用于在铝基质上制备抗腐蚀涂层的酸性水溶液及该涂层的制备方法技术

本发明专利技术的目的是对铝、铝合金和涂覆的铝基质进行防腐保护和表面处理。铝基质用酸性水溶液处理，所述溶液含少量但有效的至少一种三价铬盐如三价硫酸铬、至少一种碱金属六氟锆酸盐如六氟锆酸钾　并结合使用少量但有效的至少一种水溶性或可分散的增稠剂如纤维素化合物和至少一种水溶性表面活性剂。本发明专利技术的抗腐蚀铝基质具有改进的用于层叠涂层如油漆的粘合力和较低的电阻接触。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金属材料的保护、表面处理及涂层，涉及作为溶液或者分散相使用的表面处理及涂层组合物，涉及使用这些组合物处理铝、铝合金以及涂铝基质材料的方法。这些涂于金属表面的组合物在腐蚀性的环境内提供了改善的抗腐蚀能力、堆涂(如油漆)时的粘合力以及保持低的电接触阻抗的能力。尤其，本专利技术涉及一种新型的耐腐蚀组合物以及该组合物在铝、铝合金、涂铝基质上的使用工艺，所述组合物包括含有有效量的至少一种水溶性的三价铬盐、一种碱金属的六氟锆酸盐、至少一种水溶性增稠剂以及水溶性表面活性剂的酸性水溶液。
技术介绍
当前流行做法是利用初涂或者保护性膜处理金属表面来改善耐腐蚀能力以及提高后继涂层同金属表面的粘结能力。涂层提高了未漆金属表面的耐腐蚀能力，并且为末道涂层如油漆准备表面。这类转化涂层经常通过使用含有六价铬盐的溶液来完成。虽然这类涂层提供了良好的耐腐蚀能力，因为日益增长的基于职业、安全、健康及环保方面的考虑，提供更为接受的无铬酸盐衍生涂层的尝试已经展开。六价铬具有极高毒性而且已知具有致癌作用。那么制备这些保护性膜的溶液以及这些膜本身就具有致癌毒性。但是铬膜提供了出色的油漆粘合力以及耐腐蚀能力，并且易于采用浸涂、喷涂或者揩涂等各种技术处理。环境法规以及OSH规定正强制军事以及商业使用者们另觅其他无毒、无铬酸盐预处理剂。而且，铬酸盐转化涂料的的使用由于规定在强化且成本受到美环境保护署强行规定的禁止而变得日渐昂贵。另外，一些工艺如铬酸盐转化涂料的喷涂由于OSH规定是禁止的，导致强制改用一些效果不理想的其他方法。尤其，已知铬酸盐的水溶液具有可以部分溶解金属表面的化学物质而形成已知为铬酸盐转化涂层的不溶性膜。这类膜耐腐蚀而且保护金属表面免受各种因素的侵蚀。虽然转化涂层提高了耐腐蚀能力而且改善了油漆粘结性能，却具有严重的缺陷，即制备这些膜的溶液的毒性以及膜层中六价铬的存在。从处理这些溶液的操作者的角度出发这是个严重的问题，如铬酸盐废液以及铬酸盐污染的清洗水的处理以及铬酸盐污染的涂膜系统。但这些问题可以从工艺中消除六价铬而得以避免。但是这种方法代价高昂，可能构成整个金属处理工艺中的主要成本因子。因此迫切需要无六价铬且同时可以赋予金属堪与传统的铬酸盐转化涂料媲美的耐腐蚀、良好的油漆粘结性能的工艺以及保护性涂料。铬酸盐转化涂料在铝合金例如大型物体如飞行器的表面涂层上的使用具有特别意义。使用相对无毒的化学试剂作为毒性六价铬的代替物为铝、铝合金以及涂铝基质提供保护性涂层将会是迫切需要的。
技术实现思路
本专利技术涉及三价铬的酸性水溶液组成，即三价铬盐的溶液，涉及铝、铝合金、涂铝基质的抗腐蚀涂层的制备工艺，包括在常温下使用有效量的酸性溶液处理、涂饰铝材料在其表面形成耐腐蚀的涂层或膜。本专利技术的每升酸性水溶液包括3-22克的水溶性碱性三价铬盐，优选为3-12克，如5-7克；大约1.5-11.5克碱金属的六氟锆酸盐，优选为3-9克，如6-8克；大约0-10克如0.5-2.0克的水溶性增稠剂以及大约0-10克如0.5-2.0克的水溶性表面活性剂。那么本专利技术的一个目的是提供用来制备耐腐蚀性的铝、铝合金以及涂铝基质的含有三价铬盐以及碱金属六氟锆酸盐的溶液。本专利技术的另一个目的是提供含有三价铬盐而可以改善抗腐蚀能力、油漆粘结力以及在腐蚀性环境中赋予铝基质低的电接触阻抗的水溶液或者分散相来处理铝、铝合金以及涂铝基质。本专利技术进一步的目的是提供在铝以及铝合金材料上制备耐腐蚀涂层用的含有水溶性三价铬盐结合碱金属的六氟锆酸盐、水溶性增稠剂以及水溶性表面活性剂的酸性水溶液。这些以及其他一些目的通过以下更进一步、更详细的描述对本领域普通技术人员而言将会十分明了。