EP3392376A1 - Method for forming zinc phosphate coatings on metallic components in series - Google Patents
Method for forming zinc phosphate coatings on metallic components in series Download PDFInfo
- Publication number
- EP3392376A1 EP3392376A1 EP17167478.1A EP17167478A EP3392376A1 EP 3392376 A1 EP3392376 A1 EP 3392376A1 EP 17167478 A EP17167478 A EP 17167478A EP 3392376 A1 EP3392376 A1 EP 3392376A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- zinc
- activation
- mmol
- alkaline aqueous
- aqueous dispersion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING 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
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/78—Pretreatment of the material to be coated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F11/00—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
- C23F11/08—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids
- C23F11/18—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids using inorganic inhibitors
- C23F11/187—Mixtures of inorganic inhibitors
- C23F11/188—Mixtures of inorganic inhibitors containing phosphates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING 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
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
- C23C22/06—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
- C23C22/34—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides
- C23C22/36—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides containing also phosphates
- C23C22/362—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides containing also phosphates containing also zinc cations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING 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
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
- C23C22/06—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
- C23C22/34—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides
- C23C22/36—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides containing also phosphates
- C23C22/364—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides containing also phosphates containing also manganese cations
- C23C22/365—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides containing also phosphates containing also manganese cations containing also zinc and nickel cations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING 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
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/73—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals characterised by the process
Definitions
- the present invention relates to a process for zinc phosphating components comprising zinc surfaces for suppressing the formation of insoluble phosphating components loosely adhering to the surfaces of zinc, and thus further improving the adhesion of post-applied dip coatings.
- activation of the zinc surfaces by means of dispersions containing particulate hopeite, phosphophyllite, scholzite and / or hureaulite is resorted to, the proportion of particulate phosphates having to be adjusted in the activation of the amount of free fluoride and dissolved silicon in the zinc phosphating.
- the zinc phosphating is initiated with an activation of the metal surfaces of the component to be phosphated.
- the wet-chemical activation is carried out by contacting with colloidal dispersions of phosphates, which in this respect immobilized on the metal surface, serve in the subsequent phosphating as growth nuclei for the formation of a crystalline coating.
- Suitable dispersions are colloidal, mostly alkaline aqueous compositions based on phosphate crystallites, which have only small crystallographic deviations in their crystal structure from the type of zinc phosphate layer to be deposited.
- water-insoluble bi-and trivalent phosphates are also suitable as starting materials for providing a colloidal solution suitable for activating a metal surface for zinc phosphating. That's how it teaches WO 98/39498 A1 in this context, in particular bi- and trivalent phosphates of the metals Zn, Fe, Mn, Ni, Co, Ca and Al, wherein technically preferred phosphates of the metal zinc are used for activation for a subsequent zinc phosphating.
- Each type of activation has its peculiarity with respect to the phosphating to be carried out in the subsequent step, which becomes particularly significant in the treatment of components composed of a mix of different metallic materials. Closed crystalline zinc phosphate coatings can no longer be formed on steel surfaces of components activated with Jernstedt salts if, in the zinc phosphating bath, the proportion of dissolved aluminum exceeds a certain threshold value, for example in the case of components having a high aluminum content WO 98/39498 A1 must be avoided. Such activation also provides the advantage of being compared For activation with Jernstedt salts thinner and more corrosion-resistant phosphate coatings on the aluminum surfaces can be achieved.
- This object is surprisingly achieved in that the proportion of contributing to the activation of particulate phosphates is adjusted to the amount of free fluoride and silicon in the zinc phosphating.
- the treated according to the present invention components can be any arbitrarily shaped and designed spatial structures that originate from a fabrication process, in particular also semi-finished products such as strips, sheets, rods, tubes, etc. and composite structures assembled from the aforementioned semi-finished products, wherein the semi-finished products preferably by gluing, welding and / or flanging to the composite structure are connected together.
- a component is metallic if its geometric surface is formed by at least 10% of metallic surfaces.
- galvanized steel grades according to the invention form surfaces of zinc, whereas at the cutting edges and fürschliffstellen example, an automobile body, which is made solely of galvanized steel, according to the invention surfaces of iron can be exposed.
- the components of the series which at least partially have surfaces of zinc, preferably at least 5%, based on the component surface surfaces of zinc.
- Steel grades such as hot-formed steel may also be provided with a metallic coating of aluminum and silicon several microns thick to prevent scaling and forming.
- Such a coated steel material although the base material is steel, has an aluminum surface in the context of the present invention.
- Corrosion-preventing treatment of the components in series occurs when a plurality of components are brought into contact with each other in the treatment solution provided in the respective treatment steps and usually stored in system tanks, wherein the contacting the individual components one after the other and thus separated in time takes place.
- the system tank is the container in which the pre-treatment solution is in series for the purpose of anti-corrosive treatment.
- the treatment steps of activation and zinc phosphating are carried out for a component of the anticorrosive treatment in series then "successively", unless they are interrupted by any other than the respectively provided subsequent wet chemical treatment.
- Wet-chemical treatment steps in the context of the present invention are treatment steps which take place by bringing the metallic component into contact with a composition consisting essentially of water and do not represent rinsing steps.
- a rinsing step is used exclusively for the complete or partial removal of soluble residues, particles and active components, which are abducted adhering to the component from a previous wet-chemical treatment step, of the component to be treated, without active components based on metallic or semi-metallic elements being contained in the rinsing liquid itself. which consume already by the mere bringing into contact of the metallic surfaces of the component with the rinsing liquid. So the flushing liquid can only be city water.
- the "pH" as used in the present invention corresponds to the negative decadic logarithm of the hydronium ion activity at 20 ° C and can be determined by means of pH-sensitive glass electrodes. Accordingly, a composition is acidic if its pH is below 7, and alkaline if its pH is above 7.
- a coordination of the individual treatment steps of activation and zinc phosphating is implemented in such a way that closed coatings are formed on the zinc surfaces of the metallic components in the course of zinc phosphating, on which no finely divided constituents of the zinc phosphate coating are deposited. Accordingly, coatings are available in the subsequent dip coating, which adhere well to the zinc surfaces treated according to the invention.
- the concentration of free fluoride in the acidic aqueous composition of zinc phosphating after calibration with fluoride-containing buffer solutions without pH buffering by means of a fluoride-sensitive measuring electrode potentiometric at 20 ° C in the respective acidic aqueous composition of zinc phosphating.
- the concentration of silicon in the acidic aqueous composition of the zinc phosphating is to be determined in the filtrate by membrane filtration of the acidic aqueous composition made using a membrane having a nominal pore size of 0.2 ⁇ m by atomic emission spectrometry (ICP-OES).
- the particulate constituent of the alkaline aqueous dispersion is that solid fraction which, after drying the retentate, remains an ultrafiltration of a defined partial volume of the alkaline aqueous dispersion with a nominal cutoff limit of 10 kD (NMWC, Nominal Molecular Weight Cut Off).
- the ultrafiltration is carried out with the addition of deionized water ( ⁇ ⁇ 1 ⁇ Scm -1 ) until a conductivity below 10 ⁇ Scm -1 is measured in the filtrate.
- the inorganic particulate component of the alkaline aqueous dispersion is, in turn, the one remaining when the particulate component obtained from the drying of the ultrafiltration retentate remains in a reaction furnace at 900 ° C.
- the phosphates contained in the inorganic particulate ingredient are determined after acid digestion thereof with aqueous 10 wt .-% HNO 3 solution at 25 ° C for 15 min as phosphorus content by atomic emission spectrometry (ICP-OES) directly from the acid digestion.
- ICP-OES atomic emission spectrometry
- the alkaline aqueous dispersion has a D50 value of less than 3 microns, otherwise only a very high and thus non-economic proportions of particulate components sufficient occupancy of the metal surfaces with particles, the crystallization nuclei for zinc phosphating represent, can take place.
- the D50 value of the alkaline aqueous dispersion of the activation is therefore less than 2 .mu.m, more preferably less than 1 .mu.m, the D90 value being preferably less than 5 .mu.m, so that at least 90 vol. -% of the particulate components contained in the alkaline aqueous composition fall below this value.
- the D50 value in this context refers to the volume-average particle diameter which does not exceed 50% by volume of the particulate constituents contained in the alkaline aqueous composition.
- the active components of the alkaline dispersion which effectively promote the formation of a closed zinc phosphate coating on the metal surfaces of the component in the subsequent phosphating and in this sense activate the metal surfaces, are composed predominantly of phosphates, which in turn are at least partially hopite, phosphophyllite, scholzite and / or hureaulite include.
- phosphates which in turn are at least partially hopite, phosphophyllite, scholzite and / or hureaulite include.
- such activation is preferred in which the phosphate fraction of the inorganic particulate constituents of the alkaline aqueous dispersion of the activation is calculated at at least 30% by weight, more preferably at least 35% by weight, particularly preferably at least 40% by weight PO 4 and based on the inorganic particulate component of the dispersion.
- Activation in the context of the present invention is thus essentially based on the phosphates according to the invention in particulate form, wherein the phosphates are preferably at least partially composed of hopeite, phosphophyllite and / or scholzite, particularly preferably hopeite and / or phosphophyllite and particularly preferably hopite are.
- the phosphites hopeite, phosphophyllite, scholzite and / or hureaulite may be dispersed into an aqueous solution to provide the alkaline aqueous dispersion as finely ground powders or as a powder paste triturated with a stabilizer.
- Hopeite without consideration of water of crystallization, comprise stoichiometrically Zn 3 (PO 4 ) 2 as well as the nickel- and manganese-containing variants Zn 2 Mn (PO 4 ) 3 , Zn 2 Ni (PO 4 ) 3 , whereas phosphophyllite comprises Zn 2 Fe (PO 4 ) 3 , Scholzite consists of Zn 2 Ca (PO 4 ) 3 and Hureaulith consists of Mn 3 (PO 4 ) 2 .
