[发明专利]用于制备铁和铁合金用的铬转化涂层的方法

说明书

发明由来

在此描述的本发明是由美国政府的雇员完成的，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__月__日提交的共同待决的申请序列NC-96,347的部分续篇。

发明背景

技术领域

本发明涉及一种用于在铁和铁合金上制备锆-铬转化涂层的方法。所述方法包括使用有效量的酸性水溶液预处理铁及其合金，所述酸性水溶液包含三价铬化合物、至少一种六氟锆酸盐和任选的四氟硼酸盐和/或六氟硅酸盐、锌化合物、表面活性剂、润湿剂和/或增稠剂。更具体而言，本发明涉及一种用于预处理铁和铁合金以提高合金粘附结合和耐腐蚀性能的方法。所述方法包括使用酸性水溶液预处理铁及其合金，所述酸性水溶液包含有效量的至少一种水溶性三价铬化合物、水溶性碱金属六氟锆酸盐、至少一种水溶性碱金属四氟硼酸盐和/或六氟硅酸盐、至少一种水溶性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。

铁合金如钢的通用表面处理包括取决于应用的各种机械和化学处理。过去使用磷酸盐涂层改善各种外涂层如油漆的粘附和钢的耐腐蚀性。例如，在磷酸盐涂层不实用时，使用喷砂处理改善粘附。在这种情况下，将需要的底漆直接涂敷到喷砂处理的钢上，这种情况被称为″直接涂敷金属″法(″direct-to-metal″process)。许多机构依赖直接涂敷金属技术，因为磷酸盐涂层由于其依赖于六价铬″漂洗″来得到最佳的粘附和耐腐蚀性，而导致了磷酸盐涂层的使用降低。尽管直接涂敷金属的涂层简单，并且不依赖于化学制备的涂层，但是它提供不了性能最佳的涂层系统。化学预处理的缺乏降低了系统的总耐腐蚀性。这种情况部分是由于几乎普遍存在使用涂敷铁合金如钢用的非铬酸盐底漆的缘故。另外，尽管喷砂处理提供了油漆粘附用的可靠机械基底，但是它是劳动密集型的，并且需要将粗砂涂敷到整个钢表面上，从而产生大量必须收集然后再循环或处理的废粗砂。

此外，在铁合金如钢上没有耐腐蚀性转化涂层时，存在″薄锈″问题，这是发生在喷砂处理或清洁钢部件之后，但是在可以涂敷油漆之前发生的问题。对防止薄锈产生的需求给工序带来了极大的负担，并且不允许将零件在涂漆之前搁置几个小时以上。这样使得部件或零件不可以被搁置整个晚上或周末，因此使得如果部件在特定轮班结束之前没有涂漆，则轮班结束时工作不能完成。这种情况使得，生产的生产能力比通常生产更差。另外，在涂漆之前需要装船或移动的已经处理过但还没有涂漆的部件或零件要求一种精心制作并且昂贵的保护涂层，而所述保护涂层随后必须在涂漆之前被剥离。与铝预处理类似的用于铁合金例如钢的化学预处理不能获得，但是这将是需要的。这种涂层在无需喷砂表面的情况下对钢基材赋予良好的油漆粘附性，从而提高涂漆钢的耐腐蚀性。合金的预处理还用来防止薄锈并且允许延长钢部件在它们需要被涂漆之前的处理时间。可以通过只将零件或钢部件浸渍在预处理溶液的槽中，或者通过将溶液喷涂到合金上或者通过将溶液擦涂到合金上产生这种预处理。

发明概述

本发明涉及用于在环境温度或更高例如高达约120的范围内的温度，在铁及其合金上制备转化涂层的方法。更具体而言，本发明涉及用于在铁合金如钢上制备转化涂层以提高它的耐腐蚀性和粘附结合性能的方法。本发明的三价铬法(TCP)包括pH范围在约2.5至5.5并且优选3.7至4.0的酸性水溶液，并且所述酸性溶液的每一升包含约0.01至22g的水溶性三价铬化合物、约0.01至12g的碱金属六氟锆酸盐、0.0至12g的选自四氟硼酸盐、六氟硅酸盐及它们任意比率的各种组合中的至少一种氟化合物、0.0至10g的至少一种水溶性二价锌化合物、0.0至10g并且优选0.5至1.5g的至少一种水溶性增稠剂和/或0.0至10g并且优选0.5至1.5g的至少一种水溶性非离子、阳离子或阴离子表面活性剂或润湿剂。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于预处理铁合金以提高其粘附性和耐腐蚀性的酸性水溶液，所述酸性水溶液包含三价铬化合物、六氟锆酸盐和四氟硼酸盐和/或六氟硅酸盐。

本发明的另一个目的是提供一种用于预处理铁合金如钢的稳定的酸性水溶液，所述酸性水溶液具有在约2.5至5.5的范围内的pH值，并且包含三价铬盐和六氟锆酸盐。

本发明的另一个目的是提供一种用于涂敷钢的预处理方法，从而使得所述钢具有实用的颜色变化并且在没有喷砂表面的情况下赋予良好的粘附。相比于通过直接涂敷金属法涂漆的钢，本发明的预处理方法还使得涂漆钢的耐腐蚀性得到提高。