具体实施例方式尤其，本专利技术涉及具有pH范围大约2-6如pH4-5的三价铬盐的酸性溶液以及使用该溶液制备铝、铝合金及涂铝基质的抗腐蚀涂层或者膜，该溶液含有大约3.0-22克/升溶液优选为3-12克/升溶液如5-7克/升溶液的至少一种水溶性三价铬盐，大约1.5-11.5克/升溶液优选为3-9克/升溶液如6-8克/升溶液的至少一种碱金属的六氟锆酸盐，大约0-10克/升溶液优先为0.5-2.0克/升溶液的至少一种水溶性或可分散性增稠剂如水溶性的有机增稠剂和大约0-10克/升溶液优选为0.5-2.0克/升溶液的至少一种水溶性表面活性剂或选自非离子型、阳离子型及阴离子型表面活性剂类的润湿剂。三价铬可以任一水溶性的三价铬化合物形式添加，优选三价铬盐。虽然涂层使用水漂洗，理想的方式应选用那些不会像氯化物那样提供腐蚀性阴离子的那些盐，包括选自硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐以及醋酸盐的那类化合物提供的阴离子。特别地，为简明阐明本专利技术的水溶性涂料，铬可以以水溶性正3价形式方便的加入。优选的铬化合物归纳为具有如下形式Cr2(SO4)3、(NH4)Cr(SO4)2或KCr(SO4)2以及这些化合物的混合物。铝的表面可为纯铝，铝合金或者含有至少60％铝的涂铝基质。三价铬的最优选浓度在5-7克/升溶液范围内。当铬浓度在此优选范围以内时经济地得到了非常好的效果。金属氟锆酸盐的最优选浓度在6-8克/升溶液范围内。铝表面的处理以及涂饰可以在不同的温度下进行，包括溶液的温度可以从常温如室温到200°F。优选室温是因为这样省去了加热装置。涂层可以任一已知方法风干，如烘干、强制风干、暴露于红外灯下等方式。基于本专利技术的目的，术语“铝”与“铝合金”包括铝的预处理过的或涂覆过的基质以及铝合金，包括利用名为离子真空沉积(Ion Vacuum Deposition，IVD)的工艺，该工艺中铝合金基质在利用本专利技术的三价铬盐溶液涂饰以前用铝预处理或预涂过。下述实施例1-3举例说明了本专利技术的溶液以及使用该溶液制备耐腐蚀铝及铝合金基质的方法。实施例1处理铝及铝合金于其表面形成耐腐蚀涂层的酸性水溶液，包括(每升溶液)大约6.0克三价铬的硫酸盐、大约8.0克六氟锆酸钾以及大约1.0克纤维素增稠剂以及大约1.0克水溶性的非离子表面活性剂。实施例2处理铝及铝合金于其表面形成耐腐蚀涂层的酸性水溶液，包括(每升溶液)大约3.0-12克三价硫酸铬、大约3-9克六氟锆酸钠以及大约0.5-2.0克甲基纤维素增稠剂。实施例3处理铝及铝合金形成耐腐蚀涂层的酸性水溶液，包括(每升溶液)大约5.0-7.0克的三价硫酸钾一铬化合物(KCr(SO4)2)、大约6-8克的六氟锆酸钾以及大约0.5-2.0克的甲基纤维素增稠剂。在形成三价铬涂层之前(由实施例1)，铝材料在100-140°F温度范围内使用碱性磷酸清洁器洗涤大约15分钟，再在水龙头下漂洗然后常态下浸入非铬酸盐还原剂内约15-20分钟然后再在水龙头下漂洗。常态下洁净的基质浸入酸性的三价硫酸铬溶液内大约30秒至60分，然后水里头下漂洗，静置至干。另一处理工艺中，基质在温度120°F下浸入清洁器(Turco 4215)内去油污15分钟，然后热水龙头下漂洗，常态下再浸入清洁器(Turco Smut Go NC)内大约15分钟，经过再一次水漂洗后，常温下洁净的基质浸入含有有效量的六氟锆酸钾的三价硫酸铬酸性溶液中，然后漂净。使用本专利技术的三价铬溶液对基质上涂可以通过喷涂、揩涂或浸涂来完成。接触时间范围大约为5-30秒，但在三价铬浓度或者溶液温度相对较低时可能需要更本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在铝、铝合金和涂覆的铝基质上制备抗腐蚀涂层的酸性水溶液，其每升溶液中包括，约３．０ｇ－２２ｇ水溶性三价铬盐，约１．５ｇ－１１．５ｇ碱金属六氟锆酸盐、０ｇ－１０ｇ至少一种水溶性增稠剂和０－１０ｇ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马佐多夫，MJ凯恩，JL格林，
申请(专利权)人：美国海军部，
类型：发明
国别省市：US[美国]