legierungen, die zu mindestens 50Atom- % aus Aluminium oder Magnesium bestehen, wobei man zum Abscheiden einer Phosphatschicht die Metalloberflächen mit einer sauren wässrigen Phosphatierlösung in Kontakt bringt, die 0,3 bis 10 g/l Zinkionen, 5 bis 100 g/l Phosphationen, berechnet als PO4 3", sowie einen oder mehrere Beschleuniger enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man a) eine Korrelation zwischen dem Ergebnis der Phosphatierung, dem Gehalt des Beschleunigers oder, bei Anwesenheit mehrere Beschleuniger, eines ausgewählten Beschleunigers, und mindestens einem weiteren für den Phosphatierprozeß charakteristischen Parameter ermittelt oder vorgibt, b) manuell oder programmgesteuert den Gehalt an (ausgewähltem) Beschleuniger bestimmt, c) manuell oder programmgesteuert den mindestens einen weiteren für den Phosphatierprozeß charakteristischen Parameters erfasst oder bestimmt, d) aus der im Teilschritt a) ermittelten oder vorgegebenen Korrelation und anhand des im Teilschritt c) erfassten oder bestimmten mindestens einen weiteren für den Phosphatierprozeß charakteristischen Parameters einen Sollwert für den Gehalt des (ausgewählten) Beschleunigers errechnet, der zu einem zuvor festgelegten erwünschten Phosphatierergebnis führt, und e) für den Fall, daß der im Teilschritt d) errechnete Sollwert für den Gehalt an (ausgewähltem) Beschleuniger größer ist als der im Teilschritt b) bestimmte Wert durch Aktivieren einer Dosiereinrichtung eine solche Menge an (ausgewähltem) Beschleuniger in das Phosphatierbad zugibt, daß der im Teilschritt d) errechnete Sollwert des (ausgewählten) Beschleunigers eingestellt wird.The present invention relates to a method for phosphating metal surfaces made of one or more materials selected from steel, galvanized or alloy galvanized steel, aluminized or alloy aluminized steel or from aluminum or magnesium or in each case their alloys which consist of at least 50 atomic percent of aluminum or magnesium , wherein to deposit a phosphate layer, the metal surfaces are brought into contact with an acidic aqueous phosphating solution which contains 0.3 to 10 g / l of zinc ions, 5 to 100 g / l of phosphate ions, calculated as PO 4 3 " , and one or more accelerators , characterized in that a) a correlation between the result of the phosphating, the content of the accelerator or, in the presence of several accelerators, a selected accelerator and at least one other parameter characteristic of the phosphating process is determined or specified, b) manually or program-controlled determines the content of (selected) accelerator, c) manually or program-controlled detects or determines the at least one further parameter characteristic of the phosphating process, d) from the correlation determined or specified in sub-step a) and on the basis of the at least one recorded or determined in sub-step c) a further parameter characteristic of the phosphating process calculates a target value for the content of the (selected) accelerator, which leads to a previously specified desired phosphating result, and e) in the event that the target value for the (selected) content calculated in sub-step d) Accelerator is greater than the value determined in sub-step b) by activating a metering device to add such an amount of (selected) accelerator to the phosphating bath that the setpoint of the (selected) accelerator calculated in sub-step d) is set.
Vorzugsweise weist die Phosphatierlösung folgende weitere Parameter auf, die für den Phosphatierprozeß charakteristisch sind: einen pH-Wert im Bereich von 2,5 bis 3,8, einen Gehalt an freier Säure im Bereich von 0 bis 2,5 Punkten und einen Gehalt an Gesamtsäure im Bereich von 15 bis 30 Punkten.The phosphating solution preferably has the following further parameters which are characteristic of the phosphating process: a pH in the range from 2.5 to 3.8, one Free acid content in the range of 0 to 2.5 points and total acid content in the range of 15 to 30 points.
Die Konzentrationsangaben für Zn und Phosphat umspannen den Bereich der Niedrigzinkphosphatierung, die man üblicherweise als Grundlage für eine nachfolgende Lackierung ausführt, als auch den Bereich der Normal- oder Hochzinkphosphatierung, die man üblicherweise zum Erzeugen einer Gleitschicht für Kaltumformung einsetzt. Für die Niedrigzinkphosphatierung wählt man die Zinkgehalte vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 3 g/l, insbesondere bis 2,5 g/l, und die Phosphatgehalte im Bereich von 3 bis 30 g/l. Dabei ist es weiterhin bevorzugt, daß das Massenverhältnis zwischen Zinkionen und Phosphationen im Bereich von 1 : 10 bis 1 : 20 liegt. Bei der Normal- oder Hochzinkphosphatierung wählt man vorzugsweise Zinkgehalte im Bereich von 3 bis 10 g/l und Phosphatgehalte oberhalb von 20 g/l, insbesondere oberhalb von 30 g/l.The concentration data for Zn and phosphate span the range of low zinc phosphating, which is usually carried out as the basis for subsequent painting, as well as the range of normal or high zinc phosphating, which is usually used to create a sliding layer for cold forming. For the low zinc phosphating, the zinc contents are preferably selected in the range from 0.3 to 3 g / l, in particular up to 2.5 g / l, and the phosphate contents in the range from 3 to 30 g / l. It is further preferred that the mass ratio between zinc ions and phosphate ions is in the range from 1:10 to 1:20. In normal or high zinc phosphating, zinc contents in the range from 3 to 10 g / l and phosphate contents above 20 g / l, in particular above 30 g / l, are preferably chosen.
Dabei werden die Teilschritte b) bis e) während des Verfahrensablaufs nach den weiter unten erläuterten Kriterien immer wieder durchlaufen. Hingegen genügt es, den Verfahrensschritt a) einmal zu Beginn des Verfahrensablaufs durchzuführen. Sollte die erforderliche Korrelation bereits bekannt sein, genügt es, diese zu Beginn des Verfahrens vorzugeben. Dabei heißt „vorgeben", daß man beispielsweise die bekannte Korrelation in einer Dokumentation niederlegt, auf die im weiteren Verfahrensablauf zurückgegriffen wird. Diese Dokumentation kann sich an einen Menschen richten, der das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. Jedoch ist es vorzuziehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren möglichst vollautomatisch computergesteuert abläuft. Hierzu wird die bekannte Korrelation so in einer EDV-Anlage hinterlegt, daß der Steuerrechner zur Durchführung des Verfahrens hierauf zurückgreifen kann. Sollte die erforderliche Korrelation zu Beginn des Verfahrens nicht bereits bekannt sein, muß sie durch Laborexperimente oder in technischem Maßstab erst ermittelt werden. Für die Ermittlung im technischen Maßstab ist beispielsweise das in der WO 00/36183 beschriebene Verfahren geeignet.The sub-steps b) to e) are carried out again and again during the course of the method according to the criteria explained below. On the other hand, it is sufficient to carry out process step a) once at the start of the process. If the required correlation is already known, it is sufficient to specify it at the start of the procedure. "Pretend" means that, for example, the known correlation is recorded in a documentation which will be used in the further course of the method. This documentation can be aimed at a person who carries out the method according to the invention. However, it is preferable that the method according to the invention is possible The known correlation is stored in an EDP system so that the control computer can use it to carry out the method If the required correlation is not already known at the beginning of the method, it must first be carried out by laboratory experiments or on a technical scale The method described in WO 00/36183 is suitable, for example, for the determination on an industrial scale.
In Laborversuchen oder im technischen Maßstab kann die Korrelation auf eine Weise ermittelt und dargestellt werden, wie aus der EP-A-196 259 hervorgeht. Eine derartige Korrelation kann im einfachsten Fall durch die Gleichung (1) ausgedrückt werden,The correlation can be determined and represented in laboratory tests or on an industrial scale in a manner as is apparent from EP-A-196 259. In the simplest case, such a correlation can be expressed by equation (1),
Figure imgf000006_0001
in der Y ein Ergebnis der Phosphatierung darstellt, beispielsweise die flächenbezogene Masse der Phosphatschicht, der Anteil einer ausgewählten Komponente in der Phosphatschicht oder eine der weiter unten aufgezählten Größen. Xi ist die Beschleunigerkonzentration, X2 der Wert eines weiteren Parameters, der zusammen mit der Beschleunigerkonzentration das Phosphatierergebnis Y beeinflußt. b0, b-i und b2 sind die Koeffizienten der Reihenentwicklung, die bestimmen, auf welche Weise Xi und X das Ergebnis Y beeinflussen. Man führt nun eine Mehrzahl von Experimenten durch, in denen X! und X2 systematisch variiert werden, und bestimmt jeweils das Phosphatierergebnis Y. Durch mathematische Ausgleichsverfahren, vorzugsweise nach der Methode der kleinsten Fehierquadrate, lassen sich hieraus die Zahlenwerte der Koeffizienten b0, bi und b2 ermitteln. Sofern nicht nur ein weiterer Parameter X2 neben der Beschleunigerkonzentration Xi berücksichtigt werden soll, sondern noch weitere Parameter Xn, ist die Reihe entsprechend zu ergänzen.
Figure imgf000006_0001
in which Y represents a result of the phosphating, for example the area-related mass of the phosphate layer, the proportion of a selected component in the phosphate layer or one of the quantities listed below. Xi is the accelerator concentration, X 2 the value of another parameter which, together with the accelerator concentration, influences the phosphating result Y. b 0 , bi and b 2 are the coefficients of the series expansion, which determine how Xi and X influence the result Y. A number of experiments are now carried out in which X! and X 2 are systematically varied, and each determines the phosphating result Y. The numerical values of the coefficients b 0 , bi and b 2 can be determined from this by means of mathematical compensation methods, preferably using the least squares method. If not only another parameter X 2 is to be taken into account in addition to the accelerator concentration Xi, but also further parameters X n , the series must be supplemented accordingly.
