DE202015002400U1 - silicate coating - Google Patents
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Abstract
Ein Produkt bestehend aus: einer Aluminiumoxidschicht mit einer Zusammensetzung, die frei von Silikaten ist; und einer Silikatglasschicht, die direkt von der Aluminiumoxidschicht getragen wird und eine EDX-Zusammensetzung der Silikatglasschicht hat, die aus Silikon, Sauerstoff, Natrium, optional Lithium und optional Bor entsteht; die EDX-Zusammensetzung der Silikatglasschicht ist frei von Aluminium.A product consisting of: an alumina layer having a composition that is free of silicates; and a silicate glass layer supported directly by the alumina layer and having an EDX composition of the silicate glass layer formed of silicone, oxygen, sodium, optionally lithium and optionally boron; the EDX composition of the silicate glass layer is free of aluminum.
Description
QUERVERWEIS AUF VERBUNDENE ANMELDUNGENCROSS-REFERENCE TO ASSOCIATED APPLICATIONS
Diese Offenbarung beansprucht die Priorität einer vorläufigen U.S. Patentanmeldung Nr. 62/047,280, eingereicht am 08. September 2014, deren Offenlegung hierin vollständig enthalten ist.This disclosure claims priority to US provisional Patent Application No. 62 / 047,280, filed Sep. 8, 2014, the disclosure of which is fully incorporated herein by reference.
GEGENSTAND DER ERFINDUNGSCOPE OF THE INVENTION
Die hierin enthaltene Erfindung ist ausgerichtet auf anorganische Schutzschichten für Aluminium und Aluminiumoxide.The invention contained herein is directed to inorganic protective layers for aluminum and aluminum oxides.
HINTERGRÜNDEBACKGROUNDS
Die elektrochemische Bildung von Oxidschichten auf Aluminium ist ein bekanntes und weitverbreitetes industrielles Verfahren zur Erzeugung von Schutz- und/oder dekorativen Beschichtungen auf Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen. Elektrolytisch erzeugte Aluminiumoxidschichten schützen das Basismetall vor Korrosion und Verwitterung und erhöhen die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit von Aluminiumteilen.The electrochemical formation of oxide layers on aluminum is a well-known and widely used industrial process for the production of protective and / or decorative coatings on aluminum and / or aluminum alloys. Electrolytically produced aluminum oxide layers protect the base metal from corrosion and weathering and increase the surface hardness and wear resistance of aluminum parts.
Es gibt viele verschiedene Verfahren der Eloxierung. Beispielsweise können Aluminiummaterialien in Elektrolyten eloxiert werden, wie Schwefelsäure, Chromsäure, Phosphorsäure und Oxalsäure, bei Anwendung von AC- oder DC-Strom und einer Badtemperatur von 10–25°C. Dicke und/oder Härte der eloxierten Aluminiumoxidschicht können sich je nach Variation bei dieser Behandlung ändern.There are many different methods of anodization. For example, aluminum materials can be anodized in electrolytes such as sulfuric acid, chromic acid, phosphoric acid and oxalic acid using AC or DC current and a bath temperature of 10-25 ° C. Thickness and / or hardness of the anodized aluminum oxide layer may vary depending on the variation in this treatment.
