Композиция для формирования адгезионного титансодержащего покрытия на стальной или алюминиевой поверхности и способ её нанесения

Изобретение относится к области защиты от коррозии стальных или алюминиевых поверхностей. Предложена композиция для формирования защитного титансодержащего покрытия на стальной или алюминиевой поверхности перед нанесением лакокрасочного покрытия, содержащая следующие компоненты: гексафтортитановая кислота 0,1-0,25%, никель азотнокислый (в пересчете на металл) 0,002-0,016%, парамолибдат аммония 0,01-0,04%, винная кислота 0,02-0,04%, остальное - вода. Также предложен способ формирования защитного титансодержащего покрытия, включающий обработку стальной или алюминиевой поверхности в течение 0,5-5,0 мин упомянутой композицией при рН 4,3-5,0 и температуре 20-40°С композиции, и последующую сушку при температуре 180-200°С в течение 5-15 мин. Изобретения позволяют получить на стальной или алюминиевой поверхности защитные титансодержащие покрытия, обладающие высокой коррозионной стойкостью и улучшающие адгезию с последующим лакокрасочным покрытием, а также обеспечивают предотвращение загрязнения рабочего раствора ионами тяжелых металлов. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 7 пр.

 

Изобретение относится к области защиты от коррозии стальных или алюминиевых изделий с помощью композиции, нанесение которой обеспечивает формирование защитного адгезионного титансодержащего слоя на металлической поверхности перед последующим нанесением лакокрасочного покрытия.

Известны способы формирования защитного адгезионного титансодержащего слоя на стальной, оцинкованной, алюминиевой поверхностях с использованием композиций на основе гексафтортитановой кислоты. Однако предлагаемые композиции, помимо гексафтортитановой кислоты, дополнительно содержат гексафторциркониевую кислоту, органические и неорганические кислоты. Например, в патенте CN103668154 A (кл. C23C 22/34, 2014) описан способ формирования защитных адгезионных покрытий с применением композиции, содержащей в процентах по массе гексафтортитановую кислоту (4,5-5%), гексафторциркониевую кислоту (4,5-6,5%), дубильную кислоту (0,1-1%), 65%-ную азотную кислоту (0,1-0,5%), фитиновую кислоту (0,1-0,5%), лимонную кислоту (0,1-0,5%), фтористоводородную кислоту (0,1-1%), никель азотнокислый (2-3%), бикарбонат аммония от (4-6%) и воду.

К недостаткам данных способов относится использование растворов с большим количеством компонентов – не менее 9, кроме того, присутствие азотной и фтористоводородной кислот в композиции приводит к подтравливанию металлической поверхности в процессе эксплуатации растворов и загрязнению ионами тяжелых металлов, что затрудняет очистку стоков.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является композиция, описанная в патенте CN103276384 A (кл.C23C 22/44, 2013) (прототип). Композиция для формирования защитного адгезионного титансодержащего слоя на стальной, алюминиевой или оцинкованной поверхности состоит из двух предварительно приготовленных растворов - главного и вспомогательного, которые затем смешиваются. Главный раствор в процентах по массе содержит гексафтортитановую кислоту (0,05-0,15%), гексафторциркониевую кислоту (1-4,5%), дубильную кислоту (0,05-0,15%), 65%-ную азотную кислоту (0,05-0,3%), фитиновую кислоту (0,1-0,3%), фтористоводородную кислоту (0,05-0,3%), 1,2-бис-(триэтоксисилил)этан (0,05-0,2%), промышленный спирт (1-5%) и воду. Вспомогательный раствор в процентах по массе содержит триэтаноламин (0,1-2,5%), полиэтиленгликоль (0,1-2,5%), бикарбонат аммония (1-10%), молибдат аммония (0,1-1,5%), пеногаситель (1-2%) и воду.

К недостаткам данной композиции относится большое число компонентов – не менее 13, обязательное присутствие регуляторов кислотности, стабилизаторов и выравнивающих добавок, что неблагоприятно сказывается на качестве защитных покрытий и ухудшает адгезию последующего лакокрасочного покрытия. Присутствие азотной и фтористоводородной кислот в композиции приводит к подтравливанию металлической поверхности в процессе эксплуатации растворов и к загрязнению ионами тяжелых металлов, затрудняя очистку промышленных стоков. Кроме того, раствор требует частых корректировок по компонентам.

Поэтому предлагаемые растворы для формирования титансодержащих защитных покрытий на стали или алюминии не удовлетворяют требованиям по коррозионной стойкости, а многокомпонентность усложняет практическое применение данной композиции в качестве альтернативы композициям фосфатиривания и хроматирования.

Технической задачей изобретения является предотвращение загрязнения рабочего раствора ионами тяжелых металлов, улучшение коррозионной стойкости титансодержащих слоев при сохранении адгезии лакокрасочного покрытия.

Поставленная задача достигается разработкой композиции для формирования защитного адгезионного титансодержащего покрытия на стальной и алюминиевой поверхности, включающей гексафтортитановую кислоту, никель азотнокислый, парамолибдат аммония и винную кислоту при следующем соотношении компонентов, %:

гексафтортитановая кислота – 0,1-0,25;

никель азотнокислый (в пересчете на металл) – 0,002-0,016;

парамолибдат аммония – 0,01-0,04;

винная кислота – 0,02-0,04;

вода – остальное.

Разработанной композицией обрабатывают стальную или алюминиевую поверхность при температуре раствора 20-40°С и рН от 4,3 до 5,0 в течение 0,5-5 минут с последующей сушкой при температуре 180-200°С в течение 5-15 минут.

