DE19634732A1 - Zinc phosphating containing ruthenium - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Phosphatierung von Metalloberflächen mit wäßrigen, sauren Phosphatierlösungen, die Zink- und Phosphationen sowie Rutheniumionen enthalten, sowie deren Anwendung als Vorbehandlung der Metall oberflächen für eine anschließende Lackierung, insbesondere eine Elektrotauchlackierung oder eine Pulverlackierung. Das Verfahren ist anwendbar zur Behandlung von Oberflächen aus Stahl, verzinktem oder legierungsverzinktem Stahl, Aluminium, aluminiertem oder legierungsaluminiertem Stahl.The invention relates to processes for phosphating metal surfaces aqueous, acid phosphating solutions, the zinc and phosphate ions as well Contain ruthenium ions, and their use as a pretreatment of the metal surfaces for subsequent painting, especially a Electro dip painting or powder painting. The procedure is applicable for the treatment of surfaces made of steel, galvanized or alloy galvanized Steel, aluminum, aluminized or alloy-aluminized steel.
Die Phosphatierung von Metallen verfolgt das Ziel, auf der Metalloberfläche festverwachsene Metallphosphatschichten zu erzeugen, die für sich bereits die Korrosionsbeständigkeit verbessern und in Verbindung mit Lacken und anderen organischen Beschichtungen zu einer wesentlichen Erhöhung der Lackhaftung und der Resistenz gegen Unterwanderung bei Korrosionsbeanspruchung beitragen. Solche Phosphatierverfahren sind seit langem bekannt. Für die Vorbehandlung vor der Lackierung, insbesondere der Elektrotauchlackierung, eignen sich insbesondere die Niedrig-Zink-Phosphatierverfahren, bei denen die Phosphatierlö sungen vergleichsweise geringe Gehalte an Zinkionen von z. B. 0,5 bis 2 g/l aufweisen. Ein wesentlicher Parameter in diesen Niedrig-Zink-Phosphatierbädern ist das Gewichtsverhältnis Phosphationen zu Zinkionen, das üblicherweise im Bereich < 8 liegt und Werte bis zu 30 annehmen kann.The phosphating of metals pursues the goal on the metal surface to produce firmly grown metal phosphate layers, which are already the Improve corrosion resistance and in conjunction with paints and others organic coatings to significantly increase paint adhesion and contribute to resistance to infiltration when exposed to corrosion. Such phosphating processes have long been known. For pre-treatment before painting, especially electrocoating, are suitable especially the low-zinc phosphating processes, in which the phosphating sol solutions comparatively low levels of zinc ions of z. B. 0.5 to 2 g / l exhibit. An essential parameter in these low-zinc phosphating baths is the weight ratio of phosphate ions to zinc ions, which is usually in the Range is <8 and can take values up to 30.
Es hat sich gezeigt, daß durch die Mitverwendung anderer mehrwertiger Kationen in den Zink-Phosphatierbädern Phosphatschichten mit deutlich verbesserten Korrosionsschutz- und Lackhaftungseigenschaften ausgebildet werden können. Beispielsweise finden Niedrig-Zink-Verfahren mit Zusatz von z. B. 0,5 bis 1,5 g/l Manganionen und z. B. 0,3 bis 2,0 g/l Nickelionen als sogenannte Trikation-Ver fahren zur Vorbereitung von Metalloberflächen für die Lackierung, bei spielsweise für die kathodische Elektrotauchlackierung von Autokarosserien, weite Anwendung.It has been shown that by using other polyvalent cations in the zinc phosphating baths phosphate layers with significantly improved Corrosion protection and paint adhesion properties can be trained. For example, find low-zinc processes with the addition of z. B. 0.5 to 1.5 g / l Manganese ions and e.g. B. 0.3 to 2.0 g / l of nickel ions as a so-called trication ver drive to prepare metal surfaces for painting for example for the cathodic electrocoating of car bodies, wide Application.
Der hohe Gehalt an Nickelionen in den Phosphatierlösungen der Trikation-Ver fahren und von Nickel und Nickelverbindungen in den gebildeten Phos phatschichten bringt jedoch insofern Nachteile, als Nickel und Nickelverbindungen aus der Sicht des Umweltschutzes und der Arbeitsplatzhygiene als kritisch eingestuft werden. In letzter Zeit werden daher zunehmend Niedrig-Zink-Phos phatierverfahren beschrieben, die ohne eine Mitverwendung von Nickel zu qualitativ ähnlich hochwertigen Phosphatschichten wie die nickelhaltigen Verfahren führen. Auch gegen die Beschleuniger Nitrit und Nitrat werden wegen möglicher Bildung nitroser Gase zunehmend Bedenken geäußert.The high content of nickel ions in the phosphating solutions of the Trication-Ver drive and of nickel and nickel compounds in the formed Phos However, phat layers have disadvantages in that nickel and nickel compounds from the perspective of environmental protection and workplace hygiene as critical get ranked. Recently, low-zinc phos have been increasing phating process described without the use of nickel high-quality phosphate layers similar to the nickel-containing processes to lead. Against the accelerators nitrite and nitrate are possible because of Formation of nitrous gases increasingly raised concerns.
Beispielsweise beschreibt die DE-A-39 20 296 ein Phosphatierverfahren, das auf Nickel verzichtet und neben Zink und Manganionen Magnesiumionen verwendet. Die hier beschriebenen Phosphatierbäder enthalten außer 0,2 bis 10 g/l Nitrationen weitere als Beschleuniger wirkende Oxidationsmittel, ausgewählt aus Nitrit, Chlorat oder einem organischen Oxidationsmittel.For example, DE-A-39 20 296 describes a phosphating process based on Nickel is dispensed with and magnesium ions are used in addition to zinc and manganese ions. The phosphating baths described here contain 0.2 to 10 g / l nitrate ions further oxidizing agents acting as accelerators, selected from nitrite, chlorate or an organic oxidizing agent.
EP-A-60 716 offenbart Niedrig-Zink-Phosphatierbäder, die als essentielle Kationen Zink und Mangan enthalten und die als fakultativen Bestandteil Nickel beinhalten können. Der notwendige Beschleuniger wird vorzugsweise ausgewählt aus Nitrit, m-Nitrobenzolsulfonat oder Wasserstoffperoxid.EP-A-60 716 discloses low-zinc phosphating baths which act as essential cations Contain zinc and manganese and which contain nickel as an optional component can. The necessary accelerator is preferably selected from nitrite, m-nitrobenzenesulfonate or hydrogen peroxide.
Auch in der EP-A-228 151 werden Phosphatierbäder beschrieben, die als es sentielle Kationen Zink und Mangan enthalten. Der Phosphatierbeschleuniger wird ausgewählt aus Nitrit, Nitrat, Wasserstoffperoxid, m-Nitrobenzolsulfonat, m- Nitrobenzoat oder p-Nitrophenol. In abhängigen Ansprüchen wird der Nitratgehalt auf 5 bis etwa 15 g/l sowie ein fakultativer Nickelgehalt zwischen 0,4 und 4 g/l spe zifiziert. Die Ausführungsbeispiele hierzu enthalten alle sowohl Nickel als auch Nitrat.Also in EP-A-228 151 phosphating baths are described as being contain essential cations zinc and manganese. The phosphating accelerator will selected from nitrite, nitrate, hydrogen peroxide, m-nitrobenzenesulfonate, m- Nitrobenzoate or p-nitrophenol. The nitrate content is in dependent claims to 5 to about 15 g / l and an optional nickel content between 0.4 and 4 g / l certified. The exemplary embodiments for this all contain both nickel and Nitrate.
