ХРОМАТИРУЮЩИЙ СОСТАВ
CHROMATE TREATMENT COMPOSITION

Область техники
Настоящее изобретение относится к технической обработке поверхности металлов, в частности к хроматированию оцинкованной стали и может быть использовано в металлургии и машиностроении.
Существующий уровень техники
Уже длительное время для обработки поверхности металлов используются составы на основе шестивалентного хрома и его солей. Один из таких составов описан в ГОСТ 9-305-84 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические».
Состав содержит
Натрия или калия бихромат технический
150 /дм<sup>3</sup>
Кислота серная
8-12 г/дм<sup>3</sup>
Но поскольку шестивалентный хром вреден для человеческого организма и окружающей среды, в последнее время для обработки металлов стали применять хроматирующие растворы на основе трехвалентного хрома или на основе композиции трех и шестивалентного хрома. Ввиду того что трехвалентный хром уступает по коррозионной защите шестивалентному, в такие составы вводят антикоррозионные добавки такие как фториды и силикаты.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному хроматирующему составу является состав, описанный в патенте RU 2425911 «Хроматирующий состав для обработки оцинкованной поверхности».
Состав содержит:
3
51,0-90,0 г/л - ионов CrO
3+
1,0-1,5 г/л - ионов Cr
102,0-120,0 г/л - ионов фосфата
0,1-0,4 - ионов фтороцирконата
3,0-6,0 г/л - полиакрилата аммония
Причем в качестве восстановителя используется фосфиновая кислота.
Состав прототипа эффективен при защите оцинкованной стали от поражения белой ржавчиной.
Однако если оцинкованная поверхность содержит в сплаве даже небольшой % алюминия, коррозия на поверхности металла наблюдается не только в виде белой ржавчины, но и в виде почернения металла. Почернению металла способствуют добавки фторидов и силикатов, содержащихся в хроматирующих составах.
Задачей заявляемого изобретения является создание эффективного хроматирующего состава для защиты оцинкованной стали от белой ржавчины и почернения.
Суть настоящего изобретения
В настоящем изобретении предлагается хроматирующий состав для обработки оцинкованной стали, применение которого эффективно защищает от появления белой ржавчины и почернения.
3
4
3+
-2
Поставленная задача достигается за счет того, что заявляемый хроматирующий состав содержит ионы хрома шестивалентного, ионы хрома трехвалентного, фосфат ионы, полиакрилат аммония, ОП-10 и моноэтаноламид при следующем соотношении компонентов, г/л: ионы CrO 10,0-15,0, ионы Cr 4,0-6,0, ионы PO  10,8-12,0, полиакрилат аммония 6,0-7,0, ОП-10 0,5-1,0, моноэтаноламид 1,0-2,0, вода - остальное.
3
4
2-
3+
В качестве ионов CrO используется хромовый ангидрид либо отработанный хромсодержащий электролит. В качестве ионов РO  используется ортофосфорная кислота, либо экстракционная фосфорная кислота. Cr получается в результате восстановления шестивалентного хрома восстановителем формалином.
ОП-10 поверхностно-активное вещество, представляет собой продукт обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена и обладает отличными смачивающими свойствами.
Добавка его в хроматирующий состав снижает поверхностное натяжение на границе хроматирующего раствора и металла и обеспечивает равномерное проникновение хроматирующего раствора по всей поверхности металла и во все его поры.
Моноэтаноламид представляет собой продукт конденсации моноэтаноламина и жирных кислот кокосового масла и обладает отличными смачивающими свойствами.
Добавка его в хроматирующий состав позволяет увеличить коррозионную стойкость получаемого хроматного покрытия.
Состав не содержит фтористых соединений ввиду того что, входя в состав хроматного покрытия они в агрессивной и влажной среде способствуют почернению металла.
Способ получения состава (примеры)
Пример 1
В стакан наливали 400-500 мл воды, затем засыпали 14 г хромого ангидрида, 14 г ортофосфорной кислоты (75% концентрации) и добавляли 0,4 г формалина для частичного восстановления хрома шестивалентного в хром трехвалентный. По истечении реакции восстановления добавляли 6 г полиакрилата аммония и 0,5 г ОП-10 в любой последовательности. После перемешивания компонентов добавляют воды до литра.
