DE10236526A1 - Process for treating or pre-treating parts, profiles, strips, sheets and/or wires having metallic surfaces comprises using an aqueous acidic solution containing fluoride, zinc and phosphate - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von metallischen Oberflächen durch Zinkphosphatieren und die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Substrate.The invention relates to a method for coating metallic surfaces by zinc phosphating and the use of those coated by the process according to the invention Substrates.
Die Beschichtung von metallischen Oberflächen mit Phosphatschichten kann in vielfältiger Weise erfolgen. Oft werden hierbei Zink-, Mangan- oder/und Nickel-Ionen haltige Phosphatierungslösungen eingesetzt. Ein Teil der in den Bädern bzw. Anlagen auf ihrer Oberfläche zu beschichtenden metallischen Substrate weist auch einen Anteil an Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen auf, der gegebenenfalls zu Problemen führen kann. Die Phosphatschicht(en) sollen) meistens zusammen mit mindestens einer nachfolgend aufgebrachten Lackschicht bzw. lackähnlichen Beschichtung einen guten Korrosionsschutz und eine gute Lackhaftung aufweisen. Die gleichzeitige Phosphatierung von Substraten mit unterschiedlicher metallischer Oberfläche hat an Bedeutung zugenommen. Insbesondere wächst der Anteil an Aluminium-haltigen Oberflächen in solchen Systemen, so daß es leichter und öfter als früher zu Problemen bei der Phosphatierung in solchen Systemen kommt.The coating of metallic surfaces with phosphate layers can be done in many ways. Often Zinc, manganese and / or nickel ion-containing phosphating solutions are used. On Part of the in the bathrooms or systems on their surface metallic substrates to be coated also have a portion on aluminum or aluminum alloys, which may be too Can cause problems. The phosphate layer (s) should mostly together with at least a subsequently applied lacquer layer or lacquer-like Coating good corrosion protection and good paint adhesion exhibit. The simultaneous phosphating of substrates with different metallic surface has grown in importance. In particular, the proportion of aluminum-containing grows surfaces in such systems so that it lighter and more often as previously there are problems with phosphating in such systems.
Bei einem größeren Anteil von Aluminium-haltigen metallischen Oberflächen, die mit der Phosphatierungslösung in Kontakt kommen, wird ein höherer Anteil von Al aufgelöst. Hierbei kommt es in der Regel in der Gegenwart von Alkalimetallionen und Fluoridionen einerseits zur Ausfällung von Alkali- und Fluorid-haltigen Verbindungen wie Kryolith, wenn ein ausreichender Gehalt an Alkalimetall- bzw. Fluoridionen anwesend ist, und andererseits kann sich ein erhöhter Gehalt an gelöstem Aluminium als Badgift erweisen, das die Ausbildung der Phosphatschicht ernsthaft behindert, so daß dann eine dünne, undefinierte, evtl. kaum kristalline Phosphatschicht mit schlechterer Korrosionsbeständigkeit und geringer Lackhaftung gebildet wird. Mit Fluoridionen im Überschuß kann sich ein Al- F-Komplex bilden, der in der Lösung gelöst ist, der aber auch mit einwertigen Ionen wie z.B. Natrium oder/und Kalium zu einem Niederschlag führen kann. Der Niederschlag kann sich im Radbehälter als Schlamm sammeln und von dort entnommen werden, kann aber auch auf den Aluminium-haltigen metallischen Oberflächen störende Ausfällungen bewirken.With a larger proportion of aluminum-containing metallic surfaces, the one with the phosphating solution coming into contact will be a higher one Al dissolved. This usually occurs in the presence of alkali metal ions and fluoride ions on the one hand for the precipitation of alkali and fluoride-containing compounds like cryolite, if there is a sufficient content of alkali metal or Fluoride ions are present, and on the other hand, there may be an increased content on solved Aluminum as a bath poison prove that the formation of the phosphate layer seriously disabled, so then a thin one undefined, possibly hardly crystalline phosphate layer with poorer corrosion resistance and low paint adhesion is formed. With fluoride ions in excess can an Al-F complex form the one in the solution solved which is also with monovalent ions such as Sodium or / and Potassium lead to a precipitate can. The precipitation can collect in the wheel container as sludge and can be removed from there, but can also be on the aluminum-containing metallic surfaces disturbing precipitations cause.
Bisher waren die Einflüsse, die zu einer schlechten Ausbildung der Phosphatschicht einerseits oder zur Ausfällung von Niederschlägen wie z.B. auf Basis von Kryolith führen und zu Fehlern in der nachfolgenden Lackierung führen, nur wenig bekannt. Es war unklar, unter welchen chemischen Bedingungen die Probleme auftreten, da sie nicht immer und nicht prognostizierbar auftraten. Und es war unbekannt, wie diesen Problemen entgegengesteuert werden kann. Es war bekannt, im Problemfall den Gehalt an freiem Fluorid stärker anzuheben, wobei dann aber teilweise auch ernsthafte Probleme mit Kryolith-haltigen Niederschlägen aufgetreten sind.So far, the influences have been that bad formation of the phosphate layer on the one hand or precipitation of rainfall such as. based on cryolite and lead to errors in the subsequent painting, little known. It was unclear under which chemical conditions The problems arise because they are not always and not predictable occurred. And it was unknown how to counteract these problems can be. It was known in the problem case the content of free Fluoride stronger to raise, but then sometimes also serious problems with Precipitation containing cryolite appeared.
EP-A1-0 452 638 lehrt ein Verfahren zum Phosphatieren von Oberflächen aus Stahl, verzinktem Stahl zusammen mit Aluminium enthaltenden Oberflächenanteilen mit einer Phosphatierungslösung, die einen Gesamtgehalt an Natriumionen im Bereich von mindestens 2 g/L, einen Gehalt an Natrium- und Kaliumionen zusammen von 2 bis 15 g/L und einen Manganionengehalt von mindestens 1 g/L aufweist.EP-A1-0 452 638 teaches a method for phosphating surfaces made of steel, galvanized steel together with aluminum containing surface portions with a phosphating solution, which have a total content of sodium ions in the range of at least 2 g / L, a content of sodium and potassium ions together from 2 to 15 g / L and a manganese ion content of at least 1 g / L.
EP-A2-0 434 358 beschreibt ein Verfahren zum Phosphatieren von metallischen Oberflächen in Gegenwart von Aluminium, bei dem die Phosphatierungslösung neben Zink auch mindestens ein Komplexfluorid und ein sog. einfaches Fluorid enthält, bei dem das molare Verhältnis Komplexfluorid zu einfachem Fluorid im Bereich von 0,01 bis 0,5 liegt. Als einfaches Fluorid wird hierbei eine dissoziierte und undissoziierte Flußsäure bezeichnet. Bei diesem Verfahren wird mindestens ein separater Behandlungsbehälter bzw. ein separater Fällungsbehälter eingesetzt. Diese Publikation führt jedoch keine konkreten Maßnahmen an bezüglich einwertiger Kationen, die die Vermeidung der Kryolith-Niederschläge außer durch Verwendung zusätzlicher separater Behälter ermöglichen. Der Wert der freien Säure FA soll bei 0,5 bis 2 Punkten liegen, wurde aber ohne KCI-Zusatz bestimmt und würde in etwa 0,3 bis 1,5 Punkten FS-KCI entsprechen. Sehr ähnliches lehrt EP-A2-0 454 361.EP-A2-0 434 358 describes a method for phosphating metallic surfaces in the presence of aluminum, where the phosphating solution in addition to zinc, at least one complex fluoride and a so-called simple one Contains fluoride, where the molar ratio Complex fluoride to simple fluoride in the range of 0.01 to 0.5 lies. As a simple fluoride, a dissociated and undissociated hydrofluoric acid. In this method, at least one separate treatment container or a separate precipitation tank is used. This publication leads however no concrete measures on monovalent cations, which the avoidance of cryolite precipitation except by using additional ones separate container enable. The value of free acid FA should be 0.5 to 2 points, but was determined without the addition of KCI and would correspond to about 0.3 to 1.5 points FS-KCI. Very similar teaches EP-A2-0 454 361.
DE-A1-100 26 850 schützt ein Phosphatierungsverfahren, bei dem die Ausfällung von störenden Kryolith-Niederschlägen im Bereich der zu beschichtenden metallischen Oberflächen durch eine Begrenzung des Aluminiumgehalts der Phosphatierungslösung und durch Verwendung eines zusätzlichen separaten Fällungsbehälters, durch den die Phosphatierungslösung zirkulieren muß, vermieden wird.DE-A1-100 26 850 protects Phosphating process in which the precipitation of troublesome cryolite deposits in the area of the metallic surfaces to be coated by a limitation the aluminum content of the phosphating solution and by using a additional separate precipitation container, by the phosphating solution must circulate is avoided.
