Brevet FR2122380A1 — publié le 19720901

L'invention concerne un traitement de surface de pièces en fer et en acier et en particulier un procédé perfectionné, lors du traitement chimique préalable des pièces, pour le dépôt d'un revêtement organique par le procédé électrique par immersion. (Elek-5 trotanchverfahren) . Pour la préparation du fer et de l'acier en vue de 1' en-duction électrique par immersion, on a l'habitude de nettoyer les pièces, de les rincer à l'eau une ou plusieurs fois, puis de les phosphater. Pour le nettoyage, on utilise en général, un produit 10 de nettoyage faiblement alcalin dans une gamme de pH de 8 à 11. Dans la pratique, cependant, on rencontre parfois dans cette opération des difficultés, car ces produits de nettoyage n'éliminent pas toujours complètement de la surface du métal les huiles anticorrosion et les graisses d'étirage, surtout lorsque les pièces ont 15 été stockées longtemps. Les résidus d'impuretés huileuses et graisseuses font que les pièces, après le rinçage à l'eau, ne sont pas, ou ne sont que partiellement mouillées par l'eau. Dans ce cas, il se forme, lors du phosphatage consécutif, une couche de phosphate irrëgulière, qui a également un effet défavorable sur l'enduction 20 électrique par immersion. Ce problème du phosphatage irrégulier se manifeste de façon particulièrement gênante dans le cas du traitement de pièces dans des installations de pulvérisation en continu. Dans ces installations, les pièces sont transportées en continu à travers les diver-25 ses zones de traitement de l'installation, soit suspendues à un transporteur, soit posées sur un chariot transporteur. Entre les ' groupes de buses de pulvérisation des diverses zones, se trouvent des secteurs de transition qui sont dimensionnés de telle sorte qu'on évite autant que possible le mélange des diverses solutions 30 de traitement. Suivant la forme des pièces à traiter et la vitesse de transport, l'intervalle de temps entre la zone de rinçage et la zone de phosphatage est par exemple de lbrdre de 15 à 60 secondes. Dans cette zone de transition, on ne peut cependant pas exclure complètement, en pratique, une action de la solution de phos-35 phatage sur la surface métallique. Du fait de buses déplacées ou de jets de pulvérisation déviés, ou du fait que la solution de phosphatage est sous la forme d'un fin brouillard, la surface du métal est atteinte par la solution de phosphatage dans la zone de transition. Suivant la durée de l'action, il se produit des passi-40 vations préalables plus ou moins fortes. La couche de phosphate se 71 16215 2122380 forme donc irrégulièrement dans la zone de phosphatage. Elle présente des stries, des voiles, des marques en forme de bandes, dont certaines ont même un éclat bleuâtre. Dans de nombreux cas, ces irrégularités de la couche de phosphate sont encore visibles après 5 l'enduction électrique par immersion, et sont donc largement préjudiciables et indésirables. On a trouvé que les difficultés mentionnées peuvent être surmontées de façon simple en faisant agir sur les surfaces après le nettoyage alcalin et avant le phosphatage, à une température infé-10 rieure à 60°C, une solution aqueuse faiblement acide, dont le pH est ajuste de 4" à 5,5, de préférence 4 à 4,8, avec de l'acide lactique, et qui contient au moins un tensio-actif non-ionique. Le procédé en plusieurs stades suivant l'invention pour le traitement de surfaces de pièces de fer et d'acier consiste donc à 15 faire subir d'abord aux pièces un nettoyage alcalin (1), puis à les mettre en contact à une température inférieure à 60°C, avec une solution aqueuse dont le pH est ajusté à 4-5,5, de préférence 4-4,8, avec de l'acide lactique .et qui contient un tensio-actif non-ionique (2), puis à les doter d'un revêtement de phosphate (3) 20 et enfin à les recouvrir d'un revêtement organique par un procédé électrique par immersion (4). Pour le nettoyage des pièces, on peut utiliser les agents de nettoyage alcalins habituels. Il convient que leur pH soit compris entre 8 et 11. L'agent de nettoyage alcalin contient en outre, de 25 préférence, des additifs connus pour l'activation du phosphatage, comme par exemple de 1'orthophosphate de titane. Le nettoyage peut être effectué tant par pulvérisation que par trempage. La concentration de l'agent de nettoyage est par exemple, dans le cas de l'utilisation de la pulvérisation de 3 à 5 g/1, et de 20 à 30 g/1 30 dans le cas du trempage. Lorsqu'on utilise le mode opératoire de l'invention, un avantage supplémentaire résulte de ce que, dans de nombreux cas, la concentration du produit de nettoyage peut être réduite à environ 50% des valeurs indiquées. Souvent, on peut aussi abaisser la température du bain de nettoyage. 