EP-A-321 059 lehrt Zink-Phosphatierbäder, die neben 0,1 bis 2,0 g/l Zink und einem Beschleuniger außerdem 0,01 bis 20 g/l Wolfram in Form einer löslichen Wolframverbindung, vorzugsweise Alkalimetall- oder Ammoniumwolframat oder -silicowolframat, Erdalkalimetallsilicowolframat oder Boro- oder Silicowolframsäure. Der Beschleuniger ist ausgewählt aus Nitrit, m-Nitrobenzolsulfonat oder Wasserstoffperoxid. Als fakultative Bestandteile werden unter anderem Nickel in Mengen von 0,1-4 g/l und Nitrat in Mengen von 0,1-15 g/l angegeben.EP-A-321 059 teaches zinc phosphating baths which, in addition to 0.1 to 2.0 g / l zinc and an accelerator also 0.01 to 20 g / l tungsten in the form of a soluble Tungsten compound, preferably alkali metal or ammonium tungstate or -silicotungstate, alkaline earth metal silicotungstate or boro- or silicotungstic acid. The accelerator is selected from nitrite, m-nitrobenzenesulfonate or Hydrogen peroxide. Optional components include nickel in Amounts of 0.1-4 g / l and nitrate in amounts of 0.1-15 g / l are given.
DE-C-27 39 006 beschreibt ein Phosphatierverfahren für Oberflächen aus Zink oder Zinklegierungen, das frei von Nitrat und Ammoniumionen ist. Neben einem essentiellen Gehalt an Zink in Mengen zwischen 0,1 und 5 g/l sind 1 bis 10 Gewichtsteile Nickel und/oder Kobalt pro Gewichtsteil Zink erforderlich. Als Beschleuniger wird Wasserstoffperoxid verwendet. Aus der Sicht der Ar beitsplatzhygiene und des Umweltschutzes stellt Kobalt keine Alternative zu Nickel dar.DE-C-27 39 006 describes a phosphating process for surfaces made of zinc or zinc alloys that are free of nitrate and ammonium ions. Besides one essential zinc content in amounts between 0.1 and 5 g / l is 1 to 10 Parts by weight of nickel and / or cobalt are required per part by weight of zinc. As Hydrogen peroxide is used as accelerator. From the perspective of the Ar In workplace hygiene and environmental protection, cobalt is no alternative to nickel represents.
DE-A-40 13 483 macht Phosphatierverfahren bekannt, mit denen ähnlich gute Korrosionsschutzeigenschaften wie mit den Trikation-Verfahren erzielt werden können. Diese Verfahren verzichten auf Nickel und verwenden statt dessen Kupfer in niedrigen Konzentrationen, 0,001 bis 0,03 g/l. Zur Oxidation des bei der Beizreaktion von Stahloberflächen gebildeten zweiwertigen Eisens in die drei wertige Stufe dienen Sauerstoff und/oder andere gleichwirkende Oxidationsmittel. Als solche werden Nitrit, Chlorat, Bromat, Peroxi-Verbindungen sowie organische Nitroverbindungen, wie Nitrobenzolsulfonat, angegeben. Die WO93/20259 modifiziert diesen Prozeß dadurch, daß als modifizierendes Agens für die Morphologie der gebildeten Phosphatkristalle Hydroxylamin, dessen Salze oder Komplexe in einer Menge von 0,5 bis 5 g/l Hydroxylamin zugegeben werden.DE-A-40 13 483 discloses phosphating processes with which similarly good ones Corrosion protection properties as achieved with the trication process can. These processes do without nickel and use copper instead in low concentrations, 0.001 to 0.03 g / l. For the oxidation of the Pickling reaction of steel surfaces formed bivalent iron in the three valuable stage serve oxygen and / or other oxidizing agents having the same effect. As such, nitrite, chlorate, bromate, peroxy compounds and organic Nitro compounds such as nitrobenzenesulfonate. WO93 / 20259 modifies this process in that as a modifying agent for the Morphology of the phosphate crystals formed hydroxylamine, its salts or Complexes are added in an amount of 0.5 to 5 g / l hydroxylamine.
Die Verwendung von Hydroxylamin und/oder seinen Verbindungen zum Beein flussen der Form der Phosphatkristalle ist aus einer Reihe von Offenle gungsschriften bekannt. Die EP-A-315 059 gibt als besonderen Effekt der Verwendung von Hydroxylamin in Phosphatierbädern die Tatsache an, daß auf Stahl auch dann noch die Phosphatkristalle in einer erwünschten säulen- oder knollenartigen Form entstehen, wenn die Zinkkonzentration im Phosphatierbad den für Niedrig-Zink-Verfahren üblichen Bereich übersteigt. Hierdurch wird es möglich, die Phosphatierbäder mit Zinkkonzentrationen bis zu 2 g/l und mit Ge wichtsverhältnissen Phosphat zu Zink bis hinab zu 3,7 zu betreiben. Über vorteilhafte Kationenkombinationen dieser Phosphatierbäder werden keine näheren Aussagen gemacht, in den Patentbeispielen wird jedoch in allen Fällen Nickel eingesetzt. The use of hydroxylamine and / or its compounds for the leg The shape of the phosphate crystals is from a series of Offenle publication known. EP-A-315 059 gives the as a special effect Use of hydroxylamine in phosphating baths indicates the fact that Then steel the phosphate crystals in a desired column or bulbous form arise when the zinc concentration in the phosphating bath exceeds the usual range for low-zinc processes. This makes it possible the phosphating baths with zinc concentrations up to 2 g / l and with Ge weight ratios of phosphate to zinc down to 3.7. over no advantageous cation combinations of these phosphating baths more detailed statements are made, however, in the patent examples in all cases Nickel used.
Die Verwendung von Lithiumionen in Phosphatierbädern wurde vereinzelt in der Literatur beschrieben. In einer Monographie aus dem Jahre 1950 (W. Machu: "Die Phosphatierung" Verlag Chemie Weinheim 1950, S. 146) wird erwähnt, daß die Zugabe von LiNO₃ zu Phospatierbäder die freie Säure erniedrigt. Aus der Gasentwicklung wird geschlossen, daß Li die Geschwindigkeit der (Beiz-) Reaktion erhöht. Die deutsche Patentanmeldung 195 00 927.4 beschreibt den Einsatz von Lithium in nickelfreien Zinkphosphatierbädern.The use of lithium ions in phosphating baths has been isolated in the Literature described. In a monograph from 1950 (W. Machu: "Die Phosphating "Verlag Chemie Weinheim 1950, p. 146) mentions that the Addition of LiNO₃ to phosphate baths lowers the free acid. From the Gas evolution is concluded that Li is the rate of the (pickling) reaction elevated. German patent application 195 00 927.4 describes the use of Lithium in nickel-free zinc phosphating baths.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Phosphatierbäder zur Verfügung zu stellen, die frei sind von dem aus umwelt- und arbeitsplatzhygienischen Gründen bedenklichen Nickel oder dem ähnlich bedenklichen Kobalt, dabei jedoch eine den Trikation-Phosphatierverfahren vergleichbare Korrosionsschutzwirkung haben.The object of the invention is to provide phosphating baths, who are free of that for environmental and workplace hygiene reasons questionable nickel or the similar questionable cobalt, but one of the Trication-phosphating processes have comparable corrosion protection effects.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine saure, wäßrige Phosphatierlösung,
enthaltend
0,2 bis 3 g/l Zink(II) und
3 bis 50 g/l Phosphat, berechnet als PO₄3-
dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung zusätzlich
0,002 bis 0,2 g/l Rutheniumionen enthält.This object is achieved by an acidic, aqueous phosphating solution containing
0.2 to 3 g / l zinc (II) and
3 to 50 g / l phosphate, calculated as PO₄ 3-
characterized in that the solution additionally
Contains 0.002 to 0.2 g / l ruthenium ions.