- the existence of the crystalline phases hopeite, phosphophyllite, scholzite and / or hureaulite in the alkaline aqueous dispersion may, after separation of the particulate component by ultrafiltration with a nominal cutoff limit of 10 kD (NMWC) as described above and drying of the retentate to constant mass at 105 ° C using X-ray diffractometric methods (XRD).
- NMWC nominal cutoff limit of 10 kD
- the alkaline aqueous dispersion of activation is at least 20% by weight, preferably at least 30% Wt .-%, particularly preferably at least 40 wt .-% of zinc in the inorganic particulate component of the alkaline aqueous dispersion based on the phosphate content of the inorganic particulate Bestanteils, calculated as PO 4 contains.
- activation in the sense of the present invention should not be achieved by means of colloidal solutions of titanium phosphates, as otherwise the layer-forming zinc phosphating Surfaces of iron, especially steel, not reliable succeeds and the advantage of thin effectively effective against corrosion protective phosphate coatings on aluminum is not realized.
- the proportion of titanium in the inorganic particulate component of the alkaline aqueous dispersion of the activation is preferably less than 5 wt .-%, more preferably less than 1 wt .-% based on the inorganic particulate component of the dispersion ,
- the alkaline aqueous dispersion of the activation contains a total of less than 10 mg / kg, more preferably less than 1 mg / kg of titanium.
- the proportion of the inorganic particulate components comprising phosphates should be adjusted accordingly.
- the proportion of phosphates in the inorganic particulate constituent based on the alkaline aqueous dispersion of the activation is at least 40 mg / kg, preferably at least 80 mg / kg, more preferably at least 150 mg / kg calculated as PO 4 is.
- the activation should be carried out with as dilute as possible colloidal solutions.
- the proportion of the phosphates in the inorganic particulate constituent based on the alkaline aqueous dispersion of the activation is less than 0.8 g / kg, more preferably less than 0.6 g / kg, particularly preferably less than 0.4 g / kg calculated as PO 4 .
- the metal surfaces are only slightly stained during activation.
- the inorganic particulate constituents in particular the insoluble phosphates, should undergo only a slight degree of corrosion. Accordingly, it is preferred in the process according to the invention if the pH of the alkaline aqueous dispersion in the activation is greater than 8, more preferably greater than 9, but preferably less than 12, more preferably less than 11.
- the second zinc phosphating treatment step is followed by activation with or without intermediate rinsing step, immediately, so that each component of the series successively undergoes activation followed by zinc phosphating without intervening wet chemical treatment step.
- neither a rinsing nor a drying step takes place between the activation and the zinc phosphating for the components of the series.
- a drying step in the context of the present invention refers to a process in which the surfaces of the metallic component having a wet film are to be dried with the aid of technical measures, for example by supplying thermal energy or passing an air stream.
- the amount of phosphate ions comprises the orthophosphoric acid and the anions of the salts of orthophosphoric acid dissolved in water, calculated as PO 4 .
- the preferred pH of the acidic aqueous composition of zinc phosphating in the process according to the invention is above 2.5, more preferably above 2.7, but preferably below 3.5, most preferably below 3.3.
- the proportion of the free acid in points in the acidic aqueous composition of the zinc phosphating is preferably at least 0.4, but preferably not more than 3, more preferably not more than 2.
- the proportion of free acid in points is determined by adding 10 ml sample volume of the diluted acidic aqueous composition to 50 ml and titrated with 0.1 N sodium hydroxide solution to a pH of 3.6. The consumption of ml of sodium hydroxide gives the score of free acid.
- the acidic aqueous composition of the zinc phosphating additionally contains cations of the metals manganese, calcium and / or iron.
- the customary addition of zinc phosphating can also be carried out in an analogous manner according to the invention so that the acidic aqueous composition can contain the conventional accelerators such as hydrogen peroxide, nitrite, hydroxylamine, nitroguanidine and / or N-methylmorpholine-N-oxide.
- the conventional accelerators such as hydrogen peroxide, nitrite, hydroxylamine, nitroguanidine and / or N-methylmorpholine-N-oxide.
- a source of free fluoride ions is essential for the process of layer-forming zinc phosphating on all metallic surfaces of the device selected from surfaces of zinc, iron and / or aluminum. If all surfaces of the metallic materials of the components to be treated in the series are to be provided with a phosphate coating, the amount of the particulate constituents in the activation must be adapted to the amount of free fluoride required for layer formation in the zinc phosphating. Should in addition to the zinc surfaces as well as the surfaces of iron, especially steel, with a closed and defect-free phosphate coating, it is preferred in the process according to the invention if the amount of free fluoride in the acidic aqueous composition is at least 0.5 mmol / kg.
- the amount of free fluoride in the acidic aqueous composition is at least 2 mmol / kg.
- concentration of free fluoride should not exceed values above which the phosphate coatings predominantly have adhesions that are easily wipeable, since these can not be avoided by a disproportionately increased amount of particulate phosphates in the alkaline aqueous dispersion of the activation. Therefore, it is also advantageous for economic reasons, if in the process according to the invention the concentration of free fluoride in the acidic aqueous composition of the zinc phosphating is below 8 mmol / kg.
- the amount of free fluoride is determined potentiometrically after calibration with fluoride-containing buffer solutions without pH buffering by means of a fluoride-sensitive measuring electrode at 20 ° C in the respective acidic aqueous composition.
- Suitable sources of free fluoride are hydrofluoric acid and its water-soluble salts, such as ammonium bifluoride and sodium fluoride, as well as complex fluorides of the elements Zr, Ti and / or Si, in particular complex fluorides of the element Si.
- the source of free fluoride is therefore selected from hydrofluoric acid and its water-soluble salts and / or complex fluorides of the elements Zr, Ti and / or Si.
- Salts of hydrofluoric acid are water-soluble for the purposes of the present invention, if their solubility in deionized water ( ⁇ 1 ⁇ Scm -1 ) at 60 ° C is at least 1 g / L calculated as F.
- the source of free fluoride is at least partially selected from complex fluorides of the element Si, in particular from hexafluorosilicic acid and its salts.
- speckling one skilled in the phosphating art understands the phenomenon of local deposition of amorphous white zinc phosphate in an otherwise crystalline phosphate layer on the treated zinc surfaces or on the treated galvanized or alloy galvanized steel surfaces. The speckling is caused by a locally increased pickling rate of the substrate.
- Such point defects in the phosphating can be the starting point for the corrosive delamination of subsequently applied organic coating systems, so that the occurrence of specks in practice is largely to be avoided.
- the upper limits for the concentration of silicon are preferred because above these values Promote phosphate coatings that have predominantly such loose attachments that can not be avoided by a disproportionately increased amount of particulate phosphates in the alkaline aqueous dispersion of the activation.
- the concentration of silicon in the acidic aqueous composition dissolved in water is determined in the filtrate by membrane filtration of the acidic aqueous composition made using a membrane having a nominal pore size of 0.2 ⁇ m by atomic emission spectrometry (ICP-OES).
- Another advantage of the method according to the invention is that in the course of which closed zinc phosphate coatings are also formed on surfaces of aluminum. Consequently, the series of components to be treated in the method according to the invention preferably also includes the treatment of components which have at least one surface of aluminum. It is irrelevant whether the surfaces of zinc and aluminum are realized in a component composed of corresponding materials or in different components of the series.
- a good lacquer adhesion base for a subsequent dip coating in the course of which a substantially organic cover layer is applied, is realized.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
Abstract
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zinkphosphatierung von Bauteilen umfassend Oberflächen von Zink zur Unterdrückung der Bildung von auf den Oberflächen von Zink lose anhaftenden, unlöslichen Bestandteilen der Phosphatierung und demnach zur weiteren Verbesserung der Haftung nachträglich aufgebrachter Tauchlackbeschichtungen. In dem Verfahren wird auf eine Aktivierung der Zinkoberflächen mittels Dispersionen enthaltend partikuläres Hopeit, Phosphophyllit, Scholzit und/oder Hureaulith zurückgegriffen, wobei der Anteil an partikulären Phosphaten in der Aktivierung der Menge an freiem Fluorid und gelöstem Silizium in der Zinkphosphatierung angepasst werden muss.The present invention relates to a process for zinc phosphating components comprising zinc surfaces for suppressing the formation of insoluble phosphating components loosely adhering to the surfaces of zinc, and thus further improving the adhesion of post-applied dip coatings. In the process, activation of the zinc surfaces by means of dispersions containing particulate hopeite, phosphophyllite, scholzite and / or hureaulite is resorted to, the proportion of particulate phosphates having to be adjusted in the activation of the amount of free fluoride and dissolved silicon in the zinc phosphating.
Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zinkphosphatierung von Bauteilen umfassend Oberflächen von Zink zur Unterdrückung der Bildung von auf den Oberflächen von Zink lose anhaftenden, unlöslichen Bestandteilen der Phosphatierung und demnach zur weiteren Verbesserung der Haftung nachträglich aufgebrachter Tauchlackbeschichtungen. In dem Verfahren wird auf eine Aktivierung der Zinkoberflächen mittels Dispersionen enthaltend partikuläres Hopeit, Phosphophyllit, Scholzit und/oder Hureaulith zurückgegriffen, wobei der Anteil an partikulären Phosphaten in der Aktivierung der Menge an freiem Fluorid und gelöstem Silizium in der Zinkphosphatierung angepasst werden muss.The present invention relates to a process for zinc phosphating components comprising zinc surfaces for suppressing the formation of insoluble phosphating components loosely adhering to the surfaces of zinc, and thus further improving the adhesion of post-applied dip coatings. In the process, activation of the zinc surfaces by means of dispersions containing particulate hopeite, phosphophyllite, scholzite and / or hureaulite is resorted to, the proportion of particulate phosphates having to be adjusted in the activation of the amount of free fluoride and dissolved silicon in the zinc phosphating.
