Brevet FR2572422A1 — publié le 19860502

Bain d'activation et d'affinage perfectionné pour procédé de phosphatation au zinc et concentré correspondant L'invention a pour objet un bain d'activation et d'affinage perfectionné pour procédé de phosphatation au zinc et concentré correspondant. Elle vise également un concentré pour la prépara- tion dudit bain d'activation. Le procédé de phosphatation comportant le susdit bain est du genre de ceux qui sont applicables aux surfa- ces d'objets essentiellement à base de fer ou de ses al- liages, notamment aux surfaces de substrats en acier. On rappelle que ces procédés de phosphatation ont pour but de conférer à des surfaces, notamment d'acier, une bonne résistance à la corrosion, notamment après l'application de peintures dont l'adhérence se trouve favorisée. Ces procédés de phosphatation au zinc conduisent à la formation sur les surfaces métalliques en question d'un revêtement cristallin; ce revêtement cristallin doit être le plus fin et le plus dense possible pour obtenir la meilleure adhérence possible des couches de peinture ulté- rieures, notamment dans le cas des peintures du type élec- trophorétique. Ces procédés de phosphatation au zinc comprennent les étapes suivantes: 1) Une ou plusieurs étapes de dégraissage alcalin, 2) Une ou plusieurs étapes de rinçage à l'eau de ville courante, 3) Une étape d'activation et d affinage, 4) L'étape de phosphatation au zinc proprement dite, ) Une ou plusieurs étapes de rinçage à l'eau, 6) Une étape de rinçage final passivant, notamment à l'aide de sels de chrome hexavalent ou de mélanges de chrome hexavalent et de chrome trivalent. Les étapes notamment d'activation et de phosphata- tion proprement dite sont effectuées à l'aide des bains appropriés soit par aspersion, soit par immersion, soit à la fois par aspersion et immersion. Dans le cas des procédés du genre en question ef- fectués totalement au jet, c'est-à-dire par aspersion, l'étape (3) peut être omise, les constituants activants étant alors introduits directement dans le bain utilisé, pour l'étape de dégraissage alcalin. Par contre, dans le cas des procédés du genre en question qui mettent en oeuvre une immersion totale ou des opérations aspersion/immersion, le maintien de l'étape (3) devient indispensable pour obtenir une phosphatation suf- fisamment fine et dense. Les bains destinés à la mise en oeuvre de l'étape de phosphatation au zinc peuvent comporter, outre le ca- tion zinc, d'autres métaux comme le nickel, le manganèse, le calcium- ou éventuellement le fer, comme largement dé- crit dans la littérature scientifique. Les agents affineurs mis en oeuvre au moment de l'étape d'activation et d'affinage sont constitués par des sels de titane colloïdaux connus sous l'appellation de sels de Jernstedt et décrits dans le brevet US 2.456.947. Un tel sel de Jernstedt peut être obtenu en mélan- geant 95 parties de phosphate disodique avec 5 parties de fluotitanate de potassium dans une quantité d'eau suffi- sante pour dissoudre les ingrédients. L'eau est ensuite chassée du mélange par évaporation à une température de 80 à 100*C. D'autres sources de titane peuvent être utilisées pour la fabrication du sel de Jernstedt, comme par exemple le sulfate de titane ou l'oxyde de titane. On peut également aouter des polyphosphates aux sels de Jernstedt, notamment en une proportion de 1 à 300 parties en poids de P207. Les sels de Jernstedt se trouvent couramment sur le marché et sont en particulier commercialisés par la Socié- té Demanderesse sous la marque de fabrique "FIXODINE 5". Il se trouve que ces sels sont extrêmement sensi- bles à la dureté de l'eau utilisée pour monter le bain d'affinage, si bien que l'activité d'un bain montée en eau industrielle est très faible et peu stable dans le temps-. Pour maintenir le maximum d'efficacité au niveau de l'étape d'activation, on utilise très souvent de l'eau dé- minéralisée. Lors de l'utilisation d'eau industrielle et étant donné l'instabilité décrite, il est usuel de faire fonctionner le bain par débordement avec apport de sels affineurs proportionnel aux quantités d'eau ajoutées. Une telle façon de procéder est coûteuse en eau et en produit actif, notamment lorsque le procédé de phospha- tation est appliqué au traitement d'objets de grande sur- face par immersion tels que rencontrés dans l'industrie automobile pour les carrosseries, les bains de traitement étant alors très volumineux et pouvant atteindre couram- ment des volumes de 100 à 200 m L'invention a pour but, surtout, de faire compren- dre aux procédés de phosphatation du genre en question une étape d'activation