35 Après le nettoyage, les pièces peuvent être rincées à l'eau, pour éviter l'introduction de solution de nettoyage dans le bain de traitement à l'acide lactique. Mais on peut aussi utiliser le traitement à l'acide lactique sans rinçage intermédiaire à l'eau, et économiser ainsi de l'eau de rinçage. Toutefois, le maintient 40 des limites de pH et de la température du bain exige alors une sur 71 16215 2122380 veillance plus étroite; Lors du traitement intermédiaire acide effectué selon l'invention après le nettoyage alcalin, il est nécessaire d'ajuster le pH de la solution aqueuse à une valeur de 4 à 5,5, de préféren-5 ce jusqu'à 4,8 au moyen d'acide lactique. Un pH plus élevé conduit à une formation irrégulière de la couche de phosphate déposée par la suite. Avec des pH inférieurs à 4, on court le risque d'un décapage excessif de la surface du fer, conduisant à l'obtention de couches de phosphate à gros cristaux, convenant moins bien pour 10 l'enduction électrique par immersion. L'ajustement du pH voulu par d'autres acides minéraux ou organiques, comme par exemple l'acide phosphorique, l'acide amido-sulfonique, l'acide acétique, l'acide monochloracétique, l'acide oxalique, l'acide malonique, l'acide maléique, l'acide citrique ne 15 conduit pas au résultat favorable désiré. Pour la préparation de la solution acide de traitement, on peut utiliser les acides lactiques du commerce, même de qualité technique, et leurs sels hydrosolubles. Suivant la dureté de l'eau utilisée, il faut en général de 0,01 à 1 g/1 d'acide lactique (à 20 100%) pour amener la solution au pH nécessaire. L'ajustement du pH peut se faire avec une électrode de verre ou avec un papier indicateur. Comme agents tensio-actifs non-ionogènes, on peut utiliser les produits du commerce, et en premier lieu les produits d'addition de l'oxyde d'éthylène sur des composés organiques à longue 25 chaîne ayant un hydrogène actif, comme par exemple les éthers poly-glycoliques d'alcoylphénols, d'alcools gras, d'acides gras, d'ami-nes grasses et d'amides gras. Dans le cas de la pulvérisation, on utilise des tensio-actifs non-ioniques peu moussants. Les produits d'addition de l'oxyde d'éthylène sur le propylène-glycol convien-3 0 nent particulièrement du fait de leur résistance aux acides et de leur faible pouvoir moussant. Avec ces produits, il est possible de préparer des solutions d'acide lactique suffisamment concentrées, sans qu'il se produis e de séparation. Une teneur adéquate en ten-sio-actif non-ionique de la solution est d'au moins 0,05 g/1. 35 Dans le cas de l'utilisation d'un bain de traitement acide, le pH peut augmenter lentement, du fait par exemple de l'introduction de la solution nettoyante alcaline, et de la réaction de la solution acide avec la surface du fer. Le pH peut être maintenu à la valeur voulue en remontant en continu ou en discontinu avec un 40 mélange acide lactique-acide tensio-actif. Il est particulièrement 71 16215 2122380 avantageux d'utiliser des systèmes automatiques de mesure du pH et de dosage des réactifs. L'efficacité de la solution acide de traitement peut être compromise par un enrichissement excessif en fer ainsi qu'en alca-5 lin. Dans ce cas, il convient de renouveler de temps à autre le bain de traitement ou d'éviter par un apport d'eau un enrichissement excessif en ions étrangers. La température du bain de traitement acide doit être inférieure à 60°C. A des températures plus élevées, il se forme des 10 couches de lactate à la surface des pièces, qui peuvent gêner le dépôt consécutif de la couche de phosphate. Il faut prendre garde à ce fait tout spécialement lorsque la solution de traitement à l'acide lactique doit être utilisée aussitôt après le nettoyage par une solution alcaline chaude, et que les pièces sont encore trop 15 chaudes. Cependant, la quantité d'eau de rinçage nécessaire pour la régulation de la température est en tout cas relativement faible car il suffit de refroidir les pièces en dessous de 60°C. En même temps, elle est déjà suffisante pour éviter un enrichissement gênant en ions étrangersdans la solution de traitement acide. 