Ruthenium wird bevorzugt als säurelösliches Salz, insbesondere als Hydroxid, Chlorid, Carbonat, Nitrat oder Sulfat eingesetzt. Da es sich bei Phosphatierbädern um Lösungen handelt, liegen alle Metalle, auch die nachstehend als fakultativ angeführten, als Ionen vor. Ru ist dabei vorzugsweise dreiwertig und wird vorzugsweise in Mengen von 0,005 bis 0,1 g/l eingesetzt.Ruthenium is preferred as an acid-soluble salt, especially as a hydroxide, Chloride, carbonate, nitrate or sulfate are used. Since it is in phosphating baths all metals, including those below, are optional listed as ions before. Ru is preferably trivalent and is preferably used in amounts of 0.005 to 0.1 g / l.
Die erfindungsgemäßen Phosphatierbäder können weitere zweiwertige Metallionen
enthalten, deren positive Wirkung auf den Korrosionsschutz von Zink
phosphatschichten im Stand der Technik bekannt ist. Daher ist es bevorzugt, daß
die erfindungsgemäße Phosphatierlösung zusätzlich eines oder mehrere der
folgenden Kationen enthält:
0,1 bis 4 g/l Mangan(II),
0,2 bis 2,5 g/l Magnesium(II),
0,2 bis 2,5 g/l Calcium(II),
0,2 bis 1,5 g/l Lithium(I)
0,01 bis 0,5 g/l Eisen(II)
0,002 bis 0,05 g/l Kupfer(II).The phosphating baths according to the invention can contain further divalent metal ions, the positive effect of which on the corrosion protection of zinc phosphate layers is known in the prior art. It is therefore preferred that the phosphating solution according to the invention additionally contains one or more of the following cations:
0.1 to 4 g / l manganese (II),
0.2 to 2.5 g / l magnesium (II),
0.2 to 2.5 g / l calcium (II),
0.2 to 1.5 g / l lithium (I)
0.01 to 0.5 g / l iron (II)
0.002 to 0.05 g / l copper (II).
Dabei ist die Anwesenheit von Mangan besonders bevorzugt. Die Möglichkeit der Anwesenheit von zweiwertigem Eisen hängt von dem weiter unten beschriebenen Beschleunigersystem ab. Die Gegenwart von Eisen(II) im genannten Konzentrationsbereich setzt einen Beschleuniger voraus, der gegenüber diesen Ionen nicht oxidierend wirkt. Hierfür ist insbesondere Hydroxylamin als Beispiel zu nennen.The presence of manganese is particularly preferred. The possibility of The presence of divalent iron depends on that described below Accelerator system. The presence of iron (II) in the above Concentration range requires an accelerator that is opposite to this Ion does not have an oxidizing effect. Hydroxylamine is an example of this call.
Die Phosphatierbäder sind vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise frei von Nickel und Kobalt. Dies bedeutet, daß diese Elemente bzw. Ionen den Phosphatierbädern nicht bewußt zugesetzt werden. Es ist jedoch in der Praxis nicht auszuschließen, daß solche Bestandteile über das zu behandelnde Material in Spuren in die Phosphatierbäder gelangen. Insbesondere ist es nicht auszu schließen, daß bei der Phosphatierung von mit Zink-Nickel-Legierungen be schichtetem Stahl Nickelionen in die Phosphatierlösung eingetragen werden. Jedoch wird an die erfindungsgemäßen Phosphatierbäder die Erwartung gestellt, daß unter technischen Bedingungen die Nickelkonzentration in den Bädern unter 0,01 g/l, insbesondere unter 0,0001 g/l liegt.The phosphating baths are preferably, but not necessarily, free of Nickel and cobalt. This means that these elements or ions the Phosphating baths are not deliberately added. However, it is in practice not to be ruled out that such components over the material to be treated get in traces in the phosphating baths. In particular, it is not out conclude that when phosphating be with zinc-nickel alloys layered steel, nickel ions are introduced into the phosphating solution. However, the expectation is placed on the phosphating baths according to the invention that that under technical conditions the nickel concentration in the baths below 0.01 g / l, in particular below 0.0001 g / l.
Bei Phosphatierbädern, die für unterschiedliche Substrate geeignet sein sollen, ist es üblich geworden, freies und/oder komplexgebundenes Fluorid in Mengen bis zu 2,5 g/l Gesamtfluorid, davon bis zu 800 mg/l freies Fluorid zuzusetzen. Die Anwesenheit solcher Fluoridmengen ist auch für die erfindungsgemäßen Phos phatierbäder von Vorteil. Bei Abwesenheit von Fluorid soll der Aluminiumgehalt des Bades 3 mg/l nicht überschreiten. Bei Gegenwart von Fluorid werden infolge der Komplexbildung höhere Al-Gehalte toleriert, sofern die Konzentration des nicht komplexierten Al 3 mg/l nicht übersteigt. Die Verwendung fluoridhaltiger Bäder ist daher vorteilhaft, wenn die zu phosphatierenden Oberflächen zumindest teilweise aus Aluminium bestehen oder Aluminium enthalten. In diesen Fällen ist es günstig, kein komplexgebundenes, sondern nur freies Fluorid, vorzugsweise in Konzentrationen im Bereich 0,5 bis 1,0 g/l, einzusetzen.For phosphating baths that should be suitable for different substrates it has become common to use free and / or complex bound fluoride in amounts up to 2.5 g / l total fluoride, of which up to 800 mg / l free fluoride should be added. The Such amounts of fluoride are also present for the Phos according to the invention phatizing baths an advantage. In the absence of fluoride, the aluminum content should of the bath do not exceed 3 mg / l. In the presence of fluoride will result the complex formation tolerates higher Al contents, provided that the concentration of the complexed Al does not exceed 3 mg / l. The use of fluoride baths is therefore advantageous if the surfaces to be phosphated are at least partially consist of aluminum or contain aluminum. In these cases it is convenient not complex-bound, only free fluoride, preferably in Concentrations in the range of 0.5 to 1.0 g / l.
Für die Phosphatierung von Zinkoberflächen ist es nicht zwingend erforderlich, daß die Phosphatierbäder sogenannte Beschleuniger enthalten. Für die Phosphatierung von Stahloberflächen ist es jedoch erforderlich, daß die Phosphatierlösung einen oder mehrere Beschleuniger enthält. Solche Beschleuni ger sind im Stand der Technik als Komponenten von Zinkphosphatierbädern geläufig. Hierunter werden Substanzen verstanden, die den durch den Beizangriff der Säure an der Metalloberfläche entstehenden Wasserstoff dadurch chemisch binden, daß sie selbst reduziert werden. Oxidierend wirkende Beschleuniger haben weiterhin den Effekt, durch den Beizangriff auf Stahloberflächen freigesetzte Eisen(II)-Ionen zur dreiwertigen Stufe zu oxidieren, so daß sie als Eisen(III)- Phosphat ausfallen können.It is not absolutely necessary for the phosphating of zinc surfaces that the phosphating baths contain so-called accelerators. For the Phosphating of steel surfaces, however, requires that the Phosphating solution contains one or more accelerators. Such acceleration ger are in the prior art as components of zinc phosphating baths common. This is understood to mean substances that are caused by the pickling attack This chemically creates hydrogen on the acid on the metal surface bind that they themselves are reduced. Have oxidizing accelerators continues to have the effect of the pickling attack released on steel surfaces Oxidize iron (II) ions to the trivalent stage, so that they as iron (III) - Phosphate can precipitate.
