[发明专利]耐高温涂覆组合物

说明书

本申请是2009年3月23日提交的题为“耐高温涂覆组合物”的国家申请号为200980111152.6(PCT/US2009/037960)的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种耐高温涂覆组合物。

背景技术

包括磷酸和金属铝的组合物用于金属表面的防护，例如含铁表面的防腐是众所周知的。在该涂覆组合物中，颗粒金属材料，例如铝薄片和/或粉末，与磷酸结合溶液混合形成涂覆组合物，然后涂覆到待处理的金属表面。基体上涂覆涂层后，可在通常高于500°F(260℃)的第一温度下加热，直到涂层变得基本不溶于水。接着涂覆的表面可在通常高于1000°F(538℃)的第二温度下固化以形成最终的保护涂层。

该涂覆工艺中出现的一个问题是当颗粒金属材料与磷酸结合溶液混合的时候，酸性的结合溶液能与金属材料反应。该反应可能非常剧烈，造成薄片和/或粉末燃烧或者甚至爆炸，或者不那么剧烈只是导致金属材料转变成各种盐。二者中的任一种情况，该反应都妨碍形成合适的保护涂层。

Allen在美国专利3,248,251中记载了基本由处于包含溶解的金属铬酸盐、重铬酸盐或者钼酸盐，和磷酸盐的含水酸结合溶液中的固体无机颗粒材料(例如铝)浆料组成的涂覆组合物。结果发现添加铬酸盐或钼酸盐到酸性结合溶液有效的减弱了溶液对铝的活性并且抑制了金属铝的氧化，使得铝颗粒与结合溶液混合而酸溶液和铝之间没有不期望的化学反应发生。这种所谓的Allen涂层已经成功的用来提供高质量的涂层，它能够防止氧化和腐蚀铁类金属合金表面，尤其是在高温下。

虽然铬酸盐和钼酸盐已经成功的用于减弱铝在该涂覆组合物中的反应活性，但因为环境因素铬酸盐和钼酸盐的使用已经成为一个问题。铬酸盐和钼酸盐通常认为是有毒物质。六价铬被认定为致癌物质。因而期望的是避免含该盐的溶液的使用，或者至少是减少它们的使用。为此，期望开发一种需要添加很少或者不含用来控制酸性磷酸结合溶液和铝颗粒之间活性的铬酸盐或钼酸盐的磷酸/铝涂覆组合物。该涂覆组合物应能防止在环境条件下尤其是在高温下，铁类金属合金表面的氧化和腐蚀，至少同Allen类型的涂层一样好。

为了克服有关铬酸盐和钼酸盐的环境问题，已经做出了一些努力。Stetson等在美国专利5,242,488中记载了一种用于铁类合金的涂覆组合物，它既不需要铬酸盐也不需要钼酸盐来控制结合溶液和铝粉末之间的反应。该组合物基本由结合溶液和铝粉末的浆料混合物组成。结合溶液基本由水、磷酸(H₃PO₄)和铝离子组成，溶液中的铝离子，其含量足以基本上平衡结合溶液中的铝金属颜料。涂覆组合物中的结合溶液组分需要在溶液有足够的铝离子，从而使得其与铝金属颜料基本平衡，即，溶液中的铝离子的含量基本上达到饱和点，因而对接着添加的铝金属颜料基本上无活性。

Stetson公开在用铝平衡混合物之前或之后，使用镁(MgO或MgCO₃)来至少部分中和含水磷酸混合物。Stetson等在最近的专利US5,279,649中记载了基本相同的组合物，其中添加了V₂O₅来生成钒离子，从而在铝平衡的混合物中添加了另一种抑制剂。此外，Stetson等在US5,279,650公开了一种用于‘649号专利公开的涂层的封闭涂覆组合物，其中还含有氧化铁(Fe₂O₃)颗粒。设计的所有三种涂覆组合物都用于避免铬和钼离子的使用，并且需要相对于额外添加的铝来平衡结合溶液。V₂O₅的添加证实是有毒物质的添加，被列在OSHA极端危险物质名单中。

Mosser等普通转让的US5,478,413记载了一种环境友好的涂覆组合物，其中公开了一种由磷酸、一种或多种镁离子源，和一种铝离子源和/或锌和硼离子源组成的水溶液。溶液中铝的含量低于需要达到饱和度的含量，进而低于相对于额外添加的铝来平衡结合溶液所需的量。至少一个小时内该结合溶液相对铝颗粒没有反应活性。

发明内容

一方面，一种用于形成铁类合金(ferrous alloy)涂覆组合物的结合溶液，其基本由磷酸、镁离子源和可滤取的腐蚀抑制剂组成。结合溶液的pH值在约2-约4.5的范围，通常在约2.5-约3.5，并且经常在约2.7-约3.3。为了获得所需的pH值，可以按照需要添加额外含量的酸或碱到组合物中。为了降低pH值，例如，可添加水溶性的磷酸或磷酸盐，例如磷酸二氢镁。