Die Porosität der Eloxalschicht ist günstig für die Haftung organischer Beschichtungen, birgt aber auch einen großen Nachteil, nämlich den mangelnden Schutz vor korrosiven Medien. Aus diesem Grund, und um maximale Korrosionsstabilität zu gewähren, werden eloxierte Aluminiumschichten oft in einem anschließenden Verfahrensschritt versiegelt. Bei der Versiegelung, einem Heißsiegel- und/oder Kaltsiegelverfahren, wird das Aluminiumoxid hydratisiert und von seiner amorphen, wasserfreien Konstitution in eine Böhmitstruktur transformiert. Diese Transformation geht einher mit einer Volumenausdehnung oder einem Anschwellen des Oxids, was wiederum für die Versiegelung der porösen Struktur verantwortlich ist. Die Heißversiegelung der Eloxalschicht erfolgt in der Regel in heißem Wasser oder Dampf, wohingegen das Kaltsiegelverfahren bei Temperaturen nahe 30°C stattfindet, in Gegenwart von Nickelfluorid. Die Versiegelung verbessert den Schutz vor Korrosion und Verwitterung der eloxierten Teile in einem pH-Bereich von 5–8.The porosity of the anodized layer is favorable for the adhesion of organic coatings, but also has a major disadvantage, namely the lack of protection against corrosive media. For this reason, and to provide maximum corrosion stability, anodized aluminum layers are often sealed in a subsequent process step. In sealing, a heat seal and / or cold seal process, the alumina is hydrated and transformed from its amorphous anhydrous constitution to a boehmite structure. This transformation is accompanied by volumetric expansion or swelling of the oxide, which in turn is responsible for the sealing of the porous structure. The heat sealing of the anodizing layer is usually done in hot water or steam, whereas the cold sealing process takes place at temperatures near 30 ° C, in the presence of nickel fluoride. The seal improves protection against corrosion and weathering of the anodized parts in a pH range of 5-8.
Leider weisen versiegelte eloxierte Aluminiumoberflächen noch immer schlechten Korrosionsschutz und Stabilität unter pH 4 und/oder über pH 9 auf. Zusätzliche Versiegelungen oder Beschichtungen wurden getestet, es werden aber optimierte Beschichtungen mit einer Stabiltität bei hohen und niedrigen pH-Werten benötigt sowie beschleunigte Korrosions-, Verschleiß- und Schleierbildungstests benötigt.Unfortunately, sealed anodized aluminum surfaces still have poor corrosion protection and stability below
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Hierin wird ein geschichtetes Produkt beschrieben, das eine Aluminiumoxidschicht mit silikatfreier Zusammensetzung enthält; und eine Silikatglasschicht, die direkt von der Aluminiumoxidschicht getragen wird und eine EDX-Zusammensetzung der Silikatglasschicht hat, die aus Silikon, Sauerstoff, Natrium, optional Lithium und optional Bor besteht; die EDX-Zusammensetzung der Silikatglasschicht ist frei von Aluminium.Herein, a layered product containing an alumina layer having a silicate-free composition will be described; and a silicate glass layer supported directly by the alumina layer and having an EDX composition of the silicate glass layer consisting of silicone, oxygen, sodium, optionally lithium, and optionally boron; the EDX composition of the silicate glass layer is free of aluminum.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Für ein besseres Verständnis der Offenbarung, sollten die folgenden detaillierten Beschreibungen und begleitenden Abbildungen berücksichtigt werden:For a better understanding of the disclosure, the following detailed descriptions and accompanying drawings should be considered:
