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Mittel zum Behandeln von Zink und Zinklegierungen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zum Behandeln von Zink und Zinklegierungen zwecks Erzeugung eines fest anhaftenden Phosphatüberzuges, der einerseits das Metall gegen Korrosion schützt und anderseits einen guten Haftgrund für darüber aufgebrachte Überzüge von Farbe, Lack u. dgl. bildet.
Es sind zahlreiche Lösungen, teils zum Behandeln von Eisen und Eisenlegierungen, teils zum Behandeln von Zink und Zinklegierungen vorgeschlagen worden, wobei häufig angenommen wurde, dass die gleichen Lösungen, die sich zum Überziehen von Eisen eignen, auch gute Ergebnisse beim Überziehen von Zink ergeben. Insbesondere ist von dem gleichen Patentinhaber vorgeschlagen worden, Metalloberflächen, vorzugsweise eiserne Oberflächen, mit Wechselstrom in einem Bade zu behandeln, welches als Kationen eines oder mehrere der Gruppe Fe, Zn, Cd, Ca, Al, Ni, Co und Mn enthält.
Alle diese bekannten Lösungen weisen aber den Nachteil auf, dass die auf Zink und Zinklegierungen gebildeten Überzüge sehr hellfarbig, d. h. weiss bis hellgrau, sind und dass sie sehr empfindlich sind gegen geringe Änderungen der Zusammensetzung und gegen die unvermeidlichen Schwankungen der Bedingungen, unter denen die Behandlung stattfindet. Insbesondere kommt es oft vor, dass Zinkblech oder Gussstücke an einzelnen Stellen richtig überzogen werden, während andere Stellen gänzlich unbedeckt bleiben, und diese Unregelmässigkeit der Überzugsbildung tritt besonders stark und störend auf bei kristallgemustertem, galvanisiertem Eisen.
Es wurde nun gefunden, dass der Zusatz dissoziierbarer Nickel-und/oder Kobaltverbindungen zu einer schwach sauren, vorzugsweise sich im Gleichgewicht befindlichen, Zinkphosphatlösung die Überzugsbildung hinsichtlich der oben genannten Punkte erheblich verbessert und dass dadurch gleichmässig starke, dunklere und ansprechender, fest anhaftende und einen Anstrich sehr fest bindende Phosphatschichten erhalten werden.
Die besondere Wirkung der Kombination von gelöstem Nickel und/oder Kobalt mit einem sauren Zinkphosphatbade tritt nur bei der Phosphatisierung von Zink und Zinklegierungen auf, nicht aber bei der von Eisen, Messing oder andern Metallen, und die Wirkung wird auch nicht durch die Kombination anderer Metallionen erreicht ; es war auch nicht vorauszusehen, dass der Zusatz von Nickel-oder Kobaltionen zu dem Zinkphosphatbade eine obere Grenze haben würde, die bei etwa 50% Nickel bzw. Kobalt, bezogen auf den Zinkgehalt, liegt.
Die Anwendung der Mittel gemäss der Erfindung erfolgt in der Weise, dass die Zinkoberfläche der Wirkung einer Behandlungslösung ausgesetzt wird, welche als Anionen, hauptsächlich FO-Anionen, und als Kationen, hauptsächlich Zn-Kationen, neben einer geringeren Menge von Ni-oder Co-Kationen enthält.
Zweckmässig ist ein geringer Gehalt der Lösung an NO-Anionen. Es hat sich gezeigt, dass schon sehr geringe Mengen von Ni oder Co einen ausgesprochen günstigen Einfluss ausüben, ohne die Behandlungszeit wesentlich zu beeinflussen, dass etwas grössere Mengen den erhaltenen Überzug dunkler färben und die zur Überzugsbildung benötigte Zeit ein wenig verlängern, schliesslich, dass noch höhere Konzentrationen als etwa 1 Teil Nickel oder Kobalt auf 2 Teile Zink die zur Überzugsbildung benötigte Zeit erheblich verlängern, während der Überzug selbst eher schlechter als besser und auch heller in der Farbe wird.
Es hat sich ferner gezeigt, dass die gleiche Wirkung mit andern Metallen, die edler als Eisen sind, wie z. B. Kupfer, Silber, Quecksilber, Antimon u. dgl., und welche als Zusatz zu Phosphatbädern für die Behandlung von Eisen und Eisenlegierungen vorgeschlagen worden sind, nicht erreicht werden kann, ohne die Haftfestigkeit, Korrosionsfestigkeit und das Bindungsvermögen für darüber aufgebrachte
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Farb- und L@cküberzüge erheblich zu beeinträcbtigen ; daher ist die Anwesenheit solcher Metalle unzweckmässig und zu vermeiden.
E3 mag vielleicht sein, dass bei Verwendung dieser Metalle sich
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben :
Beispiel 1.
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<tb>
<tb> Zn <SEP> O <SEP> .................................. <SEP> 1#530 <SEP> lbs <SEP> = <SEP> 183#6 <SEP> g
<tb> Ni <SEP> CO3 <SEP> ................................ <SEP> 0#248 <SEP> lbs <SEP> = <SEP> 29#76 <SEP> g
<tb> H3PO4 <SEP> (75%ig).......................... <SEP> 0#500 <SEP> gals <SEP> = <SEP> 795#0 <SEP> g
<tb> H <SEP> N03 <SEP> (38 <SEP> Bé <SEP> = <SEP> s. <SEP> G. <SEP> 1'36). <SEP> " <SEP> 0'0487 <SEP> gals <SEP> = <SEP> 66-23 <SEP> g
<tb> Wasser <SEP> ad................... <SEP> 1-000 <SEP> gals <SEP> = <SEP> adl11.
<tb>
Am besten suspendiert man das ZnO und NiCOin Wasser und fügt dann die Säuren unter Rühren oder Schütteln hinzu, bis die Gasentwicklung aufgehört hat und die Lösung klar geworden ist.
Diese Stammlösung wird zum Gebrauch auf einen Gehalt von 8% verdünnt (Volumprozent), auf 70-75 C erhitzt und das zu behandelnde Werkstück, z. B. verzinktes Eisenblech, in die Lösung eingetaucht. Die anfangs ziemlich heftige Entwicklung von Wasserstoffgas hört innerhalb von etwa 30 Sekunden fast vollständig auf, worauf das behandelte Werkstück aus der Lösung herausgenommen, gut abgespült und getrocknet wird.
Wurde als Werkstück ein galvanisiertes Eisenblech verwendet, so zeigt dieses nun einen fest anhaftenden, dunkelgrauen, ebenen Überzug von ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit, auf welchem ein Farbüberzug eine sehr hohe Labemdauer besitzt. Manche Arten von Zink und Zinklegierungen lassen sich durch diese Behandlung leichter überziehen als andere ; manche Spritzgussstüeke z. B. werden besser bei etwas höherer Temperatur bis dicht zum Siedepunkt der Lösung behandelt. Die Lösung kann auch bei niedrigerer Temperatur verwendet werden, wobei die Zeitdauer der Behandlung natürlich steigt.
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Eigenschaften nach.
Kobalt verhält sich ganz ähnlich wie Nickel ; jedoch ist der damit erhaltene Überzug von etwas hellerer Färbung. Bei denfast gleichen Molekulargewichten kann das Nickel durch die gleiche Gewichtsmenge Kobalt ersetzt werden ; die dunkelste Tönung des Überzuges erhält man bei Kobalt bei einem ungefähren Äquivalentverhältnis Co : Zn=etwa 1 : 1 ; jedoch scheint es keinen Vorteil zu bieten, Nickel oder Kobalt in einer Menge anzuwenden, die grösser ist als 1 Äquivalent dieser Metalle auf 2 Äquivalente Zink.
Wie oben erwähnt, verlangsamt der Zusatz einer grösseren Menge von Nickel oder Kobalt die Überzugsbildung etwas ; diese Verlangsamung ist unerheblich bis zu einem Äquivalentverhältnis dieser Metalle zu Zink bis zu etwa 1 : 9 ; sie wird merklich bei höherer Konzentration und ganz ausgesprochen stark bei einem Verhältnis von 1 : 2.
Die Nitratmenge kann innerhalb erheblicher Grenzen abgeändert werden ; für gewöhnlich ist ein Verhältnis von 0'12 Äquivalenten N03 zu l Äquivalent aller metallischen Kationen vollständig
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handlung eines sehr aktiven Zinks wird dann das Nitrat so schnell verbraucht, dass es häufiger ergänzt werden muss als die andern Badbestandteile.
Die Gegenwart anderer Kationen (mit Ausnahme der oben genannten) oder Anionen ist nicht besonders schädlich, solange sie nicht in zu grosser Menge zugegen sind ; man sollte aber diese sich nicht in zu grosser Menge anhäufen lassen. Man kann deshalb auch die nachfolgende Lösung verwenden, in welcher das Nickel durch Kobalt ersetzt, dieses als Sulfat, und das Nitrat als Natriumnitrat eingeführt wird.
Beispiel 2.
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<tb>
<tb> Zn <SEP> O <SEP> ........................... <SEP> 1#500 <SEP> lbs <SEP> = <SEP> 180#0 <SEP> g
<tb> Co <SEP> Si. <SEP> O <SEP> .................... <SEP> 0#587 <SEP> lbs <SEP> = <SEP> 70#5 <SEP> g
<tb> Na <SEP> NO3 <SEP> ................... <SEP> 0#402 <SEP> lbs <SEP> = <SEP> 48-2 <SEP> g
<tb> H3PO4 <SEP> (75%ig) <SEP> .............. <SEP> 0#500 <SEP> gals <SEP> = <SEP> 795#0 <SEP> g
<tb> Wasser <SEP> ad............... <SEP> 1-000 <SEP> gals <SEP> =adl
<tb>
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Diese Stammlösung wird zum Gebrauch mit Wasser auf einen Gehalt von 5 bis 10 Volumprozent verdünnt und in gleicher Weise wie die Lösung des Beispiels 1 verwendet. Jedoch kann die Auffrischung dieses Bades nicht unbegrenzt mit der Stammlösung erfolgen, da sich schliesslich zuviel Na und S04 anhäufen würde.
Der relative sowie der absolute Verbrauch der Badbestandteile variiert etwas je nach der Art des behandelten Metalles und der Arbeitsbedingungen. Um bei längerer Benutzung des Bades gleiche Behandlungszeit und gleiche Farbe des Überzuges zu erhalten, kann es daher zweckmässig sein, die Auffrischung durch gesonderten Zusatz der Bestandteile, anstatt durch Zusatz von Stammlösung, zu bewirken, und diese zweckmässig auszuwählen, z. B. indem man Nickelnitrat oder Zinkphosphat verwendet.
Wie oben erwähnt, kann das Verfahren auch in der Kälte, d. h. bei normaler Temperatur, ausgeübt werden, was in manchen Fällen unerlässlich ist, z. B. dann, wenn es sich um Zäune, Dächer oder andere Gebäudeteile handelt. In diesem Falle verwendet man zweckmässig konzentriertere Lösungen, z. B. eine solche, welche 20% der Stammlösung des Beispiels 1 enthält. Eine für diesen Zweck besonders geeignete Lösung ist folgende :
Beispiel 3.
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<tb>
<tb>
Zn <SEP> ..................... <SEP> O'SOObs <SEP> = <SEP> 36-Og
<tb> Ni <SEP> (N03. <SEP> 6 <SEP> H2O <SEP> ............. <SEP> 0#144 <SEP> lbs <SEP> = <SEP> 17#3 <SEP> g
<tb> H3PO4 <SEP> (75%ig) <SEP> ............... <SEP> 0#140 <SEP> gals <SEP> = <SEP> 222#5 <SEP> g
<tb> Methanol <SEP> mol <SEP> ...................... <SEP> 0#100 <SEP> gals <SEP> = <SEP> 80#0 <SEP> g
<tb> Netzmittel <SEP> 0#010 <SEP> lbs <SEP> = <SEP> 1#2 <SEP> g
<tb> Wasser <SEP> ad <SEP> 1'000 <SEP> gals <SEP> = <SEP> s <SEP> =adl.
<tb>
Als Netzmittel kann z. B. Isopropyl-naphthalin-sulfosäure verwendet werden.
Diese Lösung ist unverdünnt gebrauchsfertig ; sie benetzt die zu behandelnde Metallfläche gut und bildet einen Überzug mit praktisch ausreichender Geschwindigkeit. Sie wird auf die zu behandelnden Flächen mit dem P ; nsel oder der Spritzpistole aufgebracht und einwirken gelassen, bis keine sichtbare
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PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Mittel zum Behandeln von Zink und Zinklegierungen zwecks Erzeugung einer gegen Kcrrosion schützenden und eine gute Haftgrundlage für Farben u. dgl. bildenden Phosphatschicht, bestehend aus einer schwach sauren, vorzugsweise sich im ,,Gleichgewicht" befindlichen, Zinkphosphatlösung, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Kobalt oder Nickel oder diesen beiden Metallen, wobei der Gehalt an zusätzlichen Metallen zweckmässig zwischen einem Hundertstel und der Hälfte des Zinkgehaltes liegt.