et d'affinage perfectionnée e>xempte des inconvénients de l'art antérieur. Or, les recherches approfondies de la Société De- manderesse lui ont permis de trouver que l'addition aux sels de titane d'une quantité efficace d'au moins un acide alcane phosphonique de formule (I) définie ci-dessous ou d'un sel correspondant, permet d'obtenir, en eau indus- trielle, un effet d'affinage-et de stabilité comparable à celui obtenu en eau déminéralisée. La susdite formule I, à laquelle répond l'acide alcane-phosphonique mis en oeuvre conformément à l'inven- tion, est comme suit: O R - P - O ()OH OH avec R1 représentant un radical alcoyle ou un radical ary- le éventuellement substitué par au moins l'un des substi- tuants du groupe comprenant le radical hydroxyle, d'autres groupements phosphoniques et les groupements amino de for- mule R dans laquelle Rz et R3 qui peuvent être iden- R N- tiques ou différents l'un de l'autre, représentent chacun un atome d'hydrogène ou ont la signification de R1. Les sels de ces acides qui sont utilisables sont ceux obtenus par neutralisation partielle ou totale par + + +1 des ions alcalins tels que Na et K ou par l'ion NH4 A titre d'exemple d'un tel sel, on indique celui de la formule (Ia) ci-après: ou R - P - ONa (la). I ONa Parmi les acides alcane-phosphoniques de formule (I), on préfère plus particulièrement ceux du groupe com- prenant: - l'acide hydroxyméthylphosphonique - l'acide hydroxypropylphosphonique - l'acide octylphosphonique - l'acide éthyl- et l'acide butylphosphonique - l'acide 1-hydroxyéthylidène-1,1diphosphonique - l'acide amino-tri(méthylènephosphonique) - l'acide éthylène-diamine-tétra(méthylènephospho- nique) et - l'acide 2-phosphono-butane-l1,2,4-tricarboxylique. Il s'ensuit que le bain d'activation et d'affinage conforme à l'invention pour procédé de phosphatation au zinc est caractérisé par le fait qu'il comporte une quan- tité efficace d'au moins un acide alcane-phosphonique de formule (I) ou d'au moins un des sels alcalins ou d'ammo- nium correspondant à ces acides alcane-phosphoniques. Avantageusement, le susdit bain comporte, outre les constituants classiques dont notamment au moins un sel de - Jernstedt en une proportion correspondant à environ 1 à ppm de titane, une proportion de 10 à 700 ppm, de pré- férence de 50 à 200 ppm, d'acide alcane-phosphonique de formule (I) ou d'un de ses sels, le pH du bain étant de 7 à 9,5, de préférence de 7,5 à 9. Pour régler le pH à la valeur recherchée, on peut avoir recours à des proportions appropriées de tartrates, phosphates, polyphosphates et carbonates alcalins. D'autres constituants du bain conforme à l'inven- tion peuvent être des pyrophosphates ou des citrates al- calins. Des bains d'affinage particulièrement avantageux sont ceux dont la composition est indiquée ci-après: Bain A: - 2 g/1 de sel de Jernstedt (FIXODINE 5) - 60 ppm du sel de sodium de l'acide aminotri- (méthylène-phosphonique) - eau q.s. Bain B: - 2 g/l de sel de Jernstedt (FIXODINE 5) - 200 ppm du sel de sodium de l'acide phosphonique - eau q.s. Bain C: - 2 g/l de sel de Jernstedt (FIXODINE 5) - 50 ppm d'acide 1-hydroxyéthylidène-l,1-diphospho- nique, - eau q.s. Pour préparer ces bains, on introduit successive- ment dans la quantité d'eau appropriée le sel -de Jernstedt et l'acide phosphonique. Plus généralement et notamment dans la pratique, on prépare ces bains à partir du concentré conforme à l'in- vention qui est caractérisé par le fait qu'il contient l'acide de formule (I) Ou son sel et le sel de Jernstedt en des proportions telles que son mélange avec une quanti- té appropriée d'eau fournit le bain d'activation et d'af- finage conforme à l'invention. Avantageusement, le concentré conforme à l'inven- tion se présente sous forme de deux récipients séparés contenant respectivement, d'une part, le sel de 3ernstedt et, d'autre part, une solution aqueuse de l'acide phospho- nique de formule (I) ou de son sel, ces deux récipients pouvant être réunis de préférence sous la forme de ce qu'on appelle généralement un "kit" de traitement; ce concentré peut également se présenter sous forme d'une poudre comprenant: - de 1 à 5 Z en poids de titane exprimé en titane (IV} sous forme de phosphate de titane - de 2,5 a 10 X en poids d'acide phosphonique de for- mule (I) - de 89 à 92,5 Z en poids de phosphate de sodium et de potassium. Un exemple avantageux du concentré conforme à l'in- vention est celui de formule: - titane exprimé en titane (IV) sous forme de phosphate de titane..... 2 X en poids - phosphate trisodique........... 93 X en poids..DTD: - acide 1-hydroxyéthylidène-l,-1- diphosphonique................... 