20 Lorsqu'on n'effectue pas le traitement par la solution d'aci de lactique, il est par contre nécessaire, après le nettoyage alcalin, d'utiliser pour le rinçage des quantités d'eau beaucoup plus élevées pour éviter l'introduction de restes d'alcalis dans le bain de phosphatage, et avant tout pour refroidir les pièces 25 beaucoup plus fortement, de façon à empêcher autant que possible une réaction indésirable de la solution de phosphatage sur les pièces lors du passage de la zone de rinçage à la zone de phosphatage, conduisant à la formation de revêtements irréguliers dans la zone de phosphatage. Normalement, la température du bain de rinçage dans 30 les installations correspondantes est maintenue à 30°C, ce qui exige des quantités d'eau de rinçage relativement importantes. Par contre, lorsqu'on utilise le traitement à l'acide lactique, il n'est pas nécessaire de maintenir aussi basse la température dans la zone de transition. Compte-tenu des températures plus élevées 35 permises, on peut ainsi économiser, dans la série d'opérations exécutées conformément à l'invention, des quantités d'eau de rinçage importantes. Pour le traitement de pièces grosses consommatrices, ou après un nettoyage par des solutions fortement alcalines, il est recom-40 mandé d'effectuer un rinçage à l'eau avant le traitement acide. De 71 16215 2122380 cette façon, la durée du bain de traitement à l'acide lactique est prolongée, la consommation de produits chimiques est diminuée et la conduite du bain simplifiée. Pour le phosphatage, on peut utiliser les solutions de phos-5 phatage habituelles à base de phosphate filmogène, de préférence à base de phosphate de zinc. L'enduction électrique par immersion peut aussi être effectuée de la façon habituelle. La suite d'opérations selon l'invention, permet d'obtenir de façon simple et sûre des couches de phosphate minces, dures et à 10 cristaux fins, qui sont exemptes de stries et de marques, et conviennent donc remarquablement à tous égards pour une enduction électrique par immersion, de sorte que l'on obtient des produits finis de haute qualité. On ne pouvait s'attendre à ce résultat étonnamment avantageux 15 sur la base de l'état connu de la technique. Selon le procédé du brevet allemand 862 848, les surfaces nettoyées aux alcalis doivent être rincées avant leur phosphatage par une solution acide ayant un pH de 4,2 à 6, le pH de la solution de rinçage devant être avantageusement ajusté par de l'acide phosphorique ou un phosphate aci-20 de. Cette façon d'opérer comporte cependant l'inconvénient de la passivation préalable, qui gêne la formation de la couche. Suivant le procédé du brevet allemand 753 730, les surfaces doivent être rincées avant le phosphatage par une solution d'acide oxalique, à laquelle peuvent également être ajoutées de petites quantités d'un 25 acide minéral fort. Par ce pré-rinçage fortement acide, les pièces sont toutefois très sensibles à la rouille, ce qui constitue un obstacle sérieux à l'obtention de bonnes couches de phosphate. Il est également connu d'utiliser, avant le phosphatage des surfaces de pièces de fer, une solution d'acides carboxyliques substitués à 3 0 chaînes courtes pour l'activation et l'élimination de la rouille et de la calamine (brevet US 3 118 793). Dans ce procédé, les solutions sont mises en oeuvre à des concentrations telles qu'il se produit un fort décapage de la surface du fer. Lors du phosphatage consécutif, on obtient des couches de phosphate grossières, épais-35 ses, ne convenant pas pour une enduction électrique par immersion ultérieure. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'illustration de l'invention. 40 EXEMPLE 1 71 16215 6' 2122380 On fait subir à des tôles d'acier graissées de qualité RRST 1405 m (selon DIN 1623, feuille 1) un prétraitement dans une installation de pulvérisation en continu, puis on les revêt d'un vernis de fond par le procédé d'enduction électrique par immersion. 