Es bestand daher die Aufgabe ein Phosphatierungsverfahren zur Beschichtung auch von Aluminium-haltigen Oberflächen vorzuschlagen, bei dem ein separater Fällungsbereich im Behälter der Phosphatierungslösung bzw. separate Behälter zum Fällen und somit zum Vermeiden von Niederschlägen auf den zu beschichtenden metallischen Oberflächen nicht erforderlich sind. Die Phosphatschicht sollte geschlossen, von einer guten, feinkörnigen Kristallinität, von ausreichend hoher Korrosionsbeständigkeit und von ausreichend guter Lackhaftung sein. Das Verfahren sollte möglichst einfach, sicher und kostengerecht eingesetzt werden können.The object was therefore to propose a phosphating process for coating aluminum-containing surfaces, in which a separate precipitation area in the container of the phosphating solution or separate containers for precipitation and thus for avoiding precipitation on the metallic surfaces to be coated are not necessary. The phosphate layer should be closed, of good, fine-grained crystallinity, of sufficiently high corrosion resistance and of sufficiently good be paint liability. The process should be as simple, safe and cost-effective as possible.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Behandlung oder Vorbehandlung von Teilen, Profilen, Bändern, Blechen oder/und Drähten mit metallischen Oberflächen, bei denen mindestens 5% dieser Oberflächen aus Aluminium oder/und mindestens einer Aluminiumlegierung bestehen und gegebenenfalls die weiteren metallischen Oberflächen insbesondere aus Eisenlegierungen, Zink oder/und Zinklegierungen bestehen können, mit einer Zink, Fluorid und Phosphat enthaltenden, sauren, wässerigen Lösung, wobei die in der Phosphatierungslösung gelösten Gehalte
- – an Natrium praktisch Null oder im Konzentrationsbereich von 0,04 bis weniger als 2 g/L,
- – an Kalium praktisch Null oder im Konzentrationsbereich von 0,025 bis 2,5 g/L,
- – an Natrium und Kalium zusammen im Konzentrationsbereich von 0,025 bis 2,5 g/L als Natrium, wobei der Kalium-Gehalt auf Mol-Basis auf Natrium umgerechnet wird,
- – an Zink im Konzentrationsbereich von 0,2 bis 4 g/L,
- – an Phosphat im Konzentrationsbereich von 4 bis 65 g/L berechnet als POa,
- – an freiem Fluorid im Konzentrationsbereich von 0,03 bis 0,5 g/L,
- – an gesamtem Fluorid im Konzentrationsbereich von 0,1 bis 5 g/L und
- – gegebenenfalls an Nitrat von mindestens 0,2 g/L,
- Practically zero sodium or in the concentration range from 0.04 to less than 2 g / L,
- - practically zero potassium or in the concentration range from 0.025 to 2.5 g / L,
- Sodium and potassium together in the concentration range from 0.025 to 2.5 g / L as sodium, the potassium content on a molar basis being converted to sodium,
- Zinc in the concentration range from 0.2 to 4 g / L,
- Phosphate in the concentration range from 4 to 65 g / L calculated as POa,
- Free fluoride in the concentration range from 0.03 to 0.5 g / L,
- - of total fluoride in the concentration range from 0.1 to 5 g / L and
- - if necessary, at least 0.2 g / L of nitrate,
Der Begriff Vorbehandlung soll im Gegensatz zu dem Begriff Behandlung im Sinne dieser Anmeldung bedeuten, daß auf die Vorbehandlungsschicht noch mindestens eine wesentliche Beschichtung wie z.B. mindestens eine Schicht eines Lackes oder/und eines lackähnlichen Materials aufgebracht wird.The term pretreatment is intended in Contrary to the term treatment in the sense of this application, that on the pretreatment layer still has at least one essential coating such as. at least one layer of a paint or / and a paint-like Material is applied.
Vorzugsweise bestehen mindestens 8% dieser Oberflächen aus Aluminium oder/und mindestens einer Aluminiumlegierung, besonders bevorzugt mindestens 12%, mindestens 18%, mindestens 24%, mindestens 30%, mindestens 40%, mindestens 50%, mindestens 60%, mindestens 75% oder mindestens 90%.Preferably there are at least 8% of these surfaces made of aluminum and / or at least one aluminum alloy, especially preferably at least 12%, at least 18%, at least 24%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 75% or at least 90%.
Die gelösten Gehalte können bei den meisten Ionenarten vielfach gleichzeitig in nicht-komplexiertem und komplexiertem Zustand nebeneinander vorliegen.The dissolved levels can be at most types of ions often simultaneously in non-complexed and complexed condition side by side.
Die in der Phosphatierungslösung gelösten Gehalte können vorzugsweise betragen:
- – An Natrium im Konzentrationsbereich von 0,08 bis 1,8 g/L oder daß mindestens eine sehr geringe Menge zugesetzt wird,
- – an Kalium im Konzentrationsbereich von 0,05 bis 2,2 g/L oder daß mindestens eine sehr geringe Menge zugesetzt wird,
- – an Natrium und Kalium zusammen im Konzentrationsbereich von 0,05 bis 2,5 g/L als Natrium, wobei Kalium auf Mol-Basis auf Natrium umgerechnet wird,
- – an Zink im Konzentrationsbereich von 0,25 bis 3,5 g/L,
- – an Phosphat im Konzentrationsbereich von 5 bis 50 g/L berechnet als PO4,
- – an freiem Fluorid im Konzentrationsbereich von 0,085 bis 0,35 g/L oder/und
- – an gesamtem Fluorid im Konzentrationsbereich von 0,2 bis 4 g/L.
- Sodium in the concentration range from 0.08 to 1.8 g / L or that at least a very small amount is added,
- Potassium in the concentration range from 0.05 to 2.2 g / L or that at least a very small amount is added,
- Sodium and potassium together in the concentration range from 0.05 to 2.5 g / L as sodium, potassium on a molar basis being converted to sodium,
- Zinc in the concentration range from 0.25 to 3.5 g / L,
- Phosphate in the concentration range from 5 to 50 g / L calculated as PO 4 ,
- Free fluoride in the concentration range from 0.085 to 0.35 g / L or / and
- - of total fluoride in the concentration range from 0.2 to 4 g / L.
Besonders bevorzugt beträgt der Gehalt an Natrium und Kalium zusammen, berechnet als Natrium, 0,08 bis 2,2 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,2 bis 2 g/L, vor allem 0,3 bis 1,8 g/L, insbesondere bis 1,6 g/L. Der Gehalt an Zink beträgt besonders bevorzugt 0,3 bis 3 g/L, an Phosphat 6 bis 40 g/L, an freiem Fluorid mindestens 0,08 g/L bzw. bis zu 0,3 g/L oder/und an gesamtem Fluorid 0,3 bis 3 g/L, vor allem mindestens 0,4 g/L bzw. bis zu 2,5 g/L an gesamtem Fluorid.The content is particularly preferably of sodium and potassium together, calculated as sodium, 0.08 to 2.2 g / L, very particularly preferably 0.2 to 2 g / L, especially 0.3 to 1.8 g / L, especially up to 1.6 g / L. The zinc content is particularly high preferably 0.3 to 3 g / L, in phosphate 6 to 40 g / L, in free fluoride at least 0.08 g / L or up to 0.3 g / L or / and total fluoride 0.3 to 3 g / L, especially at least 0.4 g / L or up to 2.5 g / L of all fluoride.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Gehalt an Natrium, Kalium- und ggf. weiteren Alkalimetallionen, an Ammonium- und Nitrat-Ionen möglichst gering gehalten wird, insbesondere wenn nur eine Zugabe von jeweils bis zu 1 g/L bzw. praktisch Null verwendet wird, vorzugsweise von jeweils ggf. von bis zu 0,5 g/L oder von bis zu 0,2 g/L, wobei ein Zusatz an Nitrat vorteilhafterweise bei mindestens 0,4 g/L, aber bei nicht mehr als 6 g/L, besonders vorteilhaft nur bis zu 4 g/L, ganz besonders bevorzugt nur bis zu 2 g/L gehalten wird.It is particularly beneficial if the content of sodium, potassium and possibly other alkali metal ions Ammonium and nitrate ions if possible is kept low, especially if only an addition of each up to 1 g / L or practically zero is used, preferably from in each case up to 0.5 g / L or up to 0.2 g / L, where appropriate Addition of nitrate advantageously at least 0.4 g / L, however at not more than 6 g / L, particularly advantageously only up to 4 g / L, very particularly preferably only up to 2 g / L is kept.
Wenn der Gehalt an freiem Fluorid in der Phosphatierungslösung zu hoch ist, kommt es zu einer vermehrten Ausbildung von Kryolith oder/und verwandten Al-F-haltigen Verbindungen, die zu Lackfehlern der nachfolgenden Lackierung führen können.If the content of free fluoride in the phosphating solution is too high, there is an increased formation of cryolite or / and related Al-F-containing Connections that can lead to paint defects in the subsequent painting.
