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Phosphorsäurebeize
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Die Erfindung betrifft eine Phosphorsäurebeize zum Tauch-oder insbesondere
Spritzbeizen verzunderter und/oder verrosteter Oberflächen warmgewalzter Baustähle,
mit Zusätzen von Beizinhibitoren, wie z.B. Thiocyanaten, Aminoalkoholen, sowie eines
im sauren Bereich nichtschäumenden Netzmittels.
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Es ist bekannt, zum Abtragen von Zunder und Rost von der Oberfläche
warmgewalzter Stähle Phosphorsäurebeizen zu verwenden, die Beizinhibitoren zur Verrigerung
des Angriffes auf das Metall sowie ein Netzmittel zum Ablösen von fettigen Oberflächenverunreinigungen
enthalten. Als Beizinhibitoren sind eine außerordentlich große Anzahl organischer
Stoffe darunter Aldehyde, stickstoffhaltige Verbindungen, z.B.Amino, Alkanolamine
und viele andere, schwefelhaltige Verbindungen, stickstoff-und schwefelhaltige Verbindungen,
z.B. Thiocyanate und viele andere berkannt. Phosphorsäurebeizen werden den üblichen
Schwefel-oder Salzsäurebeizen vor allem dann vorge -zonen, wenn die Stahloberfläche
durch das Beizen nicht nur gereinigt, sondern auch passiviert, d.h. vor anschließendem
Anrosten geschützt werden soll Es bilden sich auf der Stahloberfläche schwer lösliche
Eisenphosphate, die eine korrosionshemmende Wirkung haben. Häufig wird in zwei S
gebeizt, und zwar zuerst in einer 15-20 Gew.-%igen Phosphorsäurelösung und dann
in einer 1-2 Gew.-%igen Phosphorsäurelösung Nach dem Beizen mit der höher konzentrierten
Phosphorsäure muß jedenfalls, häufig mit Kalt-und Warmwasser, gespült werden. Der
hohe Spülwasserverbrauch verursacht ernste Probleme nicht nur in wasserarmen Gegenden,
sondern auch mit der aus Gründen des Umweltschutzes erforderlichen Abwasserreinigung.
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Wenn ein guter Passivierungseffekt erreicht werden soll, ist ein mehrstufiges
Beizen,mindestens der erwähnte weitere beizvorgang mit der verdünnten Phosphorsäurebeize
erforderlich. Häufig wird an das Beizen mit Phosphorsäure
nach einem
Spülvorgang noch eine Behandlung mit Chromsäure angeschlossen, urn den auch bei
trockener Lagerung des Beizgutes nur wenige Wochen dauernde Korrosionsschutz noch
zu verbessern, Die korrosionshemmende Wirkung der durcb das Beizen mit Phosphorsäure
enthaltenen ueberzüge ist nicht vergeichbar mit derjenigen solcher Überzüge, die
durch die Behandlung von Stahl in Zn-,Mn- oder Zn-Ca-haltigen Phospatiersystemen
erhalten werden. Bei den Phosphatierverfahren steht die Herstellung der in Wasser
schwer löslichen Metallphosphatüberzüge im Vordergrund und für das Abtragen dickerer
Zunder- und Rostschichten von der Stahloberfläche ist eine vorhergehende Reinigung
erforderlich. In allen Fällen ist eine mehrstufige Behandlung notwendig, normalerweise
bestehendaus den Stufen Entfetten und Reinigen, Entrosten und Entzunden, Aktivieren,
Phospatieren und Nachbehandeln.
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Der Erfindung. liegt die Aufgabe zugrunde, eine Phosporsäurebeize
zu. schaffen, die bei Durchführung eines einzigen auch oder insbesondere Spritzbeizvorganges
ohne die Notwendigkeit einer Vor- oder Nachbehandlung eine verbesserte Passivierung
der Stahloberfläche ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einer Phosphorsäurebeize der eingangs erwähnten
Art durch folgende Gehalte gelöst: 5 - 35, vorzugsweise 8-12 Gew.-% Or@hophosphorsäure,
0,2 - 5, vorzugsweise 0,5-1 Gew.% Flußsäure, 0,2 - . 2, vorzugsweise 0,5-1 Gew.%
eines Salzes der Uhiocyansäure ,
0,1 - 3, vorzugsweise 0,2 -1,5
Gew.-% eines Aminoalkohols, 0,1 -1,5, vorzugsweise 0,25 -0,40 Gew.% Gew.% des Netzmittels,
O - 2,5, Gew.-%Eisen-(II),Rest Wasser und gegebenenfalls weitere Zusätze. Als solche
kommen z.B. bis zu 5 Gew % Ameisensäure und geringe Mengen von Lösungsmittel und
Säurestabilisatoren in Frage.
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Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Phosphorsäurebeize wird eine sehr
harte Eisen-(II)-Phosphatschicht gebildet, die auf der Stahloberfläche besonders
gut anhaftet, frei von Eisen-(III)-Phosphaten ist und bei trockener Lagerung des
Baustahles auch nach einem Jahr noch keinen Rostangriff erkennen läßt. Auf der Schicht
haften Naß- und Trockenlacke besonders gut an.
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Als Salz der Thiocyansäure ist in der erfindungsgemaßen Phosphorsäurebeize
vorzugseise Kaliumrhodanid enthalten.
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Als Aminoalkohol ist vorzugsweise Triäthanolamin eingesetzt.
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Das Netzmittel enthält vorteilhaft eine nichtionogene Mischung von
Acet.ylenglykol und Acetylenalkoholen mit antikorrosiven Eigenschaften und kann
z.B."Surfynol 104" sein. Das Netzmittel kann auch ein Gemisch eines Mono- und Dialkylesters
der Orthophosphorsäure, z.B. "Malophor CS " sein.
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Das Verfähren zum Tauch- oder insbesondere Spritzbeizen von verzunderten
und /oder verrosteten Oberflächen warmgewalzter Baustähle unter Anwendung der erfindungsgemäßen
Phosphorsäurebeize ist erfindungsgemaß dadurch gekennzeichnet, dcß die Beizflüssigkeit
nach einem einzigen behandlungsschritt der Stahloberfläche ohne Anwendung eines
flüssigen Spülmittels von der Stahloberfläche ent-Lernt, d.h. von schrägen oder
senkrechten Flächen des Stahles abrinnen gelassen und im Fall waagrechter Flächen
oder Ausnehmungen des Stabiles von diesen mechanisch abgedrängt,z.B.mit
Druckluft
abgeblasen oder abgestreift wird, ohne daß eine weitere Behandlung anschließt.
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Ausführungsbeispiel: Ein Stahlträger mit den Normabmessungen IPB 600
nach DIN 1025 wird mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,75 m/min durch eine Spritzbeizkammer
hindurchgeführt.
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In der Kammer wird der Stahlträger allseitig mit einer Phosphorsäurebeize
folgender Zusammensetzung beaufschlagt: 14 Gew.- thermische Orthophosphorsäure,
0,6 Gew.-% Flußsäure, 0,75 Gew.-% Kaliumrhodanid, 0,75 Gew.-% Triäthanolamin, 0,40
Gew.-% "Sulfynol 104 (Hüls) 0,50 Gew.-% Eisen 83 Gew.-% Wasser Die Phosphorsäurebeize
hat eine Temperatur von 7200 und wird mit einem Druck von 0,9 bar auf die verzunderte
und verrostete sowie nicht vorbehandelte Oberfläche des Trägers aufgespritzt. Die
Beaufschlagungsmenge beträgt 200 1 Phosphorsäurebeize pro m2 Oberfläche und min
und die Beizzeit beträgt 5,5 min.
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Beim Austritt des Trägers aus der Spritzkammer wird der Träger mit
Druckluft abgeblasen, un. die auf den waagrechten Flächen des Trägers zurück;ebliebene
Beizflüssigkeit abzudrängen. 4 min. nach At.stritt aus der
Spritzbeizkammer
ist die Kristallisation der Eisen-(II)-Phosphatschicht abgeschlossen und die Oberfläche
trocken.
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Der Träger kann ohne acde Nachbehandlung bis zu 2 Jahre in der Halle
gelagert werden, ohne zu korrodieren.
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Es ist auch eine sofortige Naß- oder Trockenbeschichtung des Trägers
nach abgeschlossener Kristallisation der Eisen-(II)-Phosphatschicht ohne sonstige
Behandlung möglich. Die Beschichtung zeichnet sich durch besonders gutes Anhaften
aus.
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Das Beizgut kann durch Aufbringen eines Ölfilms auf die Eisen-(II)
-Phosphatschicht vor Wassereinwirkungen im Fall einer langeren Lagerung im Freien
oder im Fall längerer offener transport geschützt werden. Der Ölfilm kann mit einem
chlorierten Kohlenwasserstoff,z.B.1-1-1-Trichloräthan, entfernt werden, ohne daß
die Eisen-(II)-Phosphatschicht beeinträchtigt wird. Eine nachfolgende Naß- oder
Grockenbeschichtung hat diesselbe Wirkung wie im Fall des Aufbringens unmittelbar
nach abgeschlossener Kristallisation der Eisen-(II)-Phosphatschicht.
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Die Schweißbarkeit wird durch guten Schweißfluß verbessert.
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Die Behandlung warmgewalzter Baustähle mit der erfindungs -gemäßen
Phosphorsäurebeize verursacht geringere Kosten.als die bisher im Stahlbau übliche
Entzunderung und Entrostung durch Sandstrahlen. Zur wirtschaftlichen trberlegenheit
hinzu kommt der durch Sandstrahlen nicht erreichbare Passivierungseffekt der Behandlung
mit der erfindungsgemäßen Phosphorsäurebeize, der bei Lagerung in geschlossenen
Räumen oder Hallen mindestens 12 und bis zu
24 Monate und unter
Flugdach ae nach Jahreszeit 6 bis 9 Monate anhält. Hingegen rostet sandstrahlbehandelter
Baustahl bereits nach wenigen Wochen Lagerzeit-in der Halle erneut an. Wesentlich
ist außerdem, daß die Haftfestigkeit und das Korrosionsverhalten der Naß-oder Trockenbeschichtung
auf mit der erfindungsgemäßen Phosphorsäurebeize vorbehandelten Oberflächen unabhängig
von der zwischen Vorbehandlung und Beschichtung liegenden Zeitdauer besser oder
mindestens gleich gut ist wie auf sandgestrahlten Oberflächen.
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Vergleichsuntersuchung: Es wurden Probeplatten (Format 100x150x5 mm)
aus verzundertem und verrostetem Baustahl St 37,2 (unberuhigt) folgenden verschiedenen
Vorbehandlungsarten unterzogen: 1. Sandstrahlen S.A 3 nach SIS 2. Sandstrahlen SA
3 nach SIS und 3--stündige Lagerung bei mittlerer Luftfeuchtigkeit von 96% 3. Spritzbeizen
mit Phosphorsäurebeize nach Ausführungs beispiel Die Probenplatten wurden dann mit
Reaktionsgrund K 7393 rotbraun, Schichtdicke ca. 25 mm beschichtet.
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Die Proben wurden 1 Woche n.ach der Beschichtung mit einem Gitterschnitt
(Schnittabstand 1-2 mm) versehen und dann einerseits einem Kesternichtest (Eorrosionsbeanspruchung
durch Schwitvzwasserwechselklima nach DIN 50018,SPW 2,OS, ausgeführt in 10 Zyklen)
und .andererseits einem Aerosoltest (Besprühen mit einem Nebel von 0,05.% Gew.-%iger
Kochsalzlösung in einem Aerosolgerät, Huber Type 1000 A,
480 Stunden
in Zyklen von Je 1/2 Stunde Sprühen und Sprühpause bei + 20°C) unterzogen. Nach
der Eorrosionsbeanspruchung wurden die Haftfestigkeit der Beschichtung (Gitterschnittwert
nach DIN 53151) und der Rostgrad nach DIN 53210 geprüft.
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In der folgenden Tabelle sind die erhaltenen Werte für die Haftfestigkeit
und für das Korrosionsverhalten der Beschichtung nach den verschiedenen Vorbehandlungen
ersichtlich.
| Vorbehandlung Haftfestigkeit Korrosionsver- Quer- |
| nach halten nach mittel- |
| wert |
| esternic eroso - esternich Aerosol- |
| test test test test |
| 1.sandgestrahlt 4 2 1 keine 2,3 |
| 2.sandgestrahlt # |
| 3 3 1 Probe 2,3 |
| und gelagert |
| ange- |
| 3.spritzgebeizt 2 1 1 1,7 |
| griffen |
Dieselbe Untersuchung an in der gleichen Weise vorbehandelten Probenpiatten , die
jedoch beschichtet waren durch zweimaliges Grundieren mit Primer 30,olivbraun,Alkydharzzinkchromat,
Schichtdicke ca. 60 mm ergab folgende Werte:
| Vorbehandlung Haftfestigkeit Korrosionsver- Quer- |
| nach verhalten nach mittel- |
| wert |
| Kesternich- Aerosol-Kesternich- Aerosol |
| test test test test |
| 1.sandgestrahlt 3 2 2 2 2,25 |
| 2. sandgestrahlt |
| und gelagert 4 3 4 | 3 | 3,5 |
| 3.spritzgebeizt 1 2 2 2 1,5 |
Aus den Einzelwerten der erhaltenen Gitterschnittwerte und Rostgrade sowie aus den
für jede Probe aus allen erhaltenen Werten gebildeten Quermittelwerten ist ers;ichtlich,dsß
die Vorbehandlung durch Spritzbeizen mit der erfindungsgemäßen Phosphorsäurebeize
eine bessere Haftfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung ergibt als
die übliche Vorbehandlung durch Sandstrahlen.