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La présente invention est relative aux revêtements protec- teurs pour surfaces métalliques et concerne plus particulièrement des revêtements protecteurs durs pour les surfaces d'objets en métaux ferreux. L'invention vise à etablir un procéda nouveau pour l'execution de tels revêtements sur une surface de métal ferreux; elle concerne également l'objet ainsi obtenu et dont la surface est munie d'un tel revêtement prote@@ur dur.
Les revêtements protecteurs pour surfaces métalliques doivent, pour être efficaces, satisfaire à diverses conditions.
De tels revêtements doivent demeurer constamment imperméables aux éléments corrosifs, doivent être suffisamment durs pour re-
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sister à l'abrasion normale et aux chocs mécaniques auxquels les objets métalliques sont fréquemment sujets et doivent être dotés d'une adhérence élevée vis-a-vis de la surface de l'objet métalli- que* Si le revêtement ne satisfait pas à ces conditions de façon suffisante, il ne peut pas être qualifié de revêtement protecteur.
Ceci s'applique particulièrement aux revêtements protecteurs pour objets en métaux ferreux, où un simple défaut dans le revêtement risque d'entraîner une corrosion étendue de l'objet ferreux, voire la désintégration de celui-ci, en-dessous du revêtement.
.Le procédé selon la présente invention prévoit rétablisse- ment d'un revétement protecteur dur sur une surface de métal ferreux, de telle façon que ce revêtement réponde à chacune des conditions mentionnées plus haut. Le procédé pour produire un tel revêtement sur une surface de métal ferreux, selon la présente in- vention, comprend l'application, sur cette surface, d'un enduit formé par une composition comprenant du zinc métallique finement divisé et de l'oxyde de plomb finement divisé, incorporés dans une solution aqueuse contenant un silicate alcalin et le bicar- bonate de sodium et, de préférence l'acide borique, ainsi que le séchage de l'enduit ainsi appliqué.
Le revêtement obtenu par ce procédé est extrêmement dur, exerce une action protectrice, ré- siste à l'abrasion, est adhérent et insoluble dans l'eau. il est particulièrement efficace, en tant que revêtement protecteur résistant à la corrosion, lorsqu'il est appliqué à la surface de métaux ferreux tels que le fer et l'acier.
La proportion de zinc finement divisé utilisée dans la composition d'enduit peut varier d'environ 100 % à 350 % en poids de la solution de silicate alcalin, cette proportion étant de préférence comprise entre environ 140 % et 280 % en poids de la solution; une composition particulièrement efficace comprend en- viron 200 % en poids de la solution de silicate.
Le zinc finement divisé peut consister avantageusement en fine poudre de zinc ayant la grosseur de grain des pigments et aussi exempte que
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possible d'oxyde de zinc-
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La quantité d'oxyde de .J?lo.nb fine ,.lt :1i IL ;t '-(Jj .9 pour préparer la composition ûc7.on l'inve.tion;cit =tx::
CO!'11Jrl ;;J outre environ b % et 20 ÎJ en poids du sine util.:. 1/0.7y,10 '1; plo'-b favorise le séchage ou l'insolubili;aation do la. oompo-jition d'en- duit et rend possibles le séchage et l'lnsolubili8ation complets de cet enduit par simple séchage à l'air, il apparaît que l'oxyde de pbmb augmente la durete et la résistance a l'abrasion du re- vêtement après sechage. il apparaît en outre qu'une quantité d'oxyde de plomb d'environ 5 % en poids du zinc employé représente la proportion efficace minimum d'oxyde da plomb. Un excès d'oxyde de plomb au-dessus de 20 % envi-ron en poids du zinc produit une trop forte dilution du zinc et tend à affecter défavorablement Inefficacité anticorrosion du revêtement.
Des résultats parti- culière,ment efficaces ont été obtenus en utilisant des proportions d'oxyde de plomb allant d'environ la % à 20 % du poids du zinc.
Bien qu'il soit préferable d'incorporer l'oxyde de plomb sous la forme de minium (Pb3O4), étant donné la facilité avec laquelle on peut le trouver dans le commerce, ainsi que son prix avantageux, la litharge (BpO) et la sous-oxyde de plomb (Pb2O) ont pu être employés avec succès dans les limites mentionnées plus haut.
