用于已涂敷有金属的基材的后处理制造技术

含水组合物，用于后处理诸如镀镉钢、涂敷锌－镍的基材之类的已涂敷有金属的基材，以及使用所述组合物的方法，以获得可识别颜色的涂层，并且改善涂层的耐腐蚀性、磨损、电和粘附性质。所述后处理组合物包括ｐＨ值约为２．５～５．５的酸性水溶液，并且包含有效量的三价铬化合物、碱金属六氟锆酸盐、至少一种二价锌化合物、碱金属氟化合物以及有效量的水溶性增稠剂、润湿剂或表面活性剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术由来此处描述的专利技术是美国政府雇员作出的，因此，为政府目的而由政府或为政府制造和使用本专利技术不需要支付任何使用费。继续申请本申请是共同待决申请序列号10/012,981(申请日为2001年11月6日)的部分继续申请，而10/012,981又是Matzdorf等在2000年10月31日申请的共同待决申请序列号09/702,225的部分继续申请，而09/702,225现在是2002年4月23日发布的专利6,375,726B1。
技术介绍
专利
本专利技术涉及后处理已涂敷有金属的基材的方法，并且涉及用于处理已涂敷有金属的基材的组合物，该组合物可以提供颜色识别并改善已涂敷基材的粘结力、磨损和耐腐蚀性质。更具体而言，本专利技术涉及新组合物和使用该组合物后处理已涂敷有金属的基材的方法。该组合物包括含有效量的至少一种水溶性三价铬化合物、碱金属六氟锆酸盐、至少一种四氟硼酸盐和/或六氟硅酸盐、至少一种水溶性锌化合物和有效量的水溶性增稠剂的酸性水溶液。现有技术的描述当前用于已涂敷有金属的基材的高效后处理是以六价铬化学为基础的。六价铬毒性高，并且是已知的致癌物质。因此，用于沉积后处理涂层的溶液和涂层本身是有毒的。然而，这些涂层产生优异的涂料粘附力，并且对基材金属有优异的耐腐蚀性。通常，后处理或涂层在环境温度沉积到金属上，并通常通过浸渍或喷涂工艺涂敷。后处理通常由约束每个被处理金属涂层的军用或商用说明进行规定。同样，尽管对于“转换涂敷”铝和它的合金有说明，但是对于所有金属涂层却没有单独的“后处理”规定。此外，环境法、行政命令以及地方职业、安全和健康(OSH)条例都使军事和商业用户在寻找不使用铬酸盐的后处理。就这些涂敷金属来说，金属基材和涂层本身是相对无毒的。然而，使用加入铬酸盐的后处理，这些涂层就变成有毒。此外，使用铬酸盐的后处理由于规章更严格而变得更昂贵，而且由于EPA强加的限制使成本变得高到难以承受。而且，由于OSH危险，一些设备是禁止某些工艺的，比如喷涂铬酸盐涂敷溶液，因此强制使用没有达到最佳的溶液(less-than-optimumsolutions)。因此，尽管现在铬酸盐后处理在其技术性能上是很优秀的(因为它们以低应用成本提供改进的腐蚀保护和粘合力如涂料和其它涂层的粘附力)，但是从生命周期成本，环境和OSH角度考虑，铬酸盐涂层对于人们和环境是有害的。专利技术概述本专利技术涉及三价铬后处理(TCP)的组合物，并且涉及用于获得颜色识别以及改进已涂敷有金属的基材粘附力和耐腐蚀性的方法。这些涂层和方法通常称作“后处理”。后处理是形成初始涂层之后与被处理金属接触的涂层，因此后处理除了可能穿过外金属涂层中的一些孔之外，通常没有与底涂层直接接触。具体而言，本专利技术涉及组合物，而且涉及使用所述组合物在环境温度或更高温度(例如约200°F以下的温度)后处理已涂敷有金属的基材的方法。更具体地说，本专利技术涉及用于后处理金属涂层的组合物，所述后处理用以获得颜色识别，改进涂层的耐腐蚀性和粘附性质，比如涂料粘附力。该组合物包括pH值范围为约2.5～5.5、并优选3.7～4.0的酸性水溶液，而且包括(以每升溶液计)约0.01～22克水溶性三价铬化合物；约0.01～12克碱金属六氟锆酸盐；约0.0～12克、优选0.01～1.2、更优选0.12～0.24克选自由碱金属四氟硼酸盐、碱金属六氟硅酸盐和这两种盐的各种结合物组成的组中的至少一种氟化合物；约0.001～10克/升的至少一种锌化合物、优选二价锌盐；约0.0～10克/升、优选0.5～1.5克/升的至少一种水溶性增稠剂以及约0.0～10克、优选0.5～1.5克/升的至少一种表面活性剂或润湿剂。与通常的铬酸盐基涂层相比，以三价铬为基础的组合物和方法提供优异的技术性能。