[发明专利]用于处理磷化金属表面的组合物和方法

说明书

                        发明背景

本发明涉及一种在对金属表面进行诸如涂覆一种干性有机涂层(也称为“有机涂层”、“有机饰层”，或简单地称为“涂料”)等最终操作之前，对金属表面进行处理的方法。更具体地说，本发明涉及使用一种含有选择的有机硅烷和锆离子的水溶液来对经转化涂覆的金属进行处理的方法。使用这样一种溶液来处理经转化涂覆的金属可以提高涂料的附着力和抗腐蚀性能。

向金属基体(例如钢、铝、锌及其合金)涂覆干性涂层的主要目的是防止金属表面被腐蚀以及为了获得美感。然而，众所周知，很多有机涂层在其一般状态下对金属的附着性不佳。其结果使得干性涂层的抗腐蚀性能大大降低。因此，在金属涂装工业中的一种常规步骤是对该金属进行一种预处理，从而使得在金属表面上形成一种转化涂层。这种转化涂层起一种保护层的作用，它能减缓基底金属的剥蚀，这是由于与基底金属相比，转化涂层较难溶于腐蚀环境中的缘故。另外，转化涂层还能对后续的干性涂层起一种承受体的作用。转化涂层具有比基底金属更大的表面积，因此能为转化涂层与有机表层之间的相互反应提供较大数目的附着位置。这类转化涂层的典型例子包括，但不局限于，磷酸铁涂层、磷酸锌涂层和铬酸盐转化涂层。这些转化涂层和其他涂层在本领域中都是众所周知的，因此将不对其作更详细的描述。

通常，在经过转化涂覆的金属表面上涂覆一种有机表层仍不足以使涂料的附着力和抗腐蚀性能达到最高水平。然而，如果在涂装操作之前，先在经过转化涂覆的金属表面上进行一种“最终漂洗”处理，在本领域中也可称为“后漂洗”或“封装漂洗”，则涂装后的金属表面就能达到最好的性能。最终漂洗液通常是一些含有用于提高涂料附着力和抗腐蚀性的有机或无机物质的水溶液。任何一种最终漂洗液，不管其组成如何，其目的都是要与转化涂层形成一个体系，以使涂料的附着力与抗腐蚀性达到最大值。这一点可以通过使其钝化而改变转化涂覆后的基体的电化学状态来达到，或者通过形成一种防止腐蚀性介质到达金属表面的屏蔽膜的方法来达到。目前在一般用途中最有效的最终漂洗液是含有铬酸的水溶液，它部分地还原为一种含有六价和三价铬混合物的溶液。早已公知，这种类型的最终漂洗液能够提供最佳的涂料附着力和抗腐蚀性能。然而，含铬的最终漂洗液具有一个严重的缺点，那就是它们本身所固有的毒性和危险性。即当考虑到与这类溶液排入城市下水道有关的诸如化学品的安全处置和环境污染等问题时，从实际的观点出发，含铬的最终漂洗液不合乎人们的需要。因此，工业上的一个目的是要寻找一种无铬的代用品，这种代用品与含铬的最终漂洗液相比，必须是较低毒性的并且对环境是无害的。因此人们迫切希望开发一种在涂料附着力和抗腐蚀性能方面与含铬最终漂洗液同样有效的无铬最终漂洗液。

人们在无铬最终漂洗液的领域已做了大量研究。其中的一些采用了锆化合物或有机硅烷。美国专利US 3,695,942描述了一种利用含有可溶性锆化合物的水溶液来处理经转化涂覆的金属的方法。美国专利US 4,650,526描述了一种利用一种铝锆配合物、有机官能配位体和卤氧化锆的水溶液混合物来处理磷化金属表面的方法。这种处理过的金属可以任选地在涂装操作之前用去离子水漂洗。美国专利US 5,053,081描述了一种最终漂洗组合物，该组合物是一种含有3-氨基丙基三乙氧基硅烷和一种钛螯合物的水溶液。在上述所有例子中，所述的处理方法都是为了提高涂料附着力和抗腐蚀性能。

在上述的所有例子中，由处理溶液所提供的涂料的附着力和抗腐蚀性都没有达到金属涂装工业所要求的水平，也就是没有达到含铬最终漂洗液的性能。本发明人发现，含有选择的有机硅烷化合物和锆离子的水溶液能够提供与含铬最终漂洗液所达到的效果相匹敌的涂料附着力和抗腐蚀性能。在很多情况下，利用含有机硅烷-锆的溶液来处理的转化涂覆金属表面在加速腐蚀实验中所显示的性能超过了用含铬溶液来处理的转化涂覆金属的性能。

本发明的概述

本发明的一个目的是提供一种能够赋予涂覆后的转化涂覆金属以改进的涂料附着力和抗腐蚀性能的水溶液漂洗的方法和组合物。该组合物是一种含有选择的有机硅烷和锆离子的水溶液，由它所提供的涂料附着力和抗腐蚀性相当于或超过由含铬最终漂洗液所提供的性能。

本发明的另一个目的是提供一个不含铬的方法和漂洗组合物。