5 Dans l'installation en continu, les tôles sont soumises à la pulvérisation pendant 2 minutes à 60°C dans la première zone avec une solution aqueuse de nettoyage contenant 3,4 g/1 de borax, 0,3 g/1 d'un composé de titane comme activateur et 0,3 g/1 d'un tensio-actif non-ionique à faible pouvoir moussant et à laquelle, pour 10 l'adapter à des conditions d'utilisation proches de la pratique, on a ajouté 3 g/1 d'une huile anti-corrosion du commerce (Rustilo 845) . Dans la deuxième zone de traitement, les tôles sont soumises à la pulvérisation pendant 30 secondes à 45°C avec une des solu-15 tions a à i ci-après. Après une transition de 30 secondes, les tôles sont soumises dans la troisième zone à une pulvérisation pendant 90 secondes à 60°C avec une solution de phosphate de zinc accélérée au nitrite. Les tôles sont ensuite rincées à l'eau et sé-chées. On contrôle ensuite la qualité de la couche de phosphate des 20 diverses séries. Les solutions utilisées dans la deuxième zone de traitement sont préparées par addition de 1 g/1 d'acide et de 0,2 g/1 du même tensio-actif non-ionique à faible pouvoir moussant à de l'eau du robinet (dureté environ 15°) et ajustement uniforme à un pH de 4,5 25 par de la soude. Les acides utilisés sont : a) l'acide phosphorique b) l'acide amidosulfonique c) l'acide acétique d) l'acide monochloracétique 30 e) l'acide oxalique f) l'acide malonique g) l'acide maléique h) l'acide citrique i) l'acide lactique 35 Le résultat du contrôle montre que c'est seulement sur les tôles traitées avec la solution i) (acide-lactique) qu'il se forme une couche de phosphate absolument irréprochable. Les tôles traitées avec la solution a) (acide phosphorique) présentent des couches de mauvaise qualité, pulvérulentes par endroits, et présentant 40 des phénomènes de passivation prononcées. Pour toutes les autres 71 16215 2122380 10 15 35 tôles traitées par"les solutions b) à h), la couche de phosphate est mal constituée et parsemée de rouille légère. Lors de l1enduction électrique par immersion consécutive, seules les tôles traitées par la solution i) se révèlent adéquates, comme on pouvait s'y attendre compte-tenu de l'appréciation portée sur la couche de phosphate. EXEMPLE 2 On nettoie des tôles d'acier comme indiqué dans l'exemple 1, on leur fait subir un traitement préalable par une solution contenant de l'acide lactique et/ou des phosphates. On ajuste le pH de la solution contenant 0,5 g/1 d'acide lactique et 0,2 g/1 de tensio-actif avec de la soude à une valeur comprise entre 3,5 et 6. Le pH est mesuré avec une électrode de verre. Le tableau suivant montre l'influence du pH sur la qualité de la couche de phosphate obtenue. pH Qualité de la couche de phosphate 6 striée, tachetée 20 5,5 peu de stries et de marques 5,0 presque irréprochable 4,8 irréprochable 4,5 irr éprochable 25 4,0 irréprochable 3,5 stries fines, cristallinité irrégulière de la couche, cristaux plus gros par endroits Lors de 1'enduction électrique par immersion consécutive, 30 seules les tôles traitées dans la gamme de pH de 4 à 5,5 conduisent à des résultats bons ou satisfaisants. EXEMPLE 3 Des carrosseries d'automobiles souillées notamment d'huile et d'agent lubrifiant, sont traitées comme suit dans une installation de pulvérisation en continu à 5 zones : a) nettoyage pendant 2 minutes à 60°C par une solution contenant 3,4 g/1 de borax, 0,3 g/1 d'un composé du titane comme ac-tivateur, et 0,3 g/1 d'un tensio-actif non-ionique à faible pou-40 voir moussant. 71 16215 2122380 b) rinçage pendant 1 minute à 30 C environ à l'eau du robi- 3 net, débit de l'eau 8 m /heure. c) phosphatage pendant 2 minutes à 55°C dans une solution de phosphate de zinc accélérée au nitrite, concentration 14 points. 