Bestimmte Ausführungsformen sind zwar in den Abbildungen erklärt, mit dem Verständnis, dass die Offenbarung veranschaulichent sein soll, diese Ausführungsformen sollen die hierin beschriebene und erklärte Erfindung aber nicht beschränken.Although certain embodiments are explained in the drawings, with the understanding that the disclosure is intended to be illustrative, these embodiments are not intended to limit the invention described and explained herein.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit Metallprodukten, die exzellente Haltbarkeit und einfache Zubereitung aufweisen. Im Allgemeinen, umfasst ein Produkt ein Metall oder Metalllegierungssubstrat, eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder Metalllegierungssubstrats und eine Glasschicht auf der Oxidschicht, ein Silikat- oder Borosilikatglas. Das Produkt gemäß dieser Erfindung kann für Anwendungen in Innen- und Außenbereichen genutzt werden, wie architektonische Armaturen, Automobilteile, Teile für die Raumfahrt, Komponenten der Schifffahrt, Fahrradkomponenten, Motorradteile, Schwertransportteile (einschließlich LKW, Züge und Schienen), Komponenten für das Militär, Spiegel, Komponenten des Straßenbildes (Laternen und Straßenschilder), Möbel, Geräte (Kühlschränke, Waschmaschinen, Trockner, Spülmaschinen, Herde, Tischgeräte (Mixer, Stabmixer, Toaster, Reiskocher)), Komponenten für Sonnenenergie (Reflektoren und Kollektoren), Gebrauchsartikel und ähnliche Teile (Handys und Computerteile), Wärmeaustausch, medizinische Instrumente und Werkzeuge und/oder Komponenten der Öl- und Gasgewinnung (Kühlleitungen); das Substrat wird im Allgemeinen als Haltevorrichtung oder Teil betrachtet und die Oxidschicht und das Silikatglas beschichten die Haltevorrichtung oder das Teil. Architektonische Haltevorrichtungen und Teile umfassen Material für oder ausgewählte Artikel von Fensterrahmen, Fensterverkleidung, Türen, Verkleidungen, Spiegel, Reflektoren, Lampengehäuse, Scharniere, Griffe, Möbelteile, einschließlich Tisch- oder Stuhlbeine, Sitze oder Oberflächen, Klemmen, Spuren, Geländer und/oder Eisenwaren. Automobilteile umfassen Teile der Karosserie und/oder Räder; einschließlich beispielsweise Dachträger/Relingen, Fensterverkleidungen, Abfallvernichter, Stufen-/Seitengeländer, Türverkleidung, Lampenverkleidungen, Türgriffe, Abgaskrümmer, Reflektoren, Tankverschluss, Spoiler, Säulenblenden, kratzfeste Platten für Türgriffe, Antennen, Markenzeichen/Logos, Fensterblenden, Lautsprecherverkleidung, Radkappen, Felgen, Radmuttern, Motorteile (Kolben, Richtblöcke, Achsen, Nocken, Riemenscheiben, Gehäuse und Abdeckungen) und/oder Auspuffteile (Auspuffleitung/Auspuffrohre, Schalldämpfer, Wandlerdeckel, Klemmen, Bügel und Endrohre). Zu den Teilen der Raumfahrt zählen beispielsweise Motorabdeckungen, Panele, Kreisel, Propeller, Flügel, Landeklappen, Aufzüge und Verkleidungen. Zu den Teilen der Schifffahrt zählen beispielsweise Schiffsrumpf, Mast, Ausleger, Greifzüge, Winsch, Pinne, Saling, Handlauf, Spannvorrichtungen, Relingstützen, Luken und/oder Anhänger. Zu den Fahrradteilen zählen beispielsweise Rahmen, Ständer, Röhren, Handgriffe, Felgen, Handhebel, Gänge und/oder Naben. Zu den Motorradteilen zählen beispielsweise Räder, Hängerohre, Schwingarme, Motorteile, Abgasteile und Zierleisten.The present disclosure is concerned with metal products that have excellent durability and ease of preparation. In general, a product comprises a metal or metal alloy substrate, an oxide layer on the surface of the metal or metal alloy substrate, and a glass layer on the oxide layer, a silicate or borosilicate glass. The product according to this invention can be used for indoor and outdoor applications such as architectural fittings, automotive parts, aerospace components, marine components, bicycle components, motorcycle parts, heavy duty parts (including trucks, trains and rails), military components, Mirrors, components of street art (lanterns and street signs), furniture, appliances (refrigerators, washing machines, dryers, dishwashers, stoves, table appliances (mixers, hand blenders, toasters, rice cookers)), components for solar energy (reflectors and collectors), consumer goods and similar items (Mobile phones