Der Gehalt an gelöstem einschließlich komplexiertem Zink kann insbesondere bei 0,4 bis 2,5 g/L, besonders bevorzugt bei 0,5 bis 2,2 g/L liegen, wobei ein Gehalt bei der Applikation der Phosphatierungslösung im Tauchen bei 0,5 bis 2,5 g/L und insbesondere bei 0,7 bis 2,0 g/L bzw. bei Applikation im Spritzen bei 0,3 bis 2 g/L und insbesondere bei 0,5 bis 1,5 g/L bevorzugt ist.The content of dissolved including complexed Zinc can be particularly preferred at 0.4 to 2.5 g / L 0.5 to 2.2 g / L, with a content during application the phosphating solution in Diving at 0.5 to 2.5 g / L and especially at 0.7 to 2.0 g / L or when applied by spraying at 0.3 to 2 g / L and in particular at 0.5 to 1.5 g / L is preferred.
Der Gehalt an Phosphat kann insbesondere 6 bis 40 g/L PO4 betragen, vor allem mindestens 8 g/L bzw. bis zu 36 g/L.The phosphate content can be in particular 6 to 40 g / L PO 4 , especially at least 8 g / L or up to 36 g / L.
Die mit der Phosphatierungslösung entsprechend dem Anspruch 1 aufgebrachte Phosphatschicht kann entweder direkt auf eine metallische Oberfläche, auf eine aktivierte metallische Oberfläche wie z.B. durch eine Aktivierung auf Basis von Titanphosphat oder auf mindestens eine zuvor aufgebrachte Vorbeschichtung wie z. B. auf eine erste Phosphatschicht, die nicht oder nicht allein der Aktivierung dient, oder/und auf mindestens eine andersartig chemisch zusammengesetzte Schicht wie z.B. auf eine Komplexfluorid-, Silan- oder/und Polymer-haltige Schicht aufgebracht werden.The one with the phosphating solution accordingly The applied phosphate layer can either directly on a metallic surface, on an activated metallic surface such as through an activation based on titanium phosphate or at least one previously applied Pre-coating such as B. on a first phosphate layer, which is not or is not used solely for activation, or / and at least a different chemically composed layer such as on a layer containing complex fluoride, silane and / or polymer is applied become.
Zur Beurteilung, ob störende Fällungsprodukte auf einer beschichteten Alhaltigen metallischen Oberfläche ausgeschieden wurden, wird eine Probe der Oberfläche einer Al-haltigen Oberfläche ggf. nach ihrer Zerkleinerung auf ein entsprechend geeignetes Probenformat in ein Rasterelektronenmikroskop gebracht und dort mittels energiedispersiver oder wellenlängendispersiver Analyse auf die Anwesenheit von Natrium oder Kalium, die üblicherweise nicht in die Kristallgitter der Zinkphosphate eingebaut werden, stellvertretend für die übrigen Alkali- bzw. Erdalkalimetalle bzw. Ammonium, die parallel hierzu mit dem Natrium und Kalium ausgefällt werden könnten, geprüft. Wenn Bereiche unter dem Rasterelektronenmikroskop insbesondere an kristallinen Fällungsprodukten mit würfelähnlichen Kristallen mittels EDX Natrium oder/und Kalium nachzuweisen gestatten, wird von einer Ausfällung einer Natrium oder/und Kalium enthaltenden Substanz wie z.B. Kryolith ausgegangen.To assess whether disruptive precipitation products excreted on a coated aluminum-containing metallic surface a sample of the surface of an Al-containing surface after crushing it to a suitable sample format placed in a scanning electron microscope and there by means of energy dispersive or wavelength dispersive Analysis for the presence of sodium or potassium, which is common are not built into the crystal lattices of the zinc phosphates, representative of the remaining Alkali or alkaline earth metals or ammonium, parallel to this with which sodium and potassium could be precipitated. If Areas under the scanning electron microscope, in particular on crystalline precipitation products with cube-like Allow crystals to be detected using EDX sodium and / or potassium, is from a precipitation a substance containing sodium and / or potassium, e.g. cryolite went out.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Gehalte an gelöstem Aluminium in der Phosphatierungslösung vorzugsweise im Konzentrationsbereich von 0,002 bis 1 g/L, insbesondere von mindestens 0,005 g/L, besonders bevorzugt bei 0,008 bis 0,7 g/L, vor allem bei 0,01 bis 0,4 g/L liegen. Ein höherer Aluminiumgehalt als 0,1 g/L ist hierbei für das erfindungsgemäße Verfahren nicht schädlich.In the method according to the invention can the levels of dissolved Aluminum in the phosphating solution preferably in the concentration range from 0.002 to 1 g / L, especially from at least 0.005 g / L, especially preferably 0.008 to 0.7 g / L, especially 0.01 to 0.4 g / L lie. A higher one Aluminum content as 0.1 g / L is here for the process according to the invention not harmful.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Gesamtgehalt an Siliciumkomplexfluorid und Borkomplexfluorid zusammen in der Phosphatierungslösung vorzugsweise 0,01 bis 8 g/L betragen – gegebenenfalls auf Mol-Basis umgerechnet zu SiF6, wobei nicht beide Gruppen an Fluoridkomplexen gleichzeitig auftreten müssen.In the process according to the invention, the total content of silicon complex fluoride and boron complex fluoride together in the phosphating solution can preferably be 0.01 to 8 g / L - optionally converted on a molar basis to SiF 6 , it not being necessary for both groups of fluoride complexes to occur simultaneously.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Gehalte an komplex gebundenem Fluorid in der Phosphatierungslösung vorzugsweise 0,01 bis 8 g/L betragen, berechnet als SiF6, wobei auf Mol-Basis umgerechnet wird.In the process according to the invention, the contents of complex-bound fluoride in the phosphating solution can preferably be 0.01 to 8 g / L, calculated as SiF 6 , the conversion being carried out on a molar basis.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
die in der Phosphatierungslösung
gelösten
Gehalte
an Natrium 0,05 bis 2 g/L,
an Kalium praktisch
Null oder 0,030 bis 1,5 g/L,
an Siliciumkomplexfluorid 0,01
bis 4 g/L oder/und
an Borkomplexfluorid 0,01 bis 4 g/L vorzugsweise
betragen, letztere
berechnet als SiF6 bzw.
BF4.In the method according to the invention, the contents dissolved in the phosphating solution can
of sodium 0.05 to 2 g / L,
of potassium practically zero or 0.030 to 1.5 g / L,
of silicon complex fluoride 0.01 to 4 g / L or / and
boron complex fluoride is preferably 0.01 to 4 g / L, the latter
calculated as SiF 6 or BF 4 .
Hierbei können insbesondere Gehalte vorliegen an Natrium im Bereich von 0,05 bis 2 g/L, an Kalium von praktisch Null oder im Bereich von 0,05 bis 1 g/L, an Siliciumkomplexfluorid im Bereich von 0,03 bis 3,2 g/L oder/und an Borkomplexfluorid im Bereich von 0,03 bis 3,5 g/L, letztere berechnet als SiF6 bzw. BF4. Diese Variante weist besonders bevorzugt mehr Natrium als Kalium auf.In particular, levels of sodium in the range from 0.05 to 2 g / L, in potassium from practically zero or in the range from 0.05 to 1 g / L, in silicon complex fluoride in the range from 0.03 to 3.2 g can be present / L or / and boron complex fluoride in the range from 0.03 to 3.5 g / L, the latter calculated as SiF 6 or BF 4 . This variant particularly preferably has more sodium than potassium.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
die in der Phosphatierungslösung
gelösten
Gehalte alternativ
an Natrium praktisch Null oder 0,060 bis
1,8 g/L,
an Kalium 0,035 bis 1,4 g/L,
an Natrium und Kalium
im Konzentrationsbereich von 0,05 bis 2 g/L als Natrium, wobei Kalium
auf Mol-Basis auf Natrium umgerechnet wird,
an Siliciumkomplexfluorid
0,02 bis 1 g/L oder/und
an Borkomplexfluorid 0,02 bis 3 g/L
vorzugsweise betragen,
letztere berechnet als SiF6 bzw.
BF4.In the method according to the invention, the contents dissolved in the phosphating solution can alternatively be used
of sodium practically zero or 0.060 to 1.8 g / L,
of potassium 0.035 to 1.4 g / L,
of sodium and potassium in the concentration range from 0.05 to 2 g / L as sodium, potassium on a molar basis being converted to sodium,
of silicon complex fluoride 0.02 to 1 g / L or / and
boron complex fluoride is preferably 0.02 to 3 g / L,
the latter calculated as SiF 6 or BF 4 .
