[发明专利]用于在金属基底上制备保护性涂层的组合物和方法

说明书

发明由来

此处描述的发明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发明不需要支付任何使用费。

继续申请

本申请是2005年4月21日提出的同时待审申请序列号NC-96,343的 继续部分。

发明背景

发明领域

本发明涉及组合物，以及涉及一种将所述组合物用于在各种金属基底 上制备保护性涂层的方法。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/或多羟基化合物、至少一种腐蚀抑制剂，和任选的有效 量的氟金属化合物例如氟钛酸盐、氟钽酸盐、氟硼酸盐、氟硅酸盐、二价 锌化合物、表面活性剂、湿润剂和/或增稠剂。更具体而言，本发明涉及稳 定的酸性水溶液，和用于处理各种金属基底以改善金属基底的粘合连接 (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 底例如阳极化铝。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、至少一种水溶性六 氟锆酸盐、至少一种水溶性多或一羧基化合物和/或多羟基化合物，和至少 一种水溶性防针孔(pitting)或腐蚀抑制剂。另外，可以以少量但是有效的量 加入以改善该酸性溶液的颜色和稳定性的化合物包括：至少一种水溶性六 或四氟金属化合物、二价锌盐，和有效量的水溶性增稠剂和/或水溶性表面 活性剂。

本发明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，所述各种基底包括预先 存在金属涂布的基底。例如，该组合物或溶液在以下方面是特别有用的： 涂布铝和铝合金即铝转化涂层以增强腐蚀保护和涂料粘合；密封阳极涂层 以增强腐蚀保护；对钛或钛合金的处理以增强涂料粘合；对镁合金的处理 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；和在铁 合金和其它的金属基底例如钢上的磷酸盐涂层、锌、锌-镍、锡-锌和镉牺 牲涂层的后处理，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。六价铬是高度有毒的，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，六价铬膜或涂层的 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-on technique)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方法。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 finishing)的备选 方法。

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。

发明概述