Die Genauigkeit der Korrelation läßt sich erhöhen, wenn man in die Reihenentwicklung auch gemischte Terme aufnimmt. Gleichung (1) wird dann zur Gleichung (2) erweitert.The accuracy of the correlation can be increased by including mixed terms in the series development. Equation (1) is then expanded to equation (2).
Y = b0 + bΛ + b2X2 + b12X|X2 (2)Y = b 0 + bΛ + b 2 X 2 + b 12 X | X 2 (2)
Bei Berücksichtigung weiterer Parameter Xn ist die Reihenentwicklung entsprechend zu ergänzen. Eine auf diese Weise vervollständigte Reihe läßt sich in der Art der Gleichung (3) niederschreibenIf further parameters X n are taken into account, the series development must be supplemented accordingly. A series completed in this way can be written down in the manner of equation (3)
Y = bo + biXi + b2X2 ... + b|<Xk + ... + bnXn + bι2XιX2 + ■•■ + b -i.i k-iXk + ■•• + bkkXk + ■•■ + + bnnXn 2 (3)Y = b o + biXi + b 2 X 2 ... + b | < Xk + ... + b n X n + bι 2 XιX 2 + ■ • ■ + b -ii k-iXk + ■ •• + bkkXk + ■ • ■ + + b nn X n 2 (3)
Für nähere Einzelheiten wird auf die EP-A-196 259 verwiesen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann also zur Durchführung des Teilschritts a) die in diesem Dokument beschriebene Methode eingesetzt werden. Dieses Dokument offenbart jedoch nicht, die erhaltene Korrelation dazu einzusetzen, die erfindungsgemäßen Teilschritte b) bis e) wiederholt durchzuführen.For further details, reference is made to EP-A-196 259. In the context of the present invention, the method described in this document can therefore be used to carry out sub-step a). However, this document does not disclose to use the correlation obtained to carry out sub-steps b) to e) according to the invention repeatedly.
Der oder die Beschleuniger können ausgewählt sein aus den Substanzen, die für diesen Zweck im Stand der Technik bekannt sind. Beispielsweise kann die Phosphatierlösung einen oder mehrere der folgenden Beschleuniger enthalten, wie aus dem vorstehend zitierten Dokument DE-A-101 18 552 bekannt ist: 0,3 bis 4 g/l Chlorationen, ,01 bis 0,2 g/l Nitritionen,The accelerator or accelerators can be selected from the substances known for this purpose in the prior art. For example, the phosphating solution can contain one or more of the following accelerators, as is known from document DE-A-101 18 552 cited above: 0.3 to 4 g / l chlorate ions, .01 to 0.2 g / l nitrite ions,
0,05 bis 2 g/l m-Nitrobenzolsulfonationen,0.05 to 2 g / l m-nitrobenzenesulfonate ions,
0,05 bis 2 g/l m-Nitrobenzoationen,0.05 to 2 g / l m-nitrobenzoate ions,
0,05 bis 2 g/l p-Nitrophenol,0.05 to 2 g / l p-nitrophenol,
0,005 bis 0,15 g/l Wasserstoffperoxid in freier oder gebundener Form,0.005 to 0.15 g / l hydrogen peroxide in free or bound form,
0,1 bis 10 g/l Hydroxylamin in freier oder gebundener Form,0.1 to 10 g / l hydroxylamine in free or bound form,
0,1 bis 10 g/l eines reduzierenden Zuckers0.1 to 10 g / l of a reducing sugar
0,05 bis 4 g/l eines organischen N-Oxids, vorzugsweise N-Methymorpholin,0.05 to 4 g / l of an organic N-oxide, preferably N-methymorpholine,
0,5 bis 5 g/l einer organischen Nitroverbindung ausgewählt aus Nitroguanidin, Nitroarginin und Methyl-, Ethyl-oder Propylestern hiervon und aus Nitrofurfurylidendiacetat.0.5 to 5 g / l of an organic nitro compound selected from nitroguanidine, nitroarginine and methyl, ethyl or propyl esters thereof and from nitrofurfurylidene diacetate.
Im Verlauf des Phosphatierprozesses werden Wasserstoffionen in der Phosphatierlösung an der Metalloberfläche zu Wasserstoffatomen reduziert, wobei Metallatome der Metalloberfläche oxidiert werden und als Ionen entweder in die Phosphatschicht eingebaut oder in die Phosphatierlösung abgegeben werden. Der entstehende Wasserstoff polarisiert die Metalloberfläche in einer Weise, daß die weitere chemische Reaktion der Phosphatierlösung mit der Metalloberfläche behindert wird. Werden die Wasserstoffatome nicht kurz nach ihrer Bildung durch eine chemische Reaktion verbraucht, entstehen an der Metalloberfläche Wasserstoff blasen, die den Phosphatierprozeß zusätzlich behindern. Substanzen, die mit dem atomaren Wasserstoff an der Metalloberfläche reagieren können bzw. die bei der Reaktion der Phosphatierlösung mit der Metalloberfläche anstelle der Wasserstoffionen reduziert werden, werden als „Beschleuniger" bezeichnet. Beispiele sind in der vorstehenden Zusammenstellung enthalten.In the course of the phosphating process, hydrogen ions in the phosphating solution are reduced to hydrogen atoms on the metal surface, metal atoms on the metal surface being oxidized and either being incorporated into the phosphate layer or being released into the phosphating solution as ions. The hydrogen produced polarizes the metal surface in such a way that the further chemical reaction of the phosphating solution with the metal surface is hindered. If the hydrogen atoms are not consumed by a chemical reaction shortly after their formation, hydrogen bubbles are formed on the metal surface, which additionally hinder the phosphating process. Substances which can react with the atomic hydrogen on the metal surface or which are reduced in the reaction of the phosphating solution with the metal surface instead of the hydrogen ions are referred to as "accelerators". Examples are contained in the above list.
Sofern die Beschleuniger hinreichend starke Oxidationsmittel darstellen, können sie zweiwertige Eisenionen, die bei der Phosphatierung von Stahloberflächen entstehen, zur dreiwertigen Stufe oxidieren. Diese fallen als Eisen(lll)phosphat aus der Phosphatierlösung aus und werden als Phosphatierschlamm aus der Phosphatierlösung entfernt. Auch bei der Phosphatierung von galvanisiertem Stahl gehen Fe(ll)-lonen in Lösung, da an Schnittkanten das eisenhaltige Grundmaterial bloßliegt. Demnach lassen sich die Beschleuniger in solche einteilen, die die Bildung von elementarem Wasserstoff an der Metalloberfläche verhindern, jedoch nicht zweiwertige Eisenionen zu dreiwertigen oxidieren können, und solche, die auch die zweite Fähigkeit aufweisen. Ein Beispiel für die erste Gruppe ist Hydroxylamin. Dieses kann als solches, in Form von Salzen oder als Verbindung in die Phosphatierlösung eingebracht werden, die unter den Bedingungen der Phosphatierlösung Hydroxylamin abspaltet. Beispiele für solche Verbindungen sind Acetaldehydoxim und Acetoxim (WO 96/16204). Zur zweiten Gruppe der Beschleuniger gehören starke Oxidationsmittel wie beispielsweise Wasserstoffperoxid sowie Verbindungen, die in der Phosphatierlösung Wasserstoffperoxid bilden. Beispiele für Peroxid-bildende Substanzen sind ionische Verbindungen wie beispielsweise Alkalimetall- Peroxide oder Moleküle oder Ionen, die eine Peroxo-Gruppe tragen, die im Phosphatierbad Wasserstoffperoxidbildet. Beispiele sind Perborate, anorganische Persäuren und deren Salze wie beispielsweise Peroxoschwefelsäure oder Peroxodischwefelsäure, sowie organische Persäuren und deren Salze.If the accelerators are sufficiently strong oxidizing agents, they can oxidize divalent iron ions that arise during the phosphating of steel surfaces to the trivalent stage. These precipitate out of the phosphating solution as iron (III) phosphate and are removed from the phosphating solution as phosphating sludge. Fe (ll) ions also dissolve in the phosphating of galvanized steel, since the iron-containing base material is exposed at the cut edges. Accordingly, the accelerators can be divided into those which prevent the formation of elemental hydrogen on the metal surface, but cannot oxidize divalent iron ions to trivalent ones, and those which also have the second ability. An example of the first group is hydroxylamine. This can be done as such, in the form of salts or as Compound are introduced into the phosphating solution, which cleaves off hydroxylamine under the conditions of the phosphating solution. Examples of such compounds are acetaldehyde oxime and acetoxime (WO 96/16204). The second group of accelerators includes strong oxidizing agents such as hydrogen peroxide and compounds that form hydrogen peroxide in the phosphating solution. Examples of peroxide-forming substances are ionic compounds such as, for example, alkali metal peroxides or molecules or ions which carry a peroxo group which forms hydrogen peroxide in the phosphating bath. Examples are perborates, inorganic peracids and their salts such as, for example, peroxosulfuric acid or peroxodisulfuric acid, and organic peracids and their salts.
