Раствор для одновременного обезжиривания и фосфатирования

 

Изобретение относится к химическим методам обработки металлов, в частности к водным растворам обезжиривания и фосфатирования, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства при проведении окрасочных работ. Раствор для одновременного обезжиривания и фосфатирования металлических поверхностей, содержащий нитрат-ионы, воду и фосфатсодержащий компонент дополнительно содержит оксиэтилированные моноалкилфенолы на основе тримеров пропилена, выбранных из группы Неонол АФ 9/10, Неонол АФ 9-12, марки А, а в качестве фосфатсодержащего компонента он содержит смесь экстракционной фосфорной кислоты и жидких комплексных удобрений в соотношении 1:2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: смесь экстракционной фосфорной кислоты и жидких комплексных удобрений в соотношении 1:2 ( в пересчете на P₂O₅) - 0,49-1,2 нитрат ионы - 0,02-0,08 оксиэтилированные моноалкилфенолы на основе тримеров пропилена, выбранных из группы Неонол АФ 9-10, Неонол АФ 9-12, марки А - 0,004-0,015 вода - остальное.

Экстракционная фосфорная кислота имеет следующий состав, мас.%: фосфат-ионы (в пересчете на P₂O₅) - 50-54 сульфатная сера (в перерасчете на SO₃) - 0,8-4,2 ионы кальция (в перерасчете на CaO) - 0,2-0,4 ионы железа ( в перерасчете на Fe₂O₃) - 0,03-1,3 ионы алюминия (в перерасчете на Al₂O₃) - 0,3-1,3
ионы магния (в перерасчете на MgO) - 0,08-0,1
ионы фтора - 0,5-2,0
силикат ионы (в перерасчете на Si O₂) - 0,1-0,4
вода - остальное.

1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к химическим методам обработки металлов, в частности к водным растворам обезжиривания и фосфатирования, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства при проведении окрасочных работ.

Известен раствор для одновременного обезжиривания и фосфатирования металлических поверхностей [1] содержащий, мас.

монофосфат натрия 13
поверхностно-активные вещества производные окиси этилена-мергитоль 0,65
этилтриэтиленгликоль или гексиленгликоль 4,5
мягкая вода (жесткость 0^o) 81,85
Недостатком данного раствора являются низкие физико-механические свойства комплексных покрытий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является раствор для одновременного обезжиривания и фосфатирования [2] содержащий, мас.

оксиэтилендифосфоновая кислота 0,5-20,0
нитрат натрия 0,5-40,0
смачиватель 0,5-8,0
вода остальное.

Недостатком данного раствора является низкая морозоустойчивость, а также невозможность обработки алюминиевых поверхностей.

Задачей данного изобретения является создание морозоустойчивого раствора для формирования покрытия с высокими физико-механическими показателями на стальной и алюминиевой поверхности.

Поставленная задача достигается тем, что раствор для одновременного обезжиривания и фосфатирования металлических поверхностей, содержащий нитрат-ионы, воду и фосфатсодержащий компонент, дополнительно содержит оксиэтилированные моноалкилфенолы на основе тримеров пропилена, выбранных из групп Неонол АФ 9-10, Неонол АФ 9-12, марки А, а в качестве фосфатсодержащего компонента он содержит смесь экстракционной фосфорной кислоты и жидких комплексных удобрений в соотношении 1:2, при следующем соотношении компонентов, мас%
смесь экстракционной фосфорной кислоты и жидких комплексных удобрений в соотношении 1:2 (в перерасчете на P₂O₅ 0,49-1,2
нитрат-ионы (NO^-₃) 0,02-0,08
оксиэтилированные моноалкилфенолы на основе тримеров пропилена, выбранных из группы Неонол АФ 9-10, Неонол АФ 9-12, марки А 0,004-0,015
вода остальное.

Экстракционная фосфорная кислота имеет следующий состав: мас.

фосфат-ионы ( в пересчете на P₂O₅ 50-54
cульфатная сера ( в пересчете на SO₃) 0,8-4,2
ионы кальция (в пересчете на CaO) 0,2-0,4
ионы железа (в пересчете на Fe₂O₃ 0,3-1,3
ионы алюминия (в пересчете на Al₂O₃) 0,3-1,3
ионы магния (в пересчете на MgO) 0,008/0,1
ионы фтора 0,5-2,0
силикат-ионы (в пересчете на SiO₂) 0,1-0,4
вода остальное.

Жидкие комплексные удобрения представляют собой раствор фосфатов и полифосфатов аммония. Жидкие комплексные удобрения используются марки 10-34 со следующим составом компонентов: полиформы P₂O₅,
орто 8,7
пиро 12,3
триполи 8,0
тетраполи 5,4
содержание азота 10,0%
ионы железа ( в пересчете на Fe₂O₃) 0,34-0,35%
ионы алюминия (в пересчете на Al₂O₃) 0,5-0,55%
Введение в раствор фосфатсодержащего компонента в виде смеси экстракционной фосфорной кислоты и жидких комплексных удобрений позволяет одновременно обрабатывать стальные и алюминиевые поверхности и получать комплексные лакокрасочные покрытия с высокими физико-механическими свойствами.

Оксиэтилированные алкилфенолы на основе тримеров пропилена представляют собой техническую смесь полигликолевых эфиров моноалкилфенолов следующего состава: R C₆H₄O(C₂H₄O)n H, где
R разветвленный алкильный радикал;
n количество молей окиси этилена, приходящиеся на 1 моль алкилфенолов (степень оксиэтилирования).

Для Неонола АФ 9-10 и Неонола АФ 9-12 марки А степень оксиэтилирования в среднем составляет 10 и 12 соответственно.

