CC BY
20
УДК 621.7.029:621.794.62
Щербакова Е.А., Мазурова Д.В., Абрашов А.А., Григорян Н.С., Ваграмян Т.А.
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ДОБАВОК В РАСТВОРЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ФОСФАТИРОВАНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУЧАЕМЫХ ПОКРЫТИЙ
Щербакова Екатерина Александровна - студентка кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, ekaterina.scherbakowa@gmail.com
Мазурова Диана Викторовна - кандидат технических наук, доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии;
Абрашов Алексей Александрович - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии;
Григорян Неля Сетраковна - кандидат химических наук, доцент, профессор кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии;
Ваграмян Тигран Ашотович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инновационных материалов и защиты от коррозии;
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9.
Изучено влияние ускорителей в фосфатирующем растворе на свойства осаждаемых покрытий на стали. Установлено, что в присутствии ускорителей гидроксиламина и м-НБС процесс фосфатирования можно проводить при комнатной температуре, при этом формируются сплошные мелкокристаллические покрытия с удельной массой от 2,0 до 5,0 г/м2 и удовлетворительной защитной способностью.
Ключевые слова: низкотемпературное фосфатирование, конверсионные покрытия, фосфатные покрытия, обработка поверхности, защита от коррозии
THE EFFECT OF LOW-TEMPERATURE PHOSPHATING COMPONENTS ON THE CHARACTERISTICS OF COATINGS
Shcherbakova Е.А., Mazurova D.V., Abrashov A.A., Grigoryan N.S., Vagramyan T.A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The effect of various additives in a phosphating solution on the properties of deposited coatings on steel has been studied. It was found that in the presence of accelerators hydroxylamine and m-NBS, the phosphating process can be carried out at room temperature. In this case, continuous fine-crystalline coatings are formed with a specific gravity of 2.0 up to 5.0 g/m2 and a satisfactory protective ability.
Keywords: low-temperature phosphating, conversion coatings, phosphate coatings, surface treatment, corrosion protection
Введение
В настоящее время активно ведутся разработки процессов низкотемпературного фосфатирования с целью снижения затрат на потребляемую электроэнергию [1-2]. Анализ научно-технической литературы показал, что для снижения температуры фосфатирующей ванны используется различные методы, однако, снижение температуры раствора фосфатирования приводит к уменьшению толщины и защитной способности слоев, увеличению продолжительности их осаждения. Одним из способов ускорения процесса формирования покрытия и улучшения свойств фосфатных слоев является введение добавок и/или ускорителей в раствор фосфатирования [3-4]. В патентах описываются разнообразные добавки и их смеси, но не приведено достаточной информации о влиянии тех или иных компонентов на характеристики формируемых покрытий [5-6]. В данной работе проведено исследование наиболее перспективных ускорителей для низкотемпературного раствора фосфатирования.
Экспериментальная часть
В качестве прототипа для исследований был выбран раствор на основе концентрата КФ-7 для нанесения кристаллических противокоррозионных фосфатных покрытий под промасливание, содержащий 2п0 - 9,94 г/л, НзР04-18,98 г/л, НШз -7,93 г/л, Feaз•6H2О -0,28 г/л.
Из литературных источников известно, что использование достаточно экологически безопасного по сравнению с нитритом натрия гидроксиламина сернокислого ускоряет процесс низкотемпературного фосфатирования [7-8]. Гидроксиламин вводился в раствор в количестве 0,2-6,8 г/л, фосфатирование проводилось в течение 10 минут при комнатной температуре (25 °С).
Установлено, что в указанном диапазоне концентраций формируются сплошные, равномерные мелкокристаллические слои светло-серого цвета. Вне этого диапазона покрытия не формируются.
Обнаружено, что наибольшая удельная масса фосфатной пленки Шф формируется при концентрации гидроксиламина 1,2 - 2 г/л и составляет около 5 г/м2 (рис. 1.). Увеличение концентрации ускорителя в растворе до 4 г/л приводит к некоторому
уменьшению массы покрытия без ухудшения защитной способности, измеренной капельным методом с помощью реактива Акимова (ЗСА) и составляющей 25 с. Дальнейшее увеличение содержания гидроксиламина в растворе приводит к осаждению более тонких слоев с низкими защитными характеристиками. Следует отметить, что увеличенное до 4,0 г/л содержание ускорителя нецелесообразно, так как это завышает стоимость состава без каких-либо преимуществ в характеристиках покрытий.
Одним из критериев эффективности процесса фосфатирования является отношение массы стравившегося металла основы к массе фосфатного слоя, которое для кристаллического фосфатирования должно составлять от 0,4 до 0,6. Этому критерию отвечают слои, сформированные в растворе с концентрацией 2 г/л гидроксиламина. Таким образом, в ходе проведения исследований определена оптимальная концентрация, необходимая для получения качественных фосфатных покрытий.
