用于在金属基底上制备铬－锆涂层的组合物和方法技术

本发明专利技术包含一种用于处理金属基底以改善粘合连接和腐蚀保护的酸性水溶液，所述酸性水溶液包含有效量的水溶性三价铬化合物、氟锆酸盐、氟金属化合物、锌化合物、增稠剂、表面活性剂，以及以每升所述酸性溶液计为至少约０．００１摩尔的至少一种作为所述水溶液用的稳定剂的多羟基和／或羧基化合物。

【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2005年2月15日提出的同时待审申请序列号NC-96,346的继续部分。
技术介绍
专利
本专利技术涉及组合物，以及涉及一种使用所述组合物在各种金属基底上 制备铬-锆涂层的方法。该方法包括用有效量的酸性水溶液处理金属基底， 该酸性水溶液包含至少一种三价铬化合物、至少一种氟锆酸盐、至少一种 羧基化合物，和/或至少一种多羟基化合物，和任选的有效量的包含化合物 例如氟钛酸盐、氟钽酸盐、氟硼酸盐、氟硅酸盐的氟金属化合物、二价锌 化合物、表面活性剂、湿润剂和/或增稠剂。更具体而言，本专利技术涉及稳定 的酸性水溶液，和用于处理各种金属基底以改善基底的粘合连接(adhesion bonding)和抗腐蚀性质的方法，所述金属基底包括预涂布金属基底。该方 法包括用稳定的酸性水溶液处理金属基底，该稳定的酸性水溶液包含有效 量的至少一种水溶性三价铬盐、至少一种水溶性氟锆酸盐和至少一种水溶 性羧基化合物和/或多羟基化合物。另外，可以以少而有效的量加入的其它 化合物包括至少一种水溶性氟金属化合物、二价锌化合物，和有效量的 水溶性增稠剂和/或水溶性表面活性剂。本专利技术包括特定化学药品的一系列水溶液或组合物，以及将来源于这 些化学药品的涂层沉积到各种金属基底上的方法，所述各种金属基底包括预先存在金属涂布的基底。例如，该组合物或溶液可以用于涂布铝和铝 合金转化涂层以增强腐蚀保护和涂料粘合；密封阳极涂层以增强其腐蚀保 护；处理钛或钛合金以增强涂料粘合；处理镁合金以增强涂料粘合和腐蚀 保护；涂布钢以增强涂料粘合和防锈作用；和后处理在铁合金和其它的金 属基底例如钢上的磷酸盐涂层、铝、锌、锌-镍、锡-锌、钛和镉牺牲涂层， 以增强涂料粘合和腐蚀保护。许多通用的预处理、后处理和密封剂溶液(sealer solutions)都是基于六 价铬化学的应用的。六价络是高度有毒的，并且是已知的致癌物。因此， 用于沉积这些涂层的溶液和涂层本身是有毒的。然而，这些膜或涂层的确 产生杰出的涂料粘合、良好的耐腐蚀性、低的电阻，并且可以容易地通过 浸渍、喷涂或擦涂技术(wipe-ontechnique)进行涂敷。然而，环境法、行政 命令和局部职业、安全与健康(OSH)规章正在推进军事和商业用户寻找备 选物。此外，由于规章变严，使六价铬涂层的使用正在变得更加昂贵，并 且由于EPA和OSHA施加的进一步的PEL限制，而使成本变得非常高。 另外，由于OSH危险，某些方法例如喷涂铬酸盐溶液在一些设备上是禁 止的，从而强迫使用没有达到最佳的备选溶液。总之，六价铬酸盐涂层在 技术上是杰出的，但是从生命周期成本、环境和OSH前景来看，备选物 是高度需要的。因此，正在进行研究，以开发出在技术上等于或胜过六价 铬酸盐涂层而没有环境和健康缺点的用于金属涂饰(metal fmishing)的备选方法。然而，不管应用的组合物和方法如何，许多的这些备选物具有从溶液 沉淀固体物质的趋势，特别是在大量使用以后。随着时间的过去，这种沉 淀作用可以削弱涂布溶液的效果，因为该活性化合物作为不溶固体被沉淀 出来。另外，对于浸渍和喷涂涂敷，该固体沉淀都具有阻塞过滤器、管线 和泵的可能。因此，需要更好的组合物，它使储存和处理涂敷用的酸性溶 液稳定，不受沉积过程或随后沉积涂层性能干扰。专利技术概述本专利技术涉及组合物和用于在各种金属基底上制备耐腐蚀性涂层的方 法，所述金属基底包括预涂布有金属的基底例如磷酸盐涂层或阳极化涂层，所述方法包括用一种酸性水溶液处理基底，所述酸性水溶液含有三价 铬III化合物、氟锆酸盐和稳定化化合物；和任选的一种或多种的氟金属化 合物、表面活性剂、增稠剂和二价锌化合物。本专利技术可以用于改善涂层例 如涂料对金属表面的粘合，并且用于改善金属表面例如铝、钢、镀锌表面 等的腐蚀抑制性质。