Brevet FR2323776A1 — publié le 19770408

La présente invention concerne un perfectionnement à la phosphatation de surfaces métalliques, en particulier du fer et de l'acier, à une température de 60 à 90"C par immersion ou inondation avec des solutions aqueuses acides de phosphatation qui contiennent du zinc, du phosphate et du nitrate et, éventuellement, d'autres additifs et qui forment du nitrite de manière autocatalytique. De tels procédés dans lesquels du nitrite est formé in situ de manière continue à partir de nitrate, présentent l'avantage d'éviter le remontage du bain de phosphatation avec du nitrite Ces procédés sont connus depuis longtemps (voir par exemple le brevet britannique 514 443 et le brevet allemand 754 179) et ont été modifiés de différentes façon (voir par exemples les demandes allemandes DT-AS 1 521 876, DT-AS 1 521 927, DT-OS 2 313 452, PT-OS 2 353 049). Par un réglage approprié du rapport des constituants du bain et du rapport d'acidité, on peut obtenir une formation ultérieure importante de nitrite à partir de nitrate. Les pièces à phosphater sont mises en contact avec la solution dans les procédés par immersion ou par inondation à des températures comprises entre 60 et 90 C environ jusqu'à ce qu'unie couche de phosphate se soit formée sur toute les surface; généralement le temps de traitement suivant la nature du matériau est comprise entre 5 et 15 minutes. Normalement, pour la phosphatation des concentrations d'environ 0,09 à 0,180 g de N02 par litre de bain de solution sont nécessaires.Le réglage de la solution est effectué en pratique de telle façon qu'une quantité suffisante de nitrite se forme meAme dans des conditions défavorables. La formation de nitrite dépend également de la température et de l'importance du débit ou de la production. Par importance du débit, on désigne ici la surface métallique traitée dans la solution par volume de bain et par unité de temps. Le débit est cependant rarement constant en pratique pour différentes raisons et, dans de nombreux cas, il n'es pas possible d'obtenir le maintien d'une température constante du bain.Aussi souvent en pratique il se forme selon la température et l'importance du débit plus de nitrite qu'il n'est nécessaire, de sorte due des concentrations en nitrite pouvant aller jusqu 'à 0,3 g/l sont atteintes. Lorsque les concentrations en nitrite ont des valeurs aussi élevées, il se forme des couches de phosphate de zinc très minces qui ne satisfont plus aux exigences de la pratique. En particulier, lors de la déformation à froid ou dans un but de protection contre la corrosion, ces variations du poids de la couche en fonction de la concentration en nitrite ne sont pas souhaitées. De plus, par suite d'une concentration trop élevée en nitrite dans le bain, et selon la qualité du matériau à phosphater, il peut se produire des phénomènes de passivation . Cela se manifeste par le fait que le matériau n'est pas par moment phosphaté. Un autre inconvénient de la concentration élevée en nitrite est le danger de la formation importante de gaz nitreux toxique. L'existence durable ou temporaire de concentration trop élevée en nitrite est donc fortement indésirable Les inconvénients exposés ci-dessus des procédés de la technique antérieure sont évités selon la présente invention par le fait que dans le bain de phosphatation la teneur en N02 est maintenue à au moins 0,03 g/l et qu rune augmentation à plus 0,2 g/l est empêchée par l'addition d'une substance chimique décomposant le nitrite. La possibilité de décomposer les nitrites par addition de substances chimiques par exemple par addition d'urée, d'acide amido-sulfonique, de chlorate et de peroxyde est connue; dans le cas de l'urée et de l'acide amido-sulfonique le nitrite donne de l'azote et dans le cas de l'agent oxydant le nitrite est oxydé en nitrate. Dans la méthode proposée cependant seul l'excès du nitrite formé doit être évité. Le procédé selon la présente invention est réalisé avantageusement en utilisant un bain de phosphatation qui contient au moins 6 g/l de zinc, au moins 5 g/l de P205, au moins 10 g/l de N03 et de 0,03 à 0,2 g/l de N02, qui présente un nombre de points d'acide totaux de 20 à 80 et dans lequel le rapport pondéral P205 : Zn : N03 = 1 : (0,8 à 4,0) : (1,8 à 6,0) et le rapport pon déral P205 libre : P,O total est égal à 0,20 à 0,6 : 1.Pour le 25 remontage du bain, on utilise un concentré dans lequel le rapport