La solution de silicate alcalin peut consister en silicate de sodium, en silicate de potassium, en silicate de lithium ou en un mélange de tels silicates, sous la forme d'une solution aqueuse ayant un poids spécifique d'environ 1,3 (c'est-à-dire 30% enriron en poids de silicate alcalin). Des compositions d'en- duit efficaces peuvent être préparées-avec des solutions de sili- cate alcalin ayant un poids spécifique soit supérieur, soit infé- rieur à celui indiqué ci-dessus et l'on a obtenu dans la prati- que des résultats satisfaisants avec des solutions contenant d'environ 20 % à 40 % en poids de silicate alcalin.
Le silicate de sodium, par exemple, peut être un quelconque des mélanges de
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Un incorpore à la solution do silicate alcalin du bica-rbo- nata de sodium en une proportiai allant de 0,1 % environ à ü,8 soo environ, bases sur le poids de la solution de silicate alcalin.
La. proportion de bicarbonate de nodiuin, effoctive 3nt requins dans la solution de silicate pour assurer la forr.,tion d'un silicate complexe insoluble selon la présente invention, varie avec la proportion d'alcali libre dans la solution de silicate, qui doit être neutralisée par le bicarbonate avant que l'on ne dispose de bicarbonate non consommé, nécessaire pour produire le silicate complexe recherche. La proportion d'alcali libre, à neutraliser, dépend dans une certaine mesure du rapport entre
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14a,,Q à S10z dans le silicate, ainsi que de la concentration de la solution de silicate.
Il apparaît que la proportion d'alcali libre, à neutraliser, varie avec la proportion du zinc présent dans la composition et depend évidemment du fait, à savoir, si l'acide borique est utilise dans la preparation de la composition d'enduit, comme il sera expose de façon plus détaillée dans la
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suite, 11 apparaît que ,,I % environ de bicarbonate de sodium représente la plus petite proportion efficace qui puisse être utilisée dans la présente invention, cette limite inférieure ne pouvant être obtenue que par l'emploi de la proportion maximum admissible d'acide borique.
Des proportions de bicarbonate de
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sodium sensiblement supérieure 0,8 ; en poids de la soluticli de silicate peuvent être tolerées, soit en l'absence, soit en pre- sence d'acide borique, sans que cela empêche la formation d'un revint insoluble, une fois que la composition appliqua a seche, Toutefois, de telles proportions excessives de bicarbonate
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de sodium sont nuisibles à 1'aspect du revêtement, étant donné qu'elles favorisent la formation d'efflorescences sur sa surface; d'autre part, elles sont préjudiciables a l'efficacité du revête- ment, car elles ont temdance à 1- rendre poreux.
Le bicarbonate de sodium peut être ajouté à la solution de silicate sous la forme solide ou sous celle d'une solution aqueuse.
Cette dernière forme est préférable, étant donne qu'elle facilite la dissolution complète et la dispersion uniforme du bicarbonate de sodium dans la solution de silicate d'alcali. La solution de bicarbonate est avantageusement saturée de bicarbonate à la.
tem- pérature de. la solution de silicate à laquelle elle est incorpo- rée '(généralement la température ambiante). Par exemple, l'incorpo- ration d'environ 12 parties en volume d'une solution de bicarbo- nate de sodium saturée à 60 0 F à, 100 volumes d'une solution de silicate alcalin ayant un poids spécifique d'environ 1,3 equi- vaud à l'introduction d'environ 0,8 % de bicarbonate de sodium en poids de la solution de silicate.
Les quantités de solution de bicarbonate introduites dans la solution de silicate peuvent être plus réduites lorsque la proportion d'alcali libre, qui doit être neutralisé par le bicarbonates comme exposé ci-dessus, est moins importante.
De préférence, l'acide borique est'également introduit dans la solution de silicate alcalin en une proportion suffisante pour réagir avec la masse de l'alcali libre présent dans la solu- tion, mais insuffisant pour provoquer la précipitation de l'acide silicique. Dans la mesure où l'alcali libre est neutralise par l'acide borique, la quantité requise de bicarbonate de sodium peut être réduite,, conformément au principe expose plus haut.