Пример 2
В стакан наливали 400-500 мл воды, затем засыпали 17,5 г хромого ангидрида, 15,7 г ортофосфорной кислоты (75% концентрации) и добавляли 0,5 г формалина для частичного восстановления хрома шестивалентного в хром трехвалентный. По истечении реакции восстановления добавляли 6,5 г полиакрилата аммония и 0,75 г ОП-10 в любой последовательности. После перемешивания компонентов добавляли воды до литра.
Пример 3
В стакан наливали 400-500 мл воды, засыпали 21 г хромого ангидрида, 16,5 г ортофосфорной кислоты (75% концентрации) и добавляли 0,6 г формалина для частичного восстановления хрома шестивалентного в хром трехвалентный. По истечении реакции восстановления добавляли 7 г полиакрилата аммония и 1 г ОП-10 в любой последовательности. После перемешивания компонентов добавляли воды до литра.
Пример 4 (по прототипу)
3
3+
Для приготовления состава смешивали 282 г отработанного хромсодержащего электролита с содержанием CrO 250 г/л, 158 г экстракционной фосфорной кислоты (72%-ной концентрации) и 546 г воды. Смесь перемешивали и нагревали до 70°С. Затем, не прекращая перемешивания добавляли 3,75 г фосфиновой кислоты в качестве восстановителя с целью частичного восстановления хрома шестивалентного в хром трехвалентный до получения 1 г/л ионов Cr. По истечении реакции восстановления в раствор добавляли 5,2 г гексафторциркониевой кислоты (40%-ной концентрации) и 4,5 г полиакрилата аммония. Перемешивали смесь до полного растворения компонентов. Перед использованием хроматирующий состав охлаждали до комнатной температуры.
Содержания компонентов в г/л в примерах заявляемого состава и прототипа приведены в таблице 1.
Таблица 1
Компоненты
содержание, г/л
1
2
3
CrO<sub>3</sub>
10,0
12,5
15,0
Cr<sup>3+</sup>
4,0
5,0
6,0
PO<sub>4</sub>
10,8
11,4
12,0
ZrF<sub>6</sub> <sup>2-</sup>
-
-
-
Полиакрилат аммония
6
6,5
7
ОП-10
0,5
0,75
1,0
Моноэтаноламид
1,5
1,5
2,0
Образцы оцинкованной стали марки Z 140 размером 70×150×0,5 обрабатывали в течение 1-3 секунд в описанных составах при комнатной температуре и далее сушили в сушильном шкафу при температуре 120°С.
По истечении 24 часов выдержки образцы оцинкованной стали с хроматным покрытием подвергали испытаниям на коррозионную стойкость, которую оценивали по поражению белой ржавчиной и почернения.
2
2
Испытания на поражение белой ржавчиной проводили в камере солевого тумана и водном растворе 50 г/л NaCl+3 г/л HO, используя по 5 образцов каждого примера.
В камере солевого тумана оценивали поражения площади образцов каждого примера.
2
2
В водном растворе 50 г/л NaCl+3 г/л HO оценивали % поражения площади образцов белой ржавчиной по истечению 3 часов выдержки.
Испытание на стойкость к почернению проводили в камере влажности, используя по 20 образцов каждого примера: образцы складывали стопой и сжимали между двумя прямоугольными пластинами из прочного металла с болтовыми отверстиями в каждом из четырех углов, скрепляя гайками на болтах с усилием и ставили в камеру влажности на 120 часов.
Результаты коррозионных испытаний данных составов приведены в таблице 2.
Таблица 2
Примеры составов
Испытания на стойкость к появлению белой ржавчины, % поражения
в камере солевого тумана
в водном растворе 50 г/л NaCl+3 г/л H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>
1
0
0,2
2
0
0,2
3
0
0,3
4
5
1,2
Из приведенных примеров видно, что использование заявляемого хроматирующего состава эффективно защищает оцинкованную сталь от поражения белой ржавчиной и почернения.
Литература
1. ГОСТ 9-305-84 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические».
2. Патент RU 2425911 «Хроматирующий состав для обработки оцинкованной поверхности».