Die erfindungsgemäßen Phosphatierbäder können als Beschleuniger eine oder
mehrere der folgenden Komponenten enthalten:
0,3 bis 4 g/l Chlorationen
0,01 bis 0,2 g/l Nitritionen,
0,05 bis 2 g/l m-Nitrobenzolsulfonationen,
0,05 bis 2 g/l m-Nitrobenzoationen,
0,05 bis 2 g/l p-Nitrophenol,
0,005 bis 0,15 g/l Wasserstoffperoxid in freier oder gebundener Form,
0,1 bis 10 g/l Hydroxylamin in freier oder gebundener Form,
0,1 bis 10 g/l eines reduzierenden Zuckers.The phosphating baths according to the invention can contain one or more of the following components as accelerators:
0.3 to 4 g / l chlorate ions
0.01 to 0.2 g / l nitrite ions,
0.05 to 2 g / l m-nitrobenzenesulfonate ions,
0.05 to 2 g / l m-nitrobenzoate ions,
0.05 to 2 g / l p-nitrophenol,
0.005 to 0.15 g / l hydrogen peroxide in free or bound form,
0.1 to 10 g / l hydroxylamine in free or bound form,
0.1 to 10 g / l of a reducing sugar.
Als Cobeschleuniger können zusätzlich Nitrationen in Mengen bis zu 10 g/l zugegen sein, was sich insbesondere bei der Phosphatierung von Stahlober flächen günstig auswirken kann. Bei der Phosphatierung von verzinktem Stahl ist es jedoch vorzuziehen, daß die Phosphatierlösung möglichst wenig Nitrat enthält. Nitratkonzentrationen von 0,5 g/l sollten vorzugsweise nicht überschritten werden, da bei höheren Nitratkonzentrationen die Gefahr einer sogenannten "Stippenbildung" besteht. Hiermit sind weiße, kraterartige Fehlstellen in der Phosphatschicht gemeint.Additional nitrate ions in amounts of up to 10 g / l can be used as co-accelerators be present, which is particularly true in the phosphating of steel surfaces areas can have a favorable impact. When phosphating galvanized steel however, it is preferable that the phosphating solution contain as little nitrate as possible. Nitrate concentrations of 0.5 g / l should preferably not be exceeded, because at higher nitrate concentrations there is a risk of a so-called "Speck formation" exists. This means there are white, crater-like defects in the Phosphate layer meant.
Die Verwendung von Nitrit als Beschleuniger führt insbesondere auf Stahl oberflächen zu technisch befriedigenden Ergebnissen. Aus Gründen der Ar beitssicherheit (Gefahr der Entwicklung nitroser Gase) ist es jedoch em pfehlenswert, auf Nitrit als Beschleuniger zu verzichten. Für die Phosphatierung verzinkter Oberflächen ist dies auch aus technischen Gründen ratsam, da sich aus Nitrit Nitrat bilden kann, was, wie vorstehend erläutert, zum Problem der Stippenbildung führen kann.The use of nitrite as an accelerator leads in particular to steel surfaces for technically satisfactory results. For the sake of Ar occupational safety (danger of developing nitrous gases), however, it is em Recommended to avoid nitrite as an accelerator. For phosphating galvanized surfaces, this is advisable for technical reasons as well Nitrite can form nitrate, which, as explained above, is a problem of Specks can result.
Aus Gründen der Umweltfreundlichkeit ist Wasserstoffperoxid, aus den tech nischen Gründen der vereinfachten Formulierungsmöglichkeiten für Nachdo sierlösungen ist Hydroxylamin als Beschleuniger besonders bevorzugt. Die gemeinsame Verwendung dieser beiden Beschleuniger ist jedoch nicht ratsam, da Hydroxylamin von Wasserstoffperoxid zersetzt wird. Setzt man Wasserstoffperoxid in freier oder gebundener Form als Beschleuniger ein, so sind Konzentrationen von 0,005 bis 0,02 g/l Wasserstoffperoxid besonders bevorzugt. Dabei kann das Wasserstoffperoxid der Phosphatierlösung als solches zugegeben werden. Es ist jedoch auch möglich, Wasserstoffperoxid in gebundener Form als Verbindungen einzusetzen, die im Phosphatierbad durch Hydrolysereaktionen Wasserstoffperoxid liefern. Beispiele solcher Verbindungen sind Persalze wie Perborate, Perphosphate, Percarbonate, Peroxosulfate oder Peroxodisulfate. Als weitere Quellen für Wasserstoffperoxid kommen ionische Peroxide wie beispielsweise Alkalimetallperoxide in Betracht.For reasons of environmental friendliness, hydrogen peroxide, from the tech niche reasons of the simplified formulation options for Nachdo Sierlösungen hydroxylamine is particularly preferred as an accelerator. The however, sharing these two accelerators is not advisable because Hydroxylamine is decomposed by hydrogen peroxide. If you put hydrogen peroxide in free or bound form as accelerators, concentrations of 0.005 to 0.02 g / l hydrogen peroxide is particularly preferred. It can Hydrogen peroxide can be added to the phosphating solution as such. It is however, it is also possible to use hydrogen peroxide in bound form as compounds use the hydrogen peroxide in the phosphating bath by hydrolysis reactions deliver. Examples of such compounds are persalts such as perborates, Perphosphates, percarbonates, peroxosulfates or peroxodisulfates. As another Sources of hydrogen peroxide come from ionic peroxides such as Alkali metal peroxides into consideration.
Hydroxylamin kann als freie Base, als Hydroxylaminkomplex oder in Form von Hy droxylammoniumsalzen eingesetzt werden. Fügt man freies Hydroxylamin dem Phosphatierbad oder einem Phosphatierbad-Konzentrat zu, wird es aufgrund des sauren Charakters dieser Lösungen weitgehend als Hydroxylammonium-Kation vorliegen. Bei einer Verwendung als Hydroxylammonium-Salz sind die Sulfate sowie die Phosphate besonders geeignet. Im Falle der Phosphate sind aufgrund der besseren Löslichkeit die sauren Salze bevorzugt. Hydroxylamin oder seine Verbindungen werden dem Phosphatierbad in solchen Mengen zugesetzt, daß die rechnerische Konzentration des freien Hydroxylamins zwischen 0,1 und 10 g/l, vorzugsweise zwischen 0,2 und 6 g/l und insbesondere zwischen 0,3 und 2 g/l liegt. Als Hydroxylamin in gebundener Form kommen auch Aldoxime oder Ketoxime in Betracht, die in saurer Lösung Hydroxylamin abspalten können.Hydroxylamine can be used as a free base, as a hydroxylamine complex or in the form of Hy droxylammonium salts are used. If you add free hydroxylamine Phosphating bath or a phosphating bath concentrate too, it is due to the acidic character of these solutions largely as a hydroxylammonium cation available. When used as a hydroxylammonium salt, the sulfates and the phosphates are particularly suitable. In the case of the phosphates are due preferred the acidic salts for better solubility. Hydroxylamine or its Compounds are added to the phosphating bath in such amounts that the calculated concentration of free hydroxylamine between 0.1 and 10 g / l, preferably between 0.2 and 6 g / l and in particular between 0.3 and 2 g / l lies. Aldoximes or come as bound hydroxylamine Ketoximes into consideration, which can split off hydroxylamine in acidic solution.