Par exemple, lorsque environ 0,3% en poids d'acide borique, basés sur le poids de la solutions sont incorporas à une solution de silicate de sodium ayant un poids spécifique d'environ 1,3 et un rapport de Na2O à SiO2 d'environ 1 : 2,4, la proportion
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de bicarbonate U.t131.â.i.1'. 1 tli.E.iai t:OJl!C....lU, .1..- ,"'H.' .- pclut ;jtre rodul l,0 <1. ,-.UV 1 n,u 0,.. 1" l ln) l.tu ' d=; .. ..'j ...'...L d- silicato. Un pàUt 13it>lUj"ài i.t,Gill.It:Ië,IL.a.ll l "J>5 , l,..,..' 1. ,..' "'''> 'l"" bonquo 301t 3Up;;rlitilt:;;t noib L ltlful'.Lt:Li1'dii à <;<;'J-1,.., ., ., . '1 .. l} oculd restriction uts.at 41U(; cet hCld'J nu doit ;'):.1.;; G !,L yti'::1j3¯" en une proportion suffla4eïL; pour enti.'aî!llJr 1', J.1:-r;.2i 1/....11'.);.'1 d'j l'acide silicique hors de la solution do uilH:a1.'.J.
L'acir).'; l.').fÎ'11J1} peut être incorporé sous la forme solide:, bien qu'il >;Ji.1 pr6f.:;- rabla de l'introduire sous ;La. forme' c-l'une solution 1')..'11;';12;';,;: e:::;3c.ú- tiellement saturee, afin de faciliter sa. diiiolu -à5=> dc;.118 la so- lution de silicate, En plus de son effet consistant a. rèduire la proportion requise do bicarbonate de sodium, l'incorporation d'acide borique à la composition d'enduit entraîne une éleva- tion substantielle de la dureté du revêtement après séchage.
Four former un revêtement protecteur dur sur une '' rface de
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3t..^1, confornsment a la présente inventions la surfaces 0; i14ta,1, qui peut être du fer ou de l'acier par exempleest de préférence soumise d'abord à un nettoyage., afin d'enlever les paillée; la rouille, la crasse, etc.. -La surfaces du métal peut être nettoyée dans un bain décapant, tel qu'une solution d'acide phosphorique ou d'acide sulfurique, ce nettoyage étant suivi d'un rinçage ap-
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propri--.
La surface peut aussi être nettoyée par 3ablgo, polissage, ou par toute autre .mét..1-ode mécanique. un enduit ensuite la surface du mata-1 avec la composition comprenant le zinc et l'oxyde de plomb finement divisés, incorpores dans la solution aqueuse de silicate mentionnée plus haut. Cette composition peut être appli- quée à la surface du métal par immersion, a la brosse, par pro- jection, ou par un procède analogue. La méthode par immersion pro- duit un revêtement relativement épais, dont l'épaisseur varie avec la viscosité de la composition d'enduit.
Les méthodes d'applica- tion à la brosse et par projection peuvent être plus aisément contrôlées et peuvent être utilisées pour produire des revêtements de n'importe quelle épaisseur, salant depuis des revêtements très fins jusqu'aux revêtement3 épais présentant d'excellentes carac-
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teristiques physiques.
La composition appliques sur la surface du métal est en- suite séchée dans dos conditions tulles qu'il en résulta une déshydratation sensiblement compléta de la composition d'enduit.
Cet effet peut être obtenu en laissant sochor la composition ainsi appliquée pendant une duroe d'au moins vingt-quatre heures, mais ,de préférence pendant une dureo d'environ trente-six a quarante- huit heures, dans uns atmosphère de température et d'humidité normales. Une trop grande humidité de l'atmosphère, qui peut se manifester sous la forme d' un degré hygrométrique élevé, de pluie ou de rosee, influence défavorablement le processus de séchage et entrave la production d'un revêtement protecteur duro Le sé- chage peut être accélere, avec des résultats particulièrement ef- ficaces:
en chauffant l'enduit ainsi appliqua à une température d'environ 180 à 50c F pendant une durée de 2 à 12 heures,la durée du chauffage étant fonction de la température ds chauffage appliquée.
Les réactions chimiques qui ont lieu au sein de la composi- tion d'enduit appliquée, au cours de la. phase de séchage, sont mal connues bien que l'on possède des preuves qu'il se forma un mélange de silicates ou de silicates complexes, ou les deux. il apparaît que l'oxyde de plomb exerce une action catalytique qui est particulièrement importante lorsque la déshydratation est effectuée aux températures normales.
