[发明专利]用于在金属基底上制备铬－锆涂层的组合物和方法

说明书

发明由来

此处描述的发明是美国政府雇员作出的，因此，为政府目的而由政府或为政府制造和使用本发明不需要支付任何使用费。

继续申请

本申请是2005年2月15日提出的同时待审申请序列号NC-96,346的继续部分。

发明背景

发明领域

本发明涉及组合物，以及涉及一种使用所述组合物在各种金属基底上制备铬-锆涂层的方法。该方法包括用有效量的酸性水溶液处理金属基底，该酸性水溶液包含至少一种三价铬化合物、至少一种氟锆酸盐、至少一种羧基化合物，和/或至少一种多羟基化合物，和任选的有效量的包含化合物例如氟钛酸盐、氟钽酸盐、氟硼酸盐、氟硅酸盐的氟金属化合物、二价锌化合物、表面活性剂、湿润剂和/或增稠剂。更具体而言，本发明涉及稳定的酸性水溶液，和用于处理各种金属基底以改善基底的粘合连接(adhesionbonding)和抗腐蚀性质的方法，所述金属基底包括预涂布金属基底。该方法包括用稳定的酸性水溶液处理金属基底，该稳定的酸性水溶液包含有效量的至少一种水溶性三价铬盐、至少一种水溶性氟锆酸盐和至少一种水溶性羧基化合物和/或多羟基化合物。另外，可以以少而有效的量加入的其它化合物包括：至少一种水溶性氟金属化合物、二价锌化合物，和有效量的水溶性增稠剂和/或水溶性表面活性剂。

本发明包括特定化学药品的一系列水溶液或组合物，以及将来源于这些化学药品的涂层沉积到各种金属基底上的方法，所述各种金属基底包括预先存在金属涂布的基底。例如，该组合物或溶液可以用于：涂布铝和铝合金转化涂层以增强腐蚀保护和涂料粘合；密封阳极涂层以增强其腐蚀保护；处理钛或钛合金以增强涂料粘合；处理镁合金以增强涂料粘合和腐蚀保护；涂布钢以增强涂料粘合和防锈作用；和后处理在铁合金和其它的金属基底例如钢上的磷酸盐涂层、铝、锌、锌-镍、锡-锌、钛和镉牺牲涂层，以增强涂料粘合和腐蚀保护。

许多通用的预处理、后处理和密封剂溶液(sealer solutions)都是基于六价铬化学的应用的。六价铬是高度有毒的，并且是已知的致癌物。因此，用于沉积这些涂层的溶液和涂层本身是有毒的。然而，这些膜或涂层的确产生杰出的涂料粘合、良好的耐腐蚀性、低的电阻，并且可以容易地通过浸渍、喷涂或擦涂技术(wipe-on technique)进行涂敷。然而，环境法、行政命令和局部职业、安全与健康(OSH)规章正在推进军事和商业用户寻找备选物。此外，由于规章变严，使六价铬涂层的使用正在变得更加昂贵，并且由于EPA和OSHA施加的进一步的PEL限制，而使成本变得非常高。另外，由于OSH危险，某些方法例如喷涂铬酸盐溶液在一些设备上是禁止的，从而强迫使用没有达到最佳的备选溶液。总之，六价铬酸盐涂层在技术上是杰出的，但是从生命周期成本、环境和OSH前景来看，备选物是高度需要的。因此，正在进行研究，以开发出在技术上等于或胜过六价铬酸盐涂层而没有环境和健康缺点的用于金属涂饰(metal finishing)的备选方法。

然而，不管应用的组合物和方法如何，许多的这些备选物具有从溶液沉淀固体物质的趋势，特别是在大量使用以后。随着时间的过去，这种沉淀作用可以削弱涂布溶液的效果，因为该活性化合物作为不溶固体被沉淀出来。另外，对于浸渍和喷涂涂敷，该固体沉淀都具有阻塞过滤器、管线和泵的可能。因此，需要更好的组合物，它使储存和处理涂敷用的酸性溶液稳定，不受沉积过程或随后沉积涂层性能干扰。

发明概述