DD299967A5 - Verfahren beim Phosphatieren von Metalloberflächen - Google Patents
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Abstract
Beim Phosphatieren von mindestens teilweise aus Eisen oder Stahl bestehenden Metalloberflaechen durch Tauchen oder Fluten mittels schichtbildender Kationen und Nitrat oder aequivalente Beschleuniger enthaltender Phosphatierungsloesungen begrenzt man den Eisengehalt durch Faellung von Eisenphosphat, indem diskontinuierlich ein Teilvolumen der Phosphatierungsloesung aus dem Badbehaelter (1) abgezogen, in einer separaten Begasungsvorrichtung (3) mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas in Kontakt gebracht und die erhaltene, von Eisenphosphatschlamm befreite Loesung in den Badbehaelter (1) zurueckgefuehrt wird. Gemaesz der Erfindung bringt man das Teilvolumen der Phosphatierungsloesung von unten in eine, mit einem selbstansaugenden Begasungsruehrer (4) ausgestattete Begasungsvorrichtung * die sich zumindest im unteren Bereich verengt, ein und begast. Nach Beendigung der Begasung laeszt man das gebildete Eisenphosphat sedimentieren, saugt die hinsichtlich des * verarmte Phosphatierungsloesung nach oben ab und leitet sie in den Badbehaelter (1) zurueck. Figur
Description
Hierzu 1 Seite Zeichnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren beim Phosphatieren'von mindestens teilweise aus Eisen oder Stahl bestehenden Metalloberflächen durch Tauchen oder Fluten mittels schichtbildender Kationen und Nitrat oder äquivalente Beschleuniger enthaltender Phosohatierungslösungen, deren Eisengehalt durch Fällung von Eisenphosphat begrenzt wird, indem diskontinuierlich ein Teilvolumen der Phosphatierungslösung aus dem Badbehälter (1) abgezogen, in einer separaten Begasungsvorrichtung (3) mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas in Kontakt gebracht wird und die erhaltene, von Eisenphosphatschlamm befreite Lösung in den Badbehälter (1) zurückgeführt wird.
Bei der Herstellung von Phosphatüberzügen auf Metalloberflächen durch Behandlung mit z. B. einer Zinkphosphatlösung ist es generell üblich, zur Beschleunigung der Schichtausbildung der Phosphatierungslösung ein oder mehrere Oxidationsmittel zuzusetzen. Soweit die Herstellung von Phosphatüberzügen auf Eisen- und Stahloberflächen betroffen ist, ergeben sich aus der hiermit verbundenen Auflösung von Eisen, das zunächst in Form von Eisen(ll)ionen in Lösung geht, besondere Probleme.
Bei einer Kategorie von Phosphatierverfahren arbeitet man mit Phosphatierungslösungen, die Eisen(ll) in Eisen(lll) überführende Oxidationsmittel enthalten, so daß unlösliches Eisenphosphat gebildet wird. Mit zunehmendem Durchsatz an Oberfläche entstehen dann erhebliche Schlammengen, die physikalisch entfernt werden müssen. Bei einigen Verfahren bereitet jedoch diese Schlammentfernung Schwierigkeiten bzw. ist schwer durchführbar, so daß es vorteilhafter ist, das Phosphatierverfahren so zu leiten, daß praktisch kein oder nur wenig Schlamm gebildet wird.
Bei dieser Kategorie von Phosphatierverfahren, die „auf der Eisenseite" arbeiten, wird die Phosphatierlösung aus Chemikalien forrnul^rt, die das in Lösung gehende Eisen nicht in den dreiwertigen Zustand überführen. Dies gelingt beispielsweise durch Verwendung von Nitrat oder ähnlich schwachen Oxidationsmitteln als Beschleuniger.
Obgleich bei den „auf der Eisenseite" arbeitenden Phosphatierverfahren die Schlammbildung weitgehend unterdrückt ist, haften ihnen andere Nachteile an. So ist infolge Abwesenheit starker Oxidationsmittel die Phosphatschichtausbildung langsam.