然而，这些组合物的缺点是在处于沉积状态的(as-deposited)金属涂层中缺少显著的颜色变化，尤其是当用作用于铝基牺牲涂层的后处理时缺少显著的颜色变化。这种铬酸盐基涂层具有易于被加工者、质量控制人员以及本领域中的其它用户识别的闪光金色到褐色。在涂敷铝的部件上的金色通常意味着存在铬酸盐后处理，并且该颜色对于这种不考虑技术涂层性能如耐腐蚀或涂料粘结力的质量控制是有用的。TCP涂层根据处理条件通常具有稍微浅蓝色到略带紫色到棕褐色，这种情况在混合光中诸如在生产设备、在修理仓库或制备工厂内都很难看到。在一些表面如离子气相沉积(IVD)铝上的TCP涂层实质上是无色的。这些涂层的另一个缺点是作为后处理TCP涂层的相对性能。如前面公开的那样，TCP涂层在各种牺牲涂层如镉、IVD铝和锌合金(如锌-镍和锡-锌)上产生与铬酸盐后处理大约相同的耐腐蚀性。然而，所希望的是具有比当前已知的铬酸盐后处理表现更好的后处理涂层。因此，本专利技术目的是提供一种酸性水溶液，它包括有效量的三价铬化合物、碱金属六氟锆酸盐、四氟硼酸盐和/或六氟硅酸盐以及二价锌化合物，该水溶液用于后处理已涂敷有金属的基材，以提供颜色识别和鉴别，并改进粘合力和耐腐蚀性。本专利技术的另一个目的是提供pH值范围约为2.5～5.5的稳定酸性水溶液，它包含三价铬盐、六氟锆酸盐和二价锌盐，它用于后处理金属涂层。本专利技术的再一个目的是提供含有三价铬并且其pH值为约3.7～4.0的稳定酸性水溶液，该酸性水溶液用于在约室温下处理已涂敷有金属的基材，其中所述溶液基本上不含六价铬。通过本专利技术进一步且更详细的描述，本专利技术的这些和其它目的将变得明显。本专利技术的详细描述本专利技术涉及用于在牺牲涂层诸如镉、锌、IVD铝、铝板、锌-镍和锡-锌上制备耐腐蚀性涂层的组合物和方法。所述方法包括使用含有三价铬盐基、碱金属锆酸盐如六氟锆酸钾、纤维素基增稠剂和碱金属化合物如四氟硼酸钾或六氟硅酸钾稳定剂的酸性水溶液处理所述已涂敷有金属的基材。该组合物也必需包含二价锌基化合物以使所得涂层具有颜色改变或颜色识别。在大多数情况下，锌基化合物也增加由后处理涂层所赋予牺牲涂层的耐腐蚀性。锌化合物的量可以变化以调节所赋予涂层的颜色，该含量变化可以从0.001克/升增加到10克/每升，例如0.1～5.0克/升。由标准技术制备牺牲涂层之后，本专利技术的组合物可以在室温使用，并通过与传统铬酸盐后处理所使用方法相类似的浸渍、喷涂或擦涂技术(wipe-on technique)涂敷到基材上。溶液停留时间为1～15分钟。随着耐腐蚀性增加，也可以是随着粘附力降低，停留时间能够增加至高达30分钟。10分钟的停留时间会产生颜色变化、涂料粘附力和耐腐蚀性都最佳的膜。在本专利技术中，1～15分钟的停留时间使处于沉积状态的涂层产生合适颜色变化，根据被处理的牺牲涂层的组合物，该颜色变化为从浅棕色到暗青铜色到灰蓝色到亮钴蓝色。此外，在沉积涂层中产生颜色变化的锌化合物也改善耐腐蚀性，好于对牺牲涂层预先制备的TCP后处理。在某些情况下，例如在IVD铝上，耐腐蚀性的改善超过标准铬酸盐和TCP后处理，达到100％。具体而言，本专利技术涉及pH值范围约为2.5～5.5、并优选约3.7～4.0的酸性水溶液，而且涉及使用所述溶液后处理已涂敷有金属的基材，以提供颜色识别和鉴别，并改进金属涂层的粘合力、磨损和耐腐蚀性质。本专利技术组合物包括(以每升溶液计)约0.01～22克、优选约0.01～10克(例如5～7克)的至少一种水溶性三价本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，用于后处理已涂敷有金属的基材，以获得颜色识别并改进耐腐蚀性、磨损和粘附性质，所述方法包括使用ｐＨ值约为２．５～５．５的酸性水溶液处理已涂敷有金属的基材，所述酸性水溶液以每升所述溶液计包括：约０．０１～２２克水溶性三价铬化合物；约０．０１～１２克碱金属六氟锆酸盐；约０．０～１２克至少一种选自由碱金属四氟硼酸盐、碱金属六氟硅酸盐和这两种盐的混合物组成的组中的氟化合物；约０．００１～１０克的二价锌化合物；０～１０克至少一种水溶性增稠剂以及０～１０克至少一种水溶性表面活性剂。

【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：CA麦兹多夫，WCJ尼克森，
申请(专利权)人：美国海军部，
类型：发明
国别省市：US[美国]