[发明专利]锌磷化组合物和方法

说明书

本申请为1986年2月24日提交的未决美国专利申请No.06/834，491的部分继续申请，其全部公开内容供此参考。

本发明涉及在铁，钢，和其它金属制品表面上形成含磷酸锌保护层的改进法。这些层足够均匀和致密时可在后续拉制或类似成型加工前形成有效润滑基体。更具体地讲，本发明涉及磷化操作中减少于渣形量的处理液组合物和方法。

金属磷化液广泛用来在金属制品，特别是铁和碳钢制品表面上形成涂层。金属磷化液一般为磷酸和其它化学品，常包括锌，钙，和其它金属离子的稀水溶液，通过浸涂，喷涂或类似方式可将其与金属表面接触。金属表面与该溶液反应并且在适当条件下此反应可在表面上形成各种金属，若为磷化金属一部分，则常包括一些铁，以及溶液中作为阳离子存在的任何金属的基本上不溶性晶体磷酸盐的整块涂层。

这样形成的涂层可作为后续喷漆，润滑剂和其它物料的有效基体。这些涂层常能在金属制品应用时常常处于的各种环境中防腐，並阻止其下面的金属受腐蚀。这些涂层在工业上得到了广泛的应用。

磷化层已成熟的一个特殊应用领域是制造用来拉制和其它类似成型操作的金属，其中要求降低表面摩擦。在某些这类应用之中，已发现含锌和钙阳离子的磷化液优于绝大多数其它磷化液。例如，1987年8月25日授予Hagita        etal的USP        4，688，411说明了混合钙和锌磷化液的应用，其中钙/锌之比70-90℃下为0.3-1。如该Hagita专利的图4所示，钙/锌之比越大，则任何非零具体处理时间内达到的涂层重量就越低。

本专业中已知可在磷化液中应用羟基胺促进磷化反应，从而可在给定条件下与其它不含羟基胺的类似溶液相比而增大含羟基胺的磷化液中磷酸盐涂层形成量。

除了其要求效果而外，所有已知磷化液应用期间均会生成本专业一般称为“淤渣”的废料，为磷化液应用时沉淀出的金属磷酸盐和有时的其它物质之不溶混合物，必要时必须除去该废料以达到令人满意的连续操作。若淤渣集聚到超过一定水平，则其中一部分常会粘在某些被磷化金属制品上，从而在这些制品上形成不合要求的表面污点。排除淤渣费用昂贵，因为其中高浓度的毒性金属离子按现行法律要求有环保措施。因此，减少操作中余渣形成量为改进磷化工艺的很高目标。

除操作例中另有明确相反的说明而外，本文中说明物料量或反应或应用条件的所有数值需应理解为“大约”的。

已发现令人满意的预拉制润滑所需磷酸盐涂层可在3-15g/m²表面的涂层重量范围内形成并且该范围内的低涂层重量有时更为优选，只要形成了连续致密磷酸盐膜就可行。还发现锌磷化液，包括还含钙和/或某些其它金属离子的溶液中存在有限量的羟基胺可大大降低操作中淤渣形成量，而同时又不会给磷化工艺带来不利影响。

本发明优选实施方案之一是pH1-3.7，更优选2.5-3.5的磷化液，其中包括或更优选其基本相成为以下成分：（A）1-4wt%锌离子;（B）最多3wt%钙离子;（C）1-7.5wt%磷酸根;（D）至少0.02wt%羟基胺;（E）除羟基胺而外的促进剂，为本专业已知，其中可包含有效促进量的一种以上的化学品;（F）最多约0.1wt%镍和/或铜阳离子;（G）最多约0.2wt%锰阳离子;以及（H）水。本文中，任何“磷酸根”量均应理解为是溶液中磷酸和非成酸成分各种离子之和的PO^-3₄化学计量当量。而且，应当看到本发明溶液中还存在必然出现的对应离子，这在磷化过程中化学上无害处，对应于据说以离子形态出现的任何成分。

优选促进剂为硝酸根，为磷化液的1-7.5wt%。其它适宜促进剂包括，但不仅限于亚硫酸根，苦味酸根，钒酸盐，和/或钼酸盐。

在上述优选组成范围内，镍和铜阳离子之总量更优选为0.001-0.01wt%，最优选值为0.006wt%。若钙离子存在于溶液中，则其浓度优选为至少0.5wt%。

羟基胺量优选应使所有羟基胺均被代替且均由其量为被代替羟基胺的3wt%的亚硝酸根代替的同等锌磷化液比含羟基胺的溶液多生成至少50%的淤渣，其中以等量的磷化金属表面计。溶液中一般优选采用不多于0.4wt%的羟基胺，且羟基胺的最优选值为0.05wt%。