5 (consommation de NaOH 0,1 N lors du titrage de 10 ml d'une prise d'essai du bain en présence de phénolphtaléine) ; teneur en accélérateur environ 100 mg/1 de NaNC^. d) rinçage à l'eau du robinet pendant 1 minute à 35°C. e) rinçage à l'eau totalement désalinisëe pendant 1 minute à 10 25°C. f) arrosage à l'eau totalement désalinisée. Les couches de phosphate des carrosseries ainsi traitées portent de nombreuses stries et tâches. En de nombreux endroits, où adhérait un lubrifiant vieilli, se trouvent encore des restes de 15 graisse après le phosphatage. Dans un deuxième essai, au stade b), au lieu du rinçage à l'eau avant le phosphatage, on effectue un rinçage acide. A cet effet, on ajuste le bain de rinçage à un pH de 4,2 (électrode de ver- ; re) avec un concentré contenant de l'acide lactique technique et 20 un tensio-actif peu moussant, et on le maintient à ce pH pendant le fonctionnement. Le bain de rinçage contient environ 0,18 g/1 d'acide lactique et 0,09 g/1 d'agent tensio-actif. Le débit d'eau 3 est réglé à lf8 m /heure. La température s'établit aux environs de 48°C. Les revêtements de phosphate obtenus par ce procédé sont très 25 réguliers et finement cristallins, et ils ne présentent pas de stries ni de tâches. On ne trouve plus aucun reste de graisse. Pour déterminer l'aptitude des carrosseries traitées par les i deux procédés à 1'enduction ultérieure du point de vue résistance à la corrosion et adhérence de l'enduit, on traite simultanément 30 des tôles d'essai correspondantes (acier de qualité RRST 1405 m). A cet effet, les tôles d'acier sont dotées d'un revêtement de vernis en trois couches, la couche de fond étant déposée par le procédé électrique par immersion. Les tôles laquées sont ensuite soumises à l'essai de pulvérisation de sel selon ASTM B 117-64, et à 35 l'essai dit de choc de pierre. Ce dernier est effectué de la façon suivante : Les tôles à essayer sont d'abord bombardées dans un courant d'air de 2 atm. par 500 g de riblons d'acier (à arêtes vives, 4-5 mm), puis sont soumises à l'essai de pulvérisation de sel suivant 40 ASTM B 117-64 pendant 120 heures, et à nouveau bombardées par des i 71 16215 2122380 10 riblons d'acier de la façon indiquée précédemment• L'appréciation s'effectue par comparaison avec des tôles standard notées de 1 à 6, la note 1 signifiant une adhérence excellente, et la note 6 une adhérence totalement insuffisante. On obtient les résultats suivants : Traitement Essai de pulvérisation Essai de choc de pier- au stade b de sel migration de 3 mm re adhérence de la la- sous la laque au bout de que, notation rinçage à l'eau 3 60 heures 3 rinçage à l'acide lactique 7 20 heures 1-2 Le procédé suivant l'invention conduit donc à une améliora-tion importante de la résistance à la corrosion et de l'adhérence de la laque. EXEMPLE 4 On traite comme suit dans une installation d'immersion à 6 zones des pièces profilées en tôle assemblées en unités plus importantes : a) nettoyage avec un agent alcalin de nettoyage par immersion à 90°C b) rinçage à 1'eau froide c) rinçage à l'eau froide d) phosphatage par une solution de phosphate de zinc accélérée au chlorate (28 points) à 60°C e) rinçage à l'eau froide f) rinçage à l'eau complètement désalinisée g) séchage Les pièces profilées traitées présentent des couches de phosphate portant une grande quantité de stries et de marques. Dans une autre série, on utilise à la place du rinçage à l'eau c) une solution contenant de l'acide lactique ayant la cora-35 position indiquée dans l'exemple 3. Les couches de phosphate obtenues ne présentent pas les défauts constatés dans la première série ; elles sont régulières et finement cristallines. En particulier, la formation de la couche dans les creux des pièces profilées est bien meilleure que dans la première série. 40 De même, la qualité des pièces profilées soumise's ensuite à 20 25 30 71 16215 2122380 1'enduction électrique par immersion est meilleure pour la deuxième série. 71 16215 2122380 REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement de surfaces de pièces de fer et d'acier, caractérisé en ce que les pièces 5 a) sont nettoyées avec une solution aqueuse-alcaline, b) sont amenées en contact, à une température inférieure à 60°C, avec une solution aqueuse dont le pH a été ajusté entre 4 et 5,5, de préférence entre 4 et 4,8, avec de l'acide lactique, et qui contient un tensio-actif non-ionique, 10 c) sont revêtues d'une couche de phosphate et d) sont recouvertes par le procédé électrique par immersion d'un revêtement organique. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que dans le stade b), on utilise une solution contenant de 0,01 à 15 1 g/1 d'acide lactique et au moins 0,05 g/1 de tensio-actif non-ionique .