Hierbei können die in der Phosphatierungslösung gelösten Gehalte an Natrium 0,05 bis 1,9 g/L, an Kalium 0,05 bis 4 g/L, an Siliciumkomplexfluorid 0,03 bis 0,8 g/L oder/und an Borkomplexfluorid 0,03 bis 3,5 g/L betragen, letztere berechnet als SiF6 bzw. BF4. Diese Variante weist besonders bevorzugt mehr Kalium als Natrium auf. Besonders bevorzugt ist es, daß der Gehalt der Phosphatierungslösung an Natrium und Kalium zusammen im Konzentrationsbereich bis 1,8 g/L liegt, ganz besonders bevorzugt bis 1,5 g/L, insbesondere bis 1,1 g/L, angegeben als Natrium, wobei Kalium auf Mol-Basis auf Natrium umgerechnet wird.The contents of sodium 0.05 to 1.9 g / L, potassium 0.05 to 4 g / L, silicon complex fluoride 0.03 to 0.8 g / L or / and boron complex fluoride can be dissolved in the phosphating solution , 03 to 3.5 g / L, the latter calculated as SiF 6 or BF 4 . This variant particularly preferably has more potassium than sodium. It is particularly preferred that the sodium and potassium content of the phosphating solution together is in the concentration range up to 1.8 g / L, very particularly preferably up to 1.5 g / L, in particular up to 1.1 g / L, given as sodium, where mole-based potassium is converted to sodium.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
die gelösten
Gehalte in der Phosphatierungslösung
an
Nickel praktisch Null oder 0,001 bis 3 g/L oder/und
an Mangan
praktisch Null oder 0,002 bis 5 g/L vorzugsweise betragen,
insbesondere
an Nickel 0,02 bis 2 g/L, besonders bevorzugt 0,1 bis 1,5 g/L bzw.
insbesondere an Mangan 0,05 bis 4 g/L, besonders bevorzugt 0,1 bis
3 g/L. Der Mangangehalt liegt ganz besonders bevorzugt unter 1 g/L, da
hiermit Chemikalien eingespart werden können.In the method according to the invention, the dissolved contents in the phosphating solution
of nickel practically zero or 0.001 to 3 g / L or / and
manganese is preferably practically zero or preferably 0.002 to 5 g / L,
in particular 0.02 to 2 g / L of nickel, particularly preferably 0.1 to 1.5 g / L or in particular of manganese 0.05 to 4 g / L, particularly preferably 0.1 to 3 g / L. The manganese content is very particularly preferably less than 1 g / L, since this can save chemicals.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
die gelösten
Gehalte in der Phosphatierungslösung
an
gelösten
Eisen2+-Ionen praktisch Null oder 0,005
bis 3 g/L oder/und
an komplexierten Eisen3+-Ionen
praktisch Null oder 0,005 bis 1 g/L
vorzugsweise betragen,
insbesondere
an gelösten
Eisen2+-Ionen 0,02 bis 2 g/L, besonders
bevorzugt 0,1 bis 1,5 g/L bzw. insbesondere an komplexierten Eisen3+-Ionen 0,002 bis 0,5 g/L, besonders bevorzugt
0,005 bis 0,1 g/L. Solche Gehalte treten insbesondere bei Prozessen
auf, die auf der Eisenseite laufen, d.h., daß die Phosphatierungslösung ggf. auch
mit dem/den vorhandenen Beschleuniger(n) eine solche Zusammensetzung
aufweist, daß sie
gelöstes Fe2+ in etwas erhöhtem Gehalt in der Lösung zu
halten vermag. Die komplexierten Eisen3+-Ionen
liegen ganz besonders bevorzugt vorwiegend oder ausschließlich als
Fluoridkomplex(e) vor.In the method according to the invention, the dissolved contents in the phosphating solution
on dissolved iron 2+ ions practically zero or 0.005 to 3 g / L or / and
of complexed iron 3+ ions practically zero or 0.005 to 1 g / L
preferably be
in particular of dissolved iron 2+ ions 0.02 particularly preferably up to 2 g / L, particularly preferably 0.1 to 1.5 g / L or particularly of complexed iron ions 3+ 0.002 to 0.5 g / L, 0.005 to 0.1 g / L. Such contents occur in particular in processes which run on the iron side, that is to say that the phosphating solution, if appropriate also with the accelerator (s) present, has a composition such that it dissolves dissolved Fe 2+ in the solution at a somewhat increased content can hold. The complexed iron 3+ ions are particularly preferably predominantly or exclusively in the form of a fluoride complex (s).
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
die gelösten
Gehalte in der Phosphatierungslösung
an
Silber praktisch Null oder 0,001 bis 0,080 g/L oder/und
an
Kupfer praktisch Null oder 0,001 bis 0,050 g/L vorzugsweise betragen,
insbesondere
an Silber 0,002 bis 0,030 g/L, besonders bevorzugt bis 0,015 g/L
bzw. insbesondere an Kupfer 0,002 bis 0,015 g/L, besonders bevorzugt
bis 0,010 g/L.In the method according to the invention, the dissolved contents in the phosphating solution
of silver practically zero or 0.001 to 0.080 g / L or / and
copper practically zero or preferably 0.001 to 0.050 g / L,
in particular 0.002 to 0.030 g / L of silver, particularly preferably up to 0.015 g / L or in particular of 0.002 to 0.015 g / L of copper, particularly preferably up to 0.010 g / L.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
die gelösten
Gehalte in der Phosphatierungslösung
an
Titan praktisch Null oder 0,001 bis 0,200 g/L oder/und
an Zirkonium
praktisch Null oder 0,001 bis 0,200 g/L vorzugsweise betragen,
insbesondere
an Titan im Bereich von 0,002 bis 0,150 g/L, besonders bevorzugt
im Bereich bis 0,100 g/L bzw. insbesondere an Zirkonium im Bereich
von 0,002 bis 0,150 g/L, besonders bevorzugt im Bereich bis 0,100
g/L. Vor allem ist es bevorzugt, weder eine Titan-, noch eine Zirkoniumverbindung
der Phosphatierungslösung
zuzusetzen. Darüber
hinaus kann es vorteilhaft sein, Titan-haltige Legierungen als metallische
Oberflächen,
die phosphatiert werden sollen, zu vermeiden.In the method according to the invention, the dissolved contents in the phosphating solution
on titanium practically zero or 0.001 to 0.200 g / L or / and
zirconium preferably practically zero or 0.001 to 0.200 g / L,
in particular titanium in the range from 0.002 to 0.150 g / L, particularly preferably in the range up to 0.100 g / L or in particular zirconium in the range from 0.002 to 0.150 g / L, particularly preferably in the range up to 0.100 g / L. Above all, it is preferred not to add either a titanium or a zirconium compound to the phosphating solution. In addition, it can be advantageous to avoid titanium-containing alloys as metallic surfaces that are to be phosphated.
Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren
kann die Phosphatierungslösung
folgende Gehalte aufweisen:
Zink im Bereich von 0,4 bis 2,5
g/L,
Mangan im Bereich von 0,3 bis 2,0 g/L,
Gewichtsverhältnis Zink
: Mangan im Bereich von 0,7 : 1 bis 1,8 : 1,
Phosphat berechnet
als PO4 im Bereich von 7 bis 35 g/L,
Gewichtsverhältnis Zink
: Phosphat im Bereich von 0,01 bis 0,2,
Gehalt an freiem Fluorid
0,05 bis 0,6 g/L oder/und
Gehalt an Komplexfluorid im Bereich
von 0,1 bis 4,5 g/L, als SiF6.In the coating method according to the invention, the phosphating solution can have the following contents:
Zinc in the range of 0.4 to 2.5 g / L,
Manganese in the range from 0.3 to 2.0 g / L,
Weight ratio zinc: manganese in the range from 0.7: 1 to 1.8: 1,
Phosphate calculated as PO 4 in the range from 7 to 35 g / L,
Zinc: phosphate weight ratio in the range from 0.01 to 0.2,
Free fluoride content 0.05 to 0.6 g / L or / and
Content of complex fluoride in the range from 0.1 to 4.5 g / L, as SiF 6 .
Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren
kann die Phosphatierungslösung
folgende Gehalte aufweisen:
Zink im Bereich von 0,5 bis 1,9
g/L,
Mangan im Bereich von 0,4 bis 0,95 g/L,
Gewichtsverhältnis Zink
: Mangan im Bereich von 0,8 : 1 bis 1,6 : 1,
Phosphat berechnet
als PO4 im Bereich von 8 bis 30 g/L,
Gewichtsverhältnis Zink
: Phosphat im Bereich von 0,012 bis 0,16,
Gehalt an freiem
Fluorid 0,06 bis 0,4 g/L oder/und
Gehalt an Komplexfluorid
im Bereich von 0,2 bis 4 g/L, als SiF6.In the coating method according to the invention, the phosphating solution can have the following contents:
Zinc in the range of 0.5 to 1.9 g / L,
Manganese in the range of 0.4 to 0.95 g / L,
Weight ratio zinc: manganese in the range from 0.8: 1 to 1.6: 1,
Phosphate calculated as PO 4 in the range from 8 to 30 g / L,
Zinc: phosphate weight ratio in the range from 0.012 to 0.16,
Free fluoride content 0.06 to 0.4 g / L or / and
Complex fluoride content in the range from 0.2 to 4 g / L, as SiF 6 .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
die gelösten
Gehalte in der Phosphatierungslösung
an
Ammonium praktisch Null oder 0,01 bis 50 g/L oder/und
an Nitrat
praktisch Null oder 0,01 bis 30 g/L vorzugsweise betragen, insbesondere
an Ammonium 0,012 bis 20 g/L, besonders bevorzugt 0,015 bis 5 g/L
bzw. insbesondere an Nitrat 0,05 bis 20 g/L, besonders bevorzugt 0,1
bis 12 g/L. Ammoniumionen können
eine Alternative zu anderen einwertigen Kationen sein, wobei aber geringe
oder mittlere Gehalte an Ammoniumionen üblicherweise nicht oder kaum
zu Fällungen
führen.
