EP0370535B1 - Verfahren zum Aufbringen von Phosphatüberzügen - Google Patents
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- EP0370535B1 EP0370535B1 EP89201936A EP89201936A EP0370535B1 EP 0370535 B1 EP0370535 B1 EP 0370535B1 EP 89201936 A EP89201936 A EP 89201936A EP 89201936 A EP89201936 A EP 89201936A EP 0370535 B1 EP0370535 B1 EP 0370535B1
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Definitions
- the invention relates to a method for applying phosphate coatings on surfaces made of aluminum and / or zinc or its or their alloys with the aid of phosphating solutions which operate according to the low zinc technology 0.4 to 1.5 g / l zinc and 10 to 16 g / l P2O5 contain,
- phosphating solutions that work according to the low-zinc technology are those that predominantly contain zinc as a layer-forming cation in a concentration of approx. 0.4 to 1.5 g / l and in which the Zn / PO4 ratio is less than approx. Is 0.08.
- phosphating solutions used for this usually contain zinc, nickel, manganese, magnesium, cadmium, copper, cobalt, alkali and / or ammonium ions, phosphate ions, accelerating additives such as nitrite, chlorate, bromate, peroxide, m -Nitrobenzenesulfonate, nitrophenol or combinations thereof.
- accelerating additives such as nitrite, chlorate, bromate, peroxide, m -Nitrobenzenesulfonate, nitrophenol or combinations thereof.
- aluminum, its alloys and galvanized steel they preferably additionally contain simple and / or complex fluorides.
- the phosphating solutions can also contain layer-refining additives, such as hydroxy carboxylic acids, amino carboxylic acids or condensed phosphates.
- the metal surfaces consist to a large extent of steel in addition to varying amounts of galvanized steel and a small amount of aluminum materials and are treated by spraying and / or immersion.
- the object of the invention is to provide a method for applying phosphate coatings on surfaces made of zinc and / or aluminum or its alloys with phosphating solutions working according to the low zinc technology, in which an increase in the free acid or the acid ratio is prevented and consequently, the disadvantages of the known methods are avoided, which is nevertheless easy to use and economical.
- the object is achieved by designing the method of the type mentioned at the outset in accordance with the invention in such a way that the surface is brought into contact with a phosphating solution which contains a minimum concentration of iron (III) ions of 1 mg / l and which is treated per m2 Surface 50 to 2000 mg of iron III ions can be added.
- the iron ions can be introduced into the phosphating solution in the form of Fe-III ions, but also in the form of Fe-II ions together with an oxidizing agent, such as chlorate, nitrite, peroxide, which oxidizes to Fe-III.
- Suitable compounds are e.g. the nitrates, chlorides and fluorides of divalent or trivalent iron and iron-III complex compounds of hydroxy carboxylic acids, aminocarboxylic acids and the like.
- a preferred embodiment of the invention consists in bringing the surface into contact with a phosphating solution, to which 50 to 1000 mg of iron III ions are added per m2 of treated surface.
- the dosage can take place as mentioned above.
- such solutions are used that up to 1.3 g / l Ni up to 1.3 g / l Mn up to 1.3 g / l Mg contain.
- the weight ratio of Ni, Mn and or Mg to Zn should be set to a value of up to 1.5: 1.
- phosphating solutions which act as accelerators 2 to 25 g / l NO3 1 to 6 g / l ClO3 0.1 to 2 g / l organic nitro compound 0.05 to 0.5 g / l NO2 0.02 to 0.1 g / l peroxide (calculated as H2O2) or mixtures thereof.
- the phosphating solutions can be applied in a conventional manner. Particularly suitable forms of application are spraying and / or dipping, a temperature in the range from 30 to 70 ° C. being preferred.
- the method according to the invention is particularly suitable for the treatment of pure aluminum and alloys, e.g. of the qualities AlMgSi, AlMg and AlMgMn.
- Suitable materials are also solid zinc alloys or steel alloys with e.g. Ni, Fe or Al.
- iron III citrate By adding iron III citrate, the iron III concentration had been adjusted to 2 mg / l when the phosphating solution was started up.
- iron III citrate (calc. As Fe) was added to the phosphating solution of 10 l of 250 mg / m 2 surface.