Je nach den chemischen Eigenschaften des Beschleunigers sind unterschiedliche Methoden bekannt, um die Konzentration des Beschleunigers manuell oder automatisch zu bestimmen. Häufig werden hierfür die Redox-Eigenschaften des Beschleunigers herangezogen. Nitrit wird beispielsweise zu elementarem Stickstoff reduziert, dessen Volumen gemessen wird. Oxidierende Beschleuniger wie Wasserstoffperoxid oder Substanzen mit Peroxo-Gruppen können manganometrisch bestimmt werden. Weiterhin ist die Bestimmung mit Redox-aktiven Elektroden oder mit speziellen Wasserstoffperoxid- Sensoren bekannt. Die letztere Meßmethode ist in DE-A-101 18 552 beschrieben. Dort wird auch beschrieben, daß man diese Sensortechnik auch verwenden kann, um andere Beschleuniger mittelbar zu bestimmen, falls diese mit Wasserstoffperoxid reagieren. Ein Beispiel hierfür ist Hydroxylamin. Eine weitere Bestimmungsmethode für Hydroxylamin besteht in der Titration mit Natronlauge in Gegenwart von Aceton. Hierbei bildet Hydroxylamin mit Aceton ein Oxim und die freigesetzte Säure wird durch die Säure-Base- Titration erfaßt. Weiterhin können Hydroxylamin und Substanzen, die Hydroxylamin abspalten können, durch Redox-Reaktion mit Cerammoniumsulfat und Eisensulfat bestimmt werden.Depending on the chemical properties of the accelerator, different methods are known for determining the concentration of the accelerator manually or automatically. The redox properties of the accelerator are often used for this. For example, nitrite is reduced to elemental nitrogen, the volume of which is measured. Oxidizing accelerators such as hydrogen peroxide or substances with peroxo groups can be determined manganometrically. Furthermore, the determination with redox-active electrodes or with special hydrogen peroxide sensors is known. The latter measurement method is described in DE-A-101 18 552. It also describes that this sensor technology can also be used to indirectly determine other accelerators if they react with hydrogen peroxide. An example of this is hydroxylamine. Another method for determining hydroxylamine is titration with sodium hydroxide solution in the presence of acetone. Here, hydroxylamine forms an oxime with acetone and the acid released is detected by the acid-base titration. Furthermore, hydroxylamine and substances which can split off hydroxylamine can be determined by redox reaction with cerium ammonium sulfate and iron sulfate.
Dabei können auch mehrere Beschleuniger gleichzeitig eingesetzt werden. Beispielsweise können als Co-Beschleuniger Nitrationen zusätzlich vorliegen. Wasserstoffperoxid als Beschleuniger kann beispielsweise mit Chlorationen kombiniert werden. Oder man setzt beispielsweise Hydroxylamin zusammen mit Nitrobenzolsulfonationen ein. In solchen Fällen wählt man einen „Hauptbeschleuniger" aus, der das Phosphatierergebnis am stärksten beeinflußt, und führt mit diesem als „ausgewähltem" Beschleuniger das erfindungsgemäße Verfahren durch. Wenn also vorstehend sowie in Anspruch 1 von einem „(ausgewählten) Beschleuniger" die Rede ist, so bedeutet dies entweder den einzigen Beschleuniger in der Phosphatierlösung oder den auszuwählenden Hauptbeschleuniger. Enthält die Phosphatierlösung mehrere Beschleuniger, wählt man als „ausgewählten Beschleuniger" vorzugsweise denjenigen aus, der am schnellsten verbraucht wird oder sich am schnellsten zersetzt.Several accelerators can also be used at the same time. For example, nitrate ions can additionally be present as co-accelerators. Hydrogen peroxide as an accelerator can be combined with chlorate ions, for example. Or, for example, hydroxylamine is used together with nitrobenzenesulfonate ions. In such cases, one selects a “main accelerator” that has the greatest influence on the phosphating result, and uses this as the “selected” accelerator to carry out the process according to the invention. If, therefore, above and in claim 1, there is talk of a “(selected) accelerator”, this means either the only accelerator in the phosphating solution or the main accelerator to be selected. If the phosphating solution contains several accelerators, the "selected accelerator" is preferably the one that is consumed the fastest or decomposes fastest.
In der erfindungsgemäßen Verfahrensfolge ist es prinzipiell gleichgültig, in welcher Reihenfolge man die Teilschritte b) und c) durchführt. Bedeutsam ist lediglich, daß man die Teilschritte b) und c) in einem engen zeitlichen Zusammenhang, beispielsweise innerhalb einer halben Stunde durchführt. Die Teilschritte b) und c) können auch gleichzeitig durchgeführt werden. Notwendig ist lediglich, daß zu Beginn des Teilschritts d) die Ergebnisse der Teilschritte b) und c) vorliegen. Dabei kann im Teilschritt c) der mindestens eine weitere für den Phosphatierprozeß charakteristische Parameter durch eine chemische oder physikalische Messung bestimmt werden. Der weitere Parameter kann jedoch auch auf andere Weise manuell oder automatisch erfaßt und in das Steuersystem eingegeben werden. Beispielsweise kann der weitere Parameter das Material der Metalloberfläche sein, die phosphatiert werden soll. Diese Information kann beispielsweise von dem Bedienungspersonal der Anlage, in der das erfindungsgemäße Verfahren abläuft, erfaßt und für den Teilschritt d) verwendet oder in das Steuersystem für das erfindungsgemäße Verfahren eingegeben werden.In the process sequence according to the invention, it is in principle irrelevant in what order the sub-steps b) and c) are carried out. It is only important that the sub-steps b) and c) are carried out in a close time context, for example within half an hour. The sub-steps b) and c) can also be carried out simultaneously. It is only necessary that the results of sub-steps b) and c) are available at the beginning of sub-step d). In step c), the at least one further parameter characteristic of the phosphating process can be determined by a chemical or physical measurement. However, the further parameter can also be acquired manually or automatically in another way and entered into the control system. For example, the further parameter can be the material of the metal surface that is to be phosphated. This information can, for example, be recorded by the operating personnel of the system in which the method according to the invention is carried out and used for sub-step d) or entered into the control system for the method according to the invention.
Für den Teilschritt d) muß vorgegeben werden, was als Ergebnis der Phosphatierung erwünscht ist. Selbstverständlich kann diese Vorgabe im weiteren Ablauf der Verfahrensabfolge b) bis e) verändert werden.For sub-step d) it must be specified what is desired as a result of the phosphating. Of course, this specification can be changed in the further course of the process sequence b) to e).
Da der Beschleuniger im Verlauf der Phosphatierung verbraucht wird, ist es zu erwarten, daß der im Teilschritt d) errechnete Sollwert für den Beschleuniger größer sein wird als der im Teilschritt b) bestimmte Wert. Sofern dies der Fall ist, wird im Teilschritt e) manuell oder automatisch eine Dosiereinrichtung aktiviert, die eine solche Menge an (ausgewähltem) Beschleuniger in das Phosphatierbad zugibt, daß der im Teilschritt d) errechnete Sollwert innerhalb eines Toleranzwertes erreicht wird, der von der Art der Dosiereinrichtung abhängt. Zusammen mit dem (gegebenenfalls ausgewählten) Beschleuniger können weitere Komponenten in das Phosphatierbad gegeben werden, beispielsweise ein oder mehrere Co-Beschleuniger.Since the accelerator is consumed in the course of the phosphating, it can be expected that the target value for the accelerator calculated in sub-step d) will be greater than the value determined in sub-step b). If this is the case, a dosing device is activated manually or automatically in sub-step e), which adds such an amount of (selected) accelerator to the phosphating bath that the target value calculated in sub-step d) is reached within a tolerance value of the type depends on the dosing device. Together with the (optionally selected) accelerator, further components can be added to the phosphating bath, for example one or more co-accelerators.
Sollte der im Teilschritt d) errechnete Sollwert für den Gehalt an (ausgewähltem) Beschleuniger ausnahmsweise kleiner sein als der im Teilschritt b) bestimmte, könnte man durch chemische Reaktion den Beschleunigergehalt bewußt verringern. Hierzu müßte man eine zu errechnende Menge einer Substanz in die Phosphatierlösung zugeben, die den Beschleuniger durch chemische Reaktion abbaut. In der Praxis dürfte es jedoch ausreichend sein, ohne eine Veränderung des Beschleunigergehalts mit der Phosphatierung so lange fortzufahren, bis durch Verbrauch und Ausschleppung der Beschleunigergehalt den Sollwert erreicht oder unterschreitet.If the setpoint for the content of (selected) accelerator calculated in sub-step d) is exceptionally smaller than that determined in sub-step b), it could one deliberately reduces the accelerator content by chemical reaction. To do this, one would have to add a calculated amount of a substance to the phosphating solution, which degrades the accelerator through a chemical reaction. In practice, however, it should be sufficient to continue phosphating without changing the accelerator content until the accelerator content reaches or falls below the setpoint due to consumption and dragging out.
Teilschritt c) sieht vor, daß man manuell oder programmgesteuert mindestens einen weiteren (dies heißt, außer dem Beschleuniger bzw. dem ausgewähltem Beschleuniger) für den Phosphatierprozeß charakteristischen Parameter erfaßt oder bestimmt. Zu diesen Parametern gehören beispielsweise physikalische und chemische Eigenschaften der Phosphatierlösung sowie die Art ihrer Anwendung. Beispielsweise kann die Phosphatierlösung eine Temperatur im Bereich von 30 bis 65 °C aufweisen. Die Metalloberfläche kann mit der Phosphatierlösung für eine Zeitdauer im Bereich von 30 bis 300 Sekunden in Kontakt gebracht werden. Temperatur der Phosphatierlösung sowie Kontaktzeit mit der Metalloberfläche stellen für den Phosphatierprozeß charakteristische Parameter dar.Sub-step c) provides that manually or program-controlled, at least one further parameter (that is, apart from the accelerator or the selected accelerator) is recorded or determined for the phosphating process. These parameters include, for example, the physical and chemical properties of the phosphating solution and the type of application. For example, the phosphating solution can have a temperature in the range from 30 to 65 ° C. The metal surface can be brought into contact with the phosphating solution for a period of time in the range from 30 to 300 seconds. The temperature of the phosphating solution and the contact time with the metal surface are characteristic parameters for the phosphating process.