5 Z en poids. Le bain d'activation et d'affinage conforme à l'in- vention est mis en oeuvre à une température de 20 à 50'C. Sa stabilité est suffisante pour qu'il puisse fonc- tionner en régime normal sans régénération, c'est-à-dire sans apport de quantités supplémentaires de concentré au- tres que les quantités normales à apporter par consomma- tion du produit, pendant environ 5 à 15 jours. Les autres étapes du procédé de phosphatation au zinc comportant l'étape d'activation mettant en oeuvre le bain conforme à l'invention, sont effectuées de manière conventionnelle. On en trouve la description détaillée notamment dans la demande de brevet français N' 80 03185. L'invention pourra être encore mieux comprise à l'aide des exemples décrits ci-après et dont les deux pre- miers sont des exemples comparatifs faisant ressortir les avantages inhérents à l'invention par rapport à l'état antérieur de la technique. Dans ces exemples, seule l'étape d'activation et d'affinage est décrite, les autres étapes étant toujours les mêmes, la succession d'étapes étant la suivante: - étape de dégraissage alcalin par immersion dans un bain aqueux comportant une composition à base de sels alcalins, à savoir celle commercialisée par la Société Demanderesse sous la marque de fabrique "RIPOLINE 1501" à 1,5 Z en poids/volume ainsi qu'une composition tensio- active, à savoir celle commercialisée par la Société De- manderesse sous la marque de fabrique "RIDOSOL 502 R" à 0,15 ' en volume, la température étant de 60 C et la durée de 5 minutes; - étape de rinçage à l'eau de ville courante à tem- pérature ambiante; - étape d'affinage conforme à l'invention par im- mersion pendant 1 minute à la température ambiante; - étape de phosphatation au zinc à l'aide d'un bain aqueux comportant une composition à base de phosphates acides de zinc, à savoir celle commercialisée par la So- ciété Demanderesse sous la marque de fabrique "GRANODINE 908", en procédant par immersion, pendant 3 minutes, à 55'C; - une étape de rinçage à l'eau de ville courante, - une étape de séchage pendant 5 minutes sous cou- rant d'air chaud à 80'C. On s'attache à étudier dans ces exemples l'influen- ce de différents bains d'activation sur la morphologie des cristaux de phosphate de zinc déposés dans l'étape de phosphatation, Cette morphologie est examinée à l'aide d'un micro- scope électronique à balayage à un grossissement de 1500, On pratique deux examens dont le premier est effec- tué après traitement dans un bain neuf, 10 minutes après son montage, et dont le deuxième est effectué après trai- tement dans le même bain, 6 jours après le montage de celui-ci. EXEMPLE 1 (Comparatif) Le bain d'activation comprend 2 g/i de 'sel de Jernstedt (FIXODINE 5) en eau déminéralisée correspondant à 20 ppm de titane. Les autres constituants sont des phosphates de sodium. Le pH est de 7. EXEMPLE 2 (Comparatif) Même composition et même pH que dans l'exemple i mais l'eau est constituée par de l'eau du robinet. Le pH est de 7,9. EXEMPLE 3 - Le bain d'activation comprend, dans de l'eau du robinet - 2 g/l de sel de Jernstedt (FIXODINE 5) - 50 ppm d'acide 1-hydroxyéthylidène-1,1-diphospho- nique, le pH résutant étant de 7,8. EXEMPLE 4 Le bain est identique à celui de l'exemple 3, à la différence près que l'acide phosphonique est présent à raison de 100 ppm. EXEMPLE 5 Le bain est identique à celui de l'exemple 4, mais le pH est amené à 9 avec du phosphate trisodique. EXEMPLE 6 Le bain d'activation comprend, dans de l'eau du robinet: - 2 g/1l de sel de Jernstedt (FIXODINE 5) - 60 ppm du sel de sodium de l'acide aminotri(mé- thylène-phosphonique), le pH étant de 8. EXEMPLE 7 Le bain est identique à celui de l'exemple 6 à la différence près que le sel de sodium de l'acide phospho- nique est présent à raison de 200 ppm. EXEMPLE 8 Le bain est identique à celui de l'exemple 7, à la différence près que l'acide phosphonique est présent à raison de 100 ppm et le pH est alors de 7. EXEMPLE 9 Le bain d'activation comprend, dans de l'eau du robinet: - 2 g/1 de sel de Jernstedt (FIXODINE 5) - 600 ppm d'acide 2-phosphono-butane-1,2,4-tricar- boxylique, le pH étant réglé à 9-avec du phosphate trisodique. Dans tous les exemples, on traite deux éprouvettes en acier qualité automobile d'une dimension de 25 x 20 cm. Les éprouvettes ainsi traitées sont examinées au microscope électronique, comme indiqué précédemment. Suivant la grosseur relative des cristaux, on at- tribue une note de 1 à 5, à savoir: 1: note correspondant à la finesse maximum (cristaux très fins) 2 note correspondant à des cristaux fins 3: note correspondant