Композиция для формирования адгезионного оксидно-циркониевого покрытия на стальной поверхности и способ её нанесения

Изобретение относится к области защиты от коррозии стальных изделий с помощью композиции, нанесение которой обеспечивает формирование защитного адгезионного оксидно-циркониевого слоя на металлической поверхности перед последующим нанесением лакокрасочного покрытия.

Известен способ формирования защитного адгезионного оксидно-циркониевого покрытия на стальной, оцинкованной и алюминиевой поверхности, описанный в патенте CN103911606 A (кл. C23C 22/34, 2006.01). В данном способе используют состав, содержащий алюминий азотнокислый (2,5-5 %), гексафторциркониевую кислоту (5-10 %), 47 %-ю азотную кислоту (0,7-1,5 %), натрий азотнокислый (1,4-2,5 %), золь кварца (2-5 %), аминосилан (2-5 %) и воду.

К недостаткам данного способа относится использование в композиции растворов с большим числом компонентов – не менее 6, кроме того присутствие в композиции азотной кислоты приводит к подтравливанию металлической поверхности в процессе эксплуатации раствора и загрязнению ионами тяжелых металлов промышленных стоков.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой композиции является композиция, описанная в патенте US20140041764 A1 (кл.C23C 22/34, 2006.01) (прототип). Композиция для формирования защитного адгезионного оксидно-циркониевого слоя на стальной поверхности содержит в своем составе ионы алюминия (0-30 %), гексафторциркониевую кислоту (0,22 %), поверхностно-активное вещество (ПАВ) Тритон ДФ-16 (0,04 %) и воду.

К недостаткам данной композиции относится обязательное присутствие регуляторов кислотности и поверхностно-активных веществ, наличие которых неблагоприятно сказывается на качестве защитных покрытий и ухудшает адгезию последующего лакокрасочного покрытия. Кроме того, раствор требует частых корректировок по компонентам.

Поэтому данные композиции не удовлетворяют требованиям по коррозионной стойкости, а многокомпонентность, присутствие ПАВ осложняет практическое применение в качестве альтернативы композициям фосфатиривания.

Технической задачей изобретения является предотвращение загрязнения рабочего раствора ионами тяжелых металлов, улучшение коррозионной стойкости оксидно-циркониевых слоев при сохранении адгезии лакокрасочного покрытия.

Поставленная задача достигается разработкой композиции для формирования защитного адгезионного оксидно-циркониевого покрытия на стальной поверхности, включающей гексафторциркониевую кислоту, никель азотнокислый, парамолибдат аммония и воду:

гексафторциркониевая кислота – 0,08-0,25%;

никель азотнокислый (в пересчете на металл) – 0,002-0,012%;

парамолибдат аммония – 0,01-0,03%;

остальное вода.

Разработанной композицией обрабатывают стальную поверхность при рН 4,0-5,5 и температуре 20-40°С в течение 3-8 минут с последующей сушкой при температуре 100-140°С.

Сформированные на стальной поверхности защитные адгезионные оксидно-циркониевые покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью и улучшают адгезию последующего лакокрасочного покрытия, так как в процессе осаждения оксидно-циркониевого покрытия на стальную основу гексафторциркониевая кислота гидролизуется с образованием оксида циркония (ZrO₂), осадки которого адсорбируются поначалу на поверхности контактно выделившегося никеля, затем разрастаются, образуя на стальной основе сплошную пленку.

Образующаяся пленка на поверхности стали препятствует проникновению воды и хлорид ионов.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Добавляют 1,5 г гексафторциркониевой кислоты H₂ZrF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,08 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂∙6H₂O (в пересчете на металл) и 0,3 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄∙4Н₂О. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра и доводят рН раствора до 4 единиц. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные изделия в течение 3 мин при температуре раствора 20°С, затем сушат при температуре 100°С. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Пример 2

Добавляют 0,5 г гексафторциркониевой кислоты H₂ZrF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,01 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂∙6H₂O (в пересчете на металл) и 0,05 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄∙4Н₂О. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра и доводят рН раствора до 3,8 единиц. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные изделия в течение 1 мин при температуре раствора 20°С, затем сушат при температуре 150°С. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Пример 3

Добавляют 2 г гексафторциркониевой кислоты H₂ZrF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,01 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂∙H₂O (в пересчете на металл) и 0,4 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄∙4Н₂О. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра и доводят рН раствора до 5,5 единиц. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные изделия в течение 3 мин при температуре раствора 20°С, затем сушат при температуре 120°С. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Пример 4

Добавляют 2 г гексафторциркониевой кислоты H₂ZrF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,12 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂∙6H₂O (в пересчете на металл) и 0,2 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄∙4Н₂О. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра и доводят рН раствора до 5,5 единиц. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные изделия в течение 3 мин при температуре раствора 30°С, затем сушат при температуре 140°С. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Пример 5

Добавляют 1 г гексафторциркониевой кислоты H₂ZrF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,2 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂∙6H₂O (в пересчете на металл) и 0,1 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄∙4Н₂О. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра и доводят рН раствора до 4 единиц. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные изделия в течение 10 мин при температуре раствора 60°С, затем сушат при температуре 200°С. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Пример 6.

Добавляют 1 г гексафторциркониевой кислоты H₂ZrF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,16 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂∙6H₂O (в пересчете на металл) и 0,05 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄∙4Н₂О. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра и доводят рН раствора до 5 единиц. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные изделия в течение 1 мин при температуре раствора 30°С, затем сушат при температуре 180°С. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Пример 7.

Добавляют 1 г гексафторциркониевой кислоты H₂ZrF₆ в воду, затем при перемешивании добавляют 0,06 г никеля азотнокислого Ni(NO₃)₂∙6H₂O (в пересчете на металл) и 0,3 г парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄∙4Н₂О. Затем приготовленную композицию разбавляют водой до получения одного литра и доводят рН раствора до 4,5 единиц. Обрабатывают данной композицией предварительно подготовленные (обезжиренные, протравленные, активированные) стальные изделия в течение 5 мин при температуре раствора 40°С, затем сушат при температуре 140°С. После этого на металлические изделия наносят полиэфирное порошковое покрытие.

Композиция для формирования оксидно-циркониевых покрытий и свойства покрытий приведены в таблице 1.

Коррозионные испытания получаемых оксидно-циркониевых покрытий в сочетании с лакокрасочным покрытием проводят в соответствии с ГОСТ 9.403-80 ЕСЗКС «Покрытия лакокрасочные. Методы испытаний на стойкость к статическому воздействию жидкостей», испытания на адгезию – в соответствии с ГОСТ 15140-78 «Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии».

Как видно из примеров, предлагаемые композиции для формирования защитного адгезионного оксидно-титанового покрытия на стальных изделиях по сравнению с известным техническим решением содержат не более 3-х компонентов. Так как в композиции отсутствуют ПАВы, в процессе эксплуатации рабочего раствора не требуется частых корректировок по компонентам и по рН раствора, промышленные стоки не загрязняются ионами тяжелых металлов. Вместе с тем, предлагаемая композиция обеспечивает лучшую коррозионную стойкость оксидно-циркониевых слоев при сохранении адгезии лакокрасочного покрытия: ширина распространения коррозии от надреза не более 0,1 мм, адгезия – 0 баллов. Предлагаемая композиция может быть использована в качестве альтернативы композициям фосфатиривания.