Gleichzeitig kann der pH-Wert mit der Zugabe von Ammoniak beeinflußt werden,
ohne den Natrium- und Kaliumgehalt anzuheben.In the method according to the invention, the dissolved contents in the phosphating solution
of practically zero ammonium or 0.01 to 50 g / L or / and
practically zero in nitrate or 0.01 to 30 g / L, in particular 0.012 to 20 g / L in ammonium, particularly preferably 0.015 to 5 g / L or 0.05 to 20 g / L in particular in nitrate, particularly preferably 0.1 to 12 g / L. Ammonium ions can be an alternative to other monovalent cations, but low or medium contents of ammonium ions usually do not lead to precipitations, or only rarely. At the same time, the pH can be influenced with the addition of ammonia without increasing the sodium and potassium content.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
die gelösten
Gehalte in der Phosphatierungslösung
an
Sulfat praktisch Null oder 0,005 bis 5 g/L oder/und
an Chlorid
praktisch Null oder 0,020 bis 0,5 g/L vorzugsweise betragen,
insbesondere
an Sulfat 0,01 bis 4 g/L, besonders bevorzugt 0,02 bis 3 g/L bzw.
insbesondere an Chlorid 0,050 bis 0,3 g/L, besonders bevorzugt mindestens
0,075 g/L bzw. bis 0,15 g/L.In the method according to the invention, the dissolved contents in the phosphating solution
of sulfate practically zero or 0.005 to 5 g / L or / and
of chloride practically zero or preferably 0.020 to 0.5 g / L,
in particular sulfate 0.01 to 4 g / L, particularly preferably 0.02 to 3 g / L or in particular chloride 0.050 to 0.3 g / L, particularly preferably at least 0.075 g / L or up to 0.15 g / L.
Es ist üblicherweise vorteilhaft, der
Phosphatierungslösung
mindestens einen Beschleuniger zuzusetzen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann die Phosphatierungslösung
mindestens einen Beschleuniger enthalten ausgewählt aus der Gruppe von Verbindungen
bzw. Ionen auf Basis von
mindestens einer Stickstoff-haltigen
Verbindung im Konzentrationsbereich von 0,01 bis 8 g/L, Chlorat
im
Konzentrationsbereich von 0,01 bis 6 g/L,
Hydroxylamin im Konzentrationsbereich
von 0,01 bis 3 g/L und Peroxid einschließlich wasserlöslichem
organischen Peroxid im Konzentrationsbereich von 0,001 bis 0,200
g/L, berechnet als H2O2.It is usually advantageous to add at least one accelerator to the phosphating solution. In the method according to the invention, the phosphating solution can contain at least one accelerator selected from the group of compounds or ions based on
at least one nitrogen-containing compound in the concentration range from 0.01 to 8 g / L, chlorate
in the concentration range from 0.01 to 6 g / L,
Hydroxylamine in the concentration range from 0.01 to 3 g / L and peroxide including water-soluble organic peroxide in the concentration range from 0.001 to 0.200 g / L, calculated as H 2 O 2 .
Besonders bevorzugt enthält die Phosphatierungslösung mindestens einen gewissen Nitratgehalt als Beschleuniger, wobei jedoch ein Zusatz von mindestens einem weiteren Beschleuniger vorteilhaft ist. Unter den Stickstoff-haltigen Verbindungen beträgt der Gehalt jeweils gegebenenfalls vorzugsweise bei m-Nitrobenzolsulfonat 0,01 bis 2 g/L, bei Nitrit 0,001 bis 0,400 g/L bzw. bei Nitroguanidin 0,01 bis 3,5 g/L. Der Gehalt auf Basis von Chlorat ist vorzugsweise praktisch Null oder im Bereich von 0,05 bis 4 g/L bzw. besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 3 g/L. Der Gehalt auf Basis von Hydroxylamin ist vorzugsweise praktisch Null oder im Bereich von 0,05 bis 2 g/L bzw. besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 1,5 g/L. Der Gehalt auf Basis von m-Nitrobenzolsulfonat ist vorzugsweise praktisch Null oder im Bereich von 0,05 bis 1,5 g/L bzw. besonders bevorzugt im Bereich von 0,15 bis 1 g/L. Der Gehalt auf Basis von Nitrit ist vorzugsweise praktisch Null oder im Bereich von 0,005 bis 0,350 g/L bzw. besonders bevorzugt im Bereich von 0,010 bis 0,300 g/L. Der Gehalt auf Basis von Nitroguanidin ist vorzugsweise praktisch Null oder im Bereich von 0,1 bis 3 g/L bzw. besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 2,5 g/L. Der Gehalt auf Basis von Peroxid einschließlich wasserlöslichem organischen Peroxid ist vorzugsweise praktisch Null oder im Bereich von 0,003 bis 0,150 g/L bzw. besonders bevorzugt im Bereich von 0,005 bis 0,100 g/L.The phosphating solution particularly preferably contains at least a certain nitrate content as an accelerator, but a Addition of at least one further accelerator is advantageous. The content of the nitrogen-containing compounds may be in each case preferably with m-nitrobenzenesulfonate 0.01 to 2 g / L, for nitrite 0.001 to 0.400 g / L or for nitroguanidine 0.01 to 3.5 g / L. The chlorate-based content is preferred practically zero or in the range of 0.05 to 4 g / L or particularly preferably in the range of 0.1 to 3 g / L. The salary based on Hydroxylamine is preferably practically zero or in the range of 0.05 to 2 g / L or particularly preferably in the range from 0.2 to 1.5 g / L. The content based on m-nitrobenzenesulfonate is preferably practically zero or in the range of 0.05 to 1.5 g / L or particularly preferably in the range from 0.15 to 1 g / L. The Content based on nitrite is preferably practically zero or in the range from 0.005 to 0.350 g / L or particularly preferably in the range from 0.010 to 0.300 g / L. The content based on nitroguanidine is preferably practically zero or in the range of 0.1 to 3 g / L or particularly preferably in the range from 0.3 to 2.5 g / L. The salary based on peroxide including water-soluble organic peroxide is preferably practically zero or in the range from 0.003 to 0.150 g / L or particularly preferably in the range from 0.005 to 0.100 g / L.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Gesamtgehalt aller Kationen in der Phosphatierungslösung vorzugsweise im Konzentrationsbereich von 0,35 bis 80 g/L berechnet auf Mol-Basis als Zn liegen und kann der Gesamtgehalt aller Anionen ohne Beschleuniger, aber einschließlich Nitrat im Konzentrationsbereich von 4 bis 120 g/L, berechnet auf Mol-Basis als PO4 vorzugsweise betragen. Alternativ oder zusätzlich kann auch mindestens ein anderer als die vorgenannten Beschleuniger, insbesondere auf der Basis einer Nitroverbindung wie z.B. auf Basis von Nitrobenzoat oder/und Nitrophenol, eingesetzt werden. Vorzugsweise enthält die Phosphatierungslösung keinen Beschleuniger auf Basis von Hydroxylamin.In the process according to the invention, the total content of all cations in the phosphating solution can preferably be in the concentration range from 0.35 to 80 g / L, calculated on a molar basis as Zn, and the total content of all anions without accelerator, but including nitrate, in the concentration range from 4 to 120 g / L, calculated on a mole basis as PO 4 are preferably. Alternatively or additionally, at least one accelerator other than the abovementioned can also be used, in particular based on a nitro compound such as, for example, based on nitrobenzoate and / or nitrophenol. The phosphating solution preferably does not contain an accelerator based on hydroxylamine.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Gehalt an Magnesium in der Phosphatierungslösung vorzugsweise nicht mehr als 1 g/L betragen, besonders bevorzugt weniger als 0,5 g/L, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 0,15 g/L.In the method according to the invention the content of magnesium in the phosphating solution may be preferred amount to not more than 1 g / L, particularly preferably less than 0.5 g / L, most preferably not more than 0.15 g / L.