Weiterhin gehören zu den für den Phosphatierprozeß charakteristischen Parametern dieFurthermore, the parameters characteristic of the phosphating process include
Konzentrationen weiterer fakultativer Bestandteile der Phosphatierlösung. Beispielsweise kann die Phosphatierlösung zusätzlich einen oder mehrere Bestandteile ausgewählt ausConcentrations of other optional components of the phosphating solution. For example, the phosphating solution can additionally be selected from one or more constituents
2 bis 200 mg/l Kupferionen,2 to 200 mg / l copper ions,
0,05 bis 3 g/l Manganionen,0.05 to 3 g / l manganese ions,
0,02 bis 3 g/l Nickelionen,0.02 to 3 g / l nickel ions,
0,02 bis 1 g/l freie Fluoridionen,0.02 to 1 g / l free fluoride ions,
0,1 bis 2 g/I Fluorokomplex-Anionen der Elemente Bor, Silicium, Titan und/oder Zirkon,0.1 to 2 g / l fluorocomplex anions of the elements boron, silicon, titanium and / or zircon,
0,001 bis 3 g/l organische Polymere, die Stickstoff- und/oder Sauerstoffatome enthalten,0.001 to 3 g / l of organic polymers which contain nitrogen and / or oxygen atoms,
0,1 bis 10 g/l Nitrationen enthalten. Diese Komponenten sind als Bestandteile von Phosphatierlösungen im Stand der Technik bekannt.Contain 0.1 to 10 g / l nitrate ions. These components are known as components of phosphating solutions in the prior art.
Zu den für den Phosphatierprozeß charakteristischen Parametern gehört weiterhin die Art, wie die Metalloberfläche mit der Phosphatierlösung in Kontakt gebracht wird. Beispielsweise kann die Metalloberfläche in die Phosphatierlösung eingetaucht werden (Tauchverfahren) oder mit der Phosphatierlösung überspült werden (Flutverfahren). Dabei zeigt die Praxis, daß das Phosphatierergebnis von der Geschwindigkeit abhängt, mit der sich die Phosphatierlösung relativ zur Metalloberfläche bewegt. Bei Tauch- oder Flutverfahren liegt diese Geschwindigkeit im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 20 m/sec. Bei Flutverfahren kann die Geschwindigkeit durch die Menge der Phosphatierlösung beeinflußt werden, die man pro Zeiteinheit über die Metalloberfläche spült. Bei Tauchverfahren wird die Geschwindigkeit der Phosphatierlösung relativ zur Metalloberfläche in der Regel durch Umpumpen der Phosphatierlösung oder durch Rühren eingestellt. Einen weiteren, allerdings geringeren Beitrag leistet die Bewegung der Metalloberfläche relativ zum Behälter, in dem sich die Phosphatierlösung befindet, die durch die Transporteinrichtung für die Metalloberfläche bedingt ist.The parameters characteristic of the phosphating process also include the way in which the metal surface is brought into contact with the phosphating solution. For example, the metal surface can be immersed in the phosphating solution (immersion method) or washed over with the phosphating solution (flooding method). Practice shows that the phosphating result depends on the speed with which the phosphating solution moves relative to the metal surface. In the case of immersion or flood processes, this speed is in the range from approximately 0.1 to approximately 20 m / sec. In flooding processes, the speed can be influenced by the amount of phosphating solution that is rinsed over the metal surface per unit of time. In immersion processes, the speed of the phosphating solution relative to the metal surface is generally adjusted by pumping the phosphating solution around or by stirring. A further, albeit smaller, contribution is made by the movement of the metal surface relative to the container in which the phosphating solution is located, which is caused by the transport device for the metal surface.
Als Alternative zu oder in Ergänzung zu Tauch- oder Flutverfahren ist es in der Technik gebräuchlich, die Phosphatierlösung durch Düsen auf die Metalloberfläche aufzusprizen (Spritzverfahren). In diesem Fall ist der Druck, mit dem die Phosphatierlösung durch die Düsen gepumpt wird, ein Parameter, der das Phosphatierergebnis beeinflußt. Die Phosphatierlösung wird im Falle eines Spritzverfahrens mit einem Druck im Bereich von etwa 0,4 bis etwa 1,2 bar auf die Metalloberfläche aufgespritzt.As an alternative to or in addition to immersion or flooding processes, it is customary in the art to spray the phosphating solution onto the metal surface through nozzles (spraying process). In this case, the pressure at which the phosphating solution is pumped through the nozzles is a parameter which affects the phosphating result. In the case of a spraying process, the phosphating solution is sprayed onto the metal surface at a pressure in the range from approximately 0.4 to approximately 1.2 bar.
Die vorstehend aufgeführten physikalischen und chemischen Bedingungen des Phosphatierprozesses stellen Beispiele für weitere für den Phosphatierprozeß charakteristische Parameter dar, die gemäß Teilschritt c) erfaßt oder bestimmt werden. Ein weiterer für den Phosphatierprozeß charakteristischer Parameter ist die chemische Natur der Metalloberfläche bzw. das gleichzeitige Auftreten unterschiedlicher Metalloberflächen mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften. Beispielsweise wird das Phosphatierergebnis davon abhängen, ob die Metalloberfläche Stahl, elektrolytisch oder im Schmelztauchverfahren verzinkter oder legierungsverzinkter Stahl, aluminierter oder legierungsaluminierter Stahl oder Aluminium oder Magnesium oder jeweils deren Legierungen darstellen. Im Falle von Legierungen spielt die chemische Zusammensetzung eine Rolle. Auch bei unlegiertem Stahl kann das Phosphatierergebnis von der genauen chemischen Zusammensetzung der Stahloberfläche abhängen, die außer Eisenatome beispielsweise Kohlenstoffatome enthält. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt man in Teilschritt a) eine Korrelation zwischen dem Ergebnis der Phosphatierung, dem Gehalt des (ausgewählten) Beschleunigers und der chemischen Natur der Metalloberfläche bzw. der Materialmischung der Metalloberflächen. Sofern diese Korrelation bereits bekannt ist, kann sie direkt für die weiteren Verfahrensschritte eingesetzt werden. Im Teilschritt c) gibt man in das Steuersystem für das erfindungsgemäße Verfahren die Informationen über die chemische Natur der Metalloberfläche bzw. den Materialmix ein, so daß der aus Teilschritt a) bekannte Zusammenhang zwischen Beschleunigergehalt, Phosphatierergebnis und chemischer Natur der Metalloberfläche im Teilschritt d) verwendet werden kann, um einen Sollwert für den Beschleunigergehalt zu ermitteln. Diese Eingabe in das Steuersystem kann manuell erfolgen, wenn im Laufe des Verfahrens die chemische Natur der Metalloberfläche bzw. die Materialmischung verändert wird. Die chemische Natur der Metalloberfläche kann jedoch auch automatisch durch ein geeignetes Meßverfahren erfaßt werden, beispielsweise mit Hilfe einer Röntgenfluoreszensmessung. Information über die chemische Natur der Metalloberfläche kann den zu phosphatierenden Teilen jedoch auch in maschinenlesbarer Form mitgegeben werden, beispielsweise durch einen Strichcode oder einen sonstigen optischen oder einen magnetischen Informationsträger. Im Teilschritt c) wird diese Information automatisch gelesen.The physical and chemical conditions of the phosphating process listed above represent examples of further parameters which are characteristic of the phosphating process and which are recorded or determined in accordance with sub-step c). Another parameter characteristic of the phosphating process is the chemical nature of the metal surface or the simultaneous occurrence of different metal surfaces with different chemical properties. For example, the phosphating result will depend on whether the metal surface is steel, electrolytically or hot-dip galvanized or alloy-galvanized steel, aluminized or alloy-aluminized steel or aluminum or magnesium or their alloys. In the case of alloys, the chemical composition plays a role. Even with unalloyed steel, the phosphating result can depend on the exact chemical composition of the steel surface, which contains carbon atoms in addition to iron atoms. In the context of the method according to the invention, a correlation between the result of the phosphating, the content of the (selected) accelerator and the chemical nature of the metal surface or the material mixture of the metal surfaces is determined in sub-step a). If this correlation is already known, it can be used directly for the further process steps. In step c), the information about the chemical is added to the control system for the method according to the invention Nature of the metal surface or the material mix, so that the relationship between accelerator content, phosphating result and chemical nature of the metal surface known in partial step a) can be used in partial step d) in order to determine a target value for the accelerator content. This entry into the control system can be made manually if the chemical nature of the metal surface or the material mixture is changed in the course of the method. However, the chemical nature of the metal surface can also be determined automatically by a suitable measuring method, for example with the aid of an X-ray fluorescence measurement. However, information about the chemical nature of the metal surface can also be given to the parts to be phosphated in machine-readable form, for example by means of a bar code or some other optical or magnetic information carrier. In step c) this information is read automatically.
