[发明专利]在镁和镁合金上形成可视性好的非铬酸盐转化型涂层的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种在镁和镁合金表面上形成可视性好(wellvisible)的非铬酸盐转化型涂层的方法、用于该方法的组合物以及具有采用该方法涂布镁或任何镁合金表面的制品的使用方法。更概括地讲，本发明涉及金属表面保护、特别是表面处理领域，以提高镁和镁合金表面的耐腐蚀性和油漆粘合性。 

发明背景 

镁和镁合金由于其重量轻和强度高，特别用于制造用于苛刻应用的许多轻质零件和许多关键零件，例如用于制造飞机的辅助结构元件以及车辆和电子设备的零件。 

镁和镁合金的一个显著的缺点在于其对腐蚀敏感。暴露于有害化学条件下引起富镁表面快速腐蚀。腐蚀不美观且降低强度。 

一种通常用于改进金属表面的耐腐蚀性的方法为刷漆。用厚油漆层保护金属表面以免与腐蚀剂接触来防止腐蚀。但是，许多类型的油漆与镁和镁合金表面粘合不好。 

基于使用铬酸盐溶液使金属外表面发生化学转化的方法为本领域公知，该方法用于处理镁和镁合金表面以提高耐腐蚀性和油漆粘合性，例如参见美国专利2,035,380或美国专利3,457,124。包含铬酸盐的涂层大部分是有色的且可视性优异。但是，经过处理的富镁表面的耐腐蚀性通常非常低，这点与带有铬酸盐涂层的其他金属底材有很大的不同，且对环境的不友好性以及铬酸盐溶液对生物的危险性是这些方法明显的缺点。 

已公开了几种使用非铬酸盐转化型涂料处理金属表面的 方法，例如参见美国专利5,292,549、美国专利5,750,197、美国专利5,759,629和美国专利6,106,901。硅烷溶液对环境友好且使经过处理的金属表面耐腐蚀性优异。得自溶液的硅烷与经过处理的金属表面粘合，形成层，在该层上可再次涂覆通常使用的聚合物，例如油漆或粘合剂，参见美国专利5,750,197。 

美国专利6,777,094教导了用硅烷预处理镁和镁合金。虽然所公开的处理方法得到优异的油漆粘合性和防腐性，但涂层是透明的，且需要特殊的在线控制方法。 

许多现有的非铬酸盐处理技术基于化学元素周期表的IV族金属(例如钛、锆或铪)、氟离子源和用于调节pH的无机酸。例如美国专利3,964,936公开了使用锆、氟化物、硝酸和硼来制备用于铝的均匀、无色和透明的转化型涂层。美国专利4,148,670教导了包含锆、氟化物和磷酸盐的透明的转化型涂层。美国专利4,273,592涉及一种包含锆、氟化物和C_1-7多羟基化合物的涂层，其中该组合物基本不含磷酸盐和硼。美国专利6,083,309涉及一种包含IV族金属(例如锆)以及一种或多种非氟阴离子的涂层，而该方法和组合物所用的氟化物不超过某一水平。由于涂层均为透明和无色的或主要为无色的，因此这些转化型涂层主要的缺点在于无颜色和可视性。 

除了化学元素周期表的IV族金属和氟化物以外，近来公开的可视性好的非铬酸盐转化型涂层还包含任何特定的提供颜色的组分，例如美国专利6,464,800中的茜素染料和例如美国专利6,485,580中的高锰酸及其水溶性盐。 

由于高锰酸的着色效果太强以及其杂质难以避免和除去，因此不优选高锰酸。包含高锰酸或其任一种盐的组合物的主要缺点是与富镁表面接触时稳定性低，因此需要加入至少一种螯合剂和补充使用化学品。 

向加工溶液中加入有机染料通常导致涂层成本较高、组成变复杂和难以通过光学方法如光度滴定法来控制加工溶液。 

此外，基于化学元素周期表的IV族金属的非铬酸盐转化型涂层的一个关键的缺点在于形成的转化型涂层与含氟聚合物涂层的粘合性非常差。通常在施用PTFE涂层前对富镁表面进行阳极化或磷酸盐预处理。 

在金属滑动零件上和在成型技术如深拉或锻造中，在涂覆自动润滑剂涂层如MoS₂或包含石墨的涂层之前，还使用阳极化涂层或磷酸盐涂层作为预处理涂层。 

阳极化涂层以及大多数磷酸盐涂层在富镁表面上可视性好。但是，如本领域技术人员所公知，厚晶体磷酸盐转化型涂层通常不能在镁表面上形成具有足够耐腐蚀性和油漆粘合性的层。使富镁表面阳极化的技术需要复杂和昂贵的设备。 

使用可形成可视性好的涂层的不复杂且稳定的组合物来处理镁和镁合金的方法是非常有利的，与本领域通常用于富镁表面的转化型涂层和粘合剂层相比，所述涂层具有至少相同的耐腐蚀性，且所述转化型涂层对油漆涂层、粉末涂层、电泳漆、包含含氟聚合物的涂层、自动润滑剂层(如包含MoS₂或石墨的涂层)具有至少相同的粘合性。