[发明专利]无铬的硅酸盐基陶瓷组合物

说明书

描述了基于某些无铬硅酸盐基粘合剂的组合物。一份浆料组合物是与铝或铝合金粉末组合的掺锂的硅酸钾的水性溶液。所述一份浆料组合物产生相应的涂料，其以减小的涂料厚度表现出改进的性能。

发明领域

本发明涉及新型硅酸盐基浆料配方，其是无铬的并适用于保护性涂层的生产，所述保护性涂层表现出出众的耐腐蚀性和耐热性并能够替代传统的含铬涂层。

背景技术

铬基铝陶瓷涂层组合物已是熟知的并且数十年来被认为是形成高度耐腐蚀和耐热的涂层的工业标准。四十多年前授予Allen的美国专利第3248251号认识到并描述了铝陶瓷铬基涂层的能力：保持粘附和灵活性的同时表现出对腐蚀、热和摩蚀的耐性。此类属性继续使得铝陶瓷涂层广泛用于各种应用中。今天，飞行器工业的原始设备制造商（OEM）依赖于这些涂层以保护遭受高温和腐蚀环境的各种飞行器引擎组件。国防部（DoD）军械库设备也使用铝陶瓷涂层作为它们生产特别需要的项目的一部分。另外，汽车工业和多种其它工业常规地使用铝陶瓷涂层作为高性能保护性涂层。

常规铝陶瓷涂层典型地由充填有金属铝粉末的铬酸盐－磷酸盐粘合剂组成。固化后，粘合剂形成包埋有铝粉末颗粒的基体。所述基体为涂层提供了机械完整性，同时铬酸盐钝化的铝色料网络赋予有效的腐蚀保护。通过干砂或玻璃珠喷砂抛光Al填充的涂层将该涂层压缩致使其对所有钢是导电的、电镀活性（galvanic activity）的和牺牲的（sacrificial）（即阴极保护的）。在工业上SermeTel W®被认作为这些类型的涂层的性能标准。取决于具体的应用和服务条件，可单独使用涂层以提供足够的腐蚀保护。可选地，可使用涂层作为覆盖系统的一部分，其用作被顶层涂层和/或密封层密封的底涂层。通过密封底涂层中的孔和空隙，顶层提供了另外的屏障保护，因此延伸了整个覆盖系统的腐蚀保护作用，以及增强了它的其它功能性质（例如光滑性、耐温性等）和它的视觉外观。

尽管铝陶瓷涂层有广泛的涂敷实用性，六价铬Cr（VI）已被认定为受关注的环境有害的材料。因此，根据DoD、空军和各种OEM政策的近期变化，它已成为予以清除的目标。效果是产生了对无Cr的高性能涂层的需求，所述无Cr的高性能涂层可表现出至少与具有Cr-基粘合剂的铝-陶瓷涂层的性质相同的性质。

应答将六价铬Cr（VI）确定为环境有害的材料，已研究了各种无Cr涂层作为潜在的替代涂层。例如，考虑的一种可选的无Cr涂层是具有磷酸盐基粘合剂的铝陶瓷底涂层。当该涂层与无Cr（VI）顶层结合使用时，提供与用SermeTel W®底涂层的基准涂层系统可比的应用性质（例如厚度、粗糙度、电镀活性）和性能（例如耐盐雾腐蚀性、耐高温热氧化性、耐侵蚀性、机械性质）。此外，当单独使用时，这些具有磷酸盐基粘合剂的底涂层在按照ASTM B117的盐雾试验中暴露多达500小时表现出耐腐蚀性。但是，作为底涂层，当进行多达1000小时的延长的测试时，该涂层在划线和区域中产生红色的锈。这个途径的另一个缺点源自铝颗粒与磷酸盐粘合剂在水基浆料中在不存在Cr（VI）物质下的显著相互作用，所述Cr（VI）物质对铝金属有钝化作用。作为这种铝颗粒与磷酸盐粘合剂不利的相互作用的结果，底涂层浆料不能维持为“一份（one part）”组合物的形式，在所述一份组合物中所有成分可混合在一起变成单一配方，成分中的一种或更多种不会不利地影响组合物中的其它成分。相反，浆料必须以两份（two－part）浆料的形式保持在贮藏库中，其中铝粉末与水性粘合剂分开保持，直到当粘合剂和Al可以混合使用的时刻。但是，混合的浆料的储存期仅约8小时，超过其则观察到该混合物快速变坏，这证明了它自身在导致粒度的显著增大的Al颗粒附聚中。虽然使用磷酸盐基粘合剂的铝陶瓷涂层的一些具体改进能提高储存期到超过24小时，但是该浆料必须不期望地保持为两份浆料以避免铝颗粒与磷酸盐粘合剂的不利的相互作用。

作为另一可选的,考虑具有硅酸盐基粘合剂的铝陶瓷涂层。一种无铬硅酸盐基粘合剂通常描述在美国专利公布第2006/0166014号中。但是，底涂层性能似乎依赖于层厚度，足够的耐腐蚀性质需要增加涂层厚度到至少2密耳。