Im Stand der Technik wird die Zinkphosphatierung mit einer Aktivierung der Metalloberflächen des zu phosphatierenden Bauteils eingeleitet. Die nasschemische Aktivierung erfolgt dabei durch In-Kontakt-Bringen mit kolloidalen Dispersionen von Phosphaten, die insofern auf der Metalloberfläche immobilisiert, in der nachfolgenden Phosphatierung als Wachstumskeim für die Ausbildung eines kristallinen Überzuges dienen. Geeignete Dispersionen sind dabei kolloidale zumeist alkalische wässrige Zusammensetzungen auf Basis von Phosphat-Kristalliten, die in ihrer Kristallstruktur nur geringe kristallographische Abweichungen von der Art der abzuscheidenden Zinkphosphatschicht aufweisen. Neben dem in der Literatur häufig als Jernstedt Salz bezeichnetem Titanphosphat eignen sich auch wasserunlösliche bi- und trivalente Phosphate als Ausgangsmaterialien für die Bereitstellung einer kolloidalen Lösung, die geeignet ist, eine Metalloberfläche für die Zinkphosphatierung zu aktivieren. So lehrt die
Jede Art der Aktivierung weist ihre Eigenart bezogen auf die im nachfolgenden Schritt zu erfolgende Phosphatierung auf, die speziell bei der Behandlung von Bauteilen, die aus einem Mix verschiedener metallischer Materialien zusammengesetzt sind, bedeutsam wird. Geschlossene kristalline Zinkphosphatüberzüge können auf Stahloberflächen von mit Jernstedt Salzen aktivierten Bauteilen dann nicht mehr gebildet werden, wenn im Zinkphosphatierbad der Anteil an gelöstem Aluminium einen bestimmten Schwellenwert beispielsweise bei Bauteilen mit hohem Aluminiumanteil überschreitet, so dass auf eine Aktivierung gemäß der
Es besteht daher die Aufgabe, für ein Verfahren zur Zinkphosphatierung von metallischen Bauteilen, das auch hohe Anteile an gelösten Aluminium toleriert, und daher auf einer Aktivierung auf Basis einer kolloidalen Lösung von bi- und/oder trivalenten Phosphaten beruht, geeignete Bedingungen aufzufinden, für die auf den Zinkoberflächen weitestgehend defektfreie, von losen Anhaftungen befreite Zinkphosphatüberzüge gelingen, so dass insgesamt eine hervorragende Lackhaftung resultiert. Insbesondere soll ein Verfahren bereitgestellt werden, bei dem metallische Bauteile in der Phosphatierstufe schichtbildend behandelt werden können, wobei die Bauteile sowohl Oberflächen von Zink als auch Oberflächen von Aluminium und vorzugsweise auch Stahl aufweisen.It is therefore the object, for a method for zinc phosphating of metallic components, which also tolerates high levels of dissolved aluminum, and therefore based on an activation based on a colloidal solution of bi- and / or trivalent phosphates, to find suitable conditions for the succeed on the zinc surfaces largely defect-free, freed of loose adhesions zinc phosphate coatings, so that overall results in excellent paint adhesion. In particular, a method is to be provided in which metallic components in the phosphating can be treated layer-forming, wherein the components have both surfaces of zinc and surfaces of aluminum and preferably steel.
Diese Aufgabe wird überraschenderweise dadurch gelöst, dass der Anteil an zur Aktivierung beitragenden partikulären Phosphaten auf die Menge an freiem Fluorid und Silizium in der Zinkphosphatierung angepasst wird.This object is surprisingly achieved in that the proportion of contributing to the activation of particulate phosphates is adjusted to the amount of free fluoride and silicon in the zinc phosphating.
Die vorliegende Erfindung betrifft also ein Verfahren zur korrosionsschützenden Behandlung einer Serie von metallischen Bauteilen, die metallische Bauteile umfasst, die zumindest teilweise Oberflächen von Zink aufweisen, bei dem die metallischen Bauteile der Serie nacheinander die folgenden nasschemischen Behandlungsschritte durchlaufen:
- (I) Aktivierung durch In-Kontakt-Bringen mit einer alkalischen wässrigen Dispersion, die einen D50 Wert von weniger als 3 µm aufweist und deren anorganischer partikulärer Bestandteil Phosphate umfasst, wobei die Gesamtheit dieser Phosphate zumindest teilweise aus Hopeit, Phosphophyllit, Scholzit und/oder Hureaulith zusammengesetzt ist;
- (II) Zinkphosphatierung durch In-Kontakt-Bringen mit einer sauren wässrigen Zusammensetzung enthaltend
- (a) 5-50 g/l an Phosphat-Ionen,
- (b) 0,3-3 g/l an Zink-Ionen, und
- (c) mindestens eine Quelle für freies Fluorid,
- (I) Activation by contacting with an alkaline aqueous dispersion having a D50 value of less than 3 microns and whose inorganic particulate constituent comprises phosphates, the entirety of these phosphates being composed at least in part of hopeite, phosphophyllite, scholzite and / or Hureaulith is composed;
- (II) containing zinc phosphating by contacting with an acidic aqueous composition
- (a) 5-50 g / L of phosphate ions,
- (b) 0.3-3 g / L of zinc ions, and
- (c) at least one source of free fluoride,
Die gemäß vorliegender Erfindung behandelten Bauteile können alle beliebig geformten und gestalteten räumlichen Gebilde sein, die einem Fabrikationsprozess entstammen, insbesondere auch Halbzeuge wie Bänder, Bleche, Stangen, Rohre, etc. und Verbundkonstruktionen zusammengefügt aus vorgenannten Halbzeugen, wobei die Halbzeuge vorzugsweise durch Kleben, Schweißen und/oder Bördeln zur Verbundkonstruktion miteinander verbunden sind. Ein Bauteil ist im Sinne der vorliegenden Erfindung dann metallisch, wenn dessen geometrische Oberfläche mindestens zu 10% von metallischen Oberflächen gebildet wird.The treated according to the present invention components can be any arbitrarily shaped and designed spatial structures that originate from a fabrication process, in particular also semi-finished products such as strips, sheets, rods, tubes, etc. and composite structures assembled from the aforementioned semi-finished products, wherein the semi-finished products preferably by gluing, welding and / or flanging to the composite structure are connected together. For the purposes of the present invention, a component is metallic if its geometric surface is formed by at least 10% of metallic surfaces.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf die Behandlung von Bauteilen mit Oberflächen von Zink, Eisen oder Aluminium verwiesen wird, so sind damit alle Oberflächen von metallischen Substraten oder metallischen Überzügen umfasst, die das jeweilige Element zu mehr als 50 At.-% enthalten. So bilden verzinkte Stahlsorten erfindungsgemäß Oberflächen von Zink, wohingegen an den Schnittkanten und Durchschliffstellen beispielsweise einer Automobilkarosse, die allein aus verzinktem Stahl gefertigt ist, erfindungsgemäß Oberflächen von Eisen freigelegt sein können. Erfindungsgemäß weisen die Bauteile der Serie, die zumindest teilweise Oberflächen von Zink aufweisen, vorzugsweise zumindest 5 % bezogen auf die Bauteiloberfläche Oberflächen von Zink auf. Stahlsorten wie warmumgeformter Stahl können auch mit einer mehrere Mikrometer dicken metallischen Beschichtung von Aluminium und Silizium als Verzunderungsschutz und Umformhilfe versehen sein. Ein derartig beschichteter Stahlwerkstoff weist, obwohl der Grundwerkstoff Stahl ist, im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Aluminiumoberfläche auf.When reference is made in the context of the present invention to the treatment of components with surfaces of zinc, iron or aluminum, so are all surfaces of metallic substrates or metallic coatings comprising the respective element to more than 50 at .-%. Thus, galvanized steel grades according to the invention form surfaces of zinc, whereas at the cutting edges and Durchschliffstellen example, an automobile body, which is made solely of galvanized steel, according to the invention surfaces of iron can be exposed. According to the invention, the components of the series which at least partially have surfaces of zinc, preferably at least 5%, based on the component surface surfaces of zinc. Steel grades such as hot-formed steel may also be provided with a metallic coating of aluminum and silicon several microns thick to prevent scaling and forming. Such a coated steel material, although the base material is steel, has an aluminum surface in the context of the present invention.
Eine korrosionsschützende Behandlung der Bauteile in Serie liegt vor, wenn eine Vielzahl von Bauteilen mit in der in den jeweiligen Behandlungsschritten bereitgestellten und üblicherweise in Systemtanks vorgehaltenen Behandlungslösung in Kontakt gebracht wird, wobei das In-Kontakt-Bringen der einzelnen Bauteile nacheinander und damit zeitlich voneinander getrennt erfolgt. Der Systemtank ist dabei das Behältnis, in dem sich die Vorbehandlungslösung, zum Zwecke der korrosionsschützenden Behandlung in Serie befindet.Corrosion-preventing treatment of the components in series occurs when a plurality of components are brought into contact with each other in the treatment solution provided in the respective treatment steps and usually stored in system tanks, wherein the contacting the individual components one after the other and thus separated in time takes place. The system tank is the container in which the pre-treatment solution is in series for the purpose of anti-corrosive treatment.
Die Behandlungsschritte der Aktivierung und Zinkphosphatierung erfolgen für ein Bauteil der korrosionsschützenden Behandlung in Serie dann "nacheinander", wenn sie nicht durch eine andere als die jeweils vorgesehene nachfolgende nasschemische Behandlung unterbrochen werden.The treatment steps of activation and zinc phosphating are carried out for a component of the anticorrosive treatment in series then "successively", unless they are interrupted by any other than the respectively provided subsequent wet chemical treatment.
