本发明专利技术揭示了处理金属以提高金属耐腐蚀性的方法。所述方法包括将包含镁粉和粘合剂的涂料施涂到金属表面上。本发明专利技术还涉及一种涂料组合物，其包括镁粉和硅烷改性的环氧异氰酸酯混合聚合物或预聚物。本发明专利技术人已经发现用本发明专利技术的方法和涂料组合物可以使２０２４Ｔ－３铝合金的耐腐蚀性超过３０００小时（依据ＡＳＴＭ Ｄ５８９４－９６用Ｐｒｏｈｅｓｉｏｎ↑［ＴＭ］暴露试验仪测定，其通过参考结合于此）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及用于防止或抑制金属腐蚀、尤其是防止或抑制铝和铝合金腐蚀的一种组合物，以及将该组合物用于上述目的的方法。
技术介绍
许多金属是容易被腐蚀的。在这方面，尤其需要关注大气腐蚀。这种腐蚀会影响受腐蚀金属和由该金属被腐蚀所生成产品的性能和/或形貌。此外，当将如油漆、胶粘剂或密封剂之类的聚合物涂料施涂到金属上时，底层金属的腐蚀会导致聚合物涂层与基材金属之间的粘合力损失。聚合物涂层与基材金属之间的粘合力丧失可同样导致金属腐蚀。铝和铝合金通常需要腐蚀防护，并需要增强基材铝(或铝合金)与随后的聚合物涂层之间的粘合力。铝合金特别容易腐蚀，因为用来提高金属机械性能的合金元素会降低耐腐蚀性。传统上，将含有由Cu、Mg、Fe和Mn的金属互化物形成的多相微观结构的沉淀级硬化的高强度Al合金与对抑制Al合金腐蚀特别有效的、含有CrIV、铬酸盐和重铬酸盐的保护性涂料体系一起使用。这些用于铝基材的耐腐蚀性飞行器涂料体系通常由转化型涂料层、底漆层和面漆组成。事实上，铬酸盐转化型涂层(“CCC”)可通过施加阳极电流经阳极方式沉积在Al表面上，或者通过三价和六价的铬盐溶液(即AlodineTM)与Al金属的反应经化学方式来形成。尽管CCC体系以及Cr颜料淀积作用已经被用于保护Al飞行器结构并取得了广泛的成功，但是目前正在限制铬酸盐的使用，因为铬酸盐被发现是致癌的，并且处理费用高，也是飞机高维修费用的原因之一。一般来说，腐蚀工艺描述了金属在其表面的氧化，这种氧化现象起到削弱和/或损坏金属表面的作用。大部分金属有足够的活性，可以被转化为其氧化物，腐蚀通过涉及在金属表面产生小型原电池的电化学作用而发生，这是普遍接受的。已经观察到，老化飞行器的主要结构腐蚀损坏从接合工艺中涉及的零件发展到机身本身，诸如铆钉、紧固件、搭接头、接合处和点焊处。所有这些接合方法都与影响金属中合金元素的金属冶金和环境诱导因素有关，一旦发生变化，飞行器的内表面和外表面会变得更易于腐蚀。例如，在一队飞行器中，观察到发生在点焊的搭接/折叠处的缝隙腐蚀和上机翼表面上的钢紧固件周围的环境诱导腐蚀，这两种现象被认为是主要的腐蚀问题。有三类主要的因素与铝合金腐蚀过程有关1)冶金学因素；2)机械因素和3)环境因素。冶金学诱导的因素包括热处理、合金元素的化学组成、材料的非连续性，例如存在空隙、沉淀物、晶界/取向、和/或在第二相(S-相)中有铜富集。机械因素包括与循环周期有关的疲劳和疲劳裂缝引发。此外，对腐蚀起作用的环境因素包括温度、含水量、pH、电解质、存在的盐的类型和暴露试验的频率与持续时间。对军用铝飞行器结构中的腐蚀过程起作用的、最为广泛接受的因素是直接化学侵蚀(例如，侵袭性的磷酸酯液压用流体的渗漏)、原电池腐蚀(例如，当电化学电位不同的金属与腐蚀介质接触时)、裂缝腐蚀(例如，当腐蚀性液体能进入到零件中或零件之间的裂缝中时)、点腐蚀(例如，导致形成深且窄的空穴的局部侵蚀)和应力腐蚀(例如，当拉伸应力或临界环境条件导致在晶界处发生脱合金化，这会导致形成阳极沉淀区域)。总得来说，在所有这些腐蚀类型中，因为颗粒位点处的点腐蚀造成的材料减少是影响Al 2024T-3机身表面材料的最基本的腐蚀机理。一般来说，Al 2024T-3被用作外部机身、机翼表面和飞行控制器表面，当这些表面处于易于发生点腐蚀的环境条件下时，可以观察到在暴露的颗粒结构中形成凹陷。当阴极颗粒(Al、Cu、Fe和Mn)溶解在合金基质中而阳极颗粒(Al和Mg)也溶解在其中时，Al 2024T-3中会发生点腐蚀，从而导致发生粒间腐蚀。估计Al 2024T-3中的阳离子颗粒数大约比阴离子颗粒数大三倍，因此，有发生点腐蚀诱导的粒间腐蚀的趋势。