[发明专利]不含铬的转化涂料

说明书

本申请是分案申请，原申请的申请日为2007年7月24日、申请号为200780036741.3、发明名称为“不含铬的转化涂料”。

技术领域

总的来说，本发明涉及涂料领域以及对金属的腐蚀控制，更具体地，本发明涉及用于飞行器应用的不含铬的转化涂料。

背景技术

腐蚀定义为材料(通常为金属)与导致该材料及其性质劣化的环境之间的化学或者电化学反应。

腐蚀侵袭在金属的表面上开始。腐蚀过程包括两种化学变化。被侵袭或者氧化的金属经历阳极变化，并且腐蚀剂被还原并经历阴极变化。大多数金属腐蚀的趋势产生在飞行器的维护方面(尤其是在其中存在不利的环境或者气候条件的地区中)的主要问题之一。

已经证明，含有六价铬化合物的基于铬的防腐体系是广泛用于飞行器金属处理过程中的极为有用且多用途的化学品组。该体系将许多有用且必须的防腐特性赋予其上涂布有该体系的金属基底，并且该体系已经广泛地用于金属在涂布、粘结以及表面精加工之前的预处理。

在铝和其合金的情况下，基于铬的防腐体系已经以化学方式包括六价铬(即，CrO₃、CrO₄^2-、Cr₂O₇^2-)和氢氟酸(HF)的组合。氢氟酸从金属基底(即，铝)的表面除去氧化物膜，并且六价铬与所暴露的金属反应，沉淀出三价氧化铬。使用铝作为实例：

Cr₂O₇^2-+2Al⁰+2H⁺→Cr₂O₃·H₂O+Al₂O₃

氧化铬(例如根据以上反应产生的氧化铬)在防腐应用中十分有用。其在碱性环境中十分稳定，其为憎水的(疏水的)并且可起到水的阻挡涂层的作用。最后，其呈现出“自复原效应”-即存在于该涂层中的残留六价铬可与该涂层的受损区域反应-从而在受损部位产生更多的三价氧化铬并由此使其自身“复原”。

因此，基于铬的体系(特别是基于六价铬的体系)已经广泛用于飞行器工业中，这是因为，已证明该体系：在防止腐蚀和作为有机涂料和粘合剂的粘合促进剂方面是高度有效的；由于涂覆/处理工艺对工艺条件的变化呈现出低的敏感性，从而该体系具有显著的适应性(resilient)；对大多数/全部铝合金是极其有效的；和由于技术工人可以仅通过涂层的检查(颜色)而判别基底表面上的铬的量，从而可确保显著的质量控制特性。

由于对铬-并且尤其是六价铬-在环境方面的担忧，已经产生了替代基于铬的体系的需要。六价铬盐被归类为危险物质(有毒、致敏和致癌)，因此它们在环境和毒理学上是不合乎需要的。欧洲共同体议会已经公布了要求消除六价铬的指令，例如对电气和电子设备的指令2002/95/EC和对汽车部门的指令2000/53/EC。因此，非常需要“环境友好”且在商业上可接受的对于基于铬的体系的替换物。

试图提供不含铬的涂料的现有技术已经取得有限的成功。例如，R.J.Racicot和S.C.Yang在CORROSION97,paper531，pp.531/1-531/7,Houston,Tx.,1997的标题为“CORROSION PROTECTION COMPARISON OF A CHROMATE CONVERSION COATING TO A NOVEL CONDUCTIVE POLYMER COATING ON ALUMINUM ALLOYS”的文章中描述了在两种铝合金上的基于聚苯胺的导电聚合物涂层以及铬酸盐转化涂层的耐腐蚀性能并对它们进行了对比。如该作者所公开的，在盐水喷雾以及盐和酸浸渍试验中，对于铝合金AA2024-T3和AA7075-T6，双股(strand)聚苯胺呈现出有限的腐蚀防护。

所使用的双股聚苯胺为两种聚合物即聚苯胺和第二聚阴离子的分子复合物。这两种线型聚合物以并排方式非共价结合以形成稳定的分子复合物。如该作者所述，这种双股复合物的优点为：1)聚合物的导电状态是非常稳定的；2)通过适当地选择聚合物掺杂剂，导电聚合物可分散在溶剂中并用作涂层材料；和3)聚合物掺杂剂提供用于功能化的部位以实现对金属表面的良好粘附。