Nasschemische Behandlungsschritte im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Behandlungsschritte, die durch In-Kontakt-Bringen des metallischen Bauteils mit einer im Wesentlich aus Wasser bestehenden Zusammensetzung erfolgen und keine Spülschritte darstellen. Ein Spülschritt dient ausschließlich der vollständigen oder teilweisen Entfernung löslicher Rückstände, Partikel und Wirkkomponenten, die aus einem vorausgegangenem nasschemischen Behandlungsschritt auf dem Bauteil anhaftend verschleppt werden, vom zu behandelnden Bauteil, ohne dass in der Spülflüssigkeit selbst Wirkkomponenten auf Basis metallischer oder halbmetallischer Elemente enthalten sind, die sich bereits durch das bloße In-Kontakt-Bringen der metallischen Oberflächen des Bauteils mit der Spülflüssigkeit verbrauchen. So kann die Spülflüssigkeit lediglich Stadtwasser sein.Wet-chemical treatment steps in the context of the present invention are treatment steps which take place by bringing the metallic component into contact with a composition consisting essentially of water and do not represent rinsing steps. A rinsing step is used exclusively for the complete or partial removal of soluble residues, particles and active components, which are abducted adhering to the component from a previous wet-chemical treatment step, of the component to be treated, without active components based on metallic or semi-metallic elements being contained in the rinsing liquid itself. which consume already by the mere bringing into contact of the metallic surfaces of the component with the rinsing liquid. So the flushing liquid can only be city water.
Der "pH-Wert", wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet, entspricht dem negativen dekadischen Logarithmus der Hydronium-Ionen Aktivität bei 20 °C und kann mittels pH-sensitiver Glaselektroden bestimmt werden. Eine Zusammensetzung ist demgemäß dann sauer, wenn ihr pH-Wert unterhalb von 7 liegt, und alkalisch, wenn ihr pH-Wert oberhalb von 7 liegt.The "pH" as used in the present invention corresponds to the negative decadic logarithm of the hydronium ion activity at 20 ° C and can be determined by means of pH-sensitive glass electrodes. Accordingly, a composition is acidic if its pH is below 7, and alkaline if its pH is above 7.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Abstimmung der einzelnen Behandlungsschritte Aktivierung und Zinkphosphatierung derart realisiert, dass auf den Zinkoberflächen der metallischen Bauteile im Rahmen der Zinkphosphatierung geschlossene Überzüge entstehen, auf denen keine feinteiligen Bestandteile des Zinkphosphatüberzuges abgeschieden sind. Demgemäß sind in der nachfolgenden Tauchlackierung Beschichtungen verfügbar, die hervorragend auf den erfindungsgemäß behandelten Zinkoberflächen haften. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Quotient aus der Konzentration der Phosphate, die im anorganischen partikulären Bestandteil der alkalischen wässrigen Dispersion der Aktivierung enthalten sind, in mmol/kg bezogen auf PO4 zur Summe aus der Konzentration an freiem Fluorid und der Konzentration an Silizium jeweils in der sauren wässrigen Zusammensetzung der Zinkphosphatierung und jeweils in mmol/kg größer als 0,6, besonders bevorzugt größer als 0,7. Die Konzentration an freiem Fluorid in der sauren wässrigen Zusammensetzung der Zinkphosphatierung ist nach Kalibrierung mit Fluorid-haltigen Pufferlösungen ohne pH-Pufferung mittels einer fluoridsensitiven Messelektrode potentiometrisch bei 20 °C in der jeweiligen sauren wässrigen Zusammensetzung der Zinkphosphatierung zu bestimmen. Die Konzentration an Silizium in der sauren wässrigen Zusammensetzung der Zinkphosphatierung ist im Filtrat einer Membranfiltration der sauren wässrigen Zusammensetzung, die unter Verwendung einer Membran mit einer nominalen Porengröße von 0,2 µm erfolgt ist, mittels Atomemissionsspektrometrie (ICP-OES) zu bestimmen.In the process according to the invention, a coordination of the individual treatment steps of activation and zinc phosphating is implemented in such a way that closed coatings are formed on the zinc surfaces of the metallic components in the course of zinc phosphating, on which no finely divided constituents of the zinc phosphate coating are deposited. Accordingly, coatings are available in the subsequent dip coating, which adhere well to the zinc surfaces treated according to the invention. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the quotient of the concentration of the phosphates contained in the inorganic particulate component of the alkaline aqueous dispersion of the activation in mmol / kg based on PO 4 to the sum of the concentration of free fluoride and the concentration Silicon in each case in the acidic aqueous composition of zinc phosphating and in each case in mmol / kg greater than 0.6, particularly preferably greater than 0.7. The concentration of free fluoride in the acidic aqueous composition of zinc phosphating after calibration with fluoride-containing buffer solutions without pH buffering by means of a fluoride-sensitive measuring electrode potentiometric at 20 ° C in the respective acidic aqueous composition of zinc phosphating. The concentration of silicon in the acidic aqueous composition of the zinc phosphating is to be determined in the filtrate by membrane filtration of the acidic aqueous composition made using a membrane having a nominal pore size of 0.2 μm by atomic emission spectrometry (ICP-OES).
Der partikuläre Bestandteil der alkalischen wässrigen Dispersion ist derjenige Feststoffanteil, der nach Trocknung des Retentats einer Ultrafiltration eines definierten Teilvolumens der alkalischen wässrigen Dispersion mit einer nominalen Ausschlussgrenze von 10 kD (NMWC, Nominal Molecular Weight Cut Off) verbleibt. Die Ultrafiltration wird unter Zuspeisung von entionisiertem Wasser (κ<1µScm-1) solange durchgeführt, bis im Filtrat eine Leitfähigkeit unterhalb von 10 µScm-1 gemessen wird. Der anorganische partikuläre Bestandteil der alkalischen wässrigen Dispersion ist wiederum derjenige, der verbleibt, wenn der aus der Trocknung des Retentats der Ultrafiltration gewonnene partikuläre Bestandteil in einem Reaktionsofen unter Zuführung eines CO2-freien Sauerstoffstromes bei 900 °C ohne Beimischung von Katalysatoren oder anderen Zuschlagsstoffen solange pyrolysiert wird, bis ein Infrarot-Sensor im Auslass des Reaktionsofens ein mit dem CO2-freien Trägergas (Blindwert) identisches Signal liefert. Die im anorganischen partikulären Bestandteil enthaltenen Phosphate werden nach Säureaufschluss desselben mit wässriger 10 Gew.-% HNO3 Lösung bei 25 °C für 15 min als Phosphorgehalt mittels Atomemissionsspektrometrie (ICP-OES) unmittelbar aus dem Säureaufschluss bestimmt.The particulate constituent of the alkaline aqueous dispersion is that solid fraction which, after drying the retentate, remains an ultrafiltration of a defined partial volume of the alkaline aqueous dispersion with a nominal cutoff limit of 10 kD (NMWC, Nominal Molecular Weight Cut Off). The ultrafiltration is carried out with the addition of deionized water (κ <1μScm -1 ) until a conductivity below 10 μScm -1 is measured in the filtrate. The inorganic particulate component of the alkaline aqueous dispersion is, in turn, the one remaining when the particulate component obtained from the drying of the ultrafiltration retentate remains in a reaction furnace at 900 ° C. with no CO 2 -free oxygen flow, without admixture of catalysts or other additives is pyrolyzed until an infrared sensor in the outlet of the reaction furnace provides a signal identical to the CO 2 -free carrier gas (blank). The phosphates contained in the inorganic particulate ingredient are determined after acid digestion thereof with aqueous 10 wt .-% HNO 3 solution at 25 ° C for 15 min as phosphorus content by atomic emission spectrometry (ICP-OES) directly from the acid digestion.
Entscheidend für eine Aktivierung ist ebenso, dass die alkalische wässrige Dispersion einen D50 Wert von weniger als 3 µm aufweist, da anderenfalls nur sehr über sehr hohe und damit nicht wirtschaftliche Anteile an partikulären Bestandteilen eine ausreichende Belegung der Metalloberflächen mit Partikeln, die Kristallisationskeime für die Zinkphosphatierung darstellen, erfolgen kann. Zudem neigen Dispersionen, deren Partikel durchschnittlich größer sind, zur Sedimentation.Decisive for an activation is also that the alkaline aqueous dispersion has a D50 value of less than 3 microns, otherwise only a very high and thus non-economic proportions of particulate components sufficient occupancy of the metal surfaces with particles, the crystallization nuclei for zinc phosphating represent, can take place. In addition, dispersions whose particles are on average larger, tend to sedimentation.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der D50-Wert der alkalischen wässrigen Dispersion der Aktivierung daher kleiner als 2 µm, besonders bevorzugt kleiner als 1 µm, wobei der D90-Wert, vorzugsweise kleiner als 5 µm ist, so dass mindestens 90 Vol.-% der in der alkalischen wässrigen Zusammensetzung enthaltenden partikulären Bestandteile diesen Wert unterschreiten.In a preferred embodiment of the process according to the invention, the D50 value of the alkaline aqueous dispersion of the activation is therefore less than 2 .mu.m, more preferably less than 1 .mu.m, the D90 value being preferably less than 5 .mu.m, so that at least 90 vol. -% of the particulate components contained in the alkaline aqueous composition fall below this value.
Der D50-Wert bezeichnet in diesem Zusammenhang den volumenmittleren Teilchendurchmesser den 50 Vol.-% der in der alkalischen wässrigen Zusammensetzung enthaltenden partikulären Bestandteile nicht überschreiten. Der volumenmittlere Teilchendurchmesser kann gemäß ISO 13320:2009 mittels Streulichtanalyse nach der Mie-Theorie aus volumengewichteten kumulativen Partikelgrößenverteilungen als sogenannter D50-Wert unmittelbar in der jeweiligen Zusammensetzung bei 20 °C bestimmt werden, wobei sphärische Partikel und ein Brechungsindex der streuenden Partikel von nD = 1,52-i·0,1 unterstellt werden.The D50 value in this context refers to the volume-average particle diameter which does not exceed 50% by volume of the particulate constituents contained in the alkaline aqueous composition. The volume-average particle diameter can according to ISO 13320: 2009 by means of scattered light analysis according to the Mie theory of volume-weighted cumulative particle size distributions as a so-called D50 value directly in the respective Composition can be determined at 20 ° C, wherein spherical particles and a refractive index of the scattering particles of n D = 1.52-i · 0.1 are assumed.