Dabei ist es bevorzugt, daß die Phosphatierbäder als einzigen Beschleuniger Hydroxylamin, allenfalls zusammen mit maximal 0,5 g/l Nitrat, enthalten. Demnach werden in einer bevorzugten Ausführungsform Phosphatierbäder eingesetzt, die keine der sonstigen bekannten Beschleuniger wie beispielsweise Nitrit, Oxoanionen von Halogenen, Peroxide oder Nitrobenzolsulfonat enthalten. Als positiver Nebeneffekt verringern Hydroxylamin-Konzentrationen oberhalb von etwa 1,5 g/l die Gefahr einer Rostbildung an ungenügend umfluteten Stellen der zu phosphatierenden Bauteile.It is preferred that the phosphating baths as the only accelerator Hydroxylamine, if necessary together with a maximum of 0.5 g / l nitrate. Therefore in a preferred embodiment, phosphating baths are used which none of the other known accelerators such as nitrite, Contain oxo anions of halogens, peroxides or nitrobenzenesulfonate. As positive side effect reduce hydroxylamine concentrations above about 1.5 g / l the risk of rust formation in insufficiently flooded areas of the phosphating components.
In der Praxis hat es sich gezeigt, daß der Beschleuniger Hydroxylamin auch dann langsam inaktiviert werden kann, wenn in das Phosphatierbad keine zu phosphatierenden Metallteile eingebracht werden. Es hat sich überraschend gezeigt, daß die Inaktivierung des Hydroxylamins deutlich verlangsamt werden kann, wenn man dem Phosphatierbad zusätzlich eine oder mehrere aliphatische Hydroxy- oder Aminocarbonsäuren mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen in einer Gesamt menge von 0,01 bis 1,5 g/l zusetzt. Dabei sind die Carbonsäuren vorzugsweise ausgewählt aus Glycin, Milchsäure, Gluconsäure, Tartronsäure, Äpfelsäure, Weinsäure und Citronensäure, wobei Citronensäure, Milchsäure und Glycin besonders bevorzugt sind.In practice it has been shown that the accelerator hydroxylamine even then can be slowly inactivated if none in the phosphating bath phosphating metal parts are introduced. It has been surprising shown that the inactivation of the hydroxylamine are significantly slowed down can if you add one or more aliphatic to the phosphating bath Hydroxy or amino carboxylic acids with 2 to 6 carbon atoms in a total amount of 0.01 to 1.5 g / l added. The carboxylic acids are preferred selected from glycine, lactic acid, gluconic acid, tartronic acid, malic acid, Tartaric acid and citric acid, being citric acid, lactic acid and glycine are particularly preferred.
Die Verwendung reduzierender Zucker als Beschleuniger ist aus der US-A-5 378 292 bekannt. Sie können im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Mengen zwischen etwa 0,01 und etwa 10 g/l, bevorzugt in Mengen zwischen etwa 0,5 und etwa 2,5 g/l eingesetzt werden. Beispiele derartiger Zucker sind Galaktose, Mannose und insbesondere Glucose (Dextrose).The use of reducing sugar as an accelerator is from US-A-5,378 292 known. They can be used in quantities within the scope of the present invention between about 0.01 and about 10 g / l, preferably in amounts between about 0.5 and about 2.5 g / l can be used. Examples of such sugars are galactose, Mannose and especially glucose (dextrose).
Besonders gute Korrosionsschutzergebnisse werden mit Phosphatierbädern erhalten, die außer Zink und Ruthenium Mangan(II) enthalten. Der Mangangehalt des Phosphatierbades soll zwischen 0,1 und 4 g/l liegen, da bei geringeren Mangangehalten der positive Einfluß auf das Korrosionsverhalten der Phos phatschichten nicht mehr gegeben ist und bei höheren Mangangehalten kein weiterer positiver Effekt eintritt. Gehalte zwischen 0,3 und 2 g/l und insbesondere zwischen 0,5 und 1,5 g/l sind bevorzugt. Den Zinkgehalt des Phosphatierbades stellt man vorzugsweise auf Werte zwischen 0,45 und 1,5 g/l ein. Infolge des Beizabtrages bei der Phosphatierung zinkhaltiger Oberflächen ist es jedoch möglich, daß der aktuelle Zinkgehalt des arbeitenden Bades auf bis zu 3 g/l ansteigt. In welcher Form die Zink- und Manganionen in die Phosphatierbäder ein gebracht werden, ist prinzipiell ohne Belang. Es bietet sich insbesondere an, als Zink-und/oder Manganquelle die Oxide und/oder die Carbonate zu verwenden. Particularly good corrosion protection results are achieved with phosphating baths obtained which contain manganese (II) in addition to zinc and ruthenium. The manganese content the phosphating bath should be between 0.1 and 4 g / l, since less Manganese the positive influence on the corrosion behavior of the Phos phat layers no longer exist and none at higher manganese levels further positive effect occurs. Contents between 0.3 and 2 g / l and especially between 0.5 and 1.5 g / l are preferred. The zinc content of the phosphating bath is preferably set to values between 0.45 and 1.5 g / l. As a result of However, it is pickling removal when phosphating zinc-containing surfaces possible that the current zinc content of the working bath up to 3 g / l increases. The form in which the zinc and manganese ions enter the phosphating baths is basically irrelevant. It is particularly useful as Zinc and / or manganese source to use the oxides and / or the carbonates.
Bei der Anwendung des Phosphatierverfahrens auf Stahloberflächen geht Eisen in Form von Eisen(II)-Ionen in Lösung. Falls die erfindungsgemäßen Phosphatierbäder keine Substanzen enthalten, die gegenüber Eisen(II) stark oxidierend wirken, geht das zweiwertige Eisen vornehmlich in Folge von Luftoxidation in den dreiwertigen Zustand über, so daß es als Eisen(III)-Phosphat ausfallen kann. Daher können sich in den Phosphatierbädern Eisen(II)-Gehalte aufbauen, die deutlich über den Gehalten liegen, die Oxidationsmittel-haltige Bäder enthalten. In diesem Sinne sind Eisen(II)-Konzentrationen bis zu 50 ppm normal, wobei kurzfristig im Produktionsablauf auch Werte bis zu 500 ppm auftreten können. Für das erfindungsgemäße Phosphatierverfahren sind solche Eisen(II)- Konzentrationen nicht schädlich.When the phosphating process is used on steel surfaces, iron goes in Form of iron (II) ions in solution. If the invention Phosphating baths contain no substances that are strong compared to iron (II) have an oxidizing effect, the divalent iron mainly goes off in succession Air oxidation into the trivalent state, so that it is called ferric phosphate can fail. Therefore, iron (II) contents can be found in the phosphating baths build up the baths containing oxidizing agents, which are clearly above the contents contain. In this sense, iron (II) concentrations up to 50 ppm are normal, with short-term values of up to 500 ppm occurring in the production process can. For the phosphating process according to the invention, such iron (II) Concentrations not harmful.