Durch die Anreicherung von Eisen(ll)phosphat in der Lösung kann zudem der Anteil des Eisenphosphats in der gebildeten Phosphatschicht unerwünscht hoch werden. Auch neigen die gebildeten Phosphatschichten zur Grobkörnigkeit.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die verschiedenartigsten Probleme auszuräumen. So soll bei dem Verfahren gemäß GB-A-996418 dem Phosphatierbad Harnstoff zugesetzt werden, wodurch dieTemperatur bei der Phosphatierung erhöht werden kann, ohne eine wesentlich erhöhte Schlammbildung zu riskieren. Hiermit ist zwar eine beschleunigte Phosphatschichtausbildung verbunden, die anderen zuvor genannten Nachteile bleiben jedoch bestohen.
Darüber hinaus entsteht der zusätzliche Nachteil, daß eine an sich nicht erforderliche, zusätzlich Energie verbrauchende Aufheizung der Phosphatierungslösung erforderlich ist.
Be< einem anderen, nicht „auf der Eisenseite" arbeitenden Bad hat man versucht, das Schlammproblem zu lösen, indem dessen Feststoffgehalt erhöht und infolgedessen die Schlammenge reduziert wird (GB-A-1555529). Obgleich ein kompakter Schlamm erhalten wird und demzufolge die Intervalle zwischen der erforderlichen Entschlammung der jeweiligen Behandlungsvorrichtung größor sind, hat sich gezeigt, daß es schwieriger sein kann, kompakten Schlamm anstelle von leichtem, voluminösem Schlamm zu entfernen.
Aus der EP-A-45110 ist es beicannt, bei der Herstellung von Phosphaischichten auf Eisen- oder Stahloberflächen im Tauch- oder Flutverfahren mit Lösungen bestimmter Zusammensetzung zu arbeiten, in denen durch geeignete Bemessung von CIO3 oder einen gleichwirkenden Eisen(ll) zu Eisen(lll) oxidierenden Beschleuniger ein EisendD-Gehalt von 0,05 bis 1 Gew.-% eingestellt
durch Tauchen oder Fluten mittels schichtbildender, insbesondere Zink-Kationen und Nitrat oder äquivalente Beschleunigerenthaltender Phosphatierungslösungen wird ein Teilvolumen der Phosphatierungslösung aus dem badbehälter abgezweigt, ineiner separaten Vorrichtung zwecks Fällung von F.isenphosphat mit Oxidationsmitteln versetzt und die erhaltene, von
bemißt, daß der Eisengehalt der Phosphatierungslösung im Badbehälter maximal gleich dem Gehalt des den Schichttypbestimmenden Kations ist (DE-A-3345498).
zwar zufriedenstellend, jedoch ist die Handhabung des gebildeten Phosphatschlammes nicht in befriedigender Weise gelöst.
wesentlichen apparativen Aufwand erfordert sowie eine einfache Schlammhandhabung ermöglicht.
daß man das Teilvolumen der Phosphatierungslösung von unten in eine mit einem selbstansqugenden Begasungsrüher (4)ausgestattete Begasungsvorrichtung (3), die sich zumindest im unteren Bereich verengt, einbringt und begast, nach Beendigungder Begasung das gebildete Eisenphosphat sedimentieren läßt und die hinsichtlich des EisendD-Gehaltes verarmte
anderweitigen apparativ aufwendigen Eintrag der erforderlichen sauerstoffhaltigen Gase verzichtet werden kann.
einfachere Entfernung des Eisenphosphatschlammes erzielen.
wenig Eisenphosphat in den Badbehälter einträgt.
möglichst oberhalb 800 U/min liegen, damit die angesaugte Luftmenge und deren Verteilung über die Begasungsvorrichtunghinreichend groß sind. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung von Begasungsrührern mit einer Drehzahl von ca. 1200 bis1500U/min. Es ist wesentlich, daß der Begasungsrührer das sauerstoffhaltige Gas in möglichst feinen Blasen in der
erzeugt werden soll. Das Mindestmaß ist durch Eisengehalte gegeben, bei denen eine beginnende Störung der
der Phosphatierungslösung im Badbehälter maxima; gleich dem Gehalt des den Schichttyp bestimmenden Kations ist, sofernhierdurch nicht bereits der zuvor genannte und zulässige Gehalt überschritten ist.
abzuzweigen und zu behandeln, was entsprechend große zeitliche Abstände möglich macht. Es können aber auch innerhalbkürzerer Zeitabstände vergleichsweise kleine Teilvolumina von z. B. 3 bis 7 % behandelt werden. Im allgemeinen richtet sich die
werden.
schichtbildendes Kation überwiegend Zink, neben gegebenenfalls zusätzlichen Gehalten an Mangan und/oder'Calcium,enthatten.
zwischen 45 und 55°C, liegt. Erfahrungsgemäß erfolgt bei diesen Temperaturen durch Nitrat oder äquivalente Beschleunigerkeine Eisen-Oxidation und damit keine Eisenphosphatfällung. Darüber hinaus arbeiten Phosphatierverfahren infolge geringeren
0,3Gew.-% Zn, mindestens 0,3Gew.-% PO4 und mindestens 0,75Gew.-% NO3 oder einen gleichwirkenden, Eisen(ll)nichtoxidierenden Beschleunige! und besitzt ein Gewichtsverhältnis Zn=PO4 größer als 0,8 sowie ein Verhältnis von
maximal 5,5Gew.-% NO3 oder einen gleichwirkenden Beschleuniger bei einem Gewichtsverhältnis ;in:PO4 kleiner als 4 undeinem Verhältnis von Gesamtsäure zu Freier Säure von maximal 30. Weitere Einzelheiten sind in der EP-A-45110 beschrieben.
einer Phosphatierungslösung in Berührung gebracht, die mindestens 0,6g/l, vorzugsweise 1 g/l, Manganionen enthält, in derdas Gewichtsverhältnis
P2O6INO3 = 1:(0,3 bis 3,0), Gesamt-PjO6:Freies P2O6 = 1 :(0,25 bis 0,70), Mn:Zn = 1:(22bisO,2), vorzugsweise 1 :(12 bis 0,8),
beträgt und die im eingearbeiteten Zustand eine Gesamtsäurepunktezahl von mindestens 20 Punkten aufweist.
Die Phosphatisierungslösungen können zusätzlich einfache und/oder komplexe Fluoride, wie NaF, NaHF2 und/oder Na2SiF6, enthalten und hinsichtlich der Komponenten Zink-, Mangan-, Phosphat- und Nitrationen im Gewichtsverhältnis
P2O6:NO3= 1:!0,3 bis 2,0), Gesamt-P2O6: Freies P2O6 = 1 :{0,3 bis 0,8), Mn:Zn = 1:(2bis80)
ergänzt werden (EP-A-42631).
Weitere beispielsweise geeignete Phospatierungslösungen sind in DE-C-2241798 und DE-B-1184 592 beschrieben.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, erst nach der Fällbehandlung mehrerer Einsätze den vornehmlich im verengten Bereich der Begasungsvorrichtung abgelagerten Eisenphosphatschlamm mit Hilfe eines in den sich verengenden Bereich ragenden Rührers in Wasser aufzuwirbeln. Diese Arbeitsweise hat den Vorzug einer größeren Durchsatzleistung von Phosphatierungslösung, da auf das Austragen des sedimentierten Phosphatschlammes nach jeder einzelnen Sedimentationsphase verzichtet werden kann. Insbesondere bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wirkt sich die Einbringung der zu behandelnden Phosphatierungslösung von unten vorteilhaft aus, weil dadurch der Eisenphosphatschlamm der vorherigen Fällbehandlung bzw. Fällbehandlungen aufgewirbelt wird und faste Anbackungen an der Behälterwandung vermieden werden.
Prinzipiell kann der Rührer zur Aufwirbelung des sedimentierten Eisenphosphatschlammes in Wasser beliebig und separat angeordnet sein, besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung der Phosphatschlamm mit Hilfe eines Rührers mit - bezüglich des Begasungsrührer - koaxialer Welle aufgewirbelt wird. Im allgemeinen wird der in Wasser aufgeschwemmte Eisenphosphatschlamm nach einer Rührzeit von ca. 10min über den Bodenauslauf der Begasungsvon ichtung in die Kanalisation der Neutralisationsanlage abgeleitet. Sollte eine derartige Neutralisationsanlage nicht zur Verfugung stehen, kann entsprechend einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung die gebildete Aufschlämmung auch in der Begasungsvorrichtung neutralisiert und dann abgelassen werden.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, in apparativ wenig aufwendiger Weise den Eisengehalt in Phosphatierungslösungen, die auf der Eisenseite ai beiten, innerhalb enger Grenzen konstant zu halten. Zusätzlicher Chemikalien zur Oxidation des Eisen(ll) zu Eisen(lll) bedarf es nicht. Durch die geschickte Zuführung der zu regenerierenden Phosphatierungslösung von innen in die Begasungsvorrichtung wird insbesondere bei der Ausgestaltung der Erfindung mit mehrfacher Fällbehandlung verhindert, daß sich eine fest haftende, schwer entfernbare Eisenphosphatkruste ausbildet.
Außerdem hat die mehrfache Fällbehandlung den erheblichen Vorzug, daß der sonst übliche große Frischwasserbedarf erheblich reduziert werden kann.
Die Erfindung wird anhand des Fließschemas und des Beispiels beispielsweise und näher erläutert.
Die Phosphatierungslösung wird diskontinuierlich z. B. mittels einer Druckluftmembranpumpe aus dem Phosphatierbad (1) über die Leitung (2) und den Bodenauslauf in den Begasungsbehälter (3) gepumpt, bis die vorgesehene Füllhöhe erreicht ist. Danach wird der Begasungsrührer (4) in Tätigkeit gesetzt und solange in Betrieb gehalten, bis die erwünschte Ausfällung an Eisenphosphatschlamm erfolgt ist.
Nach Beendigung der Begasung läßt man den gebildeten Eisenphosphatschlamm sedimentieren und saugt anschließend die regenerierte Phosphatierungslösung über Leitung (5) ab und trägt sie über Leitung (6) in das Phosphatierbad (1) ein. Nach vorzugsweise mehreren Fällbehandlungen wird über Leitung (7) Frischwasser in die Begasungsvorrichtung (3) geleitet und der Rührer (8) in Tätigkeit gesetzt. Wenn der gesamte sedimentierte Eisenphosphatschlamm aufgewirbelt ist, wird die Aufschlämmung über Leitung (9) - gegebenenfalls nach einer vorherigen Neutralisation - abgezogen. Mit (10) ist eine Notüberlaufleitung gekennzeichnet.
Kaltstauchdraht verschiedener Stahlqualitäten wurde nach folgendem Verfahrensgang behandelt:
1. Entfetten
2. Kaltwasserspülen (im Tauchen)
3. Beizen in Schwefelsäure, 20Gew.-% Das Beizbad enthielt 0,5g/l Beizinhibitor
Beiztemperatur 650C
Beizdauer ca. 20min.
4. Kaltwasserspülen
5. Aktivierendes Vorspülen in einer Titanorthophosphatdispersion
6. Phosphatieren bei 5O0C mit einer Behandiungsdauer von 10min.
7. Kaltwasserspülen
8. neutralisierende Spülung
9. Beseifon mittels einer Natriumseifenlösung Konzentration der Seifenlösung 5Gew.-% Temperatur der Seifenlösung 750C Behandlungsdauer 3min.
10. Trocknen der Kaltstauciidrähte an der Luft.
Im Anschluß an diese Behandlung wurden die Kaltstauchdrähte kalt umgeformt.
Die Phosphatierung gemäß Stufe 6 erfolgt mit einer Phosphatierungslösung, d«j.ren anfängliche Zusammensetzung wie folgt
18,3g/IZink
15,0 g/l Phosphat (ber. als P2O6)
33.8g/l Nitrat
Die Gesamtsäurepunktzahl betrug 64.
Zur Aufrechterhaltung der Phosphatiereigenschaften der Phosphatierungslösung wurde das Bad mittels einer Ergänzungslösung, die
12,1 Gew.-% Zink
24,4Gew.-% Phosphat (ber. als P2O6)
11,3 Gew.-% Nitrat
enthielt, auf Konstanz der Gesamtsäurepunkte ergänzt.
Der Behälter der Begasungsvorrichtung (3) hatte eine Gesamthöhe von 1500mm bei einem Durchmesser des zylindrischen Teils von 800 mm. Der konisch ausgebildete Behälterboden besaß einen Neigungswinkel von 60°. Das Füllvolumen der Begasungsvorrichtung bis zum Überlauf betrug 4701.
Der Begasungsbehälter war mit einem Belüftungsrührer (4), der eine Drehzahl von 1400U/min besaß, ausgestattet. Er hatte eine Eintauchtiefe von 500mm und besaß eine Begasungsleistung von ca. 7m3/h.
Das Phosphatierungsgrad enthielt 6m3 Phosphatierungslösung. Nachdem der Eisengohalt der Phosphatierungslösung einen Wert von etwa 6g/l erreicht hatte, wurden 4501 dieser Lösung in die Begasungsvorrichtung (3) eingeleitet und dort während einer Begasungszeit von 30min mit Luftsauerstoff in Kontakt gebracht. Aufgrund der vorgenannten Saugleistung betrug das Luftangebot 0,78m3/100l Phosphatierungslösung.
Nach der Begasung wurde der gebildete tisenphosphatschlamm 6min absitzen gelassen. Die Abscheidung erfolgte vornehmlich im konisch ausgebildeten Teil des Behälters.
Nach Beendigung des Absetzvorganges wurde die Phosphatierungslösung mittels Leitung (5) abgesaugt und mittels Leitung (6) in das Phosphatierungsbad (1) zurückgeführt. Die Absaugung hat zur Folge, daß ein Restvolumen von ca. 3Ol Phosphatierungslösung im Begasungsbehälter (3) verbleibt,
Nach einer fünfmaligen Fällungsbehandlung wurde die Begasungsvorrichtung (3) über Leitung (7) mit Frischwasser in einer Menge von ca. 801 gefüllt und der Rührer (8) in Tätigkeit gesetzt. Der Begasungsrührer (4) ist während der Betriebszeit des Rührers (8) außer Aktion. Nach einer Rührzeit von ca. 10min. war der vornehmlich im konischen Teil der Begasungsvorrichtung (3) sedimentierte Eisenphosphatschlamm suspendiert und konnte zur Neutralisation abgeleitet werden.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelang es, den Eisengehalt der Phosphatierungslösung von ca. 6m3 bei einer durchschnittlichen Badbelastung von 800m2/8h auf einen Wert im Bereich von 6 bis 7g/l konstant zu halten.
Claims (4)
1. Verfahren beim Phosphatieren von mindestens teilweise aus Eisen oder Stahl bestehenden Metalloberflächen durch Tauchen oder Fluten mittels schichtbildender Kationen und Nitrat oder äquivalente Beschleuniger enthaltender Phosphatierungslösungen, deren Eisengehalt durch Fällung von Eisenphosphat begrenzt wird, indem diskontinuierlich ein Teilvolumen der " Phosphatierungslösung aus dem Badbehälter (1) abgezogen, in einer separaten Begasungsvorrichtung (3) mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas in Kontakt gebracht wird und die erhaltene, von Eisenphosphatschlamm befreite Lösung in den Badbehälter (1) zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man dasTeilvolumen der Phosphatierungslösung von unten in eine mit einem selbstansaugenden Begasungsrührer (4) ausgestattete Begasungsvorrichtung (3), die sich zumindest im untGron Bereich verengt, einbringt und begast, nach Beendigung der Begasung das gebildete Eisenphosphat sedimentieren läßt, und die hinsichtlich des Eisen(ll)-Gehaltes verarmte Phosphatierungslösung nach oben absaugt und in den Badbehälter (1) zurückleitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Fällbehandlung mehrerer Einsätze den vornehmlich im verengten Bereich der Begasungsvorrichtung (3) abgelagerten Eisenphos Hatschlamm mit Hilfe eines in den sich verengenden Bereich ragenden Rührers (8) in Wasser auivvn belt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Phosphalschlamm mit Hilfe eines Rührers (8) mit - bezüglich des Begasungsrührer (4) - koaxialer Welle aufwirbelt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die gebildete Aufschlämmung in der Begasungsvorrichtung (3) neutralisiert.
Priority Applications (1)
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