Im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein weiterer für die Phosphatierung charakteristischer Parameter der Erwartungswert für die Gesamtgröße der Metalloberfläche, die zwischen dem gerade erfolgten Teilschritt b) und der nächsten vorgesehenen (z. B. zeitgesteuerten) Ausführung des Teilschritts b) mit der Phosphatierlösung in Kontakt gebracht werden wird. Bei einer mit konstanter Auslastung betriebenen Phosphatieranlage ist dieser Parameter im wesentlichen konstant, so daß er üblicherweise im Verlaufe des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Rolle spielt. Dies ändert sich jedoch bei einer Prozeßunterbrechung, beispielsweise bei Anlagenstillstand. Bei einem tatsächlichen oder geplanten Anlagenstillstand gibt man dem Steuersystem für das erfindungsgemäße Verfahren die Information, daß keine oder eine sehr geringe Metalloberfläche zwischen zwei Teilschritten b) mit der Phosphatierlösung in Kontakt gebracht werden wird. In diesem Falle kann der Sollwert für den Beschleuniger verringert oder auf Null gesetzt werden. Dann wird so lange kein Beschleuniger in das Phosphatierbad nachdosiert, bis man dem Steuersystem die Information gibt, daß wieder Metalloberfläche mit der Phosphatierlösung in Kontakt gebracht werden wird. Der Sollwert für den Beschleuniger wird dann automatisch wieder erhöht, so daß je nach aktuellem Beschleunigergehalt erforderlichenfalls Beschleuniger nachdosiert wird. Diese Betriebsweise eines Phosphatierbads ist wirtschaftlicher als die in der Regel derzeit durchgeführte Verfahrensweise, bei der man den Beschleuniger auf einem vorgegebenen Wert hält, unabhängig davon, ob kurzfristig Metalloberfläche mit derPhosphatierlösung in Kontakt gebracht werden wird oder nicht. Man hält also im Stand der Technik üblicherweise ein Phosphatierbad stets betriebsbereit. Da sich viele Beschleuniger, insbesondere Wasserstoffperoxid und seine Derivate, auch ohne Kontakt mit einer zu phosphatierenden Metalloberfläche zersetzen, erfolgt eine kostenträchtige Nachdosierung, obwohl kurzfristig keine Metalloberfläche zu Phosphatieren ist. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich hiervon dadurch, daß der Sollwert für den Beschleunigergehalt verringert wird, wenn keine zu phosphatierenden Metalloberflächen erwartet werden, und wieder erhöht wird, wenn zu phosphatierende Metalloberfläche zu erwarten ist. Das Steuersystem für das erfindungsgemäße Verfahren kann dann in Teilschritten d) und e) automatisch entscheiden, ob Beschleuniger zudosiert werden soll oder nicht. Hierdurch werden die Kosten für eine unnötige Dosierung von Beschleuniger eingespart, das Phosphatierbad jedoch automatisch wieder in betriebsfähigen Zustand gesetzt, wenn dies erforderlich wird.In the sense of the method according to the invention, a further parameter characteristic of the phosphating is the expected value for the total size of the metal surface which comes into contact with the phosphating solution between the sub-step b) which has just taken place and the next (e.g. time-controlled) execution of the sub-step b) will be brought. In the case of a phosphating plant operated at constant capacity, this parameter is essentially constant, so that it usually does not play a role in the course of the method according to the invention. However, this changes when a process is interrupted, for example when the system is down. In the event of an actual or planned plant shutdown, the control system for the method according to the invention is informed that no or a very small metal surface will be brought into contact with the phosphating solution between two sub-steps b). In this case, the setpoint for the accelerator can be reduced or set to zero. Then no accelerator is metered into the phosphating bath until the control system is informed that the metal surface will again be brought into contact with the phosphating solution. The setpoint for the accelerator is then automatically increased again, so that, depending on the current accelerator content, accelerator is topped up if necessary. This mode of operation of a phosphating bath is more economical than the procedure currently generally carried out, in which the accelerator is kept at a predetermined value, regardless of whether or not the metal surface will be brought into contact with the phosphating solution for a short time. In the prior art, therefore, a phosphating bath is usually always kept ready for operation. Since many accelerators, especially hydrogen peroxide and its derivatives, are also without contact with one decomposing phosphating metal surface, a costly replenishment takes place, although in the short term there is no metal surface to be phosphated. The method according to the invention differs from this in that the target value for the accelerator content is reduced if no metal surfaces to be phosphated are expected, and is increased again if the metal surface to be phosphated is expected. The control system for the method according to the invention can then automatically decide in sub-steps d) and e) whether accelerators should be added or not. This saves the cost of unnecessary metering of accelerators, but the phosphating bath is automatically put back into operational condition if this becomes necessary.
Einige weitere für die Phosphatierung charakteristische Parameter, aus denen man imSome other parameters characteristic of phosphating, from which one can
Teilschritt d) den Sollwert für den Gehalt an Beschleuniger errechnen kann, wurden weiter oben bereits aufgeführt. Diese Ausführungen lassen sich dadurch zusammenfassen und ergänzen, daß der mindestens eine weitere für die Phosphatierung charakteristischeSub-step d) can calculate the target value for the content of accelerator have already been listed above. These statements can be summarized and supplemented by the fact that the at least one further characteristic of the phosphating
Parameter ausgewählt ist aus: dem Material oder der Materialmischung der Metalloberfläche, dem Erwartungswert für die Gesamtgröße der Metalloberfläche, die zwischen dem gerade erfolgten Teilschritt b) und der nächsten vorgesehenen Ausführung des Teilschritts b) mit der Phosphatierlösung in Kontakt gebracht werden wird, dem pH-Wert der Phosphatierlösung, der Temperatur der Phosphatierlösung, der Geschwindigkeit, mit der sich die Phosphatieriösung bei einem Tauch- oderThe parameter is selected from: the material or the material mixture of the metal surface, the expected value for the total size of the metal surface which will be brought into contact with the phosphating solution between the sub-step b) which has just taken place and the next intended execution of the sub-step b), the pH Value of the phosphating solution, the temperature of the phosphating solution, the speed with which the phosphating solution reacts during a dipping or
Flutverfahren relativ zur Metalloberfläche .bewegt, dem Druck, mit dem die Phosphatierlösung im Falle eines Spritzverfahrens auf dieFlooding process moves relative to the metal surface, the pressure with which the phosphating solution is sprayed onto the
Metalloberfläche aufgespritzt wird, der Zeitdauer, für die die Phosphatierlösung mit der Metalloberfläche in Kontakt ist, dem Gehalt der Phosphatierlösung an freier Säure, dem Gehalt der Phosphatierlösung an Gesamtsäure , dem Gehalt der Phosphatierlösung an Phosphationen, dem Gehalt der Phosphatierlösung an Zinkionen, dem Gehalt der Phosphatierlösung an einem oder mehreren der zusätzlichenMetal surface is sprayed, the length of time for which the phosphating solution is in contact with the metal surface, the free acid content of the phosphating solution, the total acid content of the phosphating solution, the phosphate ion content of the phosphating solution, the zinc ion content of the phosphating solution, the content of the Phosphating solution on one or more of the additional
Bestandteile gemäß Anspruch 4, dem Gehalt der Phosphatierlösung an einem oder mehreren anderen Beschleunigern als dem im Teilschritt b) bestimmten Beschleuniger. Im Verlaufe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Teilschritte b) bis e) in regelmäßiger oder unregelmäßiger Abfolge oder aufgrund besonderer Ereignisse gestartet und durchgeführt. Im einfachsten Falle wird die Abfolge der Teilschritte b) bis e) durch eine manuelle Anforderung gestartet und läuft danach programmgesteuert automatisch ab. Dabei kann die Anforderung für den Start dieser Teilschritte lokal, also am Ort der Phosphatieranlage, oder von einem entfernten Ort aus erfolgen. Auf diese Weise ist es möglich, daß Bedienungs- oder Kontrollpersonal, das sich entweder am Ort der Phosphatieranlage oder an einem entfernten Ort befindet, den Phosphatierprozeß durch Anpassen des Beschleunigergehalts steuert.Components according to claim 4, the content of the phosphating solution in one or more accelerators other than the accelerator determined in sub-step b). In the course of the method according to the invention, sub-steps b) to e) are started and carried out in a regular or irregular sequence or on the basis of special events. In the simplest case, the sequence of sub-steps b) to e) is started by a manual request and then runs automatically under program control. The request for the start of these substeps can be made locally, that is to say at the location of the phosphating system, or from a remote location. In this way it is possible for operating or control personnel who are either at the location of the phosphating system or at a remote location to control the phosphating process by adjusting the accelerator content.
Für einen Routinebetrieb sieht man vorzugsweise vor, daß die Teilschritte b) bis e) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne nach der zuletzt durchgeführten Verfahrensabfolge automatisch gestartet werden. Dabei kann eine vorgegebene Zeitspanne, die beispielsweise im Bereich zwischen 1 Minute und 8 Stunden liegen kann, in das Steuersystem für das erfindungsgemäße Verfahren eingegeben werden. Die Teilschritte b) bis e) laufen dann nach Ablauf des vorgegebenen Zeitintervalls automatisch ab. Jedoch kann auch eine variable Zeitspanne zwischen 2 Verfahrensfolgen b) bis e) vorgesehen werden, die von dem Ausmaß der Änderung der verwendeten Parameter abhängen kann. Beispielsweise kann vorgesehen werden, daß die Abfolge der Teilschritte b) bis e) nach einer festen Zeitspanne, beispielsweise nach einer Stunde jeweils neu gestartet wird, wenn sich der Sollwert für den Beschleuniger innerhalb einer vorzugebenden Schwankungsbreite ändert. Wird eine stärkere Änderung des Sollwerts ermittelt, kann vorgesehen werden, die Zeitspanne bis zum nächsten Start der Verfahrensfolge b) bis e) zu verkürzen. Verringert sich die Änderung der Sollwerte zwischen zwei Bestimmungen wieder, kann das Zeitintervall wieder verlängert werden.For routine operation, provision is preferably made for the sub-steps b) to e) to be started automatically after a predetermined period of time has elapsed after the process sequence last carried out. A predetermined period of time, which can be, for example, in the range between 1 minute and 8 hours, can be entered into the control system for the method according to the invention. The sub-steps b) to e) then run automatically after the specified time interval. However, a variable time period between two process sequences b) to e) can also be provided, which can depend on the extent of the change in the parameters used. For example, it can be provided that the sequence of the sub-steps b) to e) is restarted after a fixed period of time, for example after an hour, if the setpoint for the accelerator changes within a fluctuation range to be specified. If a major change in the target value is determined, provision can be made to shorten the time span until the next start of the method sequence b) to e). If the change in the setpoints between two determinations decreases again, the time interval can be extended again.
In weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht man vor, daß man manuell oder automatisch mindestens ein Ergebnis der Phosphatierung feststellt und bei einer Abweichung von einem zuvor festgelegten erwünschten Phosphatierergebnis (innerhalb eines vorzugebenden Toleranzbereichs) manuell oder automatisch die Teilschritte b) bis e) startet. Das Kontrollpersonal der Anlage kann also entscheiden, je nach festgestelltem Phosphatierergebnis die Verfahrensabfolge b) bis e) durch eine manuelle Anforderung zu starten. Alternativ hierzu kann im Rahmen einer automatischen Steuerung und Kontrolle des Phosphatierprozesses ein Ergebnis der Phosphatierung automatisch festgestellt werden, wobei dann, wenn das Phosphatierergebnis von einem vorher festgelegten erwünschten Ergebnis abweicht, die Teilschritte b) bis e) automatisch gestartet werden. Dies hat zur Folge, daß bei einem Abweichen des Phosphatierergebnisses von einem zuvor festgelegten Sollwert automatisch der Sollwert für den Beschleuniger überprüft und der Beschleunigergehalt gegebenenfalls angepaßt wird. Hierdurch können Abweichungen ohne menschliches Eingreifen korrigiert und die Produktionssicherheit erhöht werden.In a further embodiment of the method according to the invention, one can determine manually or automatically at least one result of the phosphating and, in the event of a deviation from a previously specified desired phosphating result (within a tolerance range to be specified), manually or automatically starts the sub-steps b) to e). The control personnel of the system can therefore decide, depending on the phosphating result determined, to start the process sequence b) to e) by means of a manual request. As an alternative to this, a result of the phosphating can be determined automatically as part of an automatic control and monitoring of the phosphating process, the sub-steps b) to e) automatically when the phosphating result deviates from a previously determined desired result be started. The result of this is that if the phosphating result deviates from a previously defined target value, the target value for the accelerator is automatically checked and the accelerator content is adjusted if necessary. In this way, deviations can be corrected without human intervention and production security can be increased.
Als Ergebnis der Phosphatierung, das für die Korrelation im Teilschritt a) herangezogen werden kann, kann man eines oder mehrere der folgenden Merkmale wählen: die Farbe der Metalloberfläche nach Kontakt mit der Phosphatierlösung, die Gleichmäßigkeit der Phosphatschicht, das Schichtgewicht der Phosphatschicht, die chemische Zusammensetzung der Phosphatschicht, die mittlere Kristallgröße oder die Kristallgrößenverteilung in der Phosphatschicht, die Gestalt der Kristalle in der Phosphatschicht, die elektrische Impedanz der Phosphatschicht, die Stromkurve bei einer kathodischen Polarisationsmessung an der Phosphatschicht, die Dicke einer unter vorgegebenen Abscheidungsbedingungen auf die phosphatierte Metalloberfläche abgeschiedenen Schicht eines kathodischen Elektrptauchlacks, das Verhalten der mit einem Lack überzogenen Phosphatschicht bei einem Lackhaftungsund/oder Korrosionsschutztest, das elektrische Verlustpotential des Substrats in der Phosphatierlösung.As a result of the phosphating, which can be used for the correlation in sub-step a), one or more of the following features can be selected: the color of the metal surface after contact with the phosphating solution, the uniformity of the phosphate layer, the layer weight of the phosphate layer, the chemical composition the phosphate layer, the average crystal size or the crystal size distribution in the phosphate layer, the shape of the crystals in the phosphate layer, the electrical impedance of the phosphate layer, the current curve in the case of a cathodic polarization measurement on the phosphate layer, the thickness of a layer deposited on the phosphated metal surface under predetermined deposition conditions cathodic electrodeposition lacquer, the behavior of the phosphate layer coated with a lacquer during a lacquer adhesion and / or corrosion protection test, the electrical loss potential of the substrate in the phosphating solution.
Diese Merkmale erfordern teilweise eine menschliche Beurteilung, teilweise können sie auch automatisch bestimmt werden. Beispielsweise kann die Farbe der Metalloberfläche photometrisch bestimmt werden. Die Gleichmäßigkeit der Phosphatschicht kann beispielsweise über eine Bildanalyse ermittelt werden, die in WO 00/22574 näher beschrieben ist. Das. Schichtgewicht der Phosphatschicht wird laborchemisch durch Ablösen der Schicht und Differenzwägung bestimmt. Im Stand der Technik sind jedoch auch Methoden bekannt, das Schichtgewicht beschädigungsfrei mit Infrarotmessung zu ermitteln (EP 466 226). Die chemische Zusammensetzung der Phosphatschicht, insbesondere der Gehalt an Phosphat bzw. Phosphor sowie an den schichtbildenden Kationen kann zerstörungsfrei durch eine Röntgenfluoreszensmessung ermittelt werden. Die mittlere Kristallgröße oder die Kristallgrößenverteilung in der Phosphatschicht oder die Gestalt der Kristalle in der Phosphatschicht können durch rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen ermittelt werden. Messungen der elektrischen Impedanz oder Aufnahme der Stromkurve bei einer kathodischen Polarisation sind als elektrochemische Schnellmessungen für die Korrosionsschutzwirkung bekannt (z.B. DE-A-195 00 562). Für die Messung der Dicke einer abgeschiedenen Schicht eines kathodischen Elektrotauchlacks stehen geeignete Meßköpfe zur Verfügung. Lackhaftungs- und Korrosionsschutztests werden vom Phosphatierfachmann routinemäßig ausgeführt. Hierfür stehen DIN-Normen sowie firmenspezifische Normen einzelner Automobilhersteller zur Verfügung.Some of these features require human judgment, and some can also be determined automatically. For example, the color of the metal surface can be determined photometrically. The uniformity of the phosphate layer can be determined, for example, by means of an image analysis, which is described in more detail in WO 00/22574. The. Layer weight of the phosphate layer is determined in the laboratory by detaching the layer and differential weighing. However, methods are known in the prior art for determining the layer weight without damage using infrared measurement (EP 466 226). The chemical composition of the phosphate layer, in particular the content of phosphate or phosphorus and of the layer-forming cations, can be determined non-destructively by means of an X-ray fluorescence measurement. The average crystal size or the crystal size distribution in the phosphate layer or the shape of the crystals in the phosphate layer can be determined by scanning electron micrographs. Measurements of the electrical impedance or recording of the current curve with a cathodic polarization are considered electrochemical Rapid measurements for the corrosion protection effect are known (for example DE-A-195 00 562). Suitable measuring heads are available for measuring the thickness of a deposited layer of a cathodic electrocoat. Paint adhesion and corrosion protection tests are routinely carried out by the phosphating specialist. DIN standards and company-specific standards of individual automobile manufacturers are available for this.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich die Trübung oder der Schlammgehalt der Phosphatierlösung bestimmt. Dies kann beispielsweise durch eine optische Trübungsmessung erfolgen. Prinzipiell ist eine Schlammbildung im Phosphatierbad unerwünscht. Sie läßt sich jedoch in der Praxis nicht verhindern, da unter anderem bei der Zugabe von Ergänzungslösungen in das Phosphatierbad lokale Übersättigungen auftreten, die zur Schlammbildung führen. Um bei einem zur Schlammbildung neigenden Phosphatierbad eine solche lokale Übersättigung möglichst zu vermeiden, gibt man im erfindungsgemäßen Verfahren im Teilschritt e) den (ausgewählten) Beschleuniger vorzugsweise um so langsamer in das Phosphatierbad, je größer die Trübung oder der Schlammgehalt des Phosphatierbads sind. Hierdurch wird die weitere Schlammbildung aufgrund der Zudosierung des Beschleunigers möglichst gering gehalten.In a special embodiment of the method according to the invention, the turbidity or the sludge content of the phosphating solution is additionally determined. This can be done, for example, by an optical turbidity measurement. In principle, sludge formation in the phosphating bath is undesirable. However, it cannot be prevented in practice, since local supersaturations, which lead to sludge formation, occur, inter alia, when addition solutions are added to the phosphating bath. In order to avoid such local supersaturation as much as possible in a phosphating bath that tends to form sludge, the (selected) accelerator is preferably added to the phosphating bath in sub-step e) in the process according to the invention, the slower the cloudiness or sludge content of the phosphating bath is. As a result, the further sludge formation due to the metering in of the accelerator is kept as low as possible.
