[发明专利]用于金属的保护性涂层

说明书

背景

阳极化是一类称为转化涂覆的涂覆的实例，其中金属表面通过化学或电化学工艺的方式转化为涂层。转化涂覆的其他实例包括在钢上的铬酸盐转化涂覆，磷酸盐转化涂覆，涂蓝以及氧化物涂覆。它们用于腐蚀保护，增加的表面硬度，加入装饰性的颜色，以及作为涂料底漆。转化涂层可能非常薄，在0.0001英寸(约2.5微米)的数量级上。高达0.002英寸(约50微米)的更厚的涂层通常通过阳极化或者铬酸盐转化在铝合金上形成。本发明旨在和阳极化的转化涂覆一起使用。

阳极化(anodizing)(或阳极化(anodising))是用于增加金属部件表面上的天然氧化物层的厚度和密度的电解钝化工艺。天然的氧化物典型地是粗糙的，不规律的，以及非连续的，然而阳极化的氧化物层更为均一。该工艺由于这样的事实而得名，即所处理的部件在此电解工艺中形成电路的阳极部分。该阳极化工艺对碳钢用处不大，这是由于由此工艺产生的氧化铁(锈)膨胀并剥落，不断地暴露新的金属而腐蚀。但是对于其他很多金属，所述氧化物形成紧密附着的层，结果是阳极化增加腐蚀耐受性及磨损耐受性，并比裸露的金属提供用于第二层附着的更好的基质，所述第二层如涂料，底漆，及胶。

最经常形成阳极膜以保护铝合金，尽管也有用于钛、锌、镁、铌及其他金属和合金的工艺。在所有这些金属中，阳极膜通常比多数涂料及镀层都远更坚固及更为附着，使得它们较不可能裂开及剥落。阳极化改变表面的微观特征并能改变接近表面的金属的晶体结构。阳极涂层通常不可避免地是多孔的，厚的涂层。例如，铬酸及硫酸阳极化工艺，通常表示为类型I及III，在阳极化的涂层中产生孔。所述厚的多孔阳极涂层对于产生装饰效果可能是有用的，这是由于它们能吸收染料。另一方面，该涂层的多孔性质限制了耐腐蚀性，并因此常采用填充该孔的密封工艺来改善耐腐蚀性，并减少染色的倾向。然而，所述密封工艺通常是昂贵及耗时的。在沸腾去离子水中的长期浸润是最简单的密封工艺，尽管其并不是完全有效的，并减少约20％的耐磨损性。特弗隆、乙酸镍、乙酸钴及热的二铬酸钠或二铬酸钾溶液也普遍地用作密封剂。最好的密封剂是基于铬酸盐的化学品，其非常有毒并对环境有害。此外，对于许多应用，阳极化及密封不提供抗腐蚀的充分的保护。当为了保持金属基质的光亮的抛光外表而采用非常薄的阳极化层的时候更是如此。该抛光的外表被描述为装饰性的抛光面，并也在多种用途如光线反射器是需要的。

如前所述，阳极化是在金属上产生薄的，硬的，保护性的涂层的广泛使用和有效的方法，所述金属如铝、钛、锌、镁及铌。所产生的涂层在一定程度上都是多孔的，其改善例如涂料的第二涂层的附着并且其对于保持用于将表面着色的染料是有用的。然而，阳极化涂层的多孔本质限制它们的腐蚀保护，并因此其通常被密封以封闭所述孔。当前可用的密封处理在有效防止腐蚀、成本、耐污性、耐热性、耐紫外性及环境影响方面不完全令人满意。因此存在对于密封或其它改进耐腐蚀性及其他阳极化涂层的性质的可选择方式的需要。

概述

本发明涉及用于金属的保护性涂层，更具体地，涉及金属及其合金的保护性涂层，所述金属及其合金通常具有薄的氧化物层，所述氧化物层可以天然地形成或者可以通过如阳极化的氧化工艺形成。在一个实施方案中，本发明提供了金属制品，其包括金属或金属合金，金属或金属合金表面上的氧化物层，以及在氧化物层上的硅酸盐玻璃层，其中所述硅酸盐玻璃层具有小于约2000nm的厚度。

在一个实施方案中，本发明提供了用于制备金属制品的方法。该方法包括选择具有氧化物层的金属或金属合金，将稳定的硅酸盐含水溶液的涂层施加到金属或金属，干燥该碱硅酸盐涂层，并在至少约200℃的温度下固化金属或金属合金上的所述涂层。

在一个实施方案中，本发明提供了被涂覆的铝金属或被涂覆的铝金属合金，其包括铝或铝金属合金表面、氧化物层及硼硅酸盐玻璃的涂层，其中所述硼硅酸盐玻璃小于约1000nm厚。

在一个实施方案中，本发明提供了在阳极化的铝卷上制备硼硅酸盐玻璃层的连续的方法。该方法包括制备包括阳极化的铝氧化物层的铝卷，将所述铝卷给料至辊涂覆生产线上，使用碱性溶液或使用水清洁铝卷的表面，将碱金属硅酸盐溶液施加到所述铝卷的表面，并用热处理铝卷的所述表面以使金属温度达到200-300℃至少约15秒。

在一个实施方案中，本发明提供了稳定的含水溶液，其含有金属硅酸盐和金属硼酸盐，所述金属硅酸盐具有选自Li、Na、K及其组合的碱金属对离子，所述金属硼酸盐具有选自Li、Na、K及其组合的碱金属对离子，其中所述溶液具有从约1.05到约1.30的比重，并且所述金属硼酸盐以按溶液重量计的高达约5％的范围的量存在。