Введение в раствор оксиэтилированных моноалкилфенолов на основе тримеров пропилена позволяет повысить морозоустойчивость состава, обеспечивает равномерное распределение раствора на обрабатываемых стальных и алюминиевых поверхностях.

Способ приготовления раствора.

Фосфатирующий раствор готовят из концентрированных растворов (фосфатирующих концентратов), которые получают, например, смешением водного раствора экстракционной фосфорной кислоты с жидкими комплексными удобрениями и азотной кислотой с последующим растворением поверхностно -активных веществ. Компоненты смешивают в различных соотношениях, позволяющих корректировать раствор при выработке до величины pH 3,5-4,5.

Из приготовленных фосфатирующих концентратов готовят рабочие растворы.

Следующие примеры поясняют суть изобретения.

Все испытания проводят на образцах холоднокатаной стали 08КП (ГОСТ 16528-70) размером 70 x 150 мм, толщиной 0,8-0,9 мм и алюминия марки А-О. Подготовку поверхности образцов с применением фосфатирующих растворов и раствора прототипа для всех примеров проводят по схеме:
1. Одновременное обезжиривание и фосфатирование на лабораторной установке подготовленными растворами:
температура раствора 60^oC
время 3 мин
давление 0,8-1,2 атм
2. Промывка водопроводной проточной водой
температура 20±2^oC
время 1 мин
3. Пассивация в хромовокислом растворе окунанием:
концентрация CrO₃ 0,25 г/дм³
pH раствора 4,5
температура 40^oC
время 2 мин
4. Сушка
температура 100 ^oC
время 2 мин
Перед проведением испытаний фосфатированные образцы грунтуют методом анодного электроосаждения грунтовкой ВК-0207 ТУ 6-10-1654-83. Для испытаний отбирают пластинки с толщиной слоя грунтовки 24 мкм.

Физико-механические свойства растворов и покрытий определяют следующим образом:
морозоустойчивость состав по количеству циклов замерзание-оттаивание без нарушения гомогенности раствора;
эластичность по ОСТ 6-10-411-77;
массу фосфатного слоя и массу стравленного металла гравиметрическим методом по ГОСТ 9.402-80;
адгезию методом решетчатых надрезов по ГОСТ 15140-78;
прочность при ударе по ГОСТ 4763-75.

В табл. 1 приведены составы и свойства растворов предлагаемых и по прототипу.

В табл. 2 приведены физико-механические свойства покрытий, полученных в предлагаемых растворах и по прототипу.

Пример 19 характеризует свойства раствора прототипа и покрытий, полученных в нем.

Пример 20 характеризует свойства предлагаемого раствора и покрытий при наличии фосфатсодержащего компонента в виде экстракционной фосфорной кислоты.

Пример 21 характеризует свойство предлагаемого раствора и покрытий при введении фосфатсодержащего компонента в виде ортофосфорной кислоты и жидких комплексных удобрений в соотношении 1:2 с дополнительным введением фторид-иона для совмещенной обработки стальной и алюминевой поверхности.

Раствор прототипа имеет следующий состав, мас.

оксиэтилендифосфоновая кислота 10
нитрат натрия 20
смачиватель 4
вода остальное.

При анализе полученных экспериментальных данных видно, что при содержании P₂O₅, NO^-₃ оксиэтилированных моноалкилфенолов на основе тримеров пропилена выше и ниже заявленной концентрации ( примеры 4, 8, 9, 13, 14, 18), растворы обладают низкой морозоустойчивостью, комплексные лакокрасочные покрытия имеют низкие физико-механические свойства.

Примерами 19-21 подтверждается, что при обработке металлических поверхностей в составах, отличных от предлагаемого, комплексные лакокрасочные покрытия на алюминевых поверхностях получаются с низкими физико-механическими свойствами, растворы обладают низкой морозоустойчивостью.

При введении ионов фтора в раствор прототипа при замерзании системы наблюдается выпадение осадка.

Таким образом, применение предлагаемого раствора для одновременного обезжиривания и фосфатирования металлических поверхностей обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:
получение фосфатных покрытий из одного раствора на стальной и алюминиевой поверхности;
сохранение высоких физико -механических показателей систем покрытия;
исключение из состава раствора дорогостоящего молибдата аммония;
создание морозоустойчивого раствора.

Формула изобретения

1. Раствор для одновременного обезжиривания и фосфатирования металлических поверхностей, содержащий нитрат-ионы, воду и фосфатсодержащий компонент, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксиэтилированные моноалкилфенолы на основе тримеров пропилена, выбранных из группы Неонол АФ 9-10, Неонол АФ 9-12, марки А, а в качестве фосфатсодержащего компонента - смесь экстракционной фосфорной кислоты и жидких комплексных удобрений в соотношении 1:2 при следующем соотношении компонентов, мас.

Смесь экстракционной фосфорной кислоты и жидких комплексных удобрений в соотношении 1:2 (в пересчете на P₂О₅) 0,49 1,2
Нитрат-ионы 0,02 0,08
Оксиэтилированные моноалкилфенолы на основе тримеров пропилена, выбранных из группы Неонол АФ 9-10, Неонол АФ 9-12, марки А 0,004 0,015
Вода Остальное
2. Раствор по п.1, отличающийся тем, что он содержит экстракционную фосфорную кислоту следующего состава, мас.

Фосфат-ионы (в пересчете на P₂O₅) 50 54
Сульфатная сера (в пересчете на SO₃) 0,8 4,2
Ионы кальция (в пересчете на СаО) 0,2 0,4
Ионы железа (в пересчете на Fe₂О₃) 0,3 1,3
Ионы алюминия (в пересчете на Al₂O₃) 0,3 1,3
Ионы магния (в пересчете на MgO) 0,08 0,1
Ионы фтора 0,5 2,0
Силикат ионы (в пересчете на SiO₂) 0,1 0,4
Вода Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2