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, daß auf den derart phosphatierten Oberflächen von Aluminium oder/und mindestens einer Aluminiumlegierung kein oder nahezu kein Fällungsprodukt auf Basis von Aluminiumfluorokomplexen von Ammonium, Alkali- oder/und Erdalkalimetall auf der metallischen Oberfläche, unter der Phosphatschicht oder/und zwischen den Zinkphosphatkristallen in der Phosphatschicht abgeschieden wird – zumindest sollten ihre Mengen so begrenzt sein, daß die Niederschläge nicht zu Lackfehlern bei der nachfolgenden Lackierung Anlaß geben.In the method according to the invention it is preferred that on the surfaces so phosphated of aluminum and / or at least one aluminum alloy none or almost no precipitate Base of aluminum fluorocomplexes of ammonium, alkali or / and Alkaline earth metal on the metallic surface, under the phosphate layer or / and between the zinc phosphate crystals in the phosphate layer is deposited - at least their amounts should be limited so that the rainfall does not give rise to paint defects in the subsequent painting.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Lösungen gearbeitet, die im wesentlichen frei sind von Ionen bzw. Verbindungen oder/und deren Derivaten auf Basis von Barium, Blei, Cadmium, Chrom, Hafnium, Kobalt, Lithium, Molybdän, Niob, Tantal, Vanadium, Wolfram, Edelmetallen wie z.B. Silber, Brom, Jod, Phosphorsäuren, höherwertigen Alkoholen ab 8 C-Atomen, Carboxylsäuren oder/und anderen organischen Säuren wie Gluconsäure, Silanen, Siloxanen oder/und organischen Polymeren, Copolymeren und Nomopolymeren wie z.B. Harzen sowie gegebenenfalls auch im wesentlichen frei sind von kolloidalen und sonstigen Partikeln. Im wesentlichen bedeutet hierbei insbesondere ohne absichtlichen Zusatz derartiger Ionen bzw. Verbindungen, so daß Verunreinigungen, Geizreaktionen und Verschleppungen am ehesten zu derartigen Gehalten in geringer Menge führen können. Vorzugsweise wird auch – in vielen Fällen – kein Kupfer zugesetzt. Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren stromlos gearbeitet; es ist jedoch grundsätzlich möglich, die Phosphatierungslösung elektrolytisch einzusetzen, wobei gegebenenfalls der Gehalt an Beschleunigern verringert oder sogar vermieden werden kann.Preferably in the method according to the invention with solutions worked that are essentially free of ions or compounds or / and their derivatives based on barium, lead, cadmium, chromium, Hafnium, cobalt, lithium, molybdenum, Niobium, tantalum, vanadium, tungsten, precious metals such as Silver, bromine, Iodine, phosphoric acids, high-order Alcohols from 8 carbon atoms, carboxylic acids and / or other organic acids like gluconic acid, Silanes, siloxanes and / or organic polymers, copolymers and nomopolymers such as. Resins and optionally also are essentially free of colloidal and other particles. Essentially means in this case in particular without intentionally adding such ions or connections so that impurities, Avarice reactions and kidnappings are most likely at such levels lead in small quantities can. Preferably also - in many cases - no copper added. The method according to the invention is preferably operated without current; however, it is fundamental possible, the phosphating solution to be used electrolytically, where appropriate the content of accelerators can be reduced or even avoided.
Zur Bestimmung der Freien Säure werden 10 ml der Phosphatierungslösung ohne Verdünnung zwecks Dissoziationsverschiebung des Komplexfluorids bis zur Sättigung mit KCI versetzt und unter Verwendung von Dimethylgelb als Indikator mit 0,1 M NaOH bis zum Umschlag von rot nach gelb titriert. Die verbrauchte Menge an 0,1 M NaOH in ml ergibt den Wert der Freien Säure (FS-KCI) in Punkten.To determine the free acidity 10 ml of the phosphating solution without dilution Dissociation shift of the complex fluoride to saturation mixed with KCI and using dimethyl yellow as an indicator Titrated with 0.1 M NaOH until the change from red to yellow. The The amount of 0.1 M NaOH consumed in ml gives the value of the free Acid (FS-KCI) in points.
Zur Bestimmung des Gesamtgehalts an Phosphationen werden 10 ml der Phosphatierungslösung mit 200 ml vollentsalztem Wasser verdünnt und unter Verwendung von Bromkresolgrün als Indikator mit 0,1 M NaOH bis zum Umschlag von Gelb nach Türkies titriert. Im Anschluß an diese Titration wird nach Zugabe von 20 ml 30%iger neutraler Kaliumoxalatlösung gegen Phenolphthalein als Indikator bis zum Umschlag von Blau nach Violett mit 0,1 M NaOH titriert. Der Verbrauch an 0,1 M NaOH in ml zwischen dem Umschlag mit Bromkresolgrün und dem Umschlag mit Phenolphthalein entspricht der Gesamtsäure nach Fischer (GSF) in Punkten. Wenn dieser Wert mit 0,71 multipliziert wird, ergibt sich der Gesamtgehalt an Phosphationen in P2O5 bzw. multipliziert mit 0,969 für PO4 (Siehe W. Rausch: "Die Phosphatierung von Metallen". Eugen G. Leuze-Verlag 1988, pp. 300 ff).To determine the total content of phosphate ions, 10 ml of the phosphating solution are diluted with 200 ml of deionized water and titrated with bromocresol green as an indicator with 0.1 M NaOH until the color changes from yellow to turquoise. Following this titration, after adding 20 ml of 30% neutral potassium oxalate solution against phenolphthalein as an indicator, titrate with 0.1 M NaOH until the color changes from blue to violet. The consumption of 0.1 M NaOH in ml between the envelope with bromocresol green and the envelope with phenolphthalein corresponds to the total acid according to Fischer (GSF) in points. If this value is multiplied by 0.71, the total content of phosphate ions in P 2 O 5 or multiplied by 0.969 for PO 4 results (see W. Rausch: "The phosphating of metals". Eugen G. Leuze-Verlag 1988, pp. 300 ff).
Der sogenannte S-Wert ergibt sich durch Division des Wertes der Freien Säure KCI durch den Wert der Gesamtsäure nach Fischer.The so-called S-value results by dividing the value of the free acid KCI by the value of the total acidity according to Fischer.
Die Gesamtsäure verdünnt (GSverdünnt) ist die Summe aus den enthaltenen zweiwertigen Kationen sowie freien und gebundenen Phosphorsäuren (letztere sind Phosphate). Sie wird durch den Verbrauch an 0,1 molarer Natronlauge unter Verwendung des Indikators Phenolphthalein an 10 ml Phosphatierungslösung verdünnt mit 200 ml vollentsalztem Wasser bestimmt. Dieser Verbrauch an 0,1 M NaOH in ml entspricht der Punktzahl der Gesamtsäure.The total acid diluted (GS diluted ) is the sum of the divalent cations contained and free and bound phosphoric acids (the latter are phosphates). It is verified by the consumption of 0.1 molar sodium hydroxide solution using the indicator phenolphthalein in 10 ml phosphating solution diluted with 200 ml of deionized water. This consumption of 0.1 M NaOH in ml corresponds to the total acid score.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Gehalt an freier Säure KCI vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 6 Punkten, der Gehalt an Gesamtsäure verdünnt vorzugsweise im Bereich von 8 bis 70 Punkten oder/und der Gehalt an Gesamtsäure Fischer vorzugsweise im Bereich von 4 bis 50 Punkten liegen. Vorzugsweise liegt der Bereich der freien Säure KCI bei 0,4 bis 5,5 Punkten, insbesondere bei 0,6 bis 5 Punkten. Vorzugsweise liegt der Bereich der Gesamtsäure verdünnt bei 12 bis 50 Punkten, insbesondere bei 18 bis 44 Punkten. Vorzugsweise liegt der Bereich der Gesamtsäure Fischer bei 7 bis 42 Punkten, insbesondere bei 10 bis 30 Punkten. Der S-Wert als Verhältnis der Zahl der Punkte der freien Säure KCI zu denen der Gesamtsäure Fischer liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,40 Punkten, insbesondere im Bereich von 0,03 bis 0,35 Punkten, vor allem im Bereich von 0,05 bis 0,30 Punkten.In the method according to the invention can the free acid content KCI preferably in the range of 0.3 to 6 points, the content of total acidity dilute preferably in the range of 8 to 70 points or / and the content of total acidity Fischer are preferably in the range of 4 to 50 points. Preferably is the area of free acid KCI at 0.4 to 5.5 points, especially at 0.6 to 5 points. The range of total acid diluted is preferably 12 to 50 points, especially at 18 to 44 points. The range is preferably of total acidity Fischer at 7 to 42 points, especially at 10 to 30 points. The S value as a ratio the number of free acid points KCI to those of total acid Fischer is preferably in the range of 0.01 to 0.40 points, in particular in the range of 0.03 to 0.35 points, especially in the range of 0.05 up to 0.30 points.
Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren kann der pH-Wert der Phosphatierungslösung im Bereich von 1 bis 4 liegen, vorzugsweise im Bereich von 2,2 bis 3,6, besonders bevorzugt im Bereich von 2,8 bis 3,3.In the coating method according to the invention the pH of the phosphating solution can range from 1 to 4 are preferably in the range from 2.2 to 3.6, particularly preferably in the range of 2.8 to 3.3.
Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren können mit der Phosphatierungslösung Substrate mit einer vorwiegend Aluminium, Eisen, Kupfer, Zinn oder Zink enthaltenden metallischen Oberfläche beschichtet werden, wobei immer ein Mindestgehalt an Aluminium oder/und an mindestens einer Aluminiumlegierung auftritt, insbesondere Oberflächen von mindestens einem der Werkstoffe auf Basis Aluminium, Eisen, Kupfer, Stahl, Zink oder/und Legierungen mit einem Gehalt an Aluminium, Eisen, Kupfer, Magnesium, Zinn bzw. Zink. Bei der erfindungsgemäßen Beschichtung von Bändern handelt es sich hierbei meistens um Bänder aus Aluminium oder/und an mindestens einer Aluminiumlegierung.In the coating method according to the invention can with the phosphating solution Substrates with a predominantly aluminum, iron, copper, or tin Zinc-containing metallic surface to be coated, wherein always a minimum content of aluminum and / or at least one Aluminum alloy occurs, especially surfaces of at least one of the Materials based on aluminum, iron, copper, steel, zinc or / and Alloys containing aluminum, iron, copper, magnesium, Tin or zinc. When coating tapes according to the invention these are mostly tapes Aluminum or / and on at least one aluminum alloy.
Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren kann die Phosphatierungslösung auf die Oberfläche der Substrate gebracht werden durch Fluten, Lanzenapplikation, Rollcoating, Spritzen, Sprühen, Streichen, Tauchen, Vernebeln, Walzen, wobei einzelne Prozeßschritte miteinander kombiniert sein können – insbesondere das Spritzen, Sprühen und Tauchen, wobei insbesondere das Sprühen und Abquetschen bzw. das Spritzen und Abquetschen am Band genutzt werden kann.In the coating method according to the invention can the phosphating solution to the surface the substrates are brought in by flooding, lance application, roll coating, Spraying, spraying, Brushing, dipping, atomizing, rolling, with individual process steps can be combined with each other - in particular spraying, spraying and diving, in particular spraying and squeezing or spraying and squeezing on the belt can be used.
Ein langsam fahrendes Band mit einer Aluminium enthaltenden Oberfläche kann erfindungsgemäß beschichtet werden, z.B. auch im no-rinse-Verfahren. Bevorzugt wird die Phosphatierungslösung am Band durch Rollcoating, Sprühen, Spritzen, Tauchen oder/und Abquetschen aufgebracht.A slow moving belt with one Surface containing aluminum can be coated according to the invention e.g. also in the no-rinse process. The phosphating solution is preferably on Tape by roll coating, spraying, Spraying, dipping and / or squeezing applied.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Phosphatbeschichtung vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 70°C aufgebracht werden, insbesondere im Bereich von 32 bis 65°C, besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 60°C.In the method according to the invention the phosphate coating may preferably be at a temperature in the range of 20 to 70 ° C are applied, in particular in the range from 32 to 65 ° C., particularly preferably in the range of 40 to 60 ° C.
Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren können die metallischen Substrate in einer Zeit bis zu 20 Minuten beschichtet werden, wobei Band vor zugsweise in einer Zeit von 0,1 bis 120 Sekunden und besonders bevorzugt in einer Zeit von 0,3 bis 60 Sekunden beschichtet wird und wobei Teile vorzugsweise in einer Zeit von 1 bis 12 Minuten und besonders bevorzugt in einer Zeit von 2 bis 8 Minuten beschichtet werden.In the coating method according to the invention can the metallic substrates are coated in a time up to 20 minutes be, tape before preferably in a time of 0.1 to 120 seconds and particularly preferably coated in a time of 0.3 to 60 seconds and parts preferably in a time of 1 to 12 minutes and particularly preferably coated in a time of 2 to 8 minutes become.
Vorzugsweise liegt das Schichtgewicht der erfindungsgemäßen Beschichtung im Bereich von 0,9 bis 9 g/m2, besonders bevorzugt bei mindestens 1,2 g/m2 oder bei mindestens 1,6 g/m2 bzw. bei höchstens 8 g/m2, bei höchstens 7,2 g/m2, bei höchstens 6 g/m2 oder bei höchstens 5 g/m2. Es ist bevorzugt, daß auf sog. "schichtbildende" Weise phosphatiert wird (siehe Werner Rausch: Die Phosphatierung von Metallen, Saulgau 1988), weil dann eine geschlossene, mit bloßem Auge gut sichtbare Phosphatschicht gebildet wird.The layer weight of the coating according to the invention is preferably in the range from 0.9 to 9 g / m 2 , particularly preferably at least 1.2 g / m 2 or at least 1.6 g / m 2 or at most 8 g / m 2 , at a maximum of 7.2 g / m 2 , at a maximum of 6 g / m 2 or at a maximum of 5 g / m 2 . It is preferred that phosphating is carried out in a so-called "layer-forming" manner (see Werner Rausch: The Phosphating of Metals, Saulgau 1988), because then a closed phosphate layer is formed which is clearly visible to the naked eye.
Es war überraschend, daß es gelang, ein einfaches, sicheres, kostengünstiges Phosphatierverfahren zu entwickeln, das einerseits geschlossene gute Phosphatschichten ausreichend hoher Qualität, auch in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit und Lackhaftung, auszubilden gestattete, bei dem auch gleichzeitig die bisher immer wieder auftretenden Probleme mit Al-F-haltigen Niederschlägen auf Aluminium-haltigen Oberflächen vermieden werden konnten. Dieses Verfahren bewährte sich auch bei erhöhten Anteilen an Aluminium-haltigen Oberflächen im Mix der zu phosphatierenden metallischen Oberflächen.It was surprising that a simple, safe, inexpensive To develop phosphating processes that are closed on the one hand good phosphate layers of sufficiently high quality, also with regard to corrosion resistance and paint adhesion, allowed to train, at the same time the problems with Al-F-containing that have always recurred rainfall avoided on aluminum-containing surfaces could become. This procedure has also proven itself with increased proportions on aluminum-containing surfaces in the mix of metallic surfaces to be phosphated.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Substrate können verwendet werden bei der Band- bzw. bei der Teileherstellung, für die Herstellung von Komponenten oder Karosserieteilen bzw. vormontierten Elementen in der Automobil- oder Luftfahrtindustrie, in der Bauindustrie, in der Möbelindustrie, für die Herstellung von Geräten und Anlagen, insbesondere Haushaltsgeräten, Meßgeräten, Kontrolleinrichtungen, Prüfeinrichtungen, Konstruktionselementen, Verkleidungen sowie von Kleinteilen; als Draht, Drahtwicklung, Drahtgeflecht, Blech, Verkleidung, Abschirmung, Karosserie oder Teil einer Karosserie, als Teil eines Fahrzeugs, Anhängers, Wohnmobils oder Flugkörpers, als elektronische oder mikroelektronische Komponente, als Abdeckung, Gehäuse, Lampe, Leuchte, Ampelelement, Möbelstück oder Möbelelement, Element eines Haushaltsgeräts, Gestell, Profil, Formteil komplizierter Geometrie, Leitplanken-, Heizkörper- oder Zaunelement, Stoßstange, Teil aus oder mit mindestens einem Rohr oder/und einem Profil, Fenster-, Tür- oder Fahrradrahmen oder als Kleinteil wie z.B. eine Schraube, Mutter, Flansch, Feder oder ein Brillengestell.The according to the inventive method coated substrates can are used in the production of tapes or parts of components or body parts or pre-assembled elements in the automotive or aerospace industry, in the construction industry, in the furniture industry, for the Manufacture of equipment and systems, especially household appliances, measuring devices, control devices, test equipment; Construction elements, claddings and small parts; as Wire, wire winding, wire mesh, sheet metal, cladding, shielding, Body or part of a body, as part of a vehicle, trailer Motorhomes or missiles, as an electronic or microelectronic component, as a cover, Casing, Lamp, lamp, traffic light element, piece of furniture or Furniture element Element of a household appliance, Frame, profile, molded part of complicated geometry, guardrail, Radiator- or fence element, bumper, Part of or with at least one tube and / or a profile, window, Door or bicycle frame or as a small part such as a screw, nut, flange, spring or an eyeglass frame.
