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Procédé pour traiter les métaux et notamment améliorer leur résistance à la corrosionu
II est bien connu que l'action des solutions phosphatiques de revêtement sur le fer et l'acier peut être accélérée par l'introduction d'un nitrate, ainsi qu'il est décrit au Brevet anglais N 386.739, et qu'une partie de ce nitrate se trouve réduite am cours de la réaction.
Du nitrite se forme comme produit intermédiai- re pendant la réduction, mais c.e nitrite se décompose lui-même si rapidement que, dans les solutions normales de traitement contenant un nitrate accélérateur habi- tuellement utilisées, il n'a guère plus qu'une existence
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passagère et que de telles solutions sont en fait prati- quement exemptes de nitrite bien que, si l'on recourt à. des méthodes très précises d'analyse chimique, on puisse déceler une trace de nitrite à la surface du métal en traitement.
La quantité minime de nitrite formée dans les solutions de traitement phosphatiques normales contenant du nitrate habituellement employées jusqu'à ce jour ne. transforme par oxydation, en même temps qu'elle leprécipi- te, que dans une faible mesure à l'état ferrique lefer présent à l'état ferreux dans la solution, et il n'y a pas suffisamment de nitrite pour oxyder dans une propor- tion quelque peu. substantielle le fer ferreux, qui demeu- re en majeure partie en solution.
Or on a trouvé que lorsqu'on revêt du fer ou de l'acier au moyen de solutions phosphatiques à c e t effet, auxquelles on a ajouté un nitrate accélérateur, on ab- tient des résultats supérieurs en introduisant suffisam- ment de n itrite pour oxyder dans une large mesure ou même complètement le fer présent à l'état ferreux dans la mas- se de la solution de traitement. Le supplément de nitri- te peut si on le désire s'ajouter tel quel, mais il est préférable de l'engendrer dans la solution à partir du nitrate en réglant pour cela comme il sera dit par la suite la composition de la solution.
En effet, on a trouvé qu'en réglant soigneuse- ment la composition de la solution de traitement il est possible d'engendrer à partir du nitrate suffisamment de nitrite pour oxyder la totalité di fer présent à l'état ferreux et même abandonner une proportion résiduelle ap-
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préciable de nitrite libre. Dans certains cas c;ette abondante génération de nitrite peut s'effectuer sponta- nément à partir du nitrate, et dans d'autres cas on ajou- tera une petite quantité de nitrite au d ébut de l'opéra- tion de revêtement afin d'amorcer la génération de nitri- te, après quoi on peut maintenir ou même. augmenter le ti- tre en nitrite sans autre adjonction de nitrite tel quel.
Dans d'autres cas la génération de nitrite par le nitra- te peut être suffisante pour oxyder dans une large ma sure mais non complètement le fer ferreux et la solution, bien que renfermant alors une moins forte proportion de fer ferreux, n'en contiendra pas moins encore une quantité appréciable .La constitution précise de la solution néces- saire pour obtenir une génération de nitrite désirée quel=. conque dépend de plusieurs facteurs, parmi lesquels la proportion d'ions de nitrate présents par rapport aux ions de phosphate, le titre de la solution et la températu re, ainsi qu'il sera expliqué par la suite.
Le procédé suivant l'invention est particuliè- rement intéressant pour la production de revêtements au.- moyeh de solutions de phosphate de zinc ou de manganèse ou de mélanges des deux. Si dans de telles opérations on laisse le fer ferreux s'accumuler exagérément dans les solutions, le temps nécessaire pour produire le revête- ment augmente parfois et déplus on constate que la ré- sistance du revêtement à la corrosion tend à diminuer.
Cependant, l'invention présente un intérêt général dans. les opérations de revêtement aux phosphates..
A mesure que le nitrite se forme dans la solu-
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tion ou qu'on l'ajoute il se consomme dans l'oxydation du fer ferreux, de sorte que tant qu'il existe du fer fer- reux dans la masse de la solution la quantité de nitrite présente est toujours très faible A mesure qu'augmente la quantité de nitrite introduite la teneur en fer ferreux diminue jusqu'à ce qu'éventuellement la solution demeure plus ou moins exempte de fer ferreux, et dès ce moment le pourcentage de nitrite libre commence à augmenter.