Die Aktivkomponenten der alkalischen Dispersion, die effektiv die Bildung eines geschlossenen Zinkphosphatüberzuges auf den Metalloberflächen des Bauteils in der nachfolgenden Phosphatierung fördern und in diesem Sinne die Metalloberflächen aktivieren, sind vornehmlich aus Phosphaten zusammengesetzt, die wiederum zumindest teilweise Hopeit, Phosphophyllit, Scholzit und/oder Hureaulith umfassen. Insofern ist eine solche Aktivierung bevorzugt, bei der der Phosphatanteil der anorganischen partikulären Bestandteile der alkalischen wässrigen Dispersion der Aktivierung bei zumindest 30 Gew.-%, besonders bevorzugt bei zumindest 35 Gew.-%, insbesondere bevorzugt bei zumindest 40 Gew.-% berechnet als PO4 und bezogen auf den anorganischen partikulären Bestandteil der Dispersion liegt.The active components of the alkaline dispersion, which effectively promote the formation of a closed zinc phosphate coating on the metal surfaces of the component in the subsequent phosphating and in this sense activate the metal surfaces, are composed predominantly of phosphates, which in turn are at least partially hopite, phosphophyllite, scholzite and / or hureaulite include. In this respect, such activation is preferred in which the phosphate fraction of the inorganic particulate constituents of the alkaline aqueous dispersion of the activation is calculated at at least 30% by weight, more preferably at least 35% by weight, particularly preferably at least 40% by weight PO 4 and based on the inorganic particulate component of the dispersion.
Eine Aktivierung im Sinne der vorliegenden Erfindung beruht also im Wesentlichen auf den erfindungsgemäß enthaltenden Phosphaten in partikulärer Form, wobei die Phosphate vorzugsweise zumindest teilweise aus Hopeit, Phosphophyllit und/oder Scholzit, besonders bevorzugt auf Hopeit und/oder Phosphophyllit und insbesondere bevorzugt auf Hopeit, zusammengesetzt sind. Die Phosphate Hopeit, Phosphophyllit, Scholzit und/oder Hureaulith können zur Bereitstellung der alkalischen wässrigen Dispersion als fein gemahlene Pulver oder als mit einem Stabilisator verriebene Pulverpaste in eine wässrige Lösung eindispergiert werden. Hopeite umfassen ohne Berücksichtigung von Kristallwasser stöchiometrisch Zn3(PO4)2 sowie die Nickel- und Manganhaltigen Varianten Zn2Mn(PO4)3, Zn2Ni(PO4)3, wohingegen Phosphophyllit aus Zn2Fe(PO4)3, Scholzit aus Zn2Ca(PO4)3 und Hureaulith aus Mn3(PO4)2 besteht. Die Existenz der kristallinen Phasen Hopeit, Phosphophyllit, Scholzit und/oder Hureaulith in der alkalischen wässrigen Dispersion kann nach Abtrennung des partikulären Bestandteils mittels Ultrafiltration mit einer nominalen Ausschlussgrenze von 10 kD (NMWC, Nominal Molecular Weight Cut Off) wie oben beschrieben und Trocknung des Retentats bis zur Massenkonstanz bei 105°C mittels röntgendiffraktometrischer Methoden (XRD) nachgewiesen werden.Activation in the context of the present invention is thus essentially based on the phosphates according to the invention in particulate form, wherein the phosphates are preferably at least partially composed of hopeite, phosphophyllite and / or scholzite, particularly preferably hopeite and / or phosphophyllite and particularly preferably hopite are. The phosphites hopeite, phosphophyllite, scholzite and / or hureaulite may be dispersed into an aqueous solution to provide the alkaline aqueous dispersion as finely ground powders or as a powder paste triturated with a stabilizer. Hopeite, without consideration of water of crystallization, comprise stoichiometrically Zn 3 (PO 4 ) 2 as well as the nickel- and manganese-containing variants Zn 2 Mn (PO 4 ) 3 , Zn 2 Ni (PO 4 ) 3 , whereas phosphophyllite comprises Zn 2 Fe (PO 4 ) 3 , Scholzite consists of Zn 2 Ca (PO 4 ) 3 and Hureaulith consists of Mn 3 (PO 4 ) 2 . The existence of the crystalline phases hopeite, phosphophyllite, scholzite and / or hureaulite in the alkaline aqueous dispersion may, after separation of the particulate component by ultrafiltration with a nominal cutoff limit of 10 kD (NMWC) as described above and drying of the retentate to constant mass at 105 ° C using X-ray diffractometric methods (XRD).
Aufgrund der Präferenz für die Anwesenheit von Phosphaten, die Zink-Ionen umfassen und eine bestimmte Kristallinität aufweisen, sind für die Bildung fest anhaftender kristalliner Zinkphosphatüberzüge erfindungsgemäß Verfahren bevorzugt, in denen die alkalische wässrige Dispersion der Aktivierung mindestens 20 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 40 Gew.-% an Zink im anorganischen partikulären Bestandteil der alkalischen wässrigen Dispersion bezogen auf den Phosphatanteil des anorganischen partikulären Bestanteils, berechnet als PO4, enthält.Due to the preference for the presence of phosphates comprising zinc ions and having a certain crystallinity, preferred for the formation of firmly adherent crystalline zinc phosphate coatings are processes in which the alkaline aqueous dispersion of activation is at least 20% by weight, preferably at least 30% Wt .-%, particularly preferably at least 40 wt .-% of zinc in the inorganic particulate component of the alkaline aqueous dispersion based on the phosphate content of the inorganic particulate Bestanteils, calculated as PO 4 contains.
Eine Aktivierung im Sinne der vorliegenden Erfindung soll jedoch nicht mittels kolloidaler Lösungen von Titanphosphaten erzielt werden, da anderenfalls die schichtbildende Zinkphosphatierung auf Oberflächen von Eisen, insbesondere Stahl, nicht zuverlässig gelingt und der Vorteil dünner effektiv vor Korrosion schützender Phosphatüberzüge auf Aluminium nicht realisiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher der Anteil an Titan im anorganischen partikulären Bestandteil der alkalischen wässrigen Dispersion der Aktivierung vorzugsweise kleiner als 5 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner als 1 Gew.-% bezogen auf den anorganischen partikulären Bestandteil der Dispersion ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die alkalische wässrige Dispersion der Aktivierung insgesamt weniger als 10 mg/kg, besonders bevorzugt weniger als 1 mg/kg an Titan.However, activation in the sense of the present invention should not be achieved by means of colloidal solutions of titanium phosphates, as otherwise the layer-forming zinc phosphating Surfaces of iron, especially steel, not reliable succeeds and the advantage of thin effectively effective against corrosion protective phosphate coatings on aluminum is not realized. In a preferred embodiment of the method according to the invention, therefore, the proportion of titanium in the inorganic particulate component of the alkaline aqueous dispersion of the activation is preferably less than 5 wt .-%, more preferably less than 1 wt .-% based on the inorganic particulate component of the dispersion , In a particularly preferred embodiment, the alkaline aqueous dispersion of the activation contains a total of less than 10 mg / kg, more preferably less than 1 mg / kg of titanium.
Für eine hinreichende Aktivierung sämtlicher metallischer Oberflächen ausgewählt aus Zink, Aluminium und Eisen sollte der Anteil der anorganischen partikulären Bestandteile, der Phosphate umfasst, entsprechend angepasst werden. Hierfür ist es allgemein bevorzugt, wenn im erfindungsgemäßen Verfahren der Anteil der Phosphate im anorganischen partikulären Bestandteil bezogen auf die alkalische wässrige Dispersion der Aktivierung mindestens 40 mg/kg, vorzugsweise mindestens 80 mg/kg, besonders bevorzugt mindestens 150 mg/kg berechnet als PO4 beträgt. Aus wirtschaftlichen Gründen und für reproduzierbare Beschichtungsergebnisse sollte die Aktivierung mit möglichst verdünnten kolloidalen Lösungen erfolgen. Daher ist bevorzugt, dass der Anteil der Phosphate im anorganischen partikulären Bestandteil bezogen auf die alkalische wässrige Dispersion der Aktivierung geringer als 0,8 g/kg, besonders bevorzugt geringer als 0,6 g/kg, insbesondere bevorzugt geringer als 0,4 g/kg berechnet als PO4 ist.For a sufficient activation of all metallic surfaces selected from zinc, aluminum and iron, the proportion of the inorganic particulate components comprising phosphates should be adjusted accordingly. For this purpose, it is generally preferred if, in the process according to the invention, the proportion of phosphates in the inorganic particulate constituent based on the alkaline aqueous dispersion of the activation is at least 40 mg / kg, preferably at least 80 mg / kg, more preferably at least 150 mg / kg calculated as PO 4 is. For economic reasons and for reproducible coating results, the activation should be carried out with as dilute as possible colloidal solutions. It is therefore preferred that the proportion of the phosphates in the inorganic particulate constituent based on the alkaline aqueous dispersion of the activation is less than 0.8 g / kg, more preferably less than 0.6 g / kg, particularly preferably less than 0.4 g / kg calculated as PO 4 .
Für eine gute Aktivierung von Bauteilen, die Zinkoberflächen aufweisen, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Metalloberflächen während der Aktivierung nur gering gebeizt werden. Gleiches gilt auch für die Aktivierung auf den Oberflächen von Aluminium und Eisen. Gleichzeitig sollten die anorganischen partikulären Bestandteile, insbesondere die unlöslichen Phosphate nur einer geringgradigen Korrosion unterliegen. Demgemäß ist es im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wenn der pH-Wert der alkalischen wässrigen Dispersion in der Aktivierung größer als 8, besonders bevorzugt größer als 9, jedoch vorzugsweise kleiner als 12, besonders bevorzugt kleiner als 11 ist.For a good activation of components which have zinc surfaces, it is also advantageous if the metal surfaces are only slightly stained during activation. The same applies to activation on the surfaces of aluminum and iron. At the same time, the inorganic particulate constituents, in particular the insoluble phosphates, should undergo only a slight degree of corrosion. Accordingly, it is preferred in the process according to the invention if the pH of the alkaline aqueous dispersion in the activation is greater than 8, more preferably greater than 9, but preferably less than 12, more preferably less than 11.