Beispiele und VergleichsbeispieleExamples and comparative examples
Der Gegenstand der Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:The subject of the invention is based on exemplary embodiments explained in more detail:
Den Beispielen liegen die im folgenden aufgeführten Substrate bzw. Verfahrensschritte zugrunde:The examples are as follows listed Underlying substrates or process steps:
Die Prüfbleche bestanden aus einem Mix von Blechen jeweils im Verhältnis 1 : 1 1 a) aus einer Aluminiumlegierung AA6016 mit einer Dicke von ca. 1,15 mm, b) aus einem kaltgewalzten durchlaufgeglühten Blech aus unlegiertem Stahl DC04B mit einer Dicke von ca. 0,8 mm und c) aus beidseitig elektrolytisch verzinktem Feinblech, Automobilqualität, Güte DC05, ZE75/75, Stahl, jeweils mit einer Dicke von ca. 0,85 mm. Die Oberfläche jedes einzelnen Bleches, von denen insgesamt mindestens 3 je Versuch eingesetzt wurden, betrug 400 cm2 (über beide Flächen gemessen).
- a) Die Substratoberflächen wurden in einer 2%-igen wässerigen Lösung eines mildalkalischen Reinigers über 5 Minuten bei 58 bis 60°C gereinigt und hierbei gründlich entfettet.
- b) Es folgte eine Spülung mit Leitungswasser über 0,5 Minuten bei Raumtemperatur.
- c) Dann wurden die Oberflächen durch Tauchen in einem titanphosphathaltigen Aktivierungsmittel über 0,5 Minuten bei Raumtemperatur aktiviert.
- d) Danach wurden die Oberflächen über 3 Minuten bei 55°C durch Tauchen in die Phosphatierungslösung phosphatiert.
- e) Anschließend wurde zuerst mit Leitungswasser gespült, dann mit einer Zirkonfluorid enthaltenden wässerigen Lösung nachgespült und schließlich mit vollentsalztem Wasser gespült.
- f) Dann wurden die beschichteten Substrate im Trockenofen bei 80°C über 10 Minuten getrocknet. Ein Teil der Prüfbleche wurde hiernach entnommen und auf Alkali- und Fluorid-haltige Niederschläge geprüft. In diesem Zustand wurde auch das Schichtgewicht ermittelt.
- g) Schließlich wurden die trockenen Prüfbleche mit einem kathodischen Tauchlack versehen und mit den weiteren Schichten eines in der Automobilindustrie für Karossen üblichen Lackaufbaus beschichtet.
- a) The substrate surfaces were cleaned in a 2% aqueous solution of a mildly alkaline cleaner for 5 minutes at 58 to 60 ° C and degreased thoroughly.
- b) This was followed by rinsing with tap water for 0.5 minutes at room temperature.
- c) Then the surfaces were activated by immersion in an activating agent containing titanium phosphate for 0.5 minutes at room temperature.
- d) The surfaces were then phosphated for 3 minutes at 55 ° C. by immersing them in the phosphating solution.
- e) Then it was rinsed first with tap water, then rinsed with an aqueous solution containing zirconium fluoride and finally rinsed with demineralized water.
- f) Then the coated substrates were dried in a drying oven at 80 ° C. for 10 minutes. Part of the test panels were then removed and tested for precipitates containing alkali and fluoride. The layer weight was also determined in this state.
- g) Finally, the dry test sheets were provided with a cathodic dip coating and coated with the other layers of a coating structure which is customary for bodies in the automotive industry.
Die Zusammensetzung der jeweiligen Phosphatierungslösung wird in Tabelle 1 aufgeführt.The composition of each phosphating is listed in Table 1.
Tabelle 1Table 1
Zusammensetzung der Phosphatierungslösungen in g/L bzw. mit Angaben zur Freien Säure (FS-KCI), Gesamtsäure verdünnt (GSverdünnt) und Gesamtsäure Fischer (GSF) in Punkten, zum S-Wert (Verhältnis FS-KCI : GSF), zu Kryolith-Niederschlägen auf den Blechen bzw. zum SchichtgewichtComposition of the phosphating solutions in g / L or with information on the free acid (FS-KCI), total acid diluted (GS diluted ) and total acid Fischer (GSF) in points, the S-value (ratio FS-KCI: GSF), to cryolite -Precipitation on the sheets or on the layer weight
Es wurde kein Aluminium, kein Kalzium, kein Magnesium und kein Eisen absichtlich zugegeben. Derartige Gehalte in der Phosphatierungslösung ergaben sich aufgrund Spurenverunreinigungen des Wassers, der Zusätze und der Blechoberflächen. Für gelöstes Aluminium in der Phosphatierungslösung ergab sich dabei je nach Probe ein Gehalt im Bereich von wenigen mg/L. Ein geringer Gehalt der Phosphatierungslösung an gelösten Eisen-II-Ionen ergab sich aufgrund der Zusammensetzung der Phosphatierungslösung, wobei sich jedoch ein signifikanter Eisengehalt erst bei einem höheren Durchsatz an Blechen in der Phosphatierungslösung hätte einstellen können. Außerdem wurde der Phosphatierungslösung jeweils Nitroguanidin als Beschleuniger mit einem Gehalt im Bereich von 0,6 bis 0,8 g/L zugesetzt. Fluoride bzw. Phosphate von Al, Fe, Zn und ggf. anderen Kationen finden sich im sogenannten "Schlamm". Diese Fällungsprodukte setzten sich jedoch praktisch nicht auf den Blechoberflächen ab. Die Angabe "Kryolith auf Blech" bezieht sich auf Niederschläge auf phosphatierten Blechen mit überwiegend würfelähnlichen Kristallen, deren Morphologie im Rasterelektronenmikroskop deutlich erkennbar war und deren Zusammensetzung durch qualitativen Nachweis der Na- oder/und K-Gehalte durch EDX gelang. Außerdem konnten ergänzend F-Gehalte mit der Mikrosonde nachgewiesen werden.No aluminum, no calcium, no magnesium and no iron added on purpose. Such levels in the phosphating solution resulted from trace contamination of the water, the additives and of the sheet metal surfaces. For dissolved aluminum in the phosphating solution Depending on the sample, the content was in the range of a few mg / L. There was a low content of dissolved iron (II) ions in the phosphating solution due to the composition of the phosphating solution, where however, a significant iron content only becomes apparent at a higher throughput of sheets in the phosphating solution could have stopped. Besides, was the phosphating solution each nitroguanidine as an accelerator with a content in the range from 0.6 to 0.8 g / L added. Fluorides or phosphates of Al, Fe, Zn and possibly other cations can be found in the so-called "mud". These precipitation products however, practically do not settle on the sheet metal surfaces. The term "cryolite on sheet metal" refers to precipitation on phosphated Sheets with mostly cuboid Crystals, the morphology of which is evident in the scanning electron microscope was recognizable and their composition by qualitative evidence the Na or / and K contents by EDX were successful. In addition, F contents could also be added can be detected with the micro probe.
Eine ausreichende Qualität der Beschichtung blieb erhalten trotz deutlicher Variation der chemischen Zusammensetzung der Phosphatierungslösung in breiten Bereichen erhalten.Adequate coating quality was retained despite the significant variation in the chemical composition the phosphating solution preserved in wide areas.
Die Phosphatschichten der erfindungsgemäßen Beispiele waren ausreichend feinkristallin und ausreichend geschlossen. Ihre Korrosionsbeständigkeit und Haftfestigkeit entsprach typischen Qualitätsstandards von ähnlichen Zinkphosphatschichten. Alle erfindungsgemäßen Bleche zeigten anders als die Bleche der Vergleichsbeispiele keinen Niederschlag von Kryolith oder chemisch verwandten Phasen. Bei den Blechen der Vergleichsbeispiele ergab sich aufgrund dieser Niederschläge auf der Phosphatschicht bzw. zwischen den Zinkphosphatkristallen in der Phosphatschicht im Vergleich zu den erfindungsgemäß beschichteten Blechen eine unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit. Die Oberflächenbeschaffenheit der beschichteten Substrate der Vergleichsbeispiele kann durch das Lackieren zu Lackierfehlern wie unakzeptabel rauhen Lackoberflächen bzw. Bläschen in der Lackschicht und somit zwangsweise zu Nacharbeit z.B. durch Schleifen der lackierten Oberfläche führen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren war es nicht erforderlich, einen separaten Bereich im Behälter der Phosphatierungslösung für die Fällung zu nutzen bzw. sogar nicht nötig, einen getrennten, zusätzlichen Fällungsbehälter einzusetzen.The phosphate layers of the examples according to the invention were sufficiently fine crystalline and sufficiently closed. Your corrosion resistance and adhesive strength corresponded to typical quality standards of similar ones Zinc phosphate layers. All sheets according to the invention showed different than the sheets of the comparative examples did not precipitate cryolite or chemically related phases. In the sheets of the comparative examples resulted from these precipitates on the phosphate layer or between the zinc phosphate crystals in the phosphate layer compared to the sheets coated according to the invention one different surface properties. The surface texture of the coated substrates of the comparative examples can by Painting to paint defects such as unacceptably rough paint surfaces or vesicle in the varnish layer and thus necessarily for rework e.g. by Sand the painted surface to lead. With the method according to the invention it was not necessary to have a separate area in the container of the phosphating for the precipitation to use or even not necessary a separate, additional Use precipitation container.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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