Il convient d'ajouter à ce propos que même si la quantité de nitrite introduite est insuffisante pour oxyder la totali- té du fer ferreux il subsiste en fait un très faible pour- centage de nitrite, et que d'autre part si le nitrite est suffisant pour oxyder la totalité du fer ferreux il sub- siste quand même une minime proportion résiduelle de fer ferreux, notamment à la surface de la pièce, cela prove- nant probablement du fait que l'oxydation, du fer ferreux demande un certain temps pour s'effectuer. Il va sans dire que là où dans la présente description il s. era ques- tion d'oxyder complètement le fer ferreux on entendra par là l'oxydation de tout le fer ferreux à l'acception de cette trace qui existe invariablement surtout à la surfa- ce du ;,;étal soumis au traitement.
Comme il a été dit ci-dessus, on peut introdui- re le nitrite en l'ajoutant tel quel ou en réglant la coin- position de la solution de traitement de manière que le nitrite soit engendré par le nitrate accélérateur, et si on le désire on peut employer conjointement les deux mé- thodes. On a constaté que la formation de nitrite à par- tir du nitrate est auto-catalytique, c'est-à-dire que le nitrite catalyse sa propre génération, si bien que si l'on
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introduit du nitrite dans la. solution dès l'origine le nitrate donne plus facilemant naissance au nitrite. Trois séries de conditions présentent une importance particu- lière, savoir, les cas où :
1.
Il n'est à aucun moment ajouté de nitrite tel quel mais le nitrate en engendre spon- tanément assez pour oxyder le fer ferreux dans une large mesure mais non complète- ment;
2, on ajoute du nitrite à l'origine et dès lors le nitrate en forme auto-catalyti- quement assez pour oxyder complètement le fer ferreux et pour que subsiste une dose résiduelle appréciable de nitrite.
3. Il n'est à aucun moment ajouté de nitrite tel quel mais le nitrate en engendre suf- fisamment pour oxyder tout le f er ferreux et abandonner une dose résiduelle appré- ciable de nitrite..
Dans chacun, de ces trois cas la composition de la solution de traitement sera telle qu'après sa mise en service la proportion voulue de nitrite sera engendrée . par le nitrate. La composition, exacte pour que la solu- tion dégage le nitrite nécessaire (soit spontanément sans aucune adjonction initiale de nitrite soit auto-catalan-* tiquement aprèq adjonction de nitrite à l'origine) diffè- re suivant les diverses conditions mais ' - est, facile à déterminer dans n'importe quel cas donne. En général, un fort rapport NO3:
PO4 dans la solution de traitement faci- litera.la production de nitrite, et plus la, température
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sera élevée plus la formation de nitrite sera abondante, à la condition que la température ne soit pas supérieure à celle à laquelle le nitrite tend à se décomposer avant d'oxyder le fer ferreux.
D'autre part, plus le pourcenta- ge global du nitrate et du phosphate (calculé en tant qu'NO et PO4) et le titre de la solution (déterminé com- me étant le nombre de centimètres-cubes de solution aqueuse décinormale de soude caustique nécessaires pour neutraliser 10 eme.
de la solution de traitement en em- ployant la phénol-phtaléine comme indicateur) seront éle- vés, plus la génération de nitrite sera forte
En général, en employant une solution de phos... phate de zinc, une solution dont 10 cc sont neutralisés par 200cc de soude décinormale en présence de phénol phtaléine, semble être incapable de produire suffisamment de nitrite pour oxyder complètement lefer ferreux à m.oins qu'on n'ajoute à l'origine une petite quantité de nitri- te, auquel cas la génération de nitrite s'intensifie à cause de l'auto-catalyse.
