[发明专利]用纳米晶氧化锌层涂布金属表面的方法、用于此目的的含水组合物以及这类涂布表面的用途

说明书

本发明涉及用含水组合物涂布金属表面以形成腐蚀保护的纳米晶氧化锌层的方法、相应的含水组合物以及根据本发明方法涂布的表面的用途。

在寻找替代的抗腐蚀涂层过程中，在保护含锌金属表面时受到特别关注的是含有锌化合物(如氧化锌)的涂层。氧化锌可例如在热镀锌表面上形成钝化层是常识。由DE10103463A1已知的是借助于等离子体聚合制备的氧化锌层。这种涂布方法极其复杂，并且只适用于表面技术中的特殊场合。EP0744475A1教导了其中使用碱性溶液在涂锌钢板上制备氧化锌层以改善其可焊性及可加工性的方法。

现在普遍的是通过如下方式提供针对腐蚀的保护，a)在不提供任何随后的涂层(如油漆涂层)的情况下处理或钝化钝化层，或b)在随后用例如底漆、油漆或/和粘合剂进行涂布之前进行预处理或转化涂布。在后一种情况下，转化涂层还必须对随后的涂层具有高油漆粘附力。

氧化锌层可表现出高腐蚀保护性和高油漆粘附力，特别是在晶粒生长于金属表面上时。

例如通过特别是在锌或锌合金表面上生长纳米晶氧化锌层可制备这类涂层。大多数用晶粒涂布表面的方法具有非常高的温度，并且处理时间通常很长。因此它们通常不适合以工业规模进行金属表面的抗腐蚀处理或预处理。

这导致需要开发适合金属表面的抗腐蚀处理或预处理的涂布方法及含水组合物的目标。如果这种方法和这些组合物能使涂层具有高抗腐蚀性或/和高油漆粘附力，则也将是有利的。如果它们可容易制备的话，则这将是另一项优点。最后，如果它们可以连续使用或/和用于带式设备的话，则这将是有利的。

现已发现，有可能制备用于保护金属表面的优质纳米晶氧化锌层。还已发现，有可能在工业上合适的条件下制备纳米晶氧化锌层。

还已发现，通过例如从温度为200℃、250℃或300℃到室温对热金属基材进行淬火，同时使之与低温含水组合物进行接触，通过特别是在例如约25℃温度下浸渍，在一定程度上产生纳米晶氧化锌层，并且这些层具有更致密层结构，并且有时具有比不用淬火获得的情况高的空白抗腐蚀性，其中非常短的接触时间足以形成均匀的广覆氧化锌层。因此，这类淬火工艺特别地非常适合工业应用。

所述目标是借助于通过流涂、喷涂或/和浸涂来用含水组合物(其是或含有锌盐的水溶液)涂布金属表面的方法实现的，对于喷涂或浸涂来说，基材的初始温度在5至400℃范围内，对于流涂来说，基材的初始温度在100至400℃范围内，并且在所述金属表面上形成腐蚀保护纳米晶氧化锌层。

优选的是含水组合物基本上或完全由锌盐的水溶液组成。

这导致在金属表面上(特别是在金属表面的边界区)产生优选基本上或完全封闭的涂层。根据本发明的涂层(特别是在金属表面的边界处)可优选单独由氧化锌组成，或者可基本上由氧化锌组成。特别地，根据本发明涂层超过75％、超过80％、超过85％、超过90％、超过95％、超过98％、超过99％或100％由氧化锌面组成—相对于得自含水组合物的理论量或/和相对于针对在一定深度和在尽可能没有表面效应的情况下测量的信息的能量色散X射线分析EDX。EDX在这里提供例如关于碱金属、碱土金属和轻元素(如氮、磷和硫)的量的不精确信息。优选的是形成腐蚀保护纳米晶氧化锌层，其中氧化锌晶体任选连同其它相平稳地连接或基本上平稳地连接在一起—特别是在金属表面的边界面附近—或/和其中氧化锌晶体任选连同其它相完全覆盖金属表面。

特别优选与含水组合物接触形成或/和结晶氧化锌层。优选形成或含有这样的氧化锌晶体或含锌混合氧化物晶体，在含水组合物中或/和在由其形成的涂层中，其平均颗粒或/和晶体直径在1至200nm范围内，特别是当在扫描电子显微镜SEM下观察涂层的顶侧时，以及任选在细长颗粒的情况下，平均颗粒长度在10至2000nm范围内—基于SEM图像的测量。在许多实施方案中出现这样的涂层，其中许多颗粒或/和晶体自连续的涂层向外突出。一些颗粒具有这样的内在结构，以至于涂层顶侧上的颗粒可以被认为是以自形方式形成的晶体。在许多实施方案中，个别氧化锌颗粒或/和晶体如此密集地生长在一起，以至于在扫描电子显微镜下难以或不能将个别颗粒或/和晶体在视觉上彼此加以区分，因为它们不再有清晰的内在结构或/和几乎不或完全不再从涂层中突出出来。在掺杂剂、粘结剂或/和其它物质的分数较高的实施方案中，往往产生其中除了晶体氧化锌外还可以看到其它相的涂层。

在根据本发明的方法中，特别可以使铝、铝合金、钢、锌或/和锌合金的金属表面与含水组合物接触。