- the number of free acid points was practically constant.
- the phosphate coating obtained was consistently uniform and closed.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Phosphatüberzügen auf Oberflächen aus Aluminium und/oder Zink bzw. dessen oder deren Legierungen mit Hilfe von gemäß der Niedrigzink-Technologie arbeitenden Phosphatierungslösungen, die
0,4 bis 1,5 g/l Zink und
10 bis 16 g/l P₂O₅
enthalten,
Phosphatierungslösungen, die gemäß der Niedrigzink-Technologie arbeiten, sind begrifflich solche, die als schichtbildendes Kation überwiegend Zink in einer Konzentration von ca. 0,4 bis 1,5 g/l enthalten und in denen das Zn/PO₄-Verhältnis kleiner als ca. 0,08 ist. - Es ist bekannt, dünne Phosphatüberzüge auf Metalloberflächen von Stahl, verzinktem Stahl sowie Aluminium aufzubringen, die für eine nachfolgende elektrophoretische Tauchlackierung eine geeignete Lackgrundlage bilden. Die hierfür eingesetzten Phosphatierungslösungen enthalten üblicherweise Zink-, Nickel-, Mangan-, -Magnesium-, Kadmium-, Kupfer-, Kobalt-, Alkali- und/oder Ammoniumionen, Phosphationen, beschleunigend wirkende Zusätze wie Nitrit, Chlorat, Bromat, Peroxid, m-Nitrobenzolsulfonat, Nitrophenol oder Kombinationen hiervon. Für die Behandlung von Aluminium, dessen Legierungen und galvanisch verzinktem Stahl enthalten sie vorzugsweise zusätzlich einfache und/oder komplexe Fluoride. Zusätzliche Anionen, wie Chlorid, Nitrat und Sulfat, dienen der Wahrung der Elektroneutralität. Gegebenenfalls können die Phosphatierungslösungen noch schichtverfeinernde Zusätze, wie hydroxicarbonsäuren, Aminocarbonsäuren oder kondensierte Phosphate, enthalten.
- Die Metalloberflächen bestehen dabei zu einem erheblichen Anteil aus Stahl neben wechselnden Mengen verzinktem Stahl sowie einem geringen Anteil an Aluminiumwerkstoffen und werden im Spritz- und/oder Tauchverfahren behandelt.
- Werden ausschließlich Zinkoberflächen und/oder Aluminiumoberflächen mit der Phosphatierungslösung in Berührung gebracht, stellt man fest, daß die Freie Säure bzw. das Verhältnis Freie Säure zu Gesamtsäure der arbeitenden Phosphatierungslösung ansteigt und die Phosphatierungslösung außerhalb des Gleichgewichtes gerät. Die Folge ist, daß mit zunehmendem Durchsatz die Überzugsausbildung verschlechtert wird und schließlich ganz unterbleibt. Ein Abstumpfen der überschüssigen Säure mit Natriumhydroxid, Ammoniumhydroxid oder anderen Alkalien ist nicht durchführbar, da dann ein Teil der Badkomponente Zink mitausgefällt wird.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufbringen von Phosphatüberzügen auf Oberflächen aus Zink und/oder Aluminium bzw. dessen oder deren Legierungen mit gemäß der Niedrigzink-Technologie arbeitenden Phosphatierungslösungen bereitzustellen, bei dem ein Anstieg der Freien Säure bzw. des Säureverhältnisses verhindert wird und mithin die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden, das aber dennoch einfach in der Handhabung sowie wirtschaftlich ist.
- Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man die Oberfläche mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, die eine Mindestkonzentration an Eisen-III-ionen von 1 mg/l enthält und der pro m² behandelter Oberfläche 50 bis 2000 mg Eisen-III-ionen zugesetzt werden.