Der zweite Behandlungsschritt der Zinkphosphatierung folgt der Aktivierung mit oder ohne dazwischenliegendem Spülschritt, unmittelbar, so dass jedes Bauteil der Serie nacheinander die Aktivierung gefolgt von der Zinkphosphatierung ohne dazwischenliegenden nasschemischen Behandlungsschritt durchläuft. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen zwischen der Aktivierung und der Zinkphosphatierung weder ein Spül- noch ein Trocknungsschritt für die Bauteile der Serie. Ein Trocknungsschritt im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet einen Vorgang, bei dem die einen Nassfilm aufweisenden Oberflächen des metallischen Bauteils unter Zuhilfenahme technischer Maßnahmen getrocknet werden sollen, beispielsweise durch Zuführung thermischer Energie oder Überleiten eines Luftstromes.The second zinc phosphating treatment step is followed by activation with or without intermediate rinsing step, immediately, so that each component of the series successively undergoes activation followed by zinc phosphating without intervening wet chemical treatment step. In a preferred embodiment of the method according to the invention, neither a rinsing nor a drying step takes place between the activation and the zinc phosphating for the components of the series. A drying step in the context of the present invention refers to a process in which the surfaces of the metallic component having a wet film are to be dried with the aid of technical measures, for example by supplying thermal energy or passing an air stream.
Die Zinkphosphatierung gelingt, insofern die erfindungsgemäße Abstimmung mit der Aktivierung erfolgt ist, im Regelfall mit konventionellen Phosphatierbädern, die
- (a) 5 - 50 g/kg, vorzugsweise 10-25 g/kg an Phosphat-Ionen,
- (b) 0,3-3 g/kg, vorzugsweise 0,8-2 g/kg an Zink-Ionen, und
- (c) mindestens eine Quelle für freies Fluorid
- (a) 5-50 g / kg, preferably 10-25 g / kg of phosphate ions,
- (b) 0.3-3 g / kg, preferably 0.8-2 g / kg of zinc ions, and
- (c) at least one source of free fluoride
Die Menge an Phosphat-Ionen umfasst erfindungsgemäß die Orthophosphorsäure sowie die in Wasser gelösten Anionen der Salze der Orthophosphorsäure berechnet als PO4.According to the invention, the amount of phosphate ions comprises the orthophosphoric acid and the anions of the salts of orthophosphoric acid dissolved in water, calculated as PO 4 .
Der bevorzugte pH-Wert der sauren wässrigen Zusammensetzung der Zinkphosphatierung liegt im erfindungsgemäßen Verfahren oberhalb von 2,5, besonders bevorzugt oberhalb von 2,7, jedoch vorzugsweise unterhalb von 3,5, besonders bevorzugt unterhalb von 3,3. Der Anteil der freien Säure in Punkten beträgt in der sauren wässrigen Zusammensetzung der Zinkphosphatierung vorzugsweise mindestens 0,4, jedoch vorzugsweise nicht mehr als 3, besonders bevorzugt nicht mehr als 2. Der Anteil der freien Säure in Punkten wird bestimmt, indem 10 ml Probevolumen der sauren wässrigen Zusammensetzung auf 50 ml verdünnt und mit 0,1 N Natronlauge bis zu einem pH-Wert von 3,6 titriert werden. Der Verbrauch an ml Natronlauge gibt die Punktzahl freier Säure an.The preferred pH of the acidic aqueous composition of zinc phosphating in the process according to the invention is above 2.5, more preferably above 2.7, but preferably below 3.5, most preferably below 3.3. The proportion of the free acid in points in the acidic aqueous composition of the zinc phosphating is preferably at least 0.4, but preferably not more than 3, more preferably not more than 2. The proportion of free acid in points is determined by adding 10 ml sample volume of the diluted acidic aqueous composition to 50 ml and titrated with 0.1 N sodium hydroxide solution to a pH of 3.6. The consumption of ml of sodium hydroxide gives the score of free acid.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die saure wässrige Zusammensetzung der Zinkphosphatierung zusätzlich Kationen der Metalle Mangan, Kalzium und/oder Eisen.In a preferred embodiment of the process according to the invention, the acidic aqueous composition of the zinc phosphating additionally contains cations of the metals manganese, calcium and / or iron.
Auch die übliche Additivierung der Zinkphosphatierung kann erfindungsgemäß in analoger Weise durchgeführt werden, so dass die saure wässrige Zusammensetzung die üblichen Beschleuniger wie Wasserstoffperoxid, Nitrit, Hydroxylamin, Nitroguanidin und/oder N-Methylmorpholin-N-Oxid enthalten kann.The customary addition of zinc phosphating can also be carried out in an analogous manner according to the invention so that the acidic aqueous composition can contain the conventional accelerators such as hydrogen peroxide, nitrite, hydroxylamine, nitroguanidine and / or N-methylmorpholine-N-oxide.
Eine Quelle für freie Fluorid-Ionen ist essentiell für den Prozess der schichtbildenden Zinkphosphatierung auf allen metallischen Oberflächen des Bauteils, die ausgewählt sind aus Oberflächen von Zink, Eisen und/oder Aluminium. Sollen sämtliche Oberflächen der metallischen Materialien der Bauteile, die im Rahmen der Serie behandelt werden, mit einem Phosphatüberzug versehen werden, so ist die Menge der partikulären Bestandteile in der Aktivierung an die für die Schichtbildung in der Zinkphosphatierung erforderliche Menge an freiem Fluorid anzupassen. Sollen neben den Zinkoberflächen als auch die Oberflächen von Eisen, insbesondere Stahl, mit einem geschlossenen und defektfreien Phosphatüberzug versehen werden, so ist im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wenn die Menge an freiem Fluorid in der sauren wässrigen Zusammensetzung mindestens 0,5 mmol/kg beträgt. Sollen zudem auch Oberflächen von Aluminium mit einem geschlossenen Phosphatüberzug versehen werden, so ist im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wenn die Menge an freiem Fluorid in der sauren wässrigen Zusammensetzung mindestens 2 mmol/kg beträgt. Die Konzentration an freiem Fluorid sollte keine Werte überschreiten, oberhalb derer die Phosphatüberzüge überwiegend Anhaftungen aufweisen, die leicht abwischbar sind, da diese auch durch eine überproportional erhöhte Menge an partikulären Phosphaten in der alkalischen wässrigen Dispersion der Aktivierung nicht vermieden werden können. Daher ist es auch aus wirtschaftlichen Erwägungen vorteilhaft, wenn im erfindungsgemäßen Verfahren die Konzentration an freiem Fluorid in der sauren wässrigen Zusammensetzung der Zinkphosphatierung unterhalb von 8 mmol/kg liegt.A source of free fluoride ions is essential for the process of layer-forming zinc phosphating on all metallic surfaces of the device selected from surfaces of zinc, iron and / or aluminum. If all surfaces of the metallic materials of the components to be treated in the series are to be provided with a phosphate coating, the amount of the particulate constituents in the activation must be adapted to the amount of free fluoride required for layer formation in the zinc phosphating. Should in addition to the zinc surfaces as well as the surfaces of iron, especially steel, with a closed and defect-free phosphate coating, it is preferred in the process according to the invention if the amount of free fluoride in the acidic aqueous composition is at least 0.5 mmol / kg. In addition, if surfaces of aluminum are to be provided with a closed phosphate coating, it is preferred in the process according to the invention if the amount of free fluoride in the acidic aqueous composition is at least 2 mmol / kg. The concentration of free fluoride should not exceed values above which the phosphate coatings predominantly have adhesions that are easily wipeable, since these can not be avoided by a disproportionately increased amount of particulate phosphates in the alkaline aqueous dispersion of the activation. Therefore, it is also advantageous for economic reasons, if in the process according to the invention the concentration of free fluoride in the acidic aqueous composition of the zinc phosphating is below 8 mmol / kg.
Die Menge an freiem Fluorid ist nach Kalibrierung mit Fluorid-haltigen Pufferlösungen ohne pH-Pufferung mittels einer fluoridsensitiven Messelektrode potentiometrisch bei 20 °C in der jeweiligen sauren wässrigen Zusammensetzung zu bestimmen. Geeignete Quellen für freies Fluorid sind Flusssäure sowie deren wasserlöslichen Salze, wie Ammoniumbifluorid und Natriumfluorid, sowie komplexe Fluoride der Elemente Zr, Ti und/oder Si, insbesondere komplexe Fluoride des Elements Si. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Quelle für freies Fluorid daher ausgewählt aus Flusssäure sowie deren wasserlöslichen Salzen und/oder komplexen Fluoriden der Elemente Zr, Ti und/oder Si. Salze der Flusssäure sind dann wasserlöslich im Sinne der vorliegenden Erfindung, wenn ihre Löslichkeit in entionisiertem Wasser (<1µScm-1) bei 60°C mindestens 1 g/L berechnet als F beträgt.The amount of free fluoride is determined potentiometrically after calibration with fluoride-containing buffer solutions without pH buffering by means of a fluoride-sensitive measuring electrode at 20 ° C in the respective acidic aqueous composition. Suitable sources of free fluoride are hydrofluoric acid and its water-soluble salts, such as ammonium bifluoride and sodium fluoride, as well as complex fluorides of the elements Zr, Ti and / or Si, in particular complex fluorides of the element Si. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the source of free fluoride is therefore selected from hydrofluoric acid and its water-soluble salts and / or complex fluorides of the elements Zr, Ti and / or Si. Salts of hydrofluoric acid are water-soluble for the purposes of the present invention, if their solubility in deionized water (<1μScm -1 ) at 60 ° C is at least 1 g / L calculated as F.