Рис. 1. Зависимость тф, тстр и ЗСА от концентрации гидроксиламина в растворе фосфатирования
Исследовано внияние еще одного ускорителя процесса фосфатирования м-НБС на характеристики получаемых покрытий. На рисунке 2 представлена зависимость массы фосфатного слоя, массы стравившегося металла и ЗСА от концентрации м-НБС. В присутствии в растворе этой добавки в количестве 0,5-10 г/л при комнатной температуре осаждаются фосфатные слои также светло-серого цвета удельной массой до 2,0 г/м2. Как видно из графика, покрытия, сформированные за 10 минут процесса, характеризуются значениями защитной способности порядка 15 - 20 с. Однако, покрытие неравномерное, а значения удельной массы стравившегося металла Шстр превышает значения массы фосфатного покрытия Шф, что может негативно сказаться на эксплуатации ванны фосфатирования в связи с избыточным накоплением шлама в растворе.
Рис. 2. Зависимость тф, тстр и ЗСА от концентрации м-НБС в растворе фосфатирования
Основываясь на данных, полученных ранее для растворов аморфного фосфатирования, о благоприятном влиянии сочетания указанных добавок на характеристики покрытий, был проведен ряд экспериментов в широком диапазоне концентраций гидроксиламина - 0-4,0 г/л и м-НБС -0-10 г/л. Примеры результатов исследований приведены на рисунке 3. Установлено, что в присутствии в растворе двух ускорителей формируются покрытия удельной массой до 3 г/м2, при этом возможно сформировать покрытие с защитной способностью до 35 секунд, например, в растворе с концентрацией 1,0 г/л м-НБС и 2 г/л гидроксиламина. Такие покрытия возможно использовать в качестве адгезионного подслоя под лакокрасочные покрытия, однако, как видно из данного рисунка, масса стравившегося металла превышает массу осаждающегося фосфата, а в некоторых других растворах практически равна массе фосфатного покрытия и, следовательно, не выполняется критерий эффективности процесса. Таким образом, не удается подобрать оптимальное сочетание ускорителей для низкотемпературного процесса, удовлетворяющего всем требованиям.
Рис. 3. Зависимость тф, тстр и ЗСА от концентрации
м-НБС и гидроксиламина в растворе фосфатирования: 1 — 2 г/л м-НБС, 0,2 г/л ГА; 2 — 3 г/л м-НБС, 0,4 г/л ГА ; 3 — 5 г/л м-НБС, 0,8 г/л ГА ; 4 — 7 г/л м-НБС, 1,2 г/л ГА; 5 — 10 г/л м-НБС, 2,0 г/л ГА
Заключение
Изучено влияние ускорителей м-НБС и гидроксиламина на процесс низкотемпературного фосфатирования низкоуглеродистой стали. Установлено, что в присутствии ускорителей гидроксиламина или м-НБС процесс фосфатирования можно проводить при комнатной температуре. При этом формируются сплошные мелкокристаллические покрытия с удельной массой до 2,0 и 5,0 г/м2 соответственно и удовлетворительной защитной способностью. Совместное использование указанных добавок приводит к улучшению защитных характеристик покрытий, однако значительно увеличивает массу стравившегося металла основы и не может рекомендоваться к использованию.
«Работа выполнена при финансовой поддержке РХТУ им. Д.И. Менделеева. Номер проекта Х-2020-028»
Список литературы
1. Zarras P, Stenger-Smith J D. Smart Inorganic and Organic Pretreatment Coatings for the Inhibition of Corrosion on Metals/ Alloys. Intelligent Coatings for Corrosion Control. 2015. P. 59.
2. B. Ramezanzadeh, M. Akbarian, M. Ramezanzadeh, M. Mahdavian, E. Alibakhshi, P. Kardar. Corrosion Protection of Steel with Zinc Phosphate Conversion Coating and Post-Treatment by Hybrid
Organic-Inorganic Sol-Gel Based Silane Film. Journal of The Electrochemical Society. 2017. Vol. 164. P. 224-230
3. Elshami A A, Bonnet S, Khelidj A, Sail L. Novel anticorrosive zinc phosphate coating for corrosion prevention of reinforced concrete. European Journal of Environmental and Civil Engineering. 2017. Vol. 21(5). P. 572.
4. Juch Kuang. Phosphatization Coating-forming Mechanism Based on Green Phosphating Accelerator Rare Earth Nitrate // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 838-841. P. 2806-2810.
5. R.Thomas, M.J. Umapathy. Environment Friendly Nano Silicon Dioxide Accelerated Zinc Phosphate Coating on Mild Steel Using a Series of Surfactants as Additives // Silicon. Vol. 9. 2017. P. 675688.
6. Khalid Abdalla, Hussain Zuhailawati. Activation of zinc phosphate coating by silver nitrate pretreatment. Surface engineering. 2017. 0267-0844. P. 743-2944.
7. Abrashov A.A., Grigoryan N.S., Vagramyan T.A., Akimova E.F. Improvement of Solutions for Crystalline Phosphating. Electroplating & Surface Treatment. 2010. Vol. 18. № 3. P. 48-52.
8. Feng Fang, Jing-hua Jiang, Shu-Yong Tan, Ai-bin Ma, et al. Characteristics of a fast low-temperature zinc phosphating coating accelerated by an ECO-friendly hydroxylamine sulfate // Surface & Coatings Technology. 2010. Vol. 204. P. 2381-2385.