- Zwar ist es aus EP-A-0 264 811 bekannt, bei der Erzeugung von Phosphatüberzügen auf Oberflächen von kaltgewalztem Stahl sowie ein- oder zweiseitig verzinktem Stahl im Tauchen in Phosphatierungslösungen, die u.a. 10 bis 20 g/l Phosphat (ber. als PO₄) und 1,5 bis 2,5 g/l Zink (ber. als Zn) enthalten, einen Eisen-III-Gehalt (ber. als Fe) von 2 bis 20 mg/l und das Gewichtsverhältnis von Zn:PO₄ auf (0,08 bis 0.21):1 einzustellen. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um Phosphatierungslösungen, die entsprechend der Niedrigzink-Technologie arbeiten und von denen sich das Dokument in der Einleitung klar abgrenzt. Zum andern ist darauf hingewiesen, daß beim Verlassen der Zinkkonzentration von 1,5 bis 2,5 g/l unerwünscht schwere, bzw. zu dünne Schichten entstehen und beim Unterschreiten eines Gewichtsverhältnisses von Zn/PO₄ unter einen Wert von 0.08 die Phosphatschichtbildung beeinträchtig wird.
- Weiterhin ergibt sich aus FR-A-2 401 234, daß den Phosphatierungslösungen, die nach konventionellen Verfahren arbeiten und hohe Zinkkonzentrationen von z.B. 2,85 bzw. 3,7 g/l bei einem hohen Zn/P₂O₅-Verhältnis von 0,40 und 0,51 aufweisen, von Zeit zu Zeit oder kontinuierlich Eisenhydroxid zugesetzt werden soll. Diese Arbeitsweise beseitig Ausfällung von tertiärem Zinkphosphat, bzw. Schlammbildung und Verschlechterung der auflagequalität.
- Das Dokument EP-A 0 111 246 schließlich beschreibt weder Phosphatierverfahren, die der Niedrigzink-Technologie angehören, noch offenbart es einen Zusatz von Eisen zu Phosphatierungslösungen. Die genannte Zinkkonzentration von 1 bis 2,5 g/l läßt zwar eine gewisse Überlappung mit Niedrigzinkverfahren vermuten. Jedoch verdeutlicht das einzige Beispiel (Beispiel 1) mit einem "niedrigen" Zinkgehalt von 1,1 g/l und einer PO₄-Konzentration von 7,4 g/l entsprechend einem Zn/P₂O₅-Verhältnis von 1 : 5, daß es sich tatsächlich um Lösungen handelt, die nicht bei der Niedrigzink Technologie zum Einsatz kommen.
- Die Eisenionen können in Form von Fe-III-Ionen, aber auch in Form von Fe-II-Ionen zusammen mit einem Fe-II zu Fe-III oxidierenden Oxidationsmittel, wie Chlorat, Nitrit, Peroxid, in die Phosphatierungslösung eingebracht werden. Geeignete Verbindungen sind z.B. die Nitrate, Chloride und Fluoride von zwei oder dreiwertigem Eisen sowie Eisen-III-komplexverbindungen von Hydroxicarbonsäuren, Aminocarbonsäuren und dergleichen.
- Es ist besonders zweckmäßig, die Eisenionen in in Wasser vorgelöster Form in die Phosphatierungslösung einzubringen.
- Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die Oberfläche mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt zu bringen, der pro m² behandelter Oberfläche 50 bis 1000 mg Eisen-III-ionen zugesetzt werden. Auch hierbei kann die Dosierung wie oben erwähnt erfolgen.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden solche Lösungen eingesetzt, die
bis 1,3 g/l Ni
bis 1,3 g/l Mn
bis 1,3 g/l Mg
enthalten. Bei diesen Lösungen sollte das Gewichtsverhältnis von Ni, Mn und oder Mg zu Zn auf einen Wert bis 1,5 : 1 eingestellt sein. - Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kommen Phosphatierungslösungen zum Einsatz, die als Beschleuniger
2 bis 25 g/l NO₃
1 bis 6 g/l ClO₃
0,1 bis 2 g/l organische Nitroverbindung
0,05 bis 0,5 g/l NO₂
0,02 bis 0,1 g/l Peroxid (ber. als H₂O₂)
oder Mischungen hiervon enthalten. - Die Phosphatierungslösungen können auf herkömmliche Weise appliziert werden. Besonders geeignete Applikationsformen sind Spritzen und/oder Tauchen, wobei eine Temperatur im Bereich von 30 bis 70°C bevorzugt ist.