pondéral P2O5 : Zn : NO3 = 1 : (0,38 à 0,80) : (0,40 à 0,90) et le rapport pondé P2O5 libre : P2O5 total est égal à 0 30 à 0 75 De plus, on ajoute au bain des produits chimiques décomposant les nitrites tels que l'urée, l'acide amido-sulfonique, le chlorate, le peroxyde en des quantités suffisantes pour qu'il n'y ait pas plus de 0,2 g/l de N02 dans le bain. Le chlorate peut être utilisé par exemple sous forme d'un sel alcalin, d'un sel alcalino-terreux ou sous forme de chlorate de zinc. Comme peroxyde on peut utiliser par exemple I'eau oxygénée, le peroxyde de sodium, le peroxyde de baryum ainsi que l'acide di-persulfurique et ses sels, le perborate et le peroxodiphosphate. En pratique, ces substances décomposant les nitrites peuvent eAtre ajoutées de façon dosée de manière continue au bain de phosphatation en quantité souhaitée au moyen d'appareils de dosage de substances solides dans la mesure où les substances sont des substances solides ou sous forme de solution aqueuse dans la mesure où elles sont solubles dans l'eau, ou encore sous forme de suspension. Une autre possibilité est l'utilisation de ces substances dans le concentré utilisé pour le remontage dans la mesure où elles sont solubles dans le concentré et stables, comme par exemple les chlorates alcalins. La quantité de substances décomposant les nitrites à ajouter dépend de l'excès de nitrites formé. Elle peut varier d'une installation à l'autre et est déterminée au préalable. Dans uq autre mode de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, on utilise avantageusement-un bain de phosphatation qui contient en plus au moins 0,4 g/l de calcium, le bain de phosphatation ne contenant pas toutefois plus de 3 parties en poids de calcium pour 1 partie en poids de zinc. Pour le remontage du bain, on utilise un rapport pondéral Ca : Zn = (0,005 à 0,30): 1. Le calcium peut être ajouté au bain sous forme d'un composé quelconque qui est soluble dans la solution et dont l'anion n'est pas gênant pour la formation de la couche, tel que par exemple CaC12 , Ca(N Ca (N03)2 Ca(CIOi\ Par l'utilisation simultanée du calcium de la manière indiquée, on obtient l'avantage supplémentaire d'une réduction très importante du volume de boue se formant au cours de la phosphatation. Un volume important de boue est gênant car il existe alors le danger que les pièces à phosphater se trouvent en partie dans la zone de boue et qu'il ne se forme qu'une couche de phosphate non sutfisante. Les exemples suivants illustrent la présente invention. EXEMPLE 1 Des tubes d'acier de diverses qualités ayant différentes teneurs en carbone sont traités en vue d'une déformation à froid ou d'une protection contre la corrosion selon le mode opératoire suivant. a) ils sont décapés dans de l'acide sulfurique à 5 à 20% à une température d'environ 600C; b) ils sont rincés avec de l'eau froide; c) ils sont phosphatés à une température de 700C avec une durée d'immersion de 5 minutes dans un bain de 20 m3 ayant la composition suivante Zn 14,4 g/l P205 7,2 g/l NOD 23,6 g/l On ajoute au début au bain 0,14 g/l de N02 sous forme de NaN02. Le nombre de points d'acide totaux du bain s'élève à 40. Le nombre de points d'acide libre s'élève à 4. Le rapport pondéral F205 : Zn : NO3 est de I : 2 : 3,3 et le rapport pondéral P2O5 libre : P205 total est égal à 0,4 : 1. Le bain est remonté à points d'acide totaux constants avec une solution de remontage présentant un rapport pondéral P2 : Zn : N03 = 1 : 0,45 : 0,48 et un rapport pondéral P205 libre P205 total = 0,62 : 1. Le débit est d'environ 0,16 m2. 1 1. h-l d) on rince avec de l'eau froide; e) on enduit de savon les tubes qui doivent être étirés ou on les passive dans une solution de nitrite alcaline pour les tubes qui sont phosphatés en vue de la protection contre la corrosion. Pendant le fonctionnement, on a constaté une augmentation de la concentration en N02 du bain en une journée de 0,14 g/l à 0,28 g/l. Cela se traduit par le fait que les couches de phosphate de zinc sur les tubes qui doivent être étirés chutent d'un poids moyen de 6 g/m2 à 3 g/m2 de sorte que des difficultés importantes sont rencontrées lors de l'étirage des tubes. De plus, on observe que les tubes ayant une teneur très faible en carbone ne sont pas parfois phosphatés. Par une addition dosée continue d'urée solide au bain de façon à maintenir la concentration en N02 entre 0,1 et 0,2 g/l ces difficultés peuvent eAtre