Beispiel:Example:
Bleche aus automobilüblichem kaltgewalztem Stahl (CRS) wurden nach nachstehendem Verfahrensgang behandelt:Sheets of automotive cold rolled steel (CRS) were treated according to the following procedure:
1 Alkalische Entfettung (Ridoline® 1559, Henkel KGaA), 2% in Wasser, 60 °C, 5 Minuten (tauchen)1 alkaline degreasing (Ridoline® 1559, Henkel KGaA), 2% in water, 60 ° C, 5 minutes (immersion)
2 Spülen mit Wasser, Raumtemperatur, 1 Minute, Tauchen2 rinses with water, room temperature, 1 minute, immersion
3 Aktivieren mit einer titanphosphathaltigen Aktiviersuspension (Fixodine® C 9112, Henkel KGaA), 1 g/l, Raumtemperatur, 1 Minute, Tauchen3 Activation with an activation suspension containing titanium phosphate (Fixodine® C 9112, Henkel KGaA), 1 g / l, room temperature, 1 minute, immersion
4 Phosphatieren mit einer handelsüblichen Phosphatierlösung (Granodine® 952, Henkel KGaA) nachstehender Zusammensetzung, 2 Minuten, Spritzen mit 0,4 bar Zusammensetzung Granodine® 952:4 Phosphating with a commercially available phosphating solution (Granodine® 952, Henkel KGaA) of the following composition, 2 minutes, spraying at 0.4 bar Composition Granodine® 952:
Zn: 1,1 g/lZn: 1.1 g / l
Ni: 0,8 g/lNi: 0.8 g / l
Mn: 0,6 g/lMn: 0.6 g / l
Freie Säure: 0,6 PunkteFree acidity: 0.6 points
Gesamtsäure: 18 PunkteTotal acidity: 18 points
Beschleuniger: H2O2 variiert zwischen 25 and 100 ppmAccelerator: H2O2 varies between 25 and 100 ppm
Temperatur: variiert zwischen 51 and 56 CCTemperature: varies between 51 and 56 C C.
Die freie Säure wird bestimmt, indem man eine 10 ml Badprobe mit Wasser auf 50 ml verdünnt und mit 0,1 n Natronlauge bis zu einem pH-Wert von 3,8 titriert. Der Verbrauch in ml Natronlauge gibt die Punktzahl der freien Säure an. Entsprechend wird die Gesamtsäure bestimmt, indem man die Badprobe bis zu einem pH-Wert von 8,5 titriert.The free acid is determined by diluting a 10 ml bath sample with water to 50 ml and titrating with 0.1 N sodium hydroxide solution to a pH of 3.8. The consumption in ml of sodium hydroxide solution gives the free acid score. The total acid is determined accordingly by titrating the bath sample to a pH of 8.5.
Auswertung:Evaluation:
Die phosphatierten, nachgespülten und getrockneten Bleche wurden optisch nach der Farbe der Beschichtung beurteilt. Eine Gelbfärbung weist auf eine Passivierung der Oberfläche mit ungenügender Phosphatierung hin. Eine gute Phosphatierung zeigt sich in einer gräulichen Farbe der Bleche. Die nachstehende Tabelle gibt an, welcher Mindestgehalt an H2O2 bei der gewählten Temperatur erforderlich ist, damit anstelle einer Gelbfärbung eine Graufärbung auftritt. The phosphated, rinsed and dried sheets were assessed optically according to the color of the coating. A yellow color indicates a passivation of the surface with insufficient phosphating. Good phosphating is shown in the greyish color of the sheets. The table below shows the minimum amount of H2O2 required at the selected temperature so that a gray color occurs instead of a yellow color.
Figure imgf000019_0001
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Hieraus ergibt sich die Bestimmungsgleichung für den minimalen Gehalt C0 an H2O2, um Graufärbung zu erreichen:This results in the equation for determining the minimum content C 0 of H2O2 to achieve gray coloring:
C0 = 180/(T-49) mit 51=< T =<56C 0 = 180 / (T-49) with 51 = <T = <56
wobei C0 in ppm H2O2 undwhere C 0 in ppm H2O2 and
T in °C ausgedrückt sind.T are expressed in ° C.
Mit dieser Beziehung kann die Minimalkonzentration = Sollwert für H2O2 je nach Temperatur berechnet werden, die zu einer Graufärbung führt. Ein Programmablauf zur temperaturabhängigen Steuerung der H2O2 Konzentration in dem vorstehend beschriebenen Phosphatierbad kann beispielsweise folgendermaßen gestaltet werden. Dabei kann die Temperatur mit einem Thermoelement, die aktuelle H2O2-Konzentration mit einer Messelektrode gemessen werden.With this relationship, the minimum concentration = setpoint for H2O2 can be calculated depending on the temperature, which leads to a gray color. A program sequence for temperature-dependent control of the H2O2 concentration in the phosphating bath described above can be designed, for example, as follows. The temperature can be measured with a thermocouple, the current H2O2 concentration with a measuring electrode.
10 Ermittle derzeitige H2O2 Konzentration C10 Find current H2O2 concentration C
20 ermittle derzeitige Temperatur20 determine current temperature
30 wenn derzeitige Temperatur zwischen 51 and 56°C, gehe nach 40, sonst gehe nach 80 40 Berechne Sollwert C0 für H2O2 bei der derzeitigen Temperatur gemäß ermittelter Gleichung (C0 = 180/(T-49) ) 50 wenn C<C0, gib H2O2 in das Phosphatierbad (Dosiermenge ja nach30 if current temperature between 51 and 56 ° C, go to 40, otherwise go to 80 40 Calculate setpoint C 0 for H2O2 at the current temperature according to the equation (C 0 = 180 / (T-49)) 50 if C <C 0 , add H2O2 to the phosphating bath (dosing amount yes
Badvolumen vorzugeben, beispielsweise 5 mg pro Liter Badlösung), sonst gehe nach 60 warte 5 Minuten gehe nach 10 wenn derzeitige Temperatur größer als 56°C, setze C0 = 25,7 (wie für einePreset bath volume, e.g. 5 mg per liter bath solution), otherwise go to 60 wait 5 minutes go after 10 if current temperature is higher than 56 ° C, set C 0 = 25.7 (as for one
Temperatur von 56°C), sonst gehe nach 100Temperature of 56 ° C), otherwise go to 100
gehe nach 50 setze C0 = 90 (wie für eine Temperatur von 51 °C) gehe nach 50 go after 50 set C 0 = 90 (like for a temperature of 51 ° C) go after 50

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Phosphatieren von Metalloberflächen aus einem Material oder mehreren Materialien ausgewählt aus Stahl, verzinktem oder legierungsverzinktem Stahl, aluminiertem oder legierungsaluminiertem Stahl oder von Aluminium oder Magnesium oder jeweils deren Legierungen, die zu mindestens 50 Atom-% aus Aluminium oder Magnesium bestehen, wobei man zum Abscheiden einer Phosphatschicht die Metalloberflächen mit einer sauren wässrigen Phosphatierlösung in Kontakt bringt, die 0,3 bis 10 g/l Zinkionen, 5 bis 100 g/l Phosphationen, berechnet als PO4 3", sowie einen oder mehrere Beschleuniger enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man a) eine Korrelation zwischen dem Ergebnis der Phosphatierung, dem Gehalt des Beschleunigers oder, bei Anwesenheit mehrere Beschleuniger, eines ausgewählten Beschleunigers, und mindestens einem weiteren für den Phosphatierprozeß charakteristischen Parameter ermittelt oder vorgibt, b) manuell oder programmgesteuert den Gehalt an (ausgewähltem) Beschleuniger bestimmt, c) manuell oder programmgesteuert den mindestens einen weiteren für den Phosphatierprozeß charakteristischen Parameters erfasst oder bestimmt, d) aus der im Teilschritt a) ermittelten oder vorgegebenen Korrelation und anhand des im Teilschritt c) erfassten oder bestimmten mindestens einen weiteren für den Phosphatierprozeß charakteristischen Parameters einen Sollwert für den Gehalt des (ausgewählten) Beschleunigers errechnet, der zu einem zuvor festgelegten erwünschten Phosphatierergebnis führt, und e) für den Fall, daß der im Teilschritt d) errechnete Sollwert für den Gehalt an (ausgewähltem) Beschleuniger größer ist als der im Teilschritt b) bestimmte Wert durch Aktivieren einer Dosiereinrichtung eine solche Menge an (ausgewähltem) Beschleuniger in das Phosphatierbad zugibt, daß der im Teilschritt d) errechnete Sollwert des (ausgewählten) Beschleunigers eingestellt wird.1. A method for phosphating metal surfaces from one or more materials selected from steel, galvanized or alloy galvanized steel, aluminized or alloy aluminized steel or from aluminum or magnesium or their alloys, which consist of at least 50 atomic% of aluminum or magnesium, wherein to deposit a phosphate layer, the metal surfaces are brought into contact with an acidic aqueous phosphating solution which contains 0.3 to 10 g / l of zinc ions, 5 to 100 g / l of phosphate ions, calculated as PO 4 3 " , and one or more accelerators characterized in that a) a correlation between the result of the phosphating, the content of the accelerator or, in the presence of several accelerators, a selected accelerator, and at least one further parameter characteristic of the phosphating process is determined or specified, b) the content is set manually or by program control (selected) dam leuniger determines, c) manually or program-controlled detects or determines the at least one further parameter characteristic of the phosphating process, d) from the correlation determined or specified in sub-step a) and on the basis of the at least one further characteristic characteristic of the phosphating process in sub-step c) Parameter calculates a target value for the content of the (selected) accelerator, which leads to a previously specified desired phosphating result, and e) in the event that the target value for the content of (selected) accelerator calculated in sub-step d) is greater than that in Sub-step b) certain value by activating a metering device adds such an amount of (selected) accelerator to the phosphating bath that the setpoint of the (selected) accelerator calculated in sub-step d) is set.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphatierlösung einen oder mehrere Beschleuniger ausgewählt aus2. The method according to claim 1, characterized in that the phosphating solution selected from one or more accelerators
0,3 bis 4 g/l Chlorationen, 0,01 bis 0,2 g/l Nitritionen, 0,05 bis 2 g/l m-Nitrobenzolsulfonationen, 0,05 bis 2 g/l m-Nitrobenzoationen,0.3 to 4 g / l chlorate ions, 0.01 to 0.2 g / l nitrite ions, 0.05 to 2 g / l m-nitrobenzenesulfonate ions, 0.05 to 2 g / l m-nitrobenzoate ions,
0,05 bis 2 g/l p-Nitrophenol,0.05 to 2 g / l p-nitrophenol,
0,005 bis 0,15 g/l Wasserstoffperoxid in freier oder gebundener Form,0.005 to 0.15 g / l hydrogen peroxide in free or bound form,
0,1 bis 10 g/l Hydroxylamin in freier oder gebundener Form,0.1 to 10 g / l hydroxylamine in free or bound form,
0,1 bis 10 g/l eines reduzierenden Zuckers0.1 to 10 g / l of a reducing sugar
0,05 bis 4 g/l eines organischen N-Oxids, vorzugsweise N-Methymorpholin,0.05 to 4 g / l of an organic N-oxide, preferably N-methymorpholine,
0,5 bis 5 g/l einer organischen Nitroverbindung ausgewählt aus Nitroguanidin, Nitroarginin und Methyl-, Ethyl-oder Propylestem hiervon und aus Nitrofurfurylidendiacetat enthält.Contains 0.5 to 5 g / l of an organic nitro compound selected from nitroguanidine, nitroarginine and methyl, ethyl or propyl esters thereof and from nitrofurfurylidene diacetate.