Avec des solutions titrant 40 la tendance à l'oxydation de tout le fer et môme à la formation spontanée de nitrite est bien plus grande, et l'on peut obtenir une accumulation spontanée de nitrite avec un rapport pondéral de l'ordre de 2 : 1 entre l'NO3 et le PO4, l'opération s'effectuant aune température de 82 C Avec des titres plus élevés, par exemple de 60 ou 80, on peut obtenir une génération effective de nitrite à des températures bien inférieures, surtout si l'on aug- mente le rapport NO3:PO4.
En général, u.n rapport NO3:PO4 d'au moins 1 : 1 en poids, maïs plutôt supérieur, par exemple de 2 : 1 ou
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de 3 : 1, est avantageux, et l'on conçoit que cela impli- que l'introduction d'une forte proportion de nitrate, Le nitrate peut s'introduire d'une manière convenable quel- conque, par exemple sous forme de nitrate de sodium ou d'un nitrate de métal lourd, par exemple de nitrate de zinc, de manganèse ou de cadmium, ou d'un mélange des nitrates du sodium et d'un métal lourd.
Si c'est un ni- trate de métal lourd qu'on introduit ce sera de préfé- rence du nitrate de zinc si l'on utilise un bain de phos- phate de zinc, tandis que le nitrate de manganèse sera préférable dans le cas d'un bain de phosphate de manganè-:
se. S'il s'agit de solutions à titre faible¯il vaut mieux introduire le nitrate principalement sous forme d'un nitrate de métal lourda
On a trouvé qu'on obtient invariablement les meilleurs résultats lorsque le nitrate est introduit en partie sous forme de nitrate de sodium et en partie sous ? forme d'un nitrate de métal lourd.La valeur optimum, du rapport entre le nitrate de métal lourd et le nitrate de sodium dépend des circonstances, et les exemples présen tés ci-après illustrent les résultats qu'on obtient en employant des solutions renfermait des proportions divers ses d'ions de métal lourd, de sodium, de phosphate et de nitrateo Cependant et si on le désire,
le nitrate peut être entièrement de sodium ou entièrement de métal lourd.
En choisissant soigneusement la composition de la solutimn il est possible d'obtenir à- coup sur qu'à l'usage la masse de la solution demeure sensiblement exempte de fer ferreux et qu'il subsiste en outre une , proportion résiduelle de nitrite de l'ordre dé 1/10.000e
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(calculée en tant qu'NO3). Cet excès de nitrite a l'avan- tage d'accélérer davantage encore l'opération, de revê- tement.
Bien qu'il soit préférable de régler les con- ditions de façon que tout le nitrite nécessaire soit fourni par le nitrate (du moins après l'amorçage de l'o- pération), on conçoit que cela n'est pas strictement mé- cessaire., Dans certains cas l'adjonction d'une certaine quantité de nitrite après la mise en route de l'opération de revêtement peut être désirable afin d'entretenir la génération auto-catalytique du nitrite à partir du nitrate.
Les exemples ci-après indiquent de quelle façon on peut régir la production de nitrite en réglant la com- position de la solution de traitement. On peut préparer les solutions des exemples 1 à 29 en dissolvant des pro- portions diverses de phosphate de zinc dihydrogéné, d'acide phosphorique, de nitrate de zinc et de nitrate de sodium dans de l'eau, ou par des procédés chimiques équivalents, en employant par exemple de l'oxyde de zinc et de l'acide nitrique.
Avec les exemples 1 à 6 on considérera tout d'abord le cas de solutions qui, sans adjonction de ni- trite tel quel, engendrent à la température indiquée suf- fisamment de nitrite pour oxyder dans une large mesure rnais non complètement le fer ferreux. Ces exemples sont résumés dans le tableau suivant :-
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EMI9.1
<tb> Composition <SEP> calculée <SEP> NO3:
PO4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> PO4 <SEP> % <SEP> N03 <SEP> % <SEP> Zn <SEP> % <SEP> Na. <SEP> % <SEP> environ <SEP> Température <SEP> Titre
<tb>
EMI9.2
1. 1,2 2,5 0,33 0,94 2 820C. 20 2.0 1,1. 2el 0,4.7 0,67 2 83 C. 20 36 0l80 1,7 Oe6l, 0,35 2 82 Co 20 4. 0,49 1,0 0,67 2 82 CÓ 20 5. 2,1 4,3 0,94 z35 2 71 C. 40 6. 0,46 2,1 1,23 - 4,5 71 G. 30
Après usage chacune des solutions des exemples 1 à 6 contient une certaine proportion de fer ferreux, bien qu'il en ait été précipité une grande quantité sous forme de fer ferrique, La teneur résiduelle en ni. trite après usage (calculée en tant qu'NO2) n'est que de quelques millionièmes tout au plus, ce qui est la quan- tité minime de nitrite susceptible de coexister avec le fer ferreux.