D'autre part, l'oxyde de plomb améliore les propriétés des revêtements obtenus soit par séchage à l'air, soit par séchage à une température de 180 F ou plus.On admet que le bioxyde de carbone libère à partir-du bi- carbonate réagit de façon à produire le carbonate de zinc ou d'autres composes du zinc, qui reagissent à leur tour avec le silicate de sodium ou l'acide siliciquo précipite par le bioxyde de carbone, de manière à former un silicate de zinc complexe.
Toutefois, ces réactions supposées ne représentent que le premier stade de la formation du revêtement final, étant donne que d'au-
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tres modifications favorables, mns mal commues, :;, pr@uisut lentement, pendant une duruo d'un ou de deux ans, ou pies,
L'acide borique incorpore a la solution réduit l'alcalinte de celle-ci et, de cetto façon le bioxyde de carbone libur6 ul- térieurement à partir du bicarbonate est disponible en une plus grande proportion en vue de sa roaction avec le zinc, etant donne que, dans ce cas,
une faible partie seulement du bicarbonate est nécessaire pour la neutralisation compléta de l'alcalinité de la solution de silicate. 11 est présuma que l'acide borique réagit avec l'alcali litre, en vue de forcer avec ce dernier le borax qui, comme on le suppose, exerce un effet utile en tant que déca- pant.
La ténacité avec laquelle le revêtement, une fois séché, adhère à la surface du métal à laquelle il a été applique, fait supposer qu'une certaine réaction a lieu entre l'enduit et la surface du metal ferreux, telle que la formation d'un silicate de fer. Quelles que soient les réactions qui se produisent effec- tivement, la composition appliquee forme à la fin de la période de se(-;
.,age - c'est-à-dire, au moment où la composition appliquée est essentiellement déshydratée un revêtement protecteur dur, résistant à l'abrasion et adhérent. Il convient de noter toutefois que la déshydratation dont il est question ici consiste en l'éli- mination de l'humidité libre de la composition appliquée, mais ne comporte pas nécessairement l'élimination complète de l'eau combi- née chimiquement avec les autres ingrédients de la composition d'enduit.
Les exemples spécifiques ci-après permettront de mieux mettre en évidence la mise en pratique de l'invention. i
Une solution aqueuse de silicate de sodium -t de bicarbo- nate de sodium a été préparée en dissolvant dans L'eau une quan- tité suffisante de silicate de sodium, avec un rapport Na2O/SiO2
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d'environ 1 : 2,4,pour former une solutim d'un poids spécifique d'environ 1,3 et en ajoutant ensuite à cette solution une solution saturée de bicarbonate de sodium (c'est-à-dire saturée à 60 F) dans une proportion de 12 parties de volume de solution de bicar- bonate de sodium pour 100 parties; de volume de solution de sili- cate.
Cette addition correspond à environ 0,8 % de bicarbonate de sodium en poids de la solution de silicate. on a ensuite incor- poré à la solution une proportion suffisante d'acide borique pour éliminer de façon sensiblement complète l'alcali libre de cette solution, tout en évitant la précipitation de l'acide silicique.
Un a place dans un malaxeur mécanique environ 5-1/2 pints (impérial) de cette solution, d'un poids d'environ 9 lbs., et l'on y a ajouté environ 20 lbs. d'une @rës fine, poudre de zinc essentiellement exempte d'oxyde de zinc. Le mélange a été ensuite traité dans le malaxeur pendant environ 4 minutes, après quoi on a ajouté environ 10 % de minium en poids de la solution (c'est-à-dire environ lb) et l'on a poursuivi le malaxage pendant 4 ou 10 minutes. La com- position a été rapidement appliquée sur une surface de métal à l'aide d'une brosse, et l'enduit ainsi appliqué a été mis à sécher à l'air, dans des conditions tempérées d'humidité et de tempéra- ture, pendant une durée de 35 heures environ.
Le revêtement ainsi obtenu était dur, insoluble, adhèrent et résistant à l'abrasion et assurait une protection complète de la surface métallique contre la corrosion dans les conditions atmosphériques existant à l'air libre.