Ähnlich wie in der EP-A-321 059 beschrieben bringt auch in den erfindungs gemäßen Phosphatierbädern die Gegenwart löslicher Verbindungen des sechs wertigen Wolframs Vorteile hinsichtlich Korrosionswiderstand und Lackhaftung. In den erfindungsgemäßen Phosphatierverfahren können Phosphatierlösungen Verwendung finden, die zusätzlich 20 bis 800 mg/l, vorzugsweise 50 bis 600 mg/l Wolfram in Form wasserlöslicher Wolframate, Silicowolframate und/oder Borowolframate enthalten. Dabei können die genannten Anionen in Form ihrer Säuren und/ oder ihrer wasserlöslichen Salze, vorzugsweise Ammoniumsalze eingesetzt werden.Similar to that described in EP-A-321 059 also brings in the invention According to phosphating baths, the presence of soluble compounds of the sixth valuable tungsten advantages in terms of corrosion resistance and paint adhesion. In the phosphating processes according to the invention can use phosphating solutions Find the additional 20 to 800 mg / l, preferably 50 to 600 mg / l Tungsten in the form of water-soluble tungsten, silicon tungstate and / or Contain borotungstates. The anions mentioned can be in the form of their Acids and / or their water-soluble salts, preferably ammonium salts be used.
Das Gewichtsverhältnis Phosphationen zu Zinkionen in den Phosphatierbädern kann in weiten Grenzen schwanken, sofern es im Bereich zwischen 3,7 und 30 liegt. Ein Gewichtsverhältnis zwischen 10 und 20 ist besonders bevorzugt. Für die Berechnung der Konzentration der Phosphationen wird der gesamte Phosphorgehalt des Phosphatierbades als in Form von Phosphationen PO₄3- vorliegend angesehen. Demnach wird bei der Berechnung des Mengenverhältnisses die bekannte Tatsache außer acht gelassen, daß bei den pH-Werten der Phosphatierbäder, die üblicherweise im Bereich von etwa 3 bis etwa 3,6 liegen, nur ein sehr geringer Teil des Phosphats tatsächlich in Form der dreifach negativ geladenen Anionen vorliegt. Bei diesen pH-Werten ist vielmehr zu erwarten, daß das Phosphat vornehmlich als einfach negativ geladenes Dihydrogenphosphat-Anion vorliegt, zusammen mit geringeren Mengen an undisoziierter Phosphorsäure und an zweifach negativ geladenen Hydrogenphosphat-Anionen. The weight ratio of phosphate ions to zinc ions in the phosphating baths can vary within a wide range, provided it is in the range between 3.7 and 30. A weight ratio between 10 and 20 is particularly preferred. For the calculation of the concentration of the phosphate ions, the total phosphorus content of the phosphating bath is considered to be present in the form of phosphate ions PO₄ 3- . Accordingly, the known fact that the pH values of the phosphating baths, which are usually in the range from about 3 to about 3.6, only a very small part of the phosphate is actually in the form of the triple negative charged anions. At these pH values, it is rather to be expected that the phosphate is present primarily as a single negatively charged dihydrogenphosphate anion, together with smaller amounts of non-associated phosphoric acid and double negatively charged hydrogenphosphate anions.
Als weitere Parameter zur Steuerung von Phosphatierbädern sind dem Fachmann die Gehalte an freier Säure und an Gesamtsäure bekannt. Die in dieser Schrift verwendete Bestimmungsmethode dieser Parameter ist im Beispielteil angegeben. Werte der freien Säure zwischen 0 und 1,5 Punkten bei Teilephosphatierung, bei Bandphosphatierung bis zu 2,5 Punkten und der Gesamtsäure zwischen etwa 15 und etwa 30 Punkten liegen im technisch üblichen Bereich und sind im Rahmen dieser Erfindung geeignet.Those skilled in the art are further parameters for controlling phosphating baths the free acid and total acid contents are known. The one in this writing The method of determination used for these parameters is specified in the example section. Free acid values between 0 and 1.5 points for partial phosphating, at Band phosphating up to 2.5 points and total acidity between about 15 and about 30 points are in the usual technical range and are in the frame this invention.
Phosphatierbäder werden üblicherweise in Form von wäßrigen Konzentraten vertrieben, die vor Ort durch Zugabe von Wasser auf die Anwendungskonzen trationen eingestellt werden. Aus Stabilitätsgründen können diese Konzentrate einen Überschuß an freier Phosphorsäure enthalten, so daß beim Verdünnen auf Badkonzentration der Wert der freien Säure zunächst zu hoch bzw. der pH-Wert zu niedrig liegt. Durch Zugabe von Alkalien wie beispielsweise Ammoniak oder Natrium- oder Kaliumhydroxid oder -carbonat, wird der Wert der freien Säure auf den erwünschten Bereich abgesenkt. Weiterhin ist es bekannt, daß der Gehalt an freier Säure während des Gebrauchs der Phosphatierbäder durch den Verbrauch der schichtbildenden Kationen und gegebenenfalls durch Zersetzungsreaktionen des Beschleunigers mit der Zeit ansteigen kann. In diesen Fällen ist es erforderlich, den Wert der freien Säure durch Alkalienzugabe von Zeit zu Zeit auf den erwünschten Bereich wieder einzustellen. Dies bedeutet, daß die Gehalte der Phosphatierbäder an Alkalimetall- oder Ammoniumionen in weiten Grenzen schwanken können und im Laufe der Gebrauchsdauer der Phosphatierbäder durch das Abstumpfen der freien Säure tendenziell ansteigen. Das Gewichtsverhältnis von Alkalimetall- und/oder Ammoniumionen zu beispielsweise Zinkionen kann demnach bei frisch angesetzten Phosphatierbädern sehr niedrig liegen, beispielsweise < 0,5 sein und im Extremfall sogar 0 betragen, während es mit der Zeit durch Badpflegemaßnahmen üblicherweise ansteigt, so daß das Verhältnis < 1 werden und Werte bis zu 10 und größer annehmen kann. Niedrigzink-Phospha tierbäder erfordern in der Regel Zusätze von Alkalimetall- oder Ammoniumionen, um bei dem erwünschten Gewichtsverhältnis PO₄3- : Zn < 8 die freie Säure auf den Sollwert-Bereich einstellen zu können. Analoge Betrachtungen lassen sich auch über die Mengenverhältnisse von Alkalimetall- und/oder Ammoniumionen zu anderen Badbestandteilen, beispielsweise zu Phosphationen, anstellen.Phosphating baths are usually sold in the form of aqueous concentrates which are adjusted to the application concentrations on site by adding water. For reasons of stability, these concentrates can contain an excess of free phosphoric acid, so that when diluted to a bath concentration, the value of the free acid is initially too high or the pH is too low. By adding alkalis such as ammonia or sodium or potassium hydroxide or carbonate, the value of the free acid is reduced to the desired range. Furthermore, it is known that the free acid content during use of the phosphating baths can increase over time due to the consumption of the layer-forming cations and, if appropriate, through decomposition reactions of the accelerator. In these cases it is necessary to readjust the value of the free acid to the desired range from time to time by adding alkalis. This means that the contents of the alkali metal or ammonium ions in the phosphating baths can vary within wide limits and tend to increase over the course of the service life of the phosphating baths due to the dulling of the free acid. The weight ratio of alkali metal and / or ammonium ions to zinc ions, for example, can therefore be very low in freshly prepared phosphating baths, for example <0.5 and in extreme cases even 0, while it usually increases over time due to bath maintenance measures, so that the ratio < 1 and can take values up to 10 and larger. Low zinc phosphate animal baths generally require additions of alkali metal or ammonium ions in order to be able to adjust the free acid to the desired value range at the desired weight ratio PO₄ 3- : Zn <8. Analogous considerations can also be made regarding the proportions of alkali metal and / or ammonium ions to other bath components, for example phosphate ions.