3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphatierlösung eine Temperatur im Bereich von 30 bis 65 °C aufweist und daß die Metalloberfläche mit der Phosphatierlösung für eine Zeitdauer im Bereich von 30 bis 300 Sekunden in Kontakt gebracht wird.3. The method according to one or both of claims 1 and 2, characterized in that the phosphating solution has a temperature in the range from 30 to 65 ° C and that the metal surface is brought into contact with the phosphating solution for a period in the range from 30 to 300 seconds becomes.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphatierung zusätzlich einen oder mehrer Bestandteile ausgewählt aus4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the phosphating additionally selected one or more components
2 bis 200 mg/l Kupferionen,2 to 200 mg / l copper ions,
0,05 bis 3 g/l Manganionen,0.05 to 3 g / l manganese ions,
0,02 bis 3 g/l Nickelionen,0.02 to 3 g / l nickel ions,
0,02 bis 1 g/l freie Fluoridionen,0.02 to 1 g / l free fluoride ions,
0,1 bis 2 g/l Fluorokomplex-Anionen der Elemente Bor, Silicium, Titan und/oder Zirkon,0.1 to 2 g / l fluorocomplex anions of the elements boron, silicon, titanium and / or zircon,
0,001 bis 3 g/l organische Polymere, die Stickstoff- und/oder Sauerstoffatome enthalten,0.001 to 3 g / l of organic polymers which contain nitrogen and / or oxygen atoms,
0,1 bis 10 g/l Nitrationen enthält.Contains 0.1 to 10 g / l nitrate ions.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Phosphatierlösung bei einem Tauch- oder Flutverfahren mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 20 Meter pro Sekunde relativ zu der Metalloberfläche bewegt.5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the phosphating solution moves in a dipping or flooding process at a speed in the range of 0.1 to 20 meters per second relative to the metal surface.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphatierlösung im Falle eines Spritzverfahrens mit einem Druck im Bereich von 0,4 bis 1 ,2 bar auf die Metalloberfläche aufgespritzt wird.6. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the phosphating solution in the case of a spraying process with a pressure in the range from 0.4 to 1.2 bar is sprayed onto the metal surface.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphatierlösung einen pH-Wert im Bereich von 2,5 bis 3,8 einen Gehalt an freier Säure im Bereich von 0 bis 2,5 Punkten und einen Gehalt an Gesamtsäure im Bereich von 15 bis 30 Punkten aufweist,7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the phosphating solution has a pH in the range from 2.5 to 3.8, a free acid content in the range from 0 to 2.5 points and a content of total acid in the range of 15 to 30 points,
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine weitere für die Phosphatierung charakteristische Parameter ausgewählt ist aus: dem Material oder der Materialmischung der Metalloberfläche, dem Erwartungswert für die Gesamtgröße der Metalloberfläche, die zwischen dem gerade erfolgten Teilschritt b) und der nächsten vorgesehenen Ausführung des8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the at least one further parameter characteristic of the phosphating is selected from: the material or the material mixture of the metal surface, the expected value for the total size of the metal surface, between the straight Sub-step b) and the next planned execution of the
Teilschritts b) mit der Phosphatierlösung in Kontakt gebracht werden wird, dem pH-Wert der Phosphatierlösung, der Temperatur der Phosphatierlösung, der Geschwindigkeit, mit der sich die Phosphatierlösung bei einem Tauch- oderSub-step b) will be brought into contact with the phosphating solution, the pH of the phosphating solution, the temperature of the phosphating solution, the speed at which the phosphating solution is immersed or
Flutverfahren relativ zur Metalloberfläche bewegt, dem Druck, mit dem die Phosphatierlösung im Falle eines Spritzverfahrens auf dieFlood process moves relative to the metal surface, the pressure with which the phosphating solution in the case of a spray process on the
Metalloberfläche aufgespritzt wird, der Zeitdauer, für die die Phosphatierlösung mit der Metalloberfläche in Kontakt ist, dem Gehalt der Phosphatierlösung an freier Säure, dem Gehalt der Phosphatierlösung an Gesamtsäure , dem Gehalt der Phosphatierlösung an Phosphationen, dem Gehalt der Phosphatierlösung an Zinkionen, dem Gehalt der Phosphatierlösung an einem oder mehreren der zusätzlichenMetal surface is sprayed, the length of time for which the phosphating solution is in contact with the metal surface, the free acid content of the phosphating solution, the total acid content of the phosphating solution, the phosphate ion content of the phosphating solution, the zinc ion content of the phosphating solution, the content of the Phosphating solution on one or more of the additional
Bestandteile gemäß Anspruch 4, dem Gehalt der Phosphatierlösung an einem oder mehreren anderen Beschleunigern als dem im Teilschritt b) bestimmten Beschleuniger.Components according to claim 4, the content of the phosphating solution in one or more accelerators other than the accelerator determined in sub-step b).
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Start der Abfolge der Teilschritte b) bis e) durch eine manuell gegebene Anforderung erfolgt.9. The method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the start of the sequence of sub-steps b) to e) is carried out by a manually given request.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Start der Abfolge der Teilschritte b) bis e) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem zuletzt durchgeführten Teilschritt b) automatisch erfolgt.10. The method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the start of the sequence of substeps b) to e) after the expiry of a predetermined period of time after the last sub-step b) carried out automatically.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man manuell oder automatisch mindestens ein Ergebnis der Phosphatierung feststellt und bei einer Abweichung von einem zuvor festgelegten erwünschten Phosphatierergebnis manuell oder automatisch die Teilschritte b) bis e) startet.11. The method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that manually or automatically ascertaining at least one result of the phosphating and, in the event of a deviation from a previously specified desired phosphating result, manually or automatically starting the sub-steps b) to e).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß als Ergebnis der Phosphatierung eines oder mehrere der folgenden Merkmale festgestellt wird: die Farbe der Metalloberfläche nach Kontakt mit der Phosphatierlösung, die Gleichmäßigkeit der Phosphatschicht, das Schichtgewicht der Phosphatschicht, die chemische Zusammensetzung der Phosphatschicht, die mittlere Kristallgröße oder die Kristallgrößenverteilung in der Phosphatschicht, die Gestalt der Kristalle in der Phosphatschicht, die elektrische Impedanz der Phosphatschicht, die Stromkurve bei einer kathodischen Polarisationsmessung an der Phosphatschicht, die Dicke einer unter vorgegebenen Abscheidungsbedingungen auf die phosphatierte12. The method according to claim 11, characterized in that as a result of the phosphating one or more of the following features is determined: the color of the metal surface after contact with the phosphating solution, the uniformity of the phosphate layer, the layer weight of the phosphate layer, the chemical composition of the phosphate layer, the average crystal size or the crystal size distribution in the phosphate layer, the shape of the crystals in the phosphate layer, the electrical impedance of the phosphate layer, the current curve during a cathodic polarization measurement on the phosphate layer, the thickness of a phosphate layer under predetermined deposition conditions
Metalloberfläche abgeschiedenen Schicht eines kathodischen Elektrotauchlacks, das Verhalten der mit einem Lack überzogenen Phosphatschicht bei einemMetal surface deposited layer of a cathodic electrodeposition lacquer, the behavior of the phosphate layer coated with a lacquer in a
Lackhaftungs- und/oder Korrosionsschutztest, das elektrische Verlustpotential des Substrats in der Phosphatierlösung.Paint adhesion and / or corrosion protection test, the electrical loss potential of the substrate in the phosphating solution.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich die Trübung oder den Schlammgehalt der Phosphatierlösung bestimmt und im Teilschritt e) den (ausgewählten) Beschleuniger umso langsamer in das Phosphatierbad dosiert, je größer die Trübung oder der Schlammgehalt sind. 13. The method according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that in addition the turbidity or the sludge content of the phosphating solution is determined and in step e) the (selected) accelerator is metered into the phosphating bath more slowly, the greater the turbidity or Are sludge content.
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