С 23 C 22/07
Состав для антикоррозионной обработки поверхности черных металлов
Изобретение относится к химической поверхностной обработке металлических материалов путем взаимодействия поверхности с реакционной жидкостью, продукты реакции, с которой остаются в покрытии, а именно к составам для обработки металла кислыми водными растворами, содержащими фосфаты
Известным способом снижения коррозионной активности поверхности черных металлов является фосфатирование, обеспечивающее повышение защитных свойств лакокрасочных материалов. В состав растворов для фосфатирования входят ионы цинка и фосфорной кислоты. В результате обработки на поверхности стали образуются сцементированные с ней пленка смеси гопеита Zn3(PO4)2*4H2O и фосфофиллита Zn2Fe(PO4)2*4H2O, причем увеличение доли в этой пленке фосфофиллита способствует повышению защитных свойств конверсионного покрытия. Современный технологический процесс фосфатирования весьма сложен. Он включает до 13 стадий и при его проведении образуется значительное количество сточных вод, в том числе вод, зараженных хроматами [1]. Кроме того, перед фосфатированием поверхность металла следует очистить механически от оксидов.
На основе фосфорной кислоты изготавливаются также многочисленные преобразователи или модификаторы ржавчины, в том числе на основе фосфорной кислоты и цинка: Автопреобразователь ржавчины, являющийся наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения [2]. Технология использования преобразователей ржавчины значительно проще фосфатирования, но противокоррозионная эффективность ниже.
Целью настоящего изобретения является создание высокоэффективного средства для повышения коррозионной устойчивости черных металлов, отличающегося простотой применения.
Поставленная цель достигается путем использования водной композиции включающей по меньшей мере:
-
Фосфорной кислоты 25 – 45 масс. %
-
Фосфорорганических комплексонов 0,5-15 % (ФОК)
-
Окиси цинка 1- 15%
-
Окиси меди 0,1 – 3%
-
Гидрохинона 0,01-5%
В качестве фосфорорганических комплексонов (ФОК) могут быть использованы гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ), нитрилотрисфосфоновая кислота (НТФ), глифосат, глифосин (фосфоновые кислоты на основе глицина), (2-гидрокситриметилен) - динитрилотеракис - (метилфосфоновая кислота) (ДПФ-1) и др. и /или их соли, оптимально цинковые или медные.
Окиси цинка и меди растворяются в составе в процессе его приготовления. Поэтому вместо них могут быть использованы соответствующие сплавы, например, латуни, чистые металлы, их гидроокиси или соли, например, карбонаты или нитраты. При использовании нитратов целесообразно добавлять реагенты, способствующие восстановлению нитрат-ионов до азота, например, можно добавлять мочевину.
В таблице 1 приведены конкретные примеры осуществления настоящего изобретения.
Таблица 1.
Состав композиций пригодных для целей настоящего изобретения.
-
Пример
| Содержание компонентов в композиции (масс.%) |
|
Н3PO4
|
ФОК
|
ZnO
|
CuO
| Гидрохинон |
1
|
38,5
|
0,5
|
2
|
0,5
|
0,6
|
2
|
25
|
5
|
1
|
0,1
|
0,01
|
3
|
45
|
15
|
15
|
3
|
5
|
Получение готовых композиций осуществляется путем перемешивания водных растворов и/или дисперсий соответствующих компонентов при температуре 20 – 100оС. В рецептуре по примеру 1 ФОК соответствует комплексону глифосат – H2O3PCH2NHCH2COOH, по примеру 2 – ОЭДФ, по примеру 3 – НТФ. Используемые водные растворы (дисперсии) компонентов необязательно могут содержать незначительные количества инертных примесей. Под инертными примесями в данном случае понимаются любые случайные или специально введенные в состав добавки не влияющие на достижение технического результата. Одним из примеров может являться смешивающийся с водой растворитель, например, изопропанол или ацетон.
Определение противокоррозионной активности композиций проводили следующим образом. Стальную стружку погружали на 1 – 2 сек. в испытуемый раствор, высушивали и затем помещали на бумажный фильтр, постоянно смачиваемый 3-%-ным раствором поваренной соли. Критерием коррозионной активности стали служило время до появления желтого окрашивания на поверхности фильтра. В случае стружки, смоченной 40%-ной фосфорной кислотой, такое окрашивание появлялось через 30 – 50 мин, при обработке Автопреобразователем ржавчины - через 1- 2 дня, а при использовании для обработки растворов по примерам 1, 2 или 3 время до появления желтого окрашивания на фильтре превышало 60 суток. Аналогичные результаты получаются при обработке стружки, покрытой ржавчиной.