Erfindungsgemäße Phosphatierbäder sind geeignet zur Phosphatierung von Oberflächen aus Stahl, verzinktem oder legierungsverzinktem Stahl, Aluminium, aluminiertem oder legierungsaluminiertem Stahl. Der Begriff "Aluminium" schließt dabei die technisch üblichen Aluminiumlegierungen wie beispielsweise AIMg0,5Si1,4 mit ein. Die genannten Materialien können - wie es im Automobilbau zunehmend üblich wird - auch nebeneinander vorliegen.Phosphating baths according to the invention are suitable for phosphating Surfaces made of steel, galvanized or alloy galvanized steel, aluminum, aluminized or alloy aluminized steel. The term "aluminum" closes the technically usual aluminum alloys such as AIMg0.5Si1.4 with a. The materials mentioned can - as in Automotive engineering is becoming increasingly common - also coexisting.
Demgemäß umfaßt die Erfindung auch ein Verfahren zum Phosphatieren von Metalloberflächen aus Stahl, verzinktem oder legierungsverzinktem Stahl und/oder aus Aluminium, bei dem man die Metalloberflächen durch Spritzen oder Tauchen für eine Zeit zwischen 3 Sekunden und 8 Minuten mit einer Phosphatierlösung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 in Berührung bringt. Das Verfahren ist für die Anwendung im Tauch-, Spritz- oder Spritz/Tauchverfahren geeignet. Es kann insbesondere im Automobilbau eingesetzt werden, wo Behandlungszeiten zwischen 1 und 8 Minuten, insbesondere 2 bis 5 Minuten üblich sind. Der Einsatz bei der Bandphosphatierung im Stahlwerk, wobei die Be handlungszeiten zwischen 3 und 12 Sekunden liegen, ist jedoch ebenfalls möglich. Bei der Verwendung in Bandphosphatierverfahren ist es empfehlenswert, die Badkonzentrationen jeweils in der oberen Hälfte der erfindungsgemäß bevorzugten Bereiche einzustellen. Beispielsweise kann der Zinkgehalt im Bereich von 1,5 bis 2,5 g/l, der Rutheniumgehalt im Bereich von 0,05 bis 0,2 g/l, der Mangangehalt im Bereich von 1,5 bis 3 g/l und der Gehalt von freier Säure im Bereich von 1,5 bis 2,5 Punkten liegen. Als Substrat für die Bandphosphatierung eignet sich besonders verzinkter Stahl, insbesondere elektrolytisch verzinkter Stahl.Accordingly, the invention also includes a process for phosphating Metal surfaces made of steel, galvanized or alloy galvanized steel and / or Made of aluminum, in which the metal surfaces are sprayed or dipped for a time between 3 seconds and 8 minutes with a phosphating solution according to one or more of claims 1 to 9 in contact. The The process is for use in immersion, spray or spray / immersion processes suitable. It can be used particularly in automotive engineering where Treatment times between 1 and 8 minutes, especially 2 to 5 minutes are common. The use in band phosphating in the steel mill, whereby the Be action times are between 3 and 12 seconds, but is also possible. When used in tape phosphating processes, it is recommended that Bath concentrations in each case in the upper half of the preferred according to the invention Areas. For example, the zinc content can range from 1.5 to 2.5 g / l, the ruthenium content in the range from 0.05 to 0.2 g / l, the manganese content in the Range from 1.5 to 3 g / l and the free acid content in the range from 1.5 to 2.5 Points. It is particularly suitable as a substrate for tape phosphating galvanized steel, in particular electrolytically galvanized steel.
Wie bei anderen Phosphatierbädern des Standes der Technik ebenfalls üblich, liegen die geeigneten Badtemperaturen unabhängig vom Anwendungsgebiet zwischen 30 und 70°C, wobei der Temperaturbereich zwischen 45 und 60°C bevorzugt wird.As is also common with other phosphating baths of the prior art, The suitable bath temperatures are independent of the area of application between 30 and 70 ° C, the temperature range between 45 and 60 ° C is preferred.
Das erfindungsgemäße Phosphatierverfahren ist insbesondere zur Behandlung der genannten Metalloberflächen vor einer Lackierung, beispielsweise vor einer kathodischen Elektrotauchlackierung gedacht, wie sie im Automobilbau üblich ist. Es eignet sich weiterhin als Vorbehandlung vor einer Pulverlackierung, wie sie beispielsweise für Haushaltsgeräte eingesetzt wird. Das Phosphatierverfahren ist als Teilschritt der technisch üblichen Vorbehandlungskette zu sehen. In dieser Kette sind der Phosphatierung üblicherweise die Schritte Reinigen/Entfetten, Zwischenspülen und Aktivieren vorgeschaltet, wobei die Aktivierung üblicherweise mit Titanphosphat-haltigen Aktiviermitteln erfolgt. Der erfindungsgemäßen Phosphatierung kann, nach einer Zwischenspülung, gegebenenfalls eine passivierende Nachbehandlung folgen. Für eine solche passivierende Nachbehandlung sind chromsäure-haltige Behandlungsbäder weit verbreitet. Aus Gründen des Arbeits- und Umweltschutzes sowie aus Entsorgungsgründen besteht jedoch die Tendenz, diese chromhaltigen Passivierbäder durch chromfreie Behandlungsbäder zu ersetzen. Hierfür sind rein anorganische Badlösungen, insbesondere auf der Basis von Zirkonverbindungen, oder auch organisch-reaktive Badlösungen, beispielsweise auf Basis von Poly(vinylphenolen), bekannt. Zwischen dieser Nachpassivierung und der sich üblicherweise anschließenden Lackierung wird in der Regel eine Zwischenspülung mit vollentsalztem Wasser durchgeführt.The phosphating process according to the invention is particularly suitable for the treatment of mentioned metal surfaces before painting, for example before a cathodic electrodeposition coating, as is common in automotive engineering. It is also suitable as a pre-treatment before a powder coating like this is used for example for household appliances. The phosphating process is to be seen as a sub-step of the technically usual pretreatment chain. In this Chain are the steps of cleaning / degreasing the phosphating, Intermediate rinsing and activation upstream, the activation usually with activating agents containing titanium phosphate. The invention After an intermediate rinse, phosphating can optionally be carried out Follow passivating aftercare. For such a passivating Treatment baths containing chromic acid are widespread. Out For reasons of work and environmental protection as well as for disposal reasons however, the tendency to pass these chrome-containing passivating baths through chrome-free ones To replace treatment baths. Purely inorganic bath solutions are in particular based on zirconium compounds, or also organically reactive Bath solutions, for example based on poly (vinylphenols), are known. Between this post-passivation and the usually subsequent one Painting is usually an intermediate rinse with deionized water carried out.
Aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 195 11 573.2 ist bekannt, bestimmten Phosphatierverfahren eine passivierende Nachspülung mit einer wäßrigen Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von etwa 3 bis etwa 7 nachfolgen zu lassen, die 0,001 bis 10 g/l eines oder mehrerer der folgenden Kationen enthält: Lithiumionen, Kupferionen und/oder Silberionen. Eine derartige Nachspülung eignet sich auch zur Verbesserung des Korrosionsschutzes des erfindungsgemäßen Phosphatierverfahrens. Vorzugsweise setzt man hierfür eine wäßrige Lösung ein, die 0,002 bis 1 g/l Kupferionen enthält. Dabei wird das Kupfer vorzugsweise als Acetat eingesetzt. Besonders bevorzugt ist eine derartige Nachspüllösung, die einen pH-Wert im Bereich von 3,4 bis 6 und eine Temperatur im Bereich von 20 bis 50 °C aufweist.From the German patent application with the file number 195 11 573.2 known, certain phosphating processes with a passivating rinse an aqueous solution with a pH in the range from about 3 to about 7 to succeed the 0.001 to 10 g / l of one or more of the following Cations contain: lithium ions, copper ions and / or silver ions. Such Rinsing is also suitable for improving the corrosion protection of the phosphating process according to the invention. Preferably one is used for this an aqueous solution containing 0.002 to 1 g / l copper ions. The copper preferably used as acetate. Such is particularly preferred Rinse solution that has a pH in the range of 3.4 to 6 and a temperature in the range of 20 to 50 ° C.