如果不能成功地解决由于浅点腐蚀或与疲劳和裂缝相关的机身腐蚀损坏，会导致灾难性的后果，例如，20世纪50年代中期两架Comet飞机在高空飞行中失事和1988年夏威夷航线的空难。如上所述，现有技术中对于提高金属耐腐蚀性，广泛采用铬酸盐转化型涂料来使表面钝化。但是，此类铬酸盐处理是不利的，因为使用的铬是高毒性、致癌且有害于环境的。也使用磷酸盐转化型涂料，但是其一般提供的腐蚀防护明显较小，除非是与铬酸盐一起使用。近来，已经提出了各种技术，从而避免在抑制腐蚀和促进粘合性的处理中使用铬酸盐。但是，这些提出的技术中有许多已经被证实是不那么有效的，或者是需要消耗时间、在能量方面效率不高、需要多步完成的方法。因此，仍然需要一种简单、低成本且有效的技术来抑制金属的腐蚀，特别是抑制铝和铝合金的腐蚀。本专利技术至少部分地旨在符合此需要。
技术实现思路
本专利技术涉及一种处理金属以提高金属耐腐蚀性的方法。所述方法包括将包含镁粉和粘合剂的涂料施涂到金属表面上。本专利技术还涉及一种涂料组合物，该涂料组合物包含镁粉和硅烷改性的环氧异氰酸酯混合聚合物或预聚物。附图说明图1A-1C是表示形成依据本专利技术的某些实施方式所用的多层共价结构的示意图。图1A表示表面硅烷化(silation)/胺化层。图1B表示该层随后与HMDI或MDI的反应。图1C表示进一步的聚合反应，根据推测该聚合反应从表面层一直延伸到体相中。图1D表示异氰酸酯单体与交联剂7-苯基-1--1，2，3，4-四氢喹喔啉-6-醇的反应，描述了大量环氧/异氰酸酯互相贯穿的网状结构在体相中的生长。图2A是富镁环氧/聚酰胺底漆在pH＝6.2的3％NaCl中相对于PVC的开路电位SCE图。图2B表示富镁环氧/聚酰胺底漆在pH＝6.2的3％NaCl中相对于PVC的0.01Hz时的|Z|模量。图3A是Mg粉、EckagranulesTMPK31和PK51的粒度分布图。图3B是表示对应于理论计算的CPVC的区域的PK31、PK51和AerosilTMR202的三相图。图4A-4D表示50％PVC混合环氧/脲/氨酯N3300(图4A)、50％PVC混合E23A(图4B)、50％PVC MC-PUR(图4C)和50％PVC环氧-聚酰胺(图4D)的改进的UL-94可燃性测试的结果。图5A-5D表示依据ASTM D5894-96对经过涂布的A12024T-3面板在0小时(图5A)、1200小时(图5B)、3000小时(图5C)和4800小时(图5D)进行ProhesionTM测试的结果，所述经过涂布的面板是指用表2中条目C所列出的配方(富镁底漆混合物N3300，50％PVC)、并用ELTTM面漆进行过涂布的面板。图5E表示依据ASTM D5894-96对经过涂布的Al 2024T-3面板在1800小时进行ProhesionTM测试的结果，所述经过涂布的面板是指用环氧EponTM828/AncamideTM2353聚酰胺(一种非着色的底漆)、并用ELTTM面漆进行过涂布的面板。图6A-6C是刻划的Al 2024T-3样品在pH＝12的条件下浸渍11天和进行EIS测试后的图像。这些样品经过E23A(图6A)、MC-PUR(图6B)或环氧-Mannich碱(图6C)的涂布。图7A-7C是刻划的Al 2024T-3样品在pH＝2.8的条件下浸渍11天和进行EIS测试后的图像。这些样品经过E23A(图7A)、MC-PUR(图7B)或环氧-Mannich碱(图7C)的涂布。具体实施例方式本专利技术涉及一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种处理金属以提高金属耐腐蚀性的方法，所述方法包括：将包含镁粉和粘合剂的涂料施涂到金属表面上。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：GP比尔瓦根，ME南纳，D巴托奇，
申请(专利权)人：NDSU研究基金会，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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