Zur Unterdrückung der sogenannten Stippenbildung auf den Zinkoberflächen des Bauteils ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Quelle für freies Fluorid zumindest teilweise ausgewählt ist aus komplexen Fluoriden des Elements Si, insbesondere aus Hexafluorokieselsäure und ihren Salzen. Unter Stippenbildung versteht der Fachmann in der Phosphatierung das Phänomen der lokalen Abscheidung von amorphem, weißem Zinkphosphat in einer ansonsten kristallinen Phosphatschicht auf den behandelten Zinkoberflächen bzw. auf den behandelten verzinkten oder legierungsverzinkten Stahloberflächen. Die Stippenbildung wird dabei hervorgerufen durch eine lokal erhöhte Beizrate des Substrats. Derartige Punktdefekte in der Phosphatierung können Ausgangspunkt für die korrosive Enthaftung nachträglich aufgebrachter organischer Lacksysteme sein, so dass das Auftreten von Stippen in der Praxis weitgehend zu vermeiden ist. Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, wenn die Konzentration an Silizium in Wasser gelöster Form in der sauren wässrigen Zusammensetzung der Zinkphosphatierung mindestens 0,5 mmol/kg, besonders bevorzugt mindestens 1 mmol/kg, beträgt, jedoch vorzugsweise kleiner als 6 mmol/kg, besonders bevorzugt kleiner als 5 mmol/kg, insbesondere bevorzugt kleiner als 4,5 mmol/kg ist. Die Obergrenzen für die Konzentration an Silizium sind bevorzugt, da oberhalb dieser Werte Phosphatüberzüge begünstig werden, die überwiegend solche lose Anhaftungen aufweisen, die auch durch eine überproportional erhöhte Menge an partikulären Phosphaten in der alkalischen wässrigen Dispersion der Aktivierung nicht vermieden werden können. Die Konzentration an Silizium in der sauren wässrigen Zusammensetzung in Wasser gelöster Form ist im Filtrat einer Membranfiltration der sauren wässrigen Zusammensetzung, die unter Verwendung einer Membran mit einer nominalen Porengröße von 0,2 µm erfolgt ist, mittels Atomemissionsspektrometrie (ICP-OES) zu bestimmen.In order to suppress the so-called speck formation on the zinc surfaces of the component, it is preferred according to the invention if the source of free fluoride is at least partially selected from complex fluorides of the element Si, in particular from hexafluorosilicic acid and its salts. By speckling, one skilled in the phosphating art understands the phenomenon of local deposition of amorphous white zinc phosphate in an otherwise crystalline phosphate layer on the treated zinc surfaces or on the treated galvanized or alloy galvanized steel surfaces. The speckling is caused by a locally increased pickling rate of the substrate. Such point defects in the phosphating can be the starting point for the corrosive delamination of subsequently applied organic coating systems, so that the occurrence of specks in practice is largely to be avoided. In this context, preference is given to when the concentration of silicon dissolved in water in the acidic aqueous composition of zinc phosphating is at least 0.5 mmol / kg, particularly preferably at least 1 mmol / kg, but is preferably less than 6 mmol / kg preferably less than 5 mmol / kg, more preferably less than 4.5 mmol / kg. The upper limits for the concentration of silicon are preferred because above these values Promote phosphate coatings that have predominantly such loose attachments that can not be avoided by a disproportionately increased amount of particulate phosphates in the alkaline aqueous dispersion of the activation. The concentration of silicon in the acidic aqueous composition dissolved in water is determined in the filtrate by membrane filtration of the acidic aqueous composition made using a membrane having a nominal pore size of 0.2 μm by atomic emission spectrometry (ICP-OES).
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass in dessen Verlauf auch geschlossene Zinkphosphatüberzüge auf Oberflächen von Aluminium gebildet werden. Konsequenterweise umfasst die zu behandelnde Serie an Bauteilen im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise auch die Behandlung von Bauteilen, die mindestens eine Oberfläche von Aluminium aufweisen. Hierbei ist es unerheblich, ob die Oberflächen von Zink und Aluminium in einem aus entsprechenden Materialien zusammengesetzten Bauteil oder in verschiedenen Bauteilen der Serie realisiert sind.Another advantage of the method according to the invention is that in the course of which closed zinc phosphate coatings are also formed on surfaces of aluminum. Consequently, the series of components to be treated in the method according to the invention preferably also includes the treatment of components which have at least one surface of aluminum. It is irrelevant whether the surfaces of zinc and aluminum are realized in a component composed of corresponding materials or in different components of the series.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein guter Lackhaftgrund für eine nachfolgende Tauchlackierung, in deren Verlauf eine im Wesentlichen organische Deckschicht aufgebracht wird, realisiert. Dementsprechend schließt sich in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Zinkphosphatierung mit oder ohne dazwischenliegendem Spül- und/oder Trocknungsschritt, jedoch vorzugsweise mit Spülschritt, aber ohne Trocknungsschritt, eine Tauchlackierung an, besonders bevorzugt eine Elektrotauchlackierung, insbesondere bevorzugt eine kathodische Elektrotauchlackierung, an.In the method according to the invention, a good lacquer adhesion base for a subsequent dip coating, in the course of which a substantially organic cover layer is applied, is realized. Accordingly, in a preferred embodiment of the process according to the invention the zinc phosphating with or without intervening rinsing and / or drying step, but preferably with rinsing step, but without drying step, followed by a dip coating, more preferably an electrocoating, more preferably a cathodic electrocoating on.
Es wurden verzinkte Stahlbleche (HDG) in Zinkphosphatierbädern mit unterschiedlichen Gehalten an freiem Fluorid nach vorheriger Aktivierung mit Dispersionen von partikulären Zinkphosphat behandelt und das Erscheinungsbild der Überzüge unmittelbar nach der Zinkphosphatierung bewertet. Die Tabelle 1 enthält eine Übersicht über die Zusammensetzungen der Aktivierung und der Zinkphosphatierung und die Ergebnisse hinsichtlich der Bewertung der Güte der Überzüge. Die Bleche durchliefen die im Folgenden aufgeführten Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge:
A) Reinigung und Entfettung im Spritzen bei 60 °C für 90 Sekunden
25 g/L BONDERITE® C-AK 1565 (Fa. Henkel AG & Co. KGaA)
2 g/L BONDERITE® C-AD 1270 (Fa. Henkel AG & Co. KGaA)
Ansatz mit VE-Wasser (κ<1µScm-1); Einstellen des pH-Wertes mit Kalilauge auf 11,8.
B) Spüle mit VE-Wasser (κ<1µpScm-1) bei 20°C für 60 Sekunden
C) Tauchaktivierung bei 20 °C für 60 Sekunden
- 0,5-3 g/kg enthält 8,4 Gew.-% an Zink in Form von Zn3(PO4)2*4H2O
- 200 mg/kg K4P2O7 PREPALENE® X (Fa. Nihon Parkerizing Co., Ltd.)
- Ansatz mit VE-Wasser (κ<1µScm-1); Einstellen des pH-Wertes mit H3PO4 auf 10,0. Der D50 Wert der Dispersion zur Aktivierung betrug 0,25 µm bei 20 °C bestimmt auf Basis der statischen Streulichtanalyse gemäß Mie-Theorie nach ISO 13320:2009 mittels Partikelanalysator HORIBA LA-950 (Fa. Horiba Ltd.) unter Annahme eines Brechungsindexes der streuenden Partikel von n = 1,52-i·0,1.
Ansatz mit VE-Wasser (κ<1µScm-1); Einstellen der freien Säure mit 10 %iger NaOH Freie Säure:1,0 Punkt
Die freie Säure ist bestimmt aus 10 ml Probevolumen verdünnt auf 50 ml mit VE Wasser und anschließender Titration mit 0,1 N NaOH bis pH-Wert 3,6, wobei der Verbrauch an Natronlauge in Millilitern der Menge an freie Säure in Punkten entspricht.
Gesamtsäure: 20 Punkte
Die Gesamtsäure ist bestimmt aus 10 ml Probevolumen verdünnt auf 50 ml mit VE Wasser und anschließender Titration mit 0,1 N NaOH bis zum pH-Wert 8,5, wobei der Verbrauch an Natronlauge in Millilitern der Menge an Gesamtsäure in Punkten entspricht. Natriumnitrit:
- 2,0 Gaspunkte gemessen im Azotometer nach Zugabe von Amidosulfonsäure
F) Trocknen in Umgebungsluft
Anhand der Tabelle 1 wird ersichtlich, dass zufriedenstellende Phosphatüberzüge, die also auf dem verzinktem Stahl keine losen Anhaftungen aufweisen, durch Anpassung der Menge an partikulärem Zinkphosphat in der Aktivierung an die Menge des freien Fluorids und der Hexafluorokieselsäure in der Zinkphosphatierung erzielt werden können. Fällt die Menge an partikulärem Zinkphosphat in der Aktivierung unterhalb des durch die freie Fluoridmenge und der Konzentration an Silizium definierten Wertes, so entstehen zum Teil staubig erscheinende Überzüge (A1-Si-300, A3-Si-600 und A1-F-90), die gänzlich ungeeignet für eine nachfolgende Tauchlackierung sind.
A) Cleaning and degreasing in spraying at 60 ° C for 90 seconds
25 g / L BONDERITE® C-AK 1565 (from Henkel AG & Co. KGaA)
2 g / L BONDERITE® C-AD 1270 (Henkel AG & Co. KGaA)
Batch with demineralised water (κ <1 μScm -1 ); Adjust the pH to 11.8 with potassium hydroxide solution.
B) Rinse with demineralised water (κ <1μpScm -1 ) at 20 ° C for 60 seconds
C) Dive activation at 20 ° C for 60 seconds
- 0.5-3 g / kg contains 8.4% by weight of zinc in the form of Zn 3 (PO 4 ) 2 .4H 2 O.
- 200 mg / kg K 4 P 2 O 7 PREPALENE® X (Nihon Parkerizing Co., Ltd.)
- Batch with demineralised water (κ <1 μScm -1 ); Adjust the pH with H 3 PO 4 to 10.0. The D50 value of the dispersion for activation was 0.25 μm at 20 ° C. determined on the basis of the static scattered light analysis according to Mie theory according to ISO 13320: 2009 by means of particle analyzer HORIBA LA-950 (Horiba Ltd.) assuming a refractive index of the scattering Particle of n = 1.52-i x 0.1.
Batch with demineralised water (κ <1 μScm -1 ); Adjust the free acid with 10% NaOH Free acid: 1.0 point
The free acid is determined from 10 ml sample volume diluted to 50 ml with demineralized water and subsequent titration with 0.1 N NaOH to pH 3.6, the consumption of sodium hydroxide in milliliters corresponds to the amount of free acid in points.