本专利技术的酸性溶液还包含有效量的至少一种水溶性的 稳定剂或化合物，所述稳定剂或化合物由多羟基化合物和/或具有式 R-COO-的、包含一个或多个羧基官能团的水溶性羧基化合物组成，其中R 为氢或低分子量有机自由基或官能团。该稳定剂即羧基化合物可以以它们 的酸或盐的形式使用。在一些方案中，羧基稳定剂的盐比它们的酸表现更 佳。例如，可以将甲酸、乙酸、乙醇酸、丙酸、柠檬酸和其它短链或低分 子量羧酸用作酸性溶液稳定剂，所述其它短链或低分子量羧酸本身在弱酸 性的pH范围内是缓冲剂。向酸性溶液中加入多羟基或羧基稳定剂的益处 是溶液的储存期限和工作稳定性得到改善。加入有稳定剂的酸性溶液在超过24个月的储存期限评价后基本上没有沉淀，并且将这样的酸性溶液进 行沉积的涂层的性能的没有任何退化。图l-6显示，相对于没有稳定化化合物的常规涂层，由本专利技术所述的组合物涂布的铝合金的性能得到改善。 因此本专利技术的一个目的是提供一种用于涂布金属基底以改善粘合和耐 腐蚀性质的稳定酸性水溶液，所述金属基底包括预涂布基底，所述酸性水 溶液包含三价铬化合物、氟锆酸盐、多羟基化合物和/或羧基化合物。本专利技术的另一个目的是提供一种pH范围在约1.0至5.5的稳定酸性水 溶液，以用于处理具有或没有预先存在的涂层的金属基底，该酸性水溶液 包含三价铬化合物、氟锆酸盐和至少一种多羟基化合物和/或羧基化合物。本专利技术的另一个目的是提供一种处理金属基底以提供具有可辨认的颜 色、良好的粘合以及提高的耐腐蚀性的涂层的方法。本专利技术的再一个目的是提供一种pH范围在约1.0至5.5的稳定酸性水 溶液，以用于在环境温度或更高温度下处理金属基底，所述酸性溶液包含 三价铬化合物、六氟锆酸盐和至少一种羧基和/或多羟基化合物，其中所述 酸性溶液基本上不包含六价铬。通过参考连同考虑附图1至6(照片)的详细说明，本专利技术的这些和其它 目的将会变得明显。附图说明图1(照片)显示具有转化涂层的铝合金(AA2024T3)板的腐蚀性能，该 转化涂层得自如本专利技术实施例4的组合物(TCP/R-COO-)。该板的底部没有 处理。图2(照片)显示具有转化涂层的铝合金(AA2024T3)板的腐蚀性能，该 转化涂层得自没有(R-COO-)羧基稳定剂的常规组合物(TCP)。该板的底部 没有处理。图3(照片)显示具有转化涂层的铝合金(AA7075T6)板的腐蚀性能，该 转化涂层得自如本专利技术实施例4的组合物(TCP/R-COO-)。该板的底部没有 处理。图4(照片)显示具有转化涂层的铝合金(AA7075T6)板的腐蚀性能，该 转化涂层得自没有(R-COO-)羧基稳定剂的常规组合物(TCP)。该板的底部 没有处理。图5(照片)显示具有涂层的铝合金板在中性盐雾中25天之后的腐蚀性 能，该涂层得自本专利技术的每升溶液中包含0.1摩尔甘油的酸性水溶液(pH 值3.55)。图6(照片)显示具有涂层的铝合金板在中性盐雾中25天之后的腐蚀性 能，该涂层得自本专利技术的每升溶液中包含0.1摩尔甘油的酸性水溶液(pH 值3.卯)。板的底部(图5和6)没有处理。专利技术详述本专利技术涉及稳定的酸性水溶液，以及涉及使用pH范围在约1.0至5.5、 并且优选约2.5至4.5或3.4至4.0的所述水溶液在金属基底上制备锆-铬涂 层例如转化涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于涂布金属基底以改善腐蚀保护和粘合连接强度的方法，所述方法包括：用有效量的ｐＨ范围在约１．０至５．５的酸性水溶液处理所述金属基底；所述酸性水溶液以每升溶液计包含：约０．０１至１００克的至少一种三价铬化合物；约０．０１至２４克的至少一种氟锆酸盐；约０．０至２０克的二价锌化合物；约０．０至２０克的表面活性剂；约０．０至２０克的增稠剂；和有效量的选自由多羟基化合物、羧基化合物和多羟基化合物与羧基化合物的混合物组成的组中的至少一种稳定化化合物。

【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：克雷格A马佐多夫，小威廉C尼克森，詹姆斯L格林，
申请(专利权)人：美国海军部，
类型：发明
国别省市：US[美国]