- Während Arbeitspausen ist durch Zugabe von Eisen-III-ionen dafür Sorge zu tragen, daß die Mindestkonzentration von 1 mg/l aufrechterhalten wird.
- Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Behandlung von Reinaluminium und Legierungen, z.B. der Qualitäten AlMgSi, AlMg und AlMgMn.
- Hinsichtlich der Überzugsbildung auf Zinkoberflächen können Werkstücke aus massivem Zink, insbesondere aber aus schmelztauch- oder elektrolytisch verzinktem Stahl, behandelt werden. Geeignete Werkstoffe sind weiterhin massive oder auf Stahl aufgebrachte Zinklegierungen mit z.B. Ni, Fe oder Al.
- Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, selbst über einen längeren Zeitpunkt hinweg Phosphatüberzüge zu erzeugen, die durchweg gleichmäßig und geschlossen sind. Diese Überzüge eignen sich in besonderer Weise für eine nachfolgende elektrophoretische Tauchlackierung.
- Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele beispielsweise und näher erläutert.
- In einem 10 l Phosphatierungsbehälter wurden alternierend zuvor entfettete und gebeizte Bleche aus Aluminium (70 %) der Qualität AlMgSi und AlMg3 und elektrolytisch verzinktem Stahl (30 %) mit einer Phosphatierungslösung behandelt, die
0,7 g/l Zn
0,7 g/l Ni
1,0 g/l Mn
3,4 g/l Na
11,5 g/l P₂O₅
3,0 g/l NO₃
0,5 g/l F
0,1 g/l NO₂
enthielt. Die Temperatur der Lösung betrug 55 bis 60°C. Die Behandlung erfolgte im Spritzen für die Dauer von 3 min. Die Freie Säure der Phosphatierungslösung lag bei 1,0. - Durch Zugabe von Eisen III-Zitrat war die Eisen-III-konzentration bei Inbetriebnahme der Phosphatierungslösung auf 2 mg/l eingestellt worden.
-
- Als Vergleichsbeispiel wurden Bleche gleicher Qualität und in gleicher Weise durch die vorgenannte Phosphatierungslösung, die jedoch keine Eisen-III-ionen enthielt und nicht mit Eisen-III-ionen ergänzt worden war, durchgesetzt. Entsprechend zunehmendem Durchsatz veränderte sich die Zahl der Freie-Säure-Punkte wie unten angegeben. Während anfänglich hochwertige Phosphatüberzüge erhalten wurden, war mit steigender Punktzahl eine Verschlechterung der Qualität festzustellen. Ab einer Zahl Freie-Säure-Punkte von 1,50 war überhaupt keine Überzugsausbildung zu beobachten.
Claims (6)
- Verfahren zum Aufbringen von Phosphatüberzügen auf Oberflächen aus Aluminium und/oder Zink bzw. dessen oder deren Legierungen mit Hilfe von gemäß der Niedrigzink-Technologie arbeitenden Phosphatierungslösungen, die
0,4 bis 1,5 g/l Zink und
10 bis 26 g/l P₂O₅
enthalten und in denen dass Gewichtsverhältnis von Zn zu P₂O₅ auf einen Wert im Bereich (0,075 bis 0,015) : 1 eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, die eine Mindestkonzentration an Eisen-III-Ionen von 1 mg/l enthält und der pro m² behandelter Oberfläche 50 bis 2000 mg Eisen-III-Ionen zugesetzt werden. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, der pro m² behandelter Oberfläche 50 bis 1000 mg Eisen-III-Ionen zugesetzt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, die
bis 1,3 g/l Ni
bis 1,3 g/l Mn
bis 1,3 g/l Mg
enthält. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, in der das Gewichtsverhältnis von Ni, Mn und/oder Mg zu Zn auf einen Wert bis 1,5 : 1 eingestellt ist.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche mit einer Phosphatierungslösung in Kontakt bringt, die zusätzlich
2 bis 25 g/l NO₃
1 bis 6 g/l ClO₃
0,1 bis 2 g/l organische Nitroverbindung
0,05 bis 0,5 g/l NO₂
0,02 bis 0,1 g/l Peroxid (ber. als H₂O₂)
oder Mischungen hiervon enthält. - Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche mit der Phosphatierungslösung bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 70°C in Kontakt bringt.
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