Die erfindungsgemäßen Phosphatierverfahren sowie Vergleichsverfahren wurden an Stahlblechen (St 1405, CRS), an schmelztauchverzinkten (HDG) und an beidseitig elektrolytisch verzinkten Stahlblechen (ZE), wie sie im Automobilbau Verwendung finden, überprüft. Dabei wurde folgender in der Karosseriefertigung gebräuchlicher Verfahrensgang im Tauchverfahren ausgeführt:The phosphating processes according to the invention and comparative processes were on steel sheets (St 1405, CRS), on hot-dip galvanized (HDG) and on steel sheets galvanized on both sides (ZE), as used in automobile construction Find use, checked. The following was in body production Common process carried out in the immersion process:
- 1. Reinigen mit einem alkalischen Reiniger (Ridoline® 1501, Henkel KGaA), Ansatz 2% in Stadtwasser, 85°C, 4 Minuten.1.Clean with an alkaline cleaner (Ridoline® 1501, Henkel KGaA), Batch 2% in city water, 85 ° C, 4 minutes.
- 2. Spülen mit vollentsalztem Wasser, Raumtemperatur, 1 Minute.2. Rinse with deionized water, room temperature, 1 minute.
- 3. Aktivieren mit einem Titanphosphat-haltigen Aktiviermittel (Fixodine® 950, Henkel KGaA), Ansatz 0,2% in vollentsalztem Wasser, Raumtemperatur, 2 Minuten.3. Activation with an activating agent containing titanium phosphate (Fixodine® 950, Henkel KGaA), approach 0.2% in deionized water, room temperature, 2 Minutes.
- 4. Phosphatieren mit Phosphatierbädern (Badtemperatur 50-55°C) gemäß Ta belle 1. Außer den genannten Kationen enthielten die Phosphatierbäder Natriumionen zum Einstellen der freien Säure sowie Fe(II) im Bereich 100 ppm und 0,5 g/l Nitrationen. Hydroxylamin wurden als Sulfat eingesetzt. Für alle Bäder wurde vollentsalztes Wasser verwendet. Der pH-Wert der Bäder lag bei 3,0 bis 3,1, der Gehalt an freier Säure bei 2,5 Punkten, der Gehalt an Gesamtsäure bei 23 Punkten.4. Phosphating with phosphating baths (bath temperature 50-55 ° C) according to Ta belle 1. In addition to the cations mentioned, the phosphating baths contained Sodium ions to adjust the free acid and Fe (II) in the range of 100 ppm and 0.5 g / l nitrate ions. Hydroxylamine was used as the sulfate. For all Deionized water was used in the baths. The pH of the baths was included 3.0 to 3.1, the free acid content at 2.5 points, the content of Total acidity at 23 points.
- Unter der Punktzahl der freien Säure wird der Verbrauch in ml an 0,1-normaler Natronlauge verstanden, um 10 ml Badlösung bis zu einem pH-Wert von 3,6 zu titrieren. Analog gibt die Punktzahl der Gesamtsäure den Verbrauch in ml bis zu einem pH-Wert von 8,2 an.Under the free acid score, consumption in ml becomes 0.1 normal Sodium hydroxide solution understood to make 10 ml bath solution up to a pH of 3.6 to titrate. Similarly, the total acid score gives the consumption in ml up to a pH of 8.2.
- 5. Spülen mit vollentsalztem Wasser, Raumtemperatur, 1 Minute.5. Rinse with deionized water, room temperature, 1 minute.
- 6. Trockenblasen mit Preßluft6. Blow dry with compressed air
Die flächenbezogene Masse ("Schichtgewicht") wurde durch Ablösen in 5%-iger Chromsäurelösung bestimmt gemäß DIN 50942. The mass per unit area ("layer weight") was by detachment in 5% Chromic acid solution determined according to DIN 50942.
Die phosphatierten Prüfbleche wurden mit einem kathodischen Tauchlack der Firma BASF (FT 85-7042) beschichtet. Für Beispiel 8 wurde ein Vollaufbau (VW Candy weiß) aufgebracht. Der Korrosionsschutz wurde mit einem VDA Wechselklimatest (1008 Stunden) geprüft. Tabelle 2 enthält die Lackunterwanderung am Ritz (halbe Ritzbreite) sowie Angaben zum Schichtgewicht und zur Größe der Phosphat-Kristalle, die aus Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen entnommen wurde. Elementaranalytisch wurde Ruthenium in den Phosphatschichten nachgewiesen.The phosphated test panels were coated with a cathodic dip BASF coated (FT 85-7042). For example 8, a full structure (VW Candy white) applied. The corrosion protection was with a VDA Alternating climate test (1008 hours) checked. Table 2 contains the Paint infiltration at the Ritz (half the width of the Ritz) and information on Layer weight and size of the phosphate crystals that made up Scanning electron microscope photographs were taken. Elemental analytical ruthenium was detected in the phosphate layers.
Claims (12)
0,2 bis 3 g/l Zinkionen
3 bis 50 g/l Phosphationen, berechnet als PO₄,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung zusätzlich
0,002 bis 0,2 g/l Rutheniumionen enthält.1. Containing acidic, aqueous phosphating solution
0.2 to 3 g / l zinc ions
3 to 50 g / l phosphate ions, calculated as PO₄,
characterized in that the solution additionally
Contains 0.002 to 0.2 g / l ruthenium ions.
0,1 bis 4 g/l Mangan(II),
0,2 bis 2,5 g/l Magnesium(II),
0,2 bis 2,5 g/l Calcium(II),
0,2 bis 1,5 g/l Lithium(I),
0,01 bis 0,5 g/l Eisen(II),
0,002 bis 0,05 g/l Kupfer(II).2. Phosphating solution according to claim 1, characterized in that it additionally contains one or more of the following cations:
0.1 to 4 g / l manganese (II),
0.2 to 2.5 g / l magnesium (II),
0.2 to 2.5 g / l calcium (II),
0.2 to 1.5 g / l lithium (I),
0.01 to 0.5 g / l iron (II),
0.002 to 0.05 g / l copper (II).
0,3 bis 4 g/l Chlorationen,
0,01 bis 0,2 g/l Nitritionen,
0,05 bis 2 g/l m-Nitrobenzolsulfonationen,
0,05 bis 2 g/l m-Nitrobenzoationen,
0,05 bis 2 g/l p-Nitrophenol,
0,005 bis 0,15 g/l Wasserstoffperoxid in freier oder gebundener Form,
0,1 bis 10 g/l Hydroxylamin in freier oder gebundener Form
0,1 bis 10 g/l eines reduzierenden Zuckers.
enthält.3. phosphating solution according to one or both of claims 1 and 2, characterized in that it contains one or more accelerators selected from
0.3 to 4 g / l chlorate ions,
0.01 to 0.2 g / l nitrite ions,
0.05 to 2 g / l m-nitrobenzenesulfonate ions,
0.05 to 2 g / l m-nitrobenzoate ions,
0.05 to 2 g / l p-nitrophenol,
0.005 to 0.15 g / l hydrogen peroxide in free or bound form,
0.1 to 10 g / l hydroxylamine in free or bound form
0.1 to 10 g / l of a reducing sugar.
contains.
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1997
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