[发明专利]金属表面的转化层

说明书

本发明涉及一种用于在金属表面上、尤其是在锌表面或锌合金表面上产生转化涂层的含水处理液，其中，所述处理液含有：含量为0.1g/l至8.0g/l的三价铬离子；含量为0.1g/l至15g/l的锆离子和/或钛离子；含量为0.1g/l至50g/l的有机硅烷改性的二氧化硅纳米粒子；含量为0.1g/l至15g/l的氟离子。借助根据本发明的处理液，可以提供具有高度防腐蚀性的金属材料，同时可以保持或改善表面的装饰性和功能性特征。此外，当使用重金属离子、尤其是钴离子和六价铬离子时，能够避免已知的问题。

技术领域

本发明涉及一种在金属表面上、尤其是在锌表面或锌合金表面上产生转化层的处理液，以及一种利用该处理液在金属表面上、尤其是在锌表面或锌合金表面上产生转化层的方法。本发明还涉及一种用于制备处理液的浓缩物，以及通过根据本发明的方法制备的转化层。借助根据本发明的处理液，可以提供具有高度防腐蚀性的金属材料，同时可以保持或改善表面的装饰性和功能性特征。此外，当使用重金属离子、尤其是钴离子和六价铬离子时，能够避免已知的问题。

本发明涉及金属材料、尤其是含锌表面的防腐保护。

背景技术

在现有技术中，可以使用不同的方法来保护金属材料表面免受腐蚀性环境影响。一种本领域中广泛应用的既定方法是将金属涂层施加到待保护的金属工件上。例如，通常将由铁和钢制成的工件镀锌或镀镉来保护工件免受腐蚀性环境影响。就此而言，腐蚀性介质中的涂覆金属可能比单独的材料基底金属表现出更强或更弱的电化学惰性。如果涂覆金属表现出更弱的惰性，则其在腐蚀性介质中作为牺牲阳极起到对基底金属形成阴极防腐保护的作用。因此，锌的防腐保护是基于其惰性比基底金属更弱，因此首先将腐蚀性侵蚀仅招致到其自身。尽管这种保护功能符合期望，但涂层的腐蚀产物时常导致不期望地妨碍工件的装饰性特征，而且还经常妨碍工件的功能性特征。

通常专门在阴极保护的镀层金属(例如锌及其合金)上设置所谓的转化层，以便减少或尽可能长时间地避免腐蚀镀层金属。这涉及非贵涂覆金属与所谓的处理液的反应产物，这种反应产物在很宽的pH范围内都不溶于含水介质。这类所谓的转化层的实例如所谓的磷酸盐化和铬酸盐化。在磷酸盐化的情况下，将待保护的层浸入含磷酸根离子的酸性溶液。酸性介质致使锌从涂层中部分溶解。释放的Zn²⁺阳离子与反应溶液中的磷酸根离子在表面上形成难溶的磷酸锌层。磷酸锌层本身只能形成相对较差的防腐保护，但对于涂覆于其上的涂漆和涂料而言则是极佳的粘附基底(Halfgrund)，因此这类磷酸锌层的应用重心是用于涂漆和涂料的基底功能。

在铬酸盐化的情况下，将待处理的表面浸入含六价铬离子的酸性溶液。通过应用铬酸盐化，又大大延缓对镀层金属的腐蚀性侵蚀，因而与仅施加镀层金属相比，还能进一步推迟对基底金属的腐蚀。另外，通过铬酸盐化，还能推迟部件因环境影响而遭受光学损伤。镀层金属的腐蚀产物(在锌的情况下为所谓的白锈)还会对部件的外观产生干扰影响。

然而，六价铬化合物的缺点在于，这类化合物不仅具有急性毒性，而且具有很高的致癌可能性。如今已经开发许多方法来代替使用六价铬化合物的铬酸盐处理工艺，尤其是采用三价铬化合物的不同络合物。

但目前在实践中采用的方法一般使用分类为SVHC(Substances of Very HighConcern-高度关注物质)的化合物，诸如钴离子，以实现所需的防腐保护。

例如，EP1346081A1描述了一种使用无六价铬，弱络合剂、优选二羧酸或三羧酸、更优选三价铬与草酸的络合物，以及含Co²⁺的溶液(该溶液中的Co²⁺浓度大于30g/l)来钝化锌、镉或其合金、尤其是锌镍合金的方法。

然而，钴离子被分级为对健康有害，并且各种管理机构对其限制使用或将其列入候选清单(例如，REACH)。