Les exemples 7 à 18 figurant au tableau ci- après se réfèrent à des solutions où, après adjonction à l'origine de 20 millionièmes de nitrite, la teneur en nitrite augmente à l'usage, si bien que la totalité du fer ferreux (ou la presque totalité puisqu'il en subsis.. te toujours une trace ainsi qu'il a été dit) se trouve
EMI9.3
oxydée et la nasse de la solution est m.¯intenue gplus ou moins exempte de fer ferreux.
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EMI10.1
<tb>
Composition <SEP> calculée <SEP> NO3:PO4
<tb> PO4 <SEP> %' <SEP> NO3 <SEP> µl. <SEP> 2n <SEP> % <SEP> Na <SEP> % <SEP> environ <SEP> Température <SEP> Titre
<tb>
EMI10.2
7. , 1,2 3,8 0,33 1,40 3 82 Cd 20 8. 0,9 2,8 0,52 osa 85 3 82 C. 20 S. 0,65 2,0 0,64 0,43 3 82 C. 20 10. 0,33 1,0 0,63 3 820C, 20 11. 2,4 2,5 0,66 0,34 1 820C,, 40 12. 2,2 2,1 0,80 0,68 1 820c" 40 ..3v 1,9 2,0 1,00 0,43:
L 82 Co 40
EMI10.3
<tb> 14. <SEP> 1,5 <SEP> 1,6 <SEP> 1,25 <SEP> - <SEP> 1 <SEP> 82 C. <SEP> 40
<tb>
<tb> 15. <SEP> 2,4 <SEP> 5,0 <SEP> 0,66 <SEP> 1,88 <SEP> 2 <SEP> 82 Ce <SEP> 40
<tb>
<tb> 16. <SEP> 1,0 <SEP> 2,0 <SEP> 1,34 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> 82 C. <SEP> 40
<tb>
EMI10.4
17. 1,3 4,1 1128 0,86 3 711 C. 40 18. cy9 3,9 1,43 fly59 4,5 ?1C. 40
La dernière série d'exemples numérotés de 19 à 29 se rapporte à des solutions qui, à l'usage, assu- rent une oxydation complète du fer ferreux et établis- sent effectivement un titre sensible en nitrite sans ad- jonction de nitrite à un stade quelconque du procédé.
Dans chacune de ces solutions le titre en nitrite s'élè- ve à plus de 60 millionièmes (calculé en tant qu'NO2), et dans c ertains cas il atteint u.ne valeur très sensi- blement supérieure à 100 millionièmes.
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EMI11.1
<tb>
Composition, <SEP> calculée <SEP> NO3:PO4
<tb>
EMI11.2
P04 %. N0 ±1, Zm % Na % environ Température Titre 19 1,6 3,4 le22 0,70 2 82 Ce 40 20 2e4 7,6 0>66, 2278 3 82 C. 40 31 les se6 1,04 l70 3 82 C. 40 22 1,3 4,1 le28 C3y86 3 82 C. 40 23 O? S6 2,0 l 2? r 3 82 C. 40 24 2e4 11,3 Oe66 4119 455 820C. 40 35 1,6 7,3 le42 1,99 4,6 82C. 40 &6 0,9 3,9 1242 Oe59 4e5 82 C. 40 27 1,8 5e6 1204 1,70 3,0 71 C. 40 28 2e4 17,.3 0$66 419 4e6 710c, 40 29 116 7,3. 1,42 1,99 4j5 7l'='C. 40
Les-essais effectués au moyen des solutions ci-dessus ont été réalisés avec des plaques d'acier quon avait nettoyées en les frottant avec la fraction du pé- trole dénommée "white spirit", et la génération den itri- te a été examinée après traitement de 10, 20 et 30 pla..:
. ques, chacune étant t.raitée séparément pendant quatre minutes.