Total acidity: 20 points
The total acid is determined from 10 ml sample volume diluted to 50 ml with deionized water and subsequent titration with 0.1 N NaOH to pH 8.5, the consumption of sodium hydroxide in milliliters corresponds to the amount of total acid in points. Sodium nitrite:
- 2.0 gas points measured in the azotometer after addition of sulfamic acid
F) drying in ambient air
It can be seen from Table 1 that satisfactory phosphate coatings, that are free of loose deposits on the galvanized steel, can be achieved by adjusting the amount of particulate zinc phosphate in the activation to the amount of free fluoride and hexafluorosilicic acid in the zinc phosphating. If the amount of particulate zinc phosphate in the activation falls below the value defined by the free fluoride amount and the concentration of silicon, partially dusty appearing coatings (A1-Si-300, A3-Si-600 and A1-F-90) are formed, which are completely unsuitable for a subsequent dip coating.
Claims (13)
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP17167478.1A EP3392376A1 (en) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Method for forming zinc phosphate coatings on metallic components in series |
ES18716514T ES2980302T3 (en) | 2017-04-21 | 2018-03-09 | Zinc phosphating process by layering of metal components in series production |
EP18716514.7A EP3612663B1 (en) | 2017-04-21 | 2018-03-09 | Method for forming zinc phosphate coatings on metallic components in series |
PL18716514.7T PL3612663T3 (en) | 2017-04-21 | 2018-03-09 | Method for forming zinc phosphate coatings on metallic components in series |
JP2019556846A JP7287901B2 (en) | 2017-04-21 | 2018-03-09 | Method for continuous zinc phosphating of metal parts to form layers |
PCT/EP2018/055871 WO2018192709A1 (en) | 2017-04-21 | 2018-03-09 | Method for zinc phosphating metal components in series so as to form layers |
CN201880026262.1A CN110582592B (en) | 2017-04-21 | 2018-03-09 | Method for zinc phosphating metal parts to form layers |
US16/593,600 US11486044B2 (en) | 2017-04-21 | 2019-10-04 | Method for zinc phosphating metal components in series so as to form layers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP17167478.1A EP3392376A1 (en) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Method for forming zinc phosphate coatings on metallic components in series |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP3392376A1 true EP3392376A1 (en) | 2018-10-24 |
Family
ID=58606104
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP17167478.1A Withdrawn EP3392376A1 (en) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Method for forming zinc phosphate coatings on metallic components in series |
EP18716514.7A Active EP3612663B1 (en) | 2017-04-21 | 2018-03-09 | Method for forming zinc phosphate coatings on metallic components in series |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP18716514.7A Active EP3612663B1 (en) | 2017-04-21 | 2018-03-09 | Method for forming zinc phosphate coatings on metallic components in series |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11486044B2 (en) |
EP (2) | EP3392376A1 (en) |
JP (1) | JP7287901B2 (en) |
CN (1) | CN110582592B (en) |
ES (1) | ES2980302T3 (en) |
PL (1) | PL3612663T3 (en) |
WO (1) | WO2018192709A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3964606A1 (en) * | 2020-09-04 | 2022-03-09 | Henkel AG & Co. KGaA | Single stage zinc phosphating method |
CZ309976B6 (en) * | 2022-10-31 | 2024-03-27 | České vysoké učení technické v Praze | A method of pre-treatment of the surface of steel components |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3828307A1 (en) | 2019-11-26 | 2021-06-02 | Henkel AG & Co. KGaA | Resource-conserving method for activating a metal surface prior to phosphating |
CN113233598A (en) * | 2021-05-21 | 2021-08-10 | 光大水务科技发展(南京)有限公司 | Continuous circulating water treatment biochemical pool and water treatment method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998039498A1 (en) | 1997-03-07 | 1998-09-11 | Henkel Corporation | Conditioning metal surfaces prior to phosphate conversion coating |
WO2001012341A1 (en) * | 1999-08-16 | 2001-02-22 | Henkel Corporation | Process for forming a phosphate conversion coating on metal |
EP1988189A1 (en) * | 2006-02-20 | 2008-11-05 | Sumitomo Metal Industries Limited | Process for producing hot-dip galvanized steel sheet with zinc phosphate coat |
EP2343399A1 (en) * | 2008-10-31 | 2011-07-13 | Henkel AG & Co. KGaA | Treatment solution for chemical conversion of metal material and method for treatment |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6723178B1 (en) * | 1999-08-16 | 2004-04-20 | Henkel Corporation | Process for forming a phosphate conversion coating on metal |
CA2494559C (en) | 2002-07-10 | 2011-09-20 | Chemetall Gmbh | Method for coating metallic surfaces |
DE10323305B4 (en) | 2003-05-23 | 2006-03-30 | Chemetall Gmbh | Process for coating metallic surfaces with a phosphating solution containing hydrogen peroxide, phosphating solution and use of the treated articles |
JP4065289B2 (en) | 2004-11-30 | 2008-03-19 | 本田技研工業株式会社 | Surface treatment method of aluminum alloy |
JP4645470B2 (en) * | 2006-02-20 | 2011-03-09 | 住友金属工業株式会社 | Zinc-based plated steel sheet with excellent lubricity and adhesion and method for producing the same |
DE102008000600B4 (en) | 2008-03-11 | 2010-05-12 | Chemetall Gmbh | Process for coating metallic surfaces with a passivating agent, the passivating agent, the coating produced therewith and their use |
DE102010030697A1 (en) * | 2010-06-30 | 2012-01-05 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Process for the selective phosphating of a composite metal construction |
US20120183806A1 (en) | 2011-01-17 | 2012-07-19 | Ppg Industries, Inc. | Pretreatment Compositions and Methods For Coating A Metal Substrate |
JP2012253317A (en) | 2011-05-09 | 2012-12-20 | Kobe Steel Ltd | Manufacturing method of dust core, and dust core manufactured by the method |
JP6810704B2 (en) * | 2015-04-07 | 2021-01-06 | ケメタル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | A method for tightly adjusting the conductivity of chemical coatings |
-
2017
- 2017-04-21 EP EP17167478.1A patent/EP3392376A1/en not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-03-09 EP EP18716514.7A patent/EP3612663B1/en active Active
- 2018-03-09 CN CN201880026262.1A patent/CN110582592B/en active Active
- 2018-03-09 JP JP2019556846A patent/JP7287901B2/en active Active
- 2018-03-09 WO PCT/EP2018/055871 patent/WO2018192709A1/en active Application Filing
- 2018-03-09 PL PL18716514.7T patent/PL3612663T3/en unknown
- 2018-03-09 ES ES18716514T patent/ES2980302T3/en active Active
-
2019
- 2019-10-04 US US16/593,600 patent/US11486044B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998039498A1 (en) | 1997-03-07 | 1998-09-11 | Henkel Corporation | Conditioning metal surfaces prior to phosphate conversion coating |
WO2001012341A1 (en) * | 1999-08-16 | 2001-02-22 | Henkel Corporation | Process for forming a phosphate conversion coating on metal |
EP1988189A1 (en) * | 2006-02-20 | 2008-11-05 | Sumitomo Metal Industries Limited | Process for producing hot-dip galvanized steel sheet with zinc phosphate coat |
EP2343399A1 (en) * | 2008-10-31 | 2011-07-13 | Henkel AG & Co. KGaA | Treatment solution for chemical conversion of metal material and method for treatment |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3964606A1 (en) * | 2020-09-04 | 2022-03-09 | Henkel AG & Co. KGaA | Single stage zinc phosphating method |
WO2022048963A1 (en) * | 2020-09-04 | 2022-03-10 | Henkel Ag & Co. Kgaa | One-stage process for zinc phosphation |
CZ309976B6 (en) * | 2022-10-31 | 2024-03-27 | České vysoké učení technické v Praze | A method of pre-treatment of the surface of steel components |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3612663B1 (en) | 2024-03-06 |
US11486044B2 (en) | 2022-11-01 |
CN110582592B (en) | 2023-01-24 |
JP2020517823A (en) | 2020-06-18 |
EP3612663A1 (en) | 2020-02-26 |
PL3612663T3 (en) | 2024-06-24 |
WO2018192709A1 (en) | 2018-10-25 |
CN110582592A (en) | 2019-12-17 |
ES2980302T3 (en) | 2024-09-30 |
US20200032403A1 (en) | 2020-01-30 |
JP7287901B2 (en) | 2023-06-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3879099T2 (en) | METHOD AND COMPOSITION FOR PRODUCING ZINC PHOSPHATE. | |
EP2588646B1 (en) | Method for selectively phosphating a composite metal construction | |
EP3802915B1 (en) | Aqueous dispersion for activating a metal surface and method for its phosphating | |
EP3612663B1 (en) | Method for forming zinc phosphate coatings on metallic components in series | |
WO2008055726A1 (en) | Zr-/ti-containing phosphating solution for passivation of metal composite surfaces | |
US11479865B2 (en) | Method for zinc phosphating metal components in series in a sludge-free manner so as to form layers | |
WO2012126734A1 (en) | Multi-stage anti-corrosion treatment of metal components having zinc surfaces | |
EP4208585A1 (en) | One-stage process for zinc phosphation | |
EP2893054B1 (en) | Method for corrosion-protective serial surface treatment of metallic components | |
EP4196625A1 (en) | Resource-conserving method for zinc phosphating a metal surface | |
WO2021104973A1 (en) | Resource-saving method for activating a metal surface prior to a phosphatization process | |
EP4065749B1 (en) | Resource-conserving method for activating a metal surface prior to phosphating | |
EP1155163A1 (en) | Method for phosphatizing zinc or aluminium surfaces | |
WO2023078791A1 (en) | Multi-stage treatment for activated zinc phosphatizing of metallic components with zinc surfaces | |
EP4520853A1 (en) | Multi-stage method for anticorrosive coating of components with steel surfaces |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: BA ME |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20190425 |