à des cristaux moyens 4 note correspondant à des cristaux grossiers : note correspondant à des cristaux très grossiers. On a réuni dans le tableau suivant les résultats trouves. ! i Premier examen Deuxième examen Exemple 10 minutes après après 6 jours de durée ! No. montage du bain de vie du bain ' i1 Cristaux note 1 Cristaux note 2 (comparatif) très denses denses 2 Cristaux note 4 Cristaux note 5 (comparatif) denses parsemés 3 à 5 Cristaux note 1 Cristaux note 1 très denses très denses 6 Cristaux note 2 Cristaux note 3 très denses denses 7 Cristaux note 1 Cristaux note 3 très denses denses 8 Cristaux note 2 Cristaux note 3 denses denses 9 Cristaux note 1 Cristaux note 1 très denses très denses De l'ensemble de ces résultats, on déduit: - que les acides phosphoniques mis en oeuvre selon l'in- vention ou leurs sels améliorent notablement la densi- té et la finesse des cristaux, - que les résultats obtenus sont supérieurs ou équiva- lents aux résultats obtenus avec un montage en eau dé- minéralisée. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement'envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Bain d'activation et d'affinage pour procédé de phosphatation au zinc, caractérisé par le fait qu'il com- porte, outre un sel de Jernstedt, une quantité efficace d'au moins un acide alcane-phosphonique de formule: O iN R - P - OH (I) I I OH dans laquelle R1 représente un radical alcoyle ou un radi- cal aryle éventuellement substitué par au moins l'un des substituants du groupe comprenant le radical hydroxyle, d'autres groupements phosphoniques et les groupements ami- no de formule R2P - dans laquelle R et R qui peuvent être identiques ou différents l'un de i'autre, représen- tant chacun un atome d'hydrogène ou ayant la signification de Ri, ou d'au moins l'un des sels alcalins ou d'ammonium corres- pondant aux susdits acides alcane-phosphoniques. 2. Bain selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'acide alcane-phosphonique est choisi dans le groupe comprenant: - l'acide hydroxyméthylphosphonique - l'acide hydroxypropylphosphonique - l'acide octylphosphonique - l'acide éthyl- et l'acide butylphosphonique - l'acide 1-hiydroxyéthylidène-1,1-diphosphonique - l'acide aminotri(méthylènephosphonique) 3O - l'acide éthylène-diamine-tétra(méthylènephospho- nique) et - l'acide-2-phosphono-butane-1,2,4-tricarboxylique. 3. Bain selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend une proportion de à 700 ppm, de préférence de 50 à 200Z ppm, d' acide al- cane-phosphonique de formule (I):ou l'un de ses sels, le pH du bain étant de 7 à 9,5, de préférence de 7,5 à 9. 4. Bain selon l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisé par le fait qu'il présente la composition sui- vante: - 2 g/l de sel de 3ernstedt -(FIXODINE 5)- - 60 ppm du sel de sodium de l'acide aminotri- (méthylène-phosphonique) - eau q.s. 5. Bain selon l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisé par le fait qu'il présente la composition sui- vante: - 2 g/1 de sel de Jernstedt (FIXODINE 5) -200 ppm du sel de sodium de l'acide phosphonique - eau q.s. 6. Bain selon l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisé par le fait qu'il présente la composition sui- vante: - 2 g/l de sel de Jernstedt (FIXODINE 5) - 50 ppm d'acide 1-hydroxyéthylidène-1,1-disphos- phonique, - eau q.s. 7. Concentré pour la préparation d'un bain d'acti- vation et d'affinage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte les constituants dudit bain en des proportions telles que ce bain est obte- nu par mélange du concentré avec une proportion appropriée d'eau. 8. Concentré selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il se présente sous la forme d'une poudre comprenant: - de 1 à 5 Z en poids de titane exprimé en titane(IV) sous forme de phosphate de titane, - de 2,5 à 10 Z en poids d'acide phosphonique, - de 89 à 92,5 Z en poids de phosphate de sodium et de potassium. 9. Concentré selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il présente la constitution suivante: - titane exprimé en titane (IV) sous forme de phosphate de titane...... 2 en poids - phosphate trisodique............. 93 7 en poids - acide 1-hydroxyéthylidène-1,1- diphosphonique................... 5 Z en poids. 10. Concentré selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il se présente sous la forme de deux réci- pients séparés réunis dans ce qu'on appelle un "kit" de traitement et contenant respectivement, d'une part, le sel de Jernstedt et, d'autre part, une solution aqueuse de osphonique de formule (I) ou de son sel. 1'acide phosphonique de formule (I) ou de son sel.