При использовании на практике данный состав можно наносить на поверхность не только методом погружения в него изделия, но и путем распыления или кистевым нанесением. Его можно наносить как на свежий металл, так и на прокорродировавший или покрытый окалиной. Во всех случаях он обеспечивает образование на поверхности черных металлов высокоэффективной пленки конверсионного покрытия. Такая пленка по данным натурных испытаний в условиях умеренного климата способна полностью предотвращать коррозию стали в течение более чем года в условиях прямого воздействия атмосферных осадков, перепадов температур и других неблагоприятных факторов окружающей среды.
Ниже приведены примеры возможного использования состава, не исчерпывающие, однако, всех возможностей его применения. Данный состав, получивший торговую марку ЛИКФОР, можно использовать для консервации стального листа и другого металлопроката, труб, подготовки поверхности металла под окрашивание, консервации дефектов лакокрасочных и металлических покрытий, удаления ржавчины, окалины и накипи с поверхности металла и кислотостойких изделий, например, фаянса и др.
Пример 4. Использование состава для консервации металлоизделий.
Состав по примеру 1 наносят на пластины из стали 08 КП, имевшие налет ржавчины, кистью с расходом 100 г/м2.
Подготовленные пластины подвергли климатическим испытаниям на открытом воздухе в атмосфере г. Москвы.
После 1 года испытаний в условиях У-1 покрытие не имело следов ржавчины.
Пример 5. Использование состава для подготовки поверхности под окрашивание.
Состав по примеру 1 наносят на пластины из стали 08 КП, имевшие налет ржавчины, кистью с расходом 50 г/м2, высушивают, промывают водопроводной водой, снова высушивают и наносят слой грунтовки ФЛ-03-к с расходом 150 г/м2, а затем два слоя эмали ХВ-16 с расходом 200 г/м2 на один слой с промежуточной сушкой слоев в течение 24 часов.
Окрашенные пластины подвергли ускоренным климатическим испытаниям в соответствии с ГОСТ 9.074-84 (Метод А - имитация условий У-1 по ГОСТ 9.104.79). После 30 циклов испытаний покрытие не имело дефектов, что позволяет прогнозировать срок его службы в реальных условиях У-1 на уровне, превышающем 4 года.
В отличие от известных преобразователей ржавчины предлагаемый состав способен (возможно, за несколько приемов) преобразовывать в высококачественное конверсионное покрытие окалину и ржавчину практически любой толщины. Он демонстрирует избирательность. При взаимодействии с металлом, покрытым оксидами, он не затрагивает металл, на котором осаждается тонкая медная пленка, а растворяет только оксиды, превращающиеся в конверсионное покрытие черного цвета.
Такие свойства обеспечиваются за счет увеличенной скорости взаимодействия состава с оксидами. Скорость реакции состава ЛИКФОР с Fe2O3 при комнатной температуре и прочих равных условиях более, чем в 10 раз превышает скорость взаимодействия с Fe2O3 наиболее активной 40%-ной фосфорной кислоты.
Источники научно-технической информации:
1. “Prod. Finish.” 1985, 38, №9, 32 РЖХим 6К 385 (1987 г.)
2. Елисаветский А.М. «Современные тенденции и перспективы в области создания и применения модификаторов ржавчины» в кн. Тезисы докладов II Всесоюзной конференции «Окрашивание по ржавчине 86» г. Хотьково, 22-24 октября 1986 г.; Черкассы, 1986 г.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Состав для противокоррозионной обработки поверхности черных металлов, на водной основе, включающий фосфорную кислоту и цинк, отличающийся тем, что дополнительно содержит медь, гидрохинон и фосфорорганические комплексоны при следующем соотношении компонентов: фосфорная кислота 25 – 45 масс. %, фосфорорганические комплексоны 0,5-15 %; окись цинка 1- 15%; окись меди 0,1 – 3%; гидрохинон 0,01-5% от общего веса композиции.
А.Н. Левичев
Я.Л. Ускач