Сформированные на стальной или алюминиевой поверхности защитные адгезионные титансодержащие покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью и улучшают адгезию последующего лакокрасочного покрытия, так как в процессе осаждения титансодержащего покрытия на стальную основу гексафтортитановая кислота гидролизуется с образованием оксида титана (TiO₂), осадки которого адсорбируются поначалу на поверхности контактно выделившегося никеля, затем разрастаются, образуя на стальной основе сплошную пленку.

На поверхности алюминия происходит образование оксифторидов алюминия и титана, которые, поначалу адсорбируются на поверхности контактно выделившегося никеля, затем разрастаются, образуя сплошную плёнку.

Образующаяся пленка на поверхности стали и алюминия препятствует проникновению воды и хлорид ионов.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Добавляют 1,5 г гексафтортитановой кислоты H₂TiF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,12 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂x6H₂O (в пересчете на металл), 0,3 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄x4Н₂О и 0,3 г/л винной кислоты C₄H₆O₆. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра раствора. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные или алюминиевые изделия в течение 2 мин при температуре раствора 20°С, затем сушат при температуре 150°С 5 мин. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Пример 2

Добавляют 0,5 г гексафтортитановой кислоты H₂TiF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,01 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂x6H₂O (в пересчете на металл), 0,05 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄x4Н₂О и 0,3 г/л винной кислоты C₄H₆O₆. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра раствора. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные или алюминиевые изделия в течение 1 мин при температуре раствора 20°С, затем сушат при температуре 150°С 5 мин. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Пример 3

Добавляют 3 г гексафтортитановой кислоты H₂TiF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,3 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂x6H₂O (в пересчете на металл), 0,5 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄x4Н₂О и 0,5 г/л винной кислоты C₄H₆O₆. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра раствора. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные или алюминиевые изделия в течение 1 мин при температуре раствора 20°С, затем сушат при температуре 150°С 5 мин. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Пример 4

Добавляют 2 г гексафтортитановой кислоты H₂TiF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,16 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂x6H₂O (в пересчете на металл), 0,4 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄x4Н₂О и 0,4 г/л винной кислоты C₄H₆O₆. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра раствора. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные или алюминиевые изделия в течение 3 мин при температуре раствора 20°С, затем сушат при температуре 200°С 5 мин. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Пример 5

Добавляют 1 г гексафтортитановой кислоты H₂TiF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,02 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂x6H₂O (в пересчете на металл), 0,1 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄x4Н₂О и 0,2 г/л винной кислоты C₄H₆O₆. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра раствора. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные или алюминиевые изделия в течение 10 мин при температуре раствора 60°С, затем сушат при температуре 200°С 5 мин. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Пример 6

Добавляют 2 г гексафтортитановой кислоты H₂TiF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,16 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂x6H₂O (в пересчете на металл), 0,4 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄x4Н₂О и 0,4 г/л винной кислоты C₄H₆O₆. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра раствора. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные или алюминиевые изделия в течение 3 мин при температуре раствора 40°С, затем сушат при температуре 180°С 5 мин. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Пример 7

Добавляют 1 г гексафтортитановой кислоты H₂TiF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,02 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂x6H₂O (в пересчете на металл), 0,1 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄x4Н₂О и 0,2 г/л винной кислоты C₄H₆O₆. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра раствора. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные или алюминиевые изделия в течение 0,5 мин при температуре раствора 40°С, затем сушат при температуре 180°С 5 мин. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Композиция для формирования титансодержащих покрытий и свойства покрытий приведены в таблице 1.

Коррозионные испытания получаемых титансодержащих покрытий в сочетании с лакокрасочным покрытием проводят в соответствии с ГОСТ 9.403-80 ЕСЗКС «Покрытия лакокрасочные. Методы испытаний на стойкость к статическому воздействию жидкостей», испытания на адгезию – в соответствии с ГОСТ 15140-78 «Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии».

Как видно из примеров, предлагаемая композиция для формирования защитного адгезионного титансодержащего покрытия на стальных или алюминиевых изделиях по сравнению с прототипом содержат не более 4-х компонентов. В композиции отсутствуют азотная и фтористоводородная кислоты, сложные органические вещества, а также пеногасители и ингибиторы травления металла, поэтому в процессе эксплуатации не требуется частые корректировки по компонентам и по рН раствора, отсутствуют загрязнения ионами тяжелых металлов рабочего раствора и промышленных стоков. Кроме того, достигается улучшенная коррозионная стойкость титансодержащих слоев при сохранении адгезии лакокрасочного покрытия: ширина распространения коррозии от надреза 0,1 – 0,2 мм, адгезия – 0 баллов. Предлагаемая композиция может быть использована в качестве альтернативы композициям фосфатиривания и хроматирования.

1. Способ формирования защитного титансодержащего покрытия перед нанесением лакокрасочного покрытия на стальную или алюминиевую поверхность, включающий обработку поверхности в течение 0,5-5,0 мин композицией для формирования защитного титансодержащего покрытия, содержащей следующие компоненты, %:

гексафтортитановая кислота	0,1-0,25
никель азотнокислый (в пересчете на металл)	0,002-0,016
парамолибдат аммония	0,01-0,04
винная кислота	0,02-0,04
вода	остальное,

при рН 4,3-5,0 и температуре 20-40°С композиции, и последующую сушку при температуре 180-200°С в течение 5-15 мин.

2. Композиция для формирования защитного титансодержащего покрытия перед нанесением лакокрасочного покрытия на стальную или алюминиевую поверхность, включающая гексафтортитановую кислоту, никель азотнокислый, парамолибдат аммония и винную кислоту при следующем содержании компонентов, %:

гексафтортитановая кислота	0,1-0,25
никель азотнокислый (в пересчете на металл)	0,002-0,016
парамолибдат аммония	0,01-0,04
винная кислота	0,02-0,04
вода	остальное