II On a préparé une solution aqueuse de silicate de sodium, d'un poids spécifique d'environ 1,3 et avec un rapport Na2O/SiO2 de 1 : 2,4. A 100 gallons (Impérial) de cette solution on a ajouté 2,5 lbs. d'acide borique et 2,5 lbs. de bicarbonate de sodium, tous deux sous la forme de solutions saturées à la température ambiante. Environ 6 pints (impérial) de la solution ainsi obtenue,
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d'un poids de 10 lbs, environ, ont été plac6s dans un malaxeur mécanique et l'on y a ajouté 20 lbs. de poudre de zinc du commer- ce. Après un intervalle de quelques minutes, on y a ajoute 2. lbs. de minium et l'on a poursuivi le malaxage pendant une nouvelle durée de plusieurs minutes.
Le revêtement obtenu par le séchage à l'air de la composition appliquée sur une surface d'acier était dur, insoluble, adhérent et résistant à l'abrasion, et protégeait parfaitement la surface d'acier contre la corrosion.
III.
On a préparé une solution aqueuse de silicate de sodium ayant un rapport Na2O/SiO2 de 1 : et un poids spécifique d'environ 1,3. Environ 10,5 Ibs. de bicarbonate de sodium ont été ajoutés à 1. 300 lbs. de solution de silicate par l'incorporation de 12 gallons (Impérial) d'une solution de bicarbonate de sodium saturée à 600 F, à 100 gallons (Impérial) de solution de silicate de sodium. Environ,20 lbs. de poudre de zinc et 2 lbs. de minium ont été incorporés à 6 pints (Impérial) de solution de silicate- bicarbonate, et la composition ainsi obtenue a été appliquée à la brosse à une surface d'acier. On a laissé sécher l'enduit à l'atmosphère libre, et celui-ci a formé sur 'la surface d'acier un revêtement dur, insoluble et résistant à l'abrasion et à la corrosion.
La solution aqueuse de silicate alcalin contenant soit du bicarbonate de sodium seul, soit du bicarbonate de sodium et de l'acide borique, est stable pendant une longue durée. Toutefois, après addition de zinc métallique et d'oxyde de plomb à la solu- tion de silicate, le mélange ainsi obtenu devient instable, en ce sens qu'il a tendance à se coaguler.
Le temps au bout duquel cette/coagulation risque de devenir gênante varie entre environ 10 minutes à l'atmosphère, à une température sensiblement supé-. rieure à 900 F, et environ 10 heures dans une atmosphère froideo
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Par conséquente les i5rcciexzts solides de lu. cOliJpouitir (le zinc et l'oxyde de p c=:'.3 finomjnt divisjs) doivunt wc:u!¯=.a.:
t., ,Jtrl,3 incorporés à la solution de silicate juste avant l'application de la composition sur la surface métallique à protéger, Du façon générale,, la composition d'enduit solon l'invention doit être appliquée à la surface du métal ferreux dans les 15 à 45 minutes environ après l'incorporation du zinc métallique et de l'oxyde de plomb à la solution de silicate.
Pour cette raison, il est indique de préparer la solution de silicate en grandes quantités, mais de n'ajouter les ingrédients solides qu'à la qupntit de solution de silicate qui constitue un volume de composition d'enduit pouvait être appliqué à la surface ferreuse dans les limites de temps mentionnées plus haut. Le zinc et l'oxyde de plomb peuvent être ajoutés séparément à la solution de silicate, ou peuvent être combinés dans les proportions désirées, en vue de l'incorporation à la solution de silicate en tant qu' ddition unique.
Ainsi, la
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composition d'enduit est avantar, use,L-:;4,,b conditionnée pour l'emploi au chantier, ainsi que pour d'autres utilisations, sous la forme
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de deux roitéi. complémentaires (l'une étant le #.éhicule liquide e l'autre, les ingrédients solides), conçues de telle façon que, lorsque leurs contenus respectifs sont mélanges;, il en résulte la composition selon l'invention, prête à être employée imsédiatement.
Il est bien entendu qu'au bosoin, des pigments et/ou des charges peuvent être incorporas aum mélanges d'enduit mentionnés plus haut,, soit pour augmenter la masse, soit pour modifier l'as- pect en ce qui concerne la couleur ou autrement, des revêtements finals.