and computer parts), heat exchange, medical instruments and tools and / or components of oil and gas production (cooling lines); the substrate is generally considered a fixture or part and the oxide layer and silicate glass coat the fixture or part. Architectural fixtures and parts include material for or selected items of window frames, window coverings, doors, panels, mirrors, reflectors, lamp housings, hinges, handles, furniture parts including table or chair legs, seats or surfaces, clamps, tracks, railings and / or hardware , Automotive parts include parts of the body and / or wheels; including, for example, roof trusses / linings, window coverings, garbage killers, step / side railings, door trim, lamp shades, door handles, exhaust manifolds, reflectors, fuel tank cap, spoilers, pillar trims, scratch resistant door handle panels, antennas, hallmarks / logos, window screens, speaker panels, hubcaps, wheel rims, Wheel nuts, engine parts (pistons, guide blocks, axles, cams, pulleys, housings and covers) and / or exhaust parts (exhaust pipe / exhaust pipes, mufflers, converter covers, clamps, brackets and tailpipes). Aerospace parts include, for example, engine covers, panels, gyros, propellers, wings, flaps, elevators, and fairings. Parts of shipping include, for example, hull, mast, outrigger, grabber, winch, tiller, saling, handrail, tensioners, stanchions, hatches, and / or trailers. The bicycle parts include, for example, frames, stands, tubes, handles, rims, hand lever, gears and / or hubs. The motorcycle parts include, for example, wheels, hanger pipes, swing arms, engine parts, exhaust parts and trim.
Hierin ist ein geschichtetes Produkt beschrieben, das eine Aluminiumoxidschicht enthält, mit einer Zusammensetzung, die frei von Silikaten ist, vorzugsweise mit einer EDX-Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht, die frei von Silikon, Bor und/oder Nickel ist; und eine Silikatglasschicht, die direkt von der Aluminiumoxidschicht getragen wird und eine EDX-Zusammensetzung der Silikatglasschicht hat, die aus Silikon, Sauerstoff, Natrium, optional Lithium und optional Bor besteht; die EDX-Zusammensetzung der Silikatglasschicht ist frei von Aluminium. Die Silikatglasschicht hat eine Zusammensetzung, die etwa 55 wt.% bis etwa 98 wt.% SiO2, 0 wt.% bis etwa 6,7 wt.% B2O3 und etwa 2,3 wt.% bis etwa 36 wt.% M2O enthält, wobei M aus der Gruppe gewählt wird, die aus Lithium, Natrium, Kalium und einer Mischung daraus besteht; wobei M vorzugsweise eine Mischung aus Li und Na ist, beispielsweise mit einem Verhältnis von Li:Na von etwa 1:10 bis 10:1; die Silikatglasschicht beinhaltet weniger als 0,01 wt.% Aluminium, vorzugsweise weniger als 0,001 wt.% Aluminium. Die Silikatglasschicht hat vorzugsweise eine TOF-SIMS-Zusammensetzung, die aus Silikon, Sauerstoff, Natrium, optional Lithium und optional Bor besteht; die TOF-SIM Daten der Silikatglasschicht können eine Spur von Aluminium aufweisen. Die Silikatglasschicht kann eine Dicke zwischen 50 nm und etwa 3000 nm haben, etwa 50 nm bis etwa 2000 nm, etwa 50 nm bis etwa 1500 nm, etwa 100 nm bis etwa 1500 nm, etwa 250 nm bis etwa 1500 nm oder etwa 500 nm bis etwa 1000 nm.Described herein is a layered product containing an alumina layer having a composition that is free of silicates, preferably with an EDX composition of the alumina layer that is free of silicone, boron, and / or nickel; and a silicate glass layer supported directly by the alumina layer and having an EDX composition of the silicate glass layer consisting of silicone, oxygen, sodium, optionally lithium, and optionally boron; the EDX composition of the silicate glass layer is free of aluminum. The silicate glass layer has a composition comprising about 55 wt.% To about 98 wt.% SiO 2 , 0 wt.% To about 6.7 wt.% B 2 O 3 and about 2.3 wt.% To about 36 wt. % M 2 O, wherein M is selected from the group consisting of lithium, sodium, potassium and a mