CC BY
25
УДК 620.197.2
Новоточинова А.С., Абрашов А. А., Григорян Н. С., Мазурова Д.В.
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ПРОЦЕСС ПРОТИВОКОРРОЗИОННОГО ФОСФАТИРОВАНИЯ
Новоточинова Анастасия Сергеевна, студентка 1 курса магистратуры факультета цифровых технологий и химического инжиниринга, e-mail: [email protected];
Абрашов Алексей Александрович, к.т.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, email: [email protected];
Григорян Неля Сетраковна, к.х.н., профессор кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; e-mail: [email protected];
Мазурова Диана Викторовна, к.т.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, e-mail: [email protected];
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9
Настоящая работа посвящена разработке технологии низкотемпературного процесса кристаллического фосфатирования с применением ионов редкоземельных металлов в составе раствора в качестве замены токсичным ионам никеля.
Ключевые слова: защита от коррозии, фосфатные покрытия, адгезионные покрытия, низкотемпературное фосфатирование, редкоземельные металлы
LOW TEMPERATURE ANTICORROSION PHOSPHATING PROCESS
Novotochinova A.S., Abrashov A.A., Grigoryan N.S., Mazurova D.V. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The present work is devoted to the development of technology for the low-temperature crystalline phosphating process using rare-earth metal ions in the solution as a replacement for toxic nickel ions.
Keywords: corrosion protection, phosphate coatings, adhesive coatings, low temperature phosphating, rare earth metals
ВВЕДЕНИЕ
Кристаллические фосфатные покрытия широко используются в качестве адгезионного подслоя под лакокрасочные покрытия, а также как самостоятельные антикоррозионные покрытия в сочетании с маслами или др. ингибирующими пропитками [1]. Известные отечественные и импортные технологии кристаллического фосфатирования имеют такие недостатки, как высокая энергоемкость, обусловленная высокими рабочими температурами процессов — 55-90 °С, и содержание в составе фосфатирующих растворов токсичных ионов никеля [2].
В связи с ужесточением в последние годы экологических и экономических требований к технологиям нанесения гальванических покрытий, включая и технологии фосфатирования, снижение токсичности и рабочих температур растворов кристаллического фосфатирования является актуальной научно-прикладной задачей. С учетом изложенного целью настоящей работы являлась разработка растворов кристаллического фосфатирования, не содержащих ионов никеля и работающих при сниженных температурах. С учетом литературных сведений о благоприятном влиянии ионов редкоземельных металлов на свойства конверсионных покрытий [3-5], для замены ионов никеля (№2+), участвующих в образовании кристаллических фосфатных слоёв, в растворы фосфатирования вводились ионы редкоземельных
металлов Ьа3+, Се3+, в концентрациях от 0,02 до 0,2 г/л.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА В качестве образцов использовали пластины холоднокатаной стали марки 08пс размером 4х8 см, широко применяющейся в промышленности и часто подвергающейся кристаллическому фосфатированию. При исследовании влияния ионов РЗМ в составе растворов фосфатирования на свойства фосфатных покрытий, осаждение проводилось при комнатной температуре в течение 10 минут из раствора состава: ZnO 14 г/л; HзPO4 26 г/л; HNOз 11 г/л; NH2OH 5 г/л; РЗМ 0,1 г/л.
При исследовании способности ионов РЗМ активировать металлическую поверхность, активация проводилась в растворе 0,3 г/л Ьа(М0з)з'6Ы20 при комнатной температуре в течение 1 минуты. Осаждение фосфатных покрытий производилось при комнатной температуре в течение 10 минут из раствора состава: ZnO 14 г/л; HзPO4 26 г/л; HNOз 11 г/л; NH2OH 5 г/л.
Массу фосфатного слоя (тф) и массу стравившегося металла (тстр) определяли гравиметрически. Расчёт проводили по следующим формулам: Шф = (Ш2 - тз) / Б тстр = (т: - тз) / Б, где: Ш1 - масса образца перед фосфатированием, г; Ш2 - масса образца после фосфатирования, г; т3 - масса образца после удаления фосфатной плёнки, г; S - площадь поверхности образца, м2.
Удаление фосфатного слоя производили обработкой фосфатированных образцов в растворе, содержащем 50 г/л СгОз, при температуре 75°С в течение 2 мин, после чего промывали водой и высушивали. Защитную способность (ЗСА) фосфатных покрытий определяли методом капли с применением раствора состава CuSO4-5H2O 82 г/л; NaCl 33 г/л; 0,1н HCl 13 мл/л (т.н. реактив Акимова). Критерием оценки качества покрытия являлось время до изменения цвета контрольного участка под каплей от серого до
красно-коричневого.
Коррозионные испытания проводили в камере соляного тумана Ascott S450iP в соответствии с международным стандартом ASTM В117.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Были исследованы свойства фосфатных покрытий, полученных из низкотемпературных растворов фосфатирования, содержащих Ьа3+, Се3+, Ш3+. Результаты продемонстрированы в таблицах 1-3.
Таблица 1
Параметры фосфатных покрытий, полученных их лантансодержащего раствора
Продолжительность процесса, мин Шф, г/м2 ^■стр, г/м2 ЗСА, с Внешний вид
1 2,4375 1,7969 0 Светло-серое неравномерное покрытие с жёлтыми пятнами
3 4,3464 3,2813 6
5 4,8125 3,344 8 Светло-серое равномерное покрытие
7 5,2048 3,4843 18
10 5,4465 3,7656 19
15 5,4375 3,8125 20
20 5,4513 3,8594 20
Таблица 2
Параметры фосфатных покрытий, полученных из церийсодержащего раствора
Продолжительность процесса, мин Шф, г/м2 стр г/м2 ЗСА, с Внешний вид
1 1,9844 1,7969 0 Светло-серое неравномерное покрытие с жёлтыми пятнами
3 4,0469 2,9844 5
5 4,2344 4,4063 9
7 4,5469 4,5469 9
10 4,7344 4,469 10 Серое равномерное покрытие
15 4,9219 4,6563 10
20 4,9688 4,6875 11
Таблица 3
Параметры фосфатных покрытий, полученных из неодимсодержащего раствора
Продолжительность процесса, мин Шф, г/м2 стр г/м2 ЗСА, с Внешний вид
1 1,8438 1,00 6 Светло-серое неравномерное покрытие с жёлтыми пятнами
3 5,3594 2,3125 8
5 5,9219 2,9219 10 Светло-серое равномерное покрытие
7 6,1094 3,0313 13
10 6,25 3,0469 28
15 7,2188 3,0625 24
20 7,9375 3,1563 16
Оптимальная продолжительность процесса -10 минут. Полученные фосфатные покрытия можно использовать в качестве адгезионного подслоя под ЛКП.
Исследовано возможность активации стальных образцов перед фосфатированием в растворе, содержащем соль редкоземельного металла с последующим нанесением фосфатных покрытий из раствора не содержащем ионы РЗМ. Установлено, что при активации в растворе 0,3 г/л Ьа(М03)3'6Ы20
удается получить однородные серые фосфатные покрытия, с массой фосфатного слоя более 10 г/м2 и защитной способностью 80 с (рис. 1). Такие покрытия могут быть использованы как самостоятельные противокоррозионные покрытия в сочетании с маслом или ингибирующими композициями.
30 45
Время активации, с
Рис.1 - Зависимость свойств фосфатных слоёв от продолжительности активации: 1 - Шф; 2 - ЗСА; 3 -
тстр.
В соответствии с приведенными на рис. 1 данными оптимальная продолжительность стадии активации составляет 1 минуту.
Были проведены сравнительные коррозионные испытания в камере соляного тумана (ASTM B117) по стандарту ИСО 9227 фосфатированных образцов, пропитанных веретенным маслом марки И-20А или ингибирующей пропиткой ИФХАН - 39У. Установлено, что первые очаги коррозии на фосфатных покрытиях, сформированных при 20°С и пропитанных веретенным маслом марки И-20А или ингибирующей пропиткой ИФХАН - 39У наблюдались через 18 час испытаний. Допустимое время до появления первых очагов коррозии по ИСО 9227 - 2 часа.
Таким образом разработана технология кристаллического противокоррозионного
фосфатирования, позволяющая осаждать
противокоррозионные фосфатные покрытия массой до 10 г/м2, которые могут быть использованы в сочетании с масляной или другой ингибирующей пропиткой для защиты от коррозии металлической основы. Установлено, что ионы лантана могут вводиться как в фосфатирующий раствор, так и на предварительной стадии активации.
«Работа выполнена при финансовой поддержке РХТУ им. Д.И. Менделеева. Номер проекта Х-2020-028»
Список литературы
1. Ваграмян Т.А., Григорян Н.С., Мазурова Д.В., Абрашов А.А., Акимова Е.Ф. Фосфатирование. Современное состояние и перспективы развития в России // Коррозия: материалы, защита. 2011. № 2. С. 20-27
2. Соколов Э.М., Панарин В.М., Рылеева Е.М. Антропогенное загрязнение окружающей среды тяжёлыми металлами // Экология и промышленность России. 2008. № 11. С. 4-6.
3. Juch Kuang Phosphatization Coating-Forming Mechanism Based on Green Phosphating Accelerator Rare Earth Nitrate // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 838-841. P. 2806-2810.
4. Baojun Han, Dongdong Gu, Yang Yang, Ling Fang, et al. Preparation and Phosphating of Yttrium-Based Chemical Conversion Coatings on AZ91D Magnesium Alloy for Corrosion Protection // Int. J. Electrochem. Sci. 2016. Vol. 11. P.10779-10794.
5. Абрашов А.А., Григорян Н.С., Ваграмян Т.А., Папиров Р.В., Стяжкина М.И. Низкотемпературные растворы кристаллического фосфатирования // Гальванотехника и обработка поверхности. 2013. Том 21. № 4. С. 40-45.