Il faut ajouter que si les solutions des exem.: ; ples ci-dessus ont été divisées en trois catégories, cer- taines d'entre elles peuvent en réalité figurer dans deux de ces catégories. Par exemple, même si une solution est incapable d'engendrer spontanément assez de nitrite pour oxyder complètement le fer ferreux, l'adjonction d'une certaine quantité de nitrite à l'origine peut provoquer une augmentation telle de la quantité de nitrite engen-
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drée qu'il s'en forme ensuite suffisamment pour oxyder tout le fer ferreux et laisser un excès de nitrite.
C'est ainsi qu'une solution peut figurer à la fois dans la première et la seconde catégories d'exemples ce qui est effectivement le cas pour les exemples 1 à 3.
Il va sans dire que dans la pratique on complé- tera les solutions de traitement lorsque ci est nécessaire par l'adjonction d'un mélange de complément qui maintien- dra la composition de la solution, Ce mélange de complé- ment sera invariablement d'une composition assez diffé- rente de celle du mélange primitif qui avait servi à pré. parer la solution de traitement, car les divers consti- tuants du bain se trouvent consommés à des taux diffé- rents pendant l'opération de revêtement. Lorsque la solu- tion est de celles qui ne demandent qu'une adjonction initiale de nitrite pour déterminer une génération auto- catalytique de nitrite après que le traitement a commencé; il n'est évidemment pas nécessaire que la solution de complément renferme dunitrite.
Si on le désire, des accélérants autres que des nitrates et des nitrites peuvent être incorporés à la so- lution, par exemple du cuivre, mais habituellement de tels accélérants supplémentaires ne sont pas nécessaires.
Le procédé suivant l'invention convient pour appliquer des solutions de phosphates sur le fer ou l'a- cier par voie d'immersion, de pulvérisation ou autrement.
Il permet d'obtenir rapidement d'excellents enduits de fine structure cristalline qui constituent une base ex- cellente pour les peintures et qui résistent remarquable.- mentà la corrosion.
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Bien que l'invention ait été décrite en se référant particulièrement aL revêtement du fer et de lea- cier, ce qui est son application la p lus importante, les solutions qu'elle vise sont susceptibles d'engendrer des quantités considérables de nitrite à partir du nitra- te, que le métal traité soit du fer ou.de l'acier ou quelque autre métal, par exemple du zinc, et l'on a cons- taté que la présence de ce nitrite est avantageuse pour le revêtement de tels autres métaux. Il s'ensuit que les sa lutions suivant l'invention sont utiles pour le revête- ment de métaux autres que le fer et l'acier.
Il y a lieu d'ajouter pour terminer qu'il est- connu que l'action de solutions phosphatiques de revête- ment peut être accélérée au moyen de nitrites, et c'est en fait ce qu'on trouve décrit au Brevet anglais N 386.739 mentionné au début de la présente description.
Comme un nitrite commercial contient invariablement en impureté du nitrate, l'adjonction uniquement de nitrite commercial à une solution phosphatique de revêtement peut en réalité impliquer l'adjonction à la fois de nitrite et de nitrate-. Il va sans dire que là où., dans la. pré- sente description, il est question de Il'adjonction d'un nitrate accélérateur, cela n'implique pas la simple /en. impur été / adjonction d'un nitrite qui se trouve renfermer/une petite dose de nitrate.
Dans un tel cas la teneur en nitrate 'de' la solution de traitement n'est que très faible, tandis,, que dans celui' du présent procédé elle est invariablement très substantielle, ordinairement environ 1 % ou plus, calculée en tant qu'NO3