totalement surmontées. EXEMPLE 2 Dans une installation d'étirage de fils, on traite superficiellement des fils d'acier de différentes qualités comme suit: a) on effectue un décapage dans de l'acide sulfurique à 5 à 20 % à une température de 650C; b) on rince dans de l'eau froide; c) On effectue une phosphatation dans un bain de 7 m3 à une température de 650C et avec une durée d'immersion de 15 minutes. Le bain a la composition suivante Zn 13,3 g/l Ca 1,06 g/l P O îo,6 g/1 25 N03 23,0 g/l Au début, on ajoute au bain 0,14 g/l de N02 sous forme de NaN02. Le nombre de points d'acide totaux du bain s'élève à 40, le nombre de points d'acide libre à 5,8. Le rapport pondéral P205 : Zn : NO3 est de 1 : 1,25 : 2,17 et le rapport pondéral P205 libre à P205 total est égal à 0,41 : 1. On remonte le bain à points d'acide totaux constants avec une solution de remontage ayant un rapport pondéral P2O5 : Zn NO3= 1 : 0,43 : 0,51 et un rapport pondéral P205 libre : P205 total = 0,6 : 1 et un rapport Ca : Zn = 0,033 : 1. La concentration en nitrite est maintenue inférieure à 0,2 g/l par addition dosée d'une solution de chlorate de sodium à 40 %. L'addition du chlorate de sodium est effectuée de telle façon que le rapport pondéral P205 (de la solution de remontage) : C103 soit de 1 : 0,2. Cette valeur a été obtenue à partir de la quantité de concentré de remontage utilisée par jour et de la quantité de chlorate de sodium utilisée par jour pour maintenir la concentration en nitrite inférieure à 0,2 g/l. d) on rince à l'eau froide; e) on traite dans un bain à la chaux qui contient 100 g/l de Ca(OH)2 à une température de 950C et avec une durée d'immersion de 5 minutes; f) on sèche à l'air. Après ce traitement les fils sont étirés à des diamètres plus faibles en utilisant un lubrifiant sec. Pendant la durée de l'essai on a traité dans le bain de phosphatation 44.000 m2 de surface de fils. La quantité de boue humide précipitée pendant ce temps s'est élevée à 1830 kgs, soit 41,6 g/m2. L'utilisation de produits chimiques pour le remontage, calculée sous forme de Zn + P205 + N02 + Ca, s'est élevée à 907 kg, soit 20,6 g/m2. En vue d'une comparaison, on a utilisé dans un fonctionnement identique un bain de 7 m3 en utilisant la même composition de bain et du concentré utilisée pour le remontage, mais sans addition de calcium et sans addition de chlorate de sodium. On traite avec ce bain les mêmes matériaux ayant subi le même traitement préalable. La surface de fils traitée dans le bain pendant la durée de l'essai s'élève à 36.000 m2. La quantité de boue humide précipitée pendant ce temps s'est élevée à 4.080 kg, soit 113 g/m2; la boue dans ce cas est très volumineuse. La consommation en substances chimiques,. calculée sous forme Zn + P205 + N03, s'est élevée à 982 kg, soit 27,3 g/m2 REVENDICATIONS I. Procédé d'obtention de revêtement de phosphate sur les surfaces métalliques, en particulier de fer et d'acier, à des températures de 6o à gOOC, par immersion ou inondation avec une solution aqueuse acide de phosphatation qui contient du zinc, du phosphate et du nitrate et qui forme de manière autocatalytique du nitrite, caractérisé en ce qu'on maintient dans le bain de phosphatation une teneur en N02 d'au moins 0,03 g/l et on empêche une augmentation à plus de 0,2 g/l par addition de substances chimiques décomposant les nitrites. 2. Procédé selon la revendicaton 1, caractérisé en ce qu'on utilise un bain de phosphatation qui contient au moins 6 g/l de zinc, au moins 5 g/l de P205, au moins 10 g/l de N03 et 0,03 à 0,2 g/l de NO2, qui présente un nombre de points d'acide totaux de 20 à 80 et dans lequel le rapport pondéral P205 : Zn : N03 = 1 : (0,8 à 4) : (1,8 à 6,o) et le rapport pondéral P205 libre P205 total est égal à 0,2 à 0,6 : I, le bain étant remonté avec un rapport pondéral F205 : Zn : NOg = 1 : 0,38 à 0,80 : 0,40 à 0,90 et un rapport pondéral P205 libre : P O total = 0,30 à 0,75 25 : 1 et l'on ajoute suffisamment de substances chimiques décomposant les nitrites pour qu'il n'y ait pas plus dans le bain de 0,2 g/l de NO2. 3. Procédé selon la revendication I ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'on utilise un bain de phosphatation qui contient en plus au moins 0,4 g/l de calcium, ce bain ne eontenant toutefois pas plus de 3 parties en poids de calcium pour 1 partie en poids de zinc et ce bain étant remonté avec un rapport pondéral calcium : zinc = 0,005 à 0,30 : 1.