[发明专利]用于对金属表面进行锌磷化的节约资源型方法

说明书

本发明涉及一种用于使用胶体水性溶液以成层方式对金属表面进行锌磷化作为活化阶段的方法，在活化后的方法步骤中，在锌表面上沉积层重量小于2.0g/m²的磷酸锌层。活化阶段是基于含有分散的颗粒成分的胶体水性溶液，该颗粒成分除了包含多价金属阳离子的磷酸盐的分散的无机化合物之外，还包含作为分散剂的聚合型有机化合物，该聚合型有机化合物至少部分地由苯乙烯和/或具有不超过5个碳原子的α‑烯烃构成，该聚合型有机化合物另外包含马来酸、其酸酐和/或其酰亚胺的单元，并且该聚合型有机化合物另外包含聚氧化烯单元。为了形成能充分防止腐蚀并可以供应给后续电涂的封闭的磷酸锌涂层，必须使胶体水性溶液的颗粒成分的含量基于胶体水性溶液为至少4g/kg。

本发明涉及一种作为活化阶段使用胶体水性溶液以成层方式对金属表面进行锌磷化(zinc phosphation)的方法，在活化后的方法步骤中，在锌表面上沉积层重量小于2.0g/m²的磷酸锌层。活化阶段是基于含有分散的颗粒成分的胶体水性溶液，该颗粒成分除了多价金属阳离子的磷酸盐的分散的无机化合物之外，还含有作为分散剂的聚合型有机化合物，该聚合型有机化合物至少部分地由苯乙烯和/或具有不超过5个碳原子的α-烯烃构成，该聚合型有机化合物另外包含马来酸、其酸酐和/或其酰亚胺的单元，并且该聚合型有机化合物另外包含聚氧化烯单元。为了形成能充分防止腐蚀并可以供应给后续电涂的封闭的磷酸锌涂层，必须使胶体水性溶液的颗粒成分的含量基于胶体水性溶液为至少4g/kg。

成层磷化是一种在金属表面，特别是金属铁、锌和铝的材料施加结晶防腐涂层的方法，这种方法已经使用了几十年，并得到了深入的研究。锌磷化(其被特别良好地确立用于防腐蚀)是以几微米的层厚度进行，并且是基于在含有锌离子和磷酸盐的酸性水性组合物中金属材料的腐蚀性酸洗。在酸洗过程中，在金属表面上形成碱性扩散层，该层延伸到溶液内部，在其中形成微溶性微晶，该微晶直接在与金属材料的界面处沉淀并在那里继续生长。为了支持在金属铝材料上的酸洗反应并掩蔽以溶解形式干扰金属材料上的层形成的浴毒铝，通常加入作为氟离子源的水溶性化合物。默认地，设定锌磷化，使得以至少2g/m²的层重量实现封闭的结晶涂层，特别是在组件的锌表面上，以用于良好的防腐蚀和涂层底漆。根据待磷化的金属表面，必须相应地调节上述酸洗和锌磷化阶段中活性组分的浓度，以确保在金属铁或钢、锌和铝表面上具有对应高的层重量。锌磷化总是通过活化待磷化的组件的金属表面而引发。湿化学活化通常通过与磷酸盐的胶体水性溶液接触来进行(“活化阶段”)，只要它们固定在金属表面上，就在随后的磷化中用作生长核以在碱扩散层内形成结晶涂层。在这种情况下，合适的分散体是胶状的，主要是基于磷酸盐微晶的中性至碱性水性组合物，其晶体结构与待沉积的磷酸锌层的类型仅有很小的晶体学偏差。在该上下文中，WO98/39498A1特别教导了金属Zn、Fe、Mn、Ni、Co、Ca和Al的二价和三价磷酸盐，在技术上优选将金属锌的磷酸盐用于后续锌磷化的活化。

基于二价和三价磷酸盐的分散体的活化阶段需要高水平的过程控制，以便将活化性能恒定地保持在最佳水平，特别是当处理一系列金属组件时。为了确保该方法足够稳健，在胶体水性溶液中从先前的处理浴或老化过程携带的外来离子一定不能导致活化性能劣化。在后续磷化中，最初出现的明显劣化在于层重量的增加，并最终导致形成有缺陷的或不均匀的磷酸盐层。总之，成层锌磷化因此是一种在技术上控制复杂的多阶段方法，并且迄今为止在工艺化学品和要消耗的能量两者方面以资源密集的方式进行。对于锌磷化的工艺步骤尤其如此，其首先由于层形成，特别是在具有锌表面的组件上需要高的材料要求，而且以与所需酸洗速率相关的方式将大量的材料移除到磷化浴中。高酸洗速率具有的效果是，必须采取措施来防止或制备和处理磷化污泥，这又需要使用另外的工艺化学品。

因此，需要优化用于锌磷化的预处理线，包括活化阶段和磷化阶段，使得整个方法可以以资源密集度较低的方式进行，特别是在具有锌表面的组件的预处理中。然而，节约资源的整个方法一定不能以锌磷化的性能为代价，锌磷化必须作为具有高电荷转移电阻的均匀、封闭的涂层提供，以便可以在后续电涂中获得良好的防腐蚀和对应良好的涂层覆盖。