CC BY
21
УДК 621.7.029:621.794.62
Мазурова Д.В., Григорян Н.С., Ваграмян Т.А., Гурова К.А.
ЦЕРИЙСОДЕРЖАЩИЙ РАСТВОР ФОСФАТИРОВАНИЯ ДЛЯ ПАССИВАЦИИ СТАЛИ
Мазурова Диана Викторовна, к.т.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, e-mail: diana-mazurova@yandex. ru;
Абрашов Алексей Александрович, к.т.н., доцент, доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии;
Григорян Неля Сетраковна, к.х.н., доцент, доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Ваграмян Тигран Ашотович, д.т.н., профессор, заведующий кафедройинновационных материалов и защиты от коррозии;
Гурова Ксения Андреевна, студент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва 125047, ул. Миусская площадь, д. 9
Разработан низкотемпературный церийсодержащий раствор фосфатирования, позволяющий осаждать при 30 -40 °С фосфатные покрытия массой 2,0-3,0 г/м2на стали, которые могут быть использованы в качестве адгезионных слоев при электрохимическом катафорезном грунтовании. Установлено, что снижение рабочей температуры фосфатирования возможно за счет исключения из состава используемого в отечественной промышленности раствора КФ-14 токсичных ионов никеля и замены их на ионы Ce4+, что способствует измельчению зерен кристаллов и повышению защитной способности фосфатных покрытий.
Ключевые слова: низкотемпературное фосфатирование, защита от коррозии, конверсионные покрытия, фосфатные покрытия.
CE-CONTAINING PHOSPHATING SOLUTION FOR PASSIVATION OF STEEL
Mazurova D.V., Grigoryan N.S., Vagramyan T.A., Gurova K.A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
We have developed a low-temperature cerium-containing phosphating solution that makes it possible to precipitate phosphate coatings 2-3.0 g/m2 on steel at the temperature of30 - 40 °С. These coatings can be used as adhesion layers for the electrochemical cataphoretic priming. It has been established that the operating temperature reduction of phosphating is possible due to the elimination of toxic nickel ions from the solution and their replacement by Ce4+ ions, which contributes to the refinement of crystal grains and to the enhancement of the protective ability ofphosphate coatings.
Keywords: low-temperature phosphating, anti-corrosion protection, conversion coatings, phosphate coatings
Уникальные технические свойства фосфатных покрытий, а также простота их получения и относительно низкая стоимость обусловили широкое распространение процессов фосфатирования в различных отраслях промышленности [1-3]. Кристаллические фосфатные покрытия часто используются в качестве адгезионного подслоя под лакокрасочные покрытия, в том числе в процессах катафорезного окрашивания [4]. Прочное срастание с поверхностью изделия, шероховатость и пористость таких слоев обуславливают хорошее сцепление органического покрытия с поверхностью изделия, т.е. улучшают адгезию лакокрасочного покрытия (ЛКП) с металлической основой. Считается, что вклад фосфатного покрытия в улучшение адгезии ЛКП обусловлен увеличением истинной поверхности окрашиваемого изделия, что приводит к увеличению количества образующихся химических связей между основой и ЛКП, а также поглощением краски микропорами фосфатного слоя и химическими реакциями между ненасыщенными смолами лакокрасочного материала и фосфатами, входящими в состав фосфатного покрытия. Наконец,
вследствие низкой электропроводности, фосфатные пленки хорошо защищают металл от подпленочной коррозии - распространения очагов коррозии, возникающих под слоем ЛКП, например, при механическом его повреждении.
Фосфатирование является достаточно энергоемким процессом, так как рабочие температуры традиционно используемых в промышленности растворов фосфатирования достигают 70-90 0С.
В России не существует промышленных технологических процессов фосфатирования при близких к комнатной температурах, однако в мировой научной литературе встречаются работы, в которых исследована возможность проведения процесса при низких температурах [1-5]. В современных экономических условиях с ориентацией на малый бизнес возникает большая потребность в упрощенных химических процессах и неприхотливых растворах для подготовки металлических поверхностей перед окрашиванием.
С целью разработки процесса
низкотемпературного фосфатирования стали
решено совершенствовать раствор на основе КФ-14, широко используемый для осаждения адгезионных фосфатных слоев под наносимые лакокрасочные покрытия, работающий при относительно низких для существующих технологий температурах - 5060 0С.
Предварительно проведенные эксперименты показали возможность увеличения защитной способности формирующихся фосфатных покрытий в данном растворе при использовании в качестве ускорителя гидроксиламина, вводимого в раствор вместо нитрита натрия. Оптимальная концентрация гидроксиламина, необходимая для формирования наиболее качественных фосфатных покрытий в интервале температур от 30 до 55 °С составила 1 г/л.
Как видно из приведенных на рисунке 1 данных, при исключении из состава раствора КФ-14 ионов никеля и замены их на ионы Се4+, при всех исследуемых температурах формирование фосфатных слоев с наибольшей защитной способностью происходит при содержании ионов церия 60-90 мг/л.
Рисунок 1. Зависимость защитной способности по Акимову (ЗСА) фосфатных покрытий от концентрации ионов Се4+в растворе при температурах 20, 30, 40 и 55 °С
Следует отметить, что при температуре 20 °С во всем исследуемом диапазоне концентраций ионов церия формируются покрытия низкого качества с слишком маленькой удельной массой фосфатного слоя (до 1,0 г/м2) (рисунок 2) и неудовлетворительным значением ЗСА. Защитная способность практически не меняется и составляет 8 сек. Это значение ниже в сравнении с защитной способностью покрытий, сформированных из раствора КФ-14, содержащего ионы Ыг .
jt j»* I 1
=рг..Л.......] 20 'С | trrl
9 К г» ЗА 49 Й1> 7« (9 В» I»»
[Б*4* ' МГ'П
Рисунок 2. Зависимость удельной массы фосфатного слоя Шф от концентрации ионов Се4+в растворе при температурах 20, 30, 40 и 55 °С
Массы фосфатных покрытий, сформированных при более высоких температурах, находится в допустимом диапазоне для адгезионных фосфатных покрытий (2,0-3,5 г/м2).
Вывод
Разработан раствор низкотемпературного фосфатирования, содержащий, г/л: Zn - 1,29, PO4 - 18,13, NO3" -2,41, NH2OH - 1, Ce4+ - 0,08, позволяющий получать при 30 - 40 °С фосфатные покрытия удельной массой 2,0-3,0 г/м2 с удовлетворительными защитными свойствами для защиты стали от коррозии в сочетании с ЛКП. Проведение процесса при более низких температурах позволит снизить энергетические затраты производства и повысить
конкурентоспособность разработанного процесса в сравнении с существующими отечественными технологиями фосфатирования стали.
«Работа выполнена при финансовой поддержке РХТУ им. Д.И. Менделеева. Номер проекта 0152018»
Список литературы
1. T.S.N. Sankara Narayanan. Surface pretreatment by phosphate conversion coatings - arevive.// Rev. Adv. Mater. Sci. 2005. No. 9. p. 134-152.
2. Peng-Tao. Establishment of Environmentally Acceptable Room-Temperature Phosphating Process and Evaluation of Corrosion Resistance of Phosphating Coating// Rev. Adv. Mater. Sci. 2005. No.9.p. 134-137.
3. Donofrio J. Zinc phosphating//Metal finishing. 2010.No. 108(11-12). p.40-56.
4. Zarras P, Stenger-Smith JD. Smart Inorganic and Organic Pretreatment Coatings for the Inhibition of Corrosion on Metals/ Alloys// Intelligent Coatings for Corrosion Control. 2015. р. 59-91.
5. Fang F, Jiang JH, Tan SY, Ma AB, Jiang JQ (2010) Characteristics of a fast low-temperature zinc phosphating coating accelerated by an ECO-friendly hydroxylamine sulfate// Surface and Coatings Technology. 2010. No. 204(15). р. 2381-2385.
