DE974365C

DE974365C - Verfahren zur Aufbringung von Phosphatueberzuegen

Info

Publication number: DE974365C
Application number: DEM13967A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Keller; Heinrich Kopp; Hellmut Dr-Ing Ley
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1952-05-05
Filing date: 1952-05-06
Publication date: 1960-12-01

Description

AUSGEGEBEN AM 1. DEZEMBER 1960

M 13967 VI/48d

Beim Phosphatieren in heißen Phosphatierungslösungen wirkt sich die erhöhte Temperatur beim Eintauchen der zu phosphatierenden Gegenstände immer erst nach einer gewissen Zeit aus, die diese Gegenstände zu ihrer Aufheizung benötigen. Man hat daher, um die gesamte für die Phosphatierung erforderliche Zeit abzukürzen, bereits so verfahren, daß man die Gegenstände in einem heißen Vorspülbad behandelt und sie auf diese Weise erwärmt in die Phosphatierungslösung eingebracht werden.

Andererseits ist die Phosphatierung dann besonders vorteilhaft, wenn die zu behandelnde Oberfläche möglichst metallisch rein ist. Um solche metallisch reinen Oberflächen zu erhalten, hat man in verschiedenen Vorbehandlungsstufen die Gegenstände entrostet, entfettet und gegebenenfalls vorgespült, wenn durch diese Behandlungsarten Rückstände auf der Oberfläche verblieben sind.

Es war auch ein Verfahren bekannt, bei dem Gegenstände, die zu groß sind, um in einem Bad -untergebracht zu werden, oder die sich bereits an Ort und Stelle befinden, wie beispielsweise Brücken, Schiffskörper u. a. m., stellenweise, etwa mit einem Gebläse oder einer Lötflamme, auf hohe Temperatur, beispielsweise 150 bis 200° C, erhitzt werden, worauf dann ein Gemisch aus Phosphorsäure, Eisenchlorid, telluriger Säure oder einer anderen reduzierend wirkenden Säure, vorzugsweise in Form einer warmen Lösung, mit Bürsten an die betreffende Stelle aufgetragen wird, bis sich eine bestimmte Färbung zeigt.

Es wurde nun gefunden, daß die Phosphatierung besonders günstig verläuft, wenn man auf den zu phosphatierenden Gegenständen durch Glühen in reduzierender Atmosphäre eine metallisch reine Oberfläche erzeugt, die Gegenstände in Schutzgasatmosphäre auf Temperaturen von 100 bis 400⁰C,

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vorzugsweise 200 bis 300⁰C, abkühlt und dann mit der Phosphatierungslösung in Berührung bringt, beispielsweise durch Tauchen oder Spritzen. Das reduzierende Glühen zur Reinigung der Oberfläche ist an sich bekannt. Die Art der Glühung richtet sich danach, wie die zu reinigenden Teile beschaffen sind. Bei verzunderten Teilen wird reduzierend geglüht und anschließend unmittelbar nach Abkühlung unter Schutzgas mit der Phosphatierungslösung in Tauch- oder Spritzverfahren behandelt. Handelt es sich dagegen um fettige Teile, dann wird vorzugsweise zunächst oxydierend geglüht, um die Fettschicht zu verbrennen. Anschließend wird durch reduzierende Glühung die gebildete Oxydschicht reduziert und anschließend unmittelbar nach Abkühlung in Schutzgasatmosphäre mit der Phosphatierungslösung behandelt.

Handelt es sich um stark beschmutzte fettige Teile, so ist es auch möglich, nach vorangegangener Reinigung, gegebenenfalls Entfettung nach bekannten Verfahren, die Glühung zur Herstellung einer metallisch reinen Oberfläche anzuschließen, wobei vor dem Einbringen in die Phosphatierungslösung in reduzierender Atmosphäre eine metallisch reine Oberfläche erzeugt und die Gegenstände in Schutzgasatmosphäre auf Temperaturen von 100 bis 400⁰C abgekühlt werden.

Die Phosphatierungslösung kann sowohl kalt eingesetzt werden und erhitzt sich dann beim oder nach dem Einbringen der ersten zu phosphatierenden Teile. Vorzugsweise verwendet man jedoch von vornherein eine erhitzte Lösung, und zwar eine Lösung, die in ihrer Zusammensetzung so eingestellt ist, daß sie bei Siedetemperatur zur Schichtbildung führt. Da die zu phosphatierenden Teile vorzugsweise mit einer die Temperatur der Lösung übersteigenden Temperatur in diese eintreten, ist das mehr als bei anderen Phosphatierungsverfahren verdampfende Wasser laufend zu ergänzen, um die Konzentration der Lösung aufrechtzuerhalten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht die Gefahr der Aufwirbelung des Schlammes deshalb nicht, weil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Sieden der Lösung nur an den Werkstücken erfolgt, während die übrige Lösung, insbesondere die mit dem Schlamm in Berührung stehende Lösung am Boden des Behälters, nicht zum Sieden kommt. Durch die Beheizung vom Werkstück aus besteht also kaum die Gefahr, daß die gesamte Lösung ins Sieden gebracht wird, so daß der Schlamm auch nicht aufgewirbelt werden kann. Im Gegenteil, es besteht sogar ein Vorteil der Beheizung vom Gegenstand aus darin, daß mit heißen Lösungen gearbeitet werden kann, ohne daß eine Verkrustungsgefahr für Heizregister besteht, da solche bei diesen Bädern nicht erforderlich sind.

Bei vielen Phosphatierungssystemen besteht eine Abhängigkeit desp_H-Wertes von der Arbeitstemperatur. Daneben gibt es auch neue Systeme, bei denen eine solche Abhängigkeit nicht besteht. Bei letzteren kann daher von vornherein ein Unbrauchbarwerden durch Verlassen des Gleichgewichtszustandes nicht eintreten. Bei den temperaturabhängigen Bändern kann man durch die erforderliche Zuführung des verdunsteten Wassers zur Aufrechterhaltung der Lösungskonzentration "schon eine Temperaturregulierung vor- nehmen. Andererseits ist die Gefahr des Unbrauchbarwerdens der Phosphatierungslösungen deshalb nicht gegeben, weil man den p_H-Wert nach einer niedrigen oder mittleren Temperatur, die nicht unterschritten wird, einstellen kann und eine Überschreitung dieser Temperatur schlimmstenfalls zur Schlammbildung führt, wodurch sich automatisch der p_H-Wert auf den Gleichgewichtswert einstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat nicht nur den Vorteil, daß eine Warmhaltung der Phosphatierungslösung durch zusätzliche Heizung nicht erforderlich ist, sondern auch, daß die Schichtbildung auf der durch Glühen in reduzierender Atmosphäre erzeugten metalllisch reinen Oberfläche außerordentlich beschleunigt ist und daß man Phosphatschichten erhält, die in ihrer Korrosionsschutzwirkung und in ihrer Dichte wesentlich besser sind als bei Anwendung der gleichen Phosphatierungslösungen in der üblichen, bekannten W^Teise auf die gleichen Werkstoffe.

Phosphatiert man beispielsweise Bleche der Qualität St VIII/C 23 t mit Hilfe einer Phosphatierungslösung, die im Liter 13 g P₂O₅,11,5 gZink und 14 g N O₃ enthält und bringt dabei das mit Trichloräthylen entfettete, rostfreie kalte Blech in das auf etwa ioo° C erhitzte Phosphatierungsbad, so erhält man nach 5 Minuten einen Phosphatüberzug, der mit Rostschutzöl fixiert, bei der bekannten Korrosionsprüfung im Salzsprühgerät (3°/o NaCl) nach 92 Stunden die Benotung 12 erhält. (Bezüglich dieser Benotung vgl. W. Machu: »Die Phosphatierung«, Wissenschaftliche Grundlagen und Technik, Verlag Chemie GmbH., 1950, S. 291. Hiernach wird das Korrosionsverhalten mit den Noten ι bis 15 bezeichnet, wobei die Noten 1 bis 5 Flugrost, 6 bis 10 Anrostung und 11 bis 15 Verrostung in zunehmendem Maße bedeuten.)

Nimmt man die Phosphatierung jedoch gemäß Erfindung so vor, daß das Stahlblech zunächst zwecks Entfettung oxydierend geglüht, dann zur Entfernung der Zunderhaut reduzierend geglüht, in einer Schutzgasatmosphäre auf 400⁰C abgekühlt und anschließend in die gleiche Phosphatierungslösung eingebracht wird, so erhält man bereits nach 1 Minute einen Phosphatüberzug, der bei der gleichen Korrosionsprüfung die Benotung 6 erhält. Verwendet man als Phosphatierungslösung eine Lösung mit Chlorat als Beschleuniger, die im Liter enthält: 10 g P₂O₅, 2,7 g Zink, 6 g ClO₃, so würden nach den seitherigen Verfahren Korrosionsschutzwerte von der Note 14 erhalten, während mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Korrosionsschutzwerte der Note 1 erhalten werden konnten. Läßt man die korrodierenden Einflüsse auf unfixierte Bleche einwirken, so erhält man nach Stunden im Falle der bekannten Vorbehandlung einen Korrosionsschutzwert der Note 10 und in der gleichen Zeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einen Korrosionsschutzwert Note 4.

Die gleiche Güte der Phosphatschicht erhält man auch dann, wenn man unter Schutzgas auch noch weiter abkühlt und beispielsweise bei Temperaturen von 100⁰C den Gegenstand in die heiße Phosphatierungslösung einbringt. Die Korrosionsschutzwerte

sind beispielsweise bei der angegebenen Phosphatierungslösung mit Nitratgehalt mit Fixierung Note 12 gegen Note 6, unfixiert Note 10 gegen Note 5 bei obigen Prüfzeiten von 92 bzw. 3 Stunden im SaIzsprühgerät.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nicht nur darin, daß die Ausbildung der Phosphatschicht beschleunigt und der mit ihr erzielte Korrosionsschutz verbessert wird, sondern die Schichten sind auch für die spanlose Verformung besonders gut geeignet. Es ist daher möglich, beispielsweise Drahtbunde oder Rohre, die gezogen werden sollen, in reduzierender Atmosphäre weichzuglühen und im Schutzgas auf beispielsweise 200⁰C abkühlen zu lassen und anschließend in die heiße Phosphatierungslösung einzubringen. In diesem Falle erhält man zusätzlich den Vorteil des kontinuierlichen Arbeitens, da man das Weichglühen und das Vorbereiten für die Phosphatierung in einem Arbeitsgang durchführen kann.

Es ist bereits bekannt, Phosphatierungslösungen als Abschreckmittel für erhitzte Metalle zu verwenden. Hierbei wurden die glühend heißen Teile je nach der gewollten Abschreckwirkung in die kalte bzw. heiße Phosphatlösung eingetaucht, wobei die kalte Phosphatlösung eine bessere Abschreckwirkung, die heiße eine bessere Rostschutzwirkung herbeiführte (deutsche Patentschrift 737 025).

Dem Bekannten gegenüber handelt es sich bei der Erfindung nicht um ein Abschreckmittel, sondern um ein neuartiges Verfahren zur Phosphatierung. Gegenüber dem bekannten Verfahren wird hierbei nicht unmittelbar von der Glühtemperatur, d. h. beispielsweise 950⁰C, in die Phosphatierungslösung gegangen, sondern es wird zunächst, falls die Glühung nicht in reduzierender Atmosphäre durchgeführt wurde, durch Glühen in reduzierender Atmosphäre eine metallisch reine Oberfläche erzeugt, in Schutzgasatmosphäre abgekühlt und bei 100 bis 400⁰ C mit der Phosphatierungslösung behandelt. Dies hat den Vorteil, daß keine Härtung der Gegenstände eintritt und die Ausbildung der Phosphatschicht noch wesentlich verbessert wird im Vergleich zu der auf den gehärteten Teilen bei dem bekannten Abschreckverfahren sich ausbildenden Schicht.

Claims

Patentansprüche.·

1. Verfahren zur Aufbringung von Phosphatschichten auf Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß auf den zu behandelnden Metallen durch Glühen in reduzierender Atmosphäre eine metallisch reine Oberfläche erzeugt wird, die Gegenstände in Schutzgasatmosphäre auf Temperaturen von 100 bis 400⁰C, vorzugsweise 200 bis 300⁰C, abgekühlt und dann mit der Phosphatierungslösung behandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst durch oxydierende Glühung entfettet, anschließend durch reduzierende Glühung entzundert und die metallisch reine Oberfläche in Schutzgasatmosphäre vor der Phosphatierung abgekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine beliebige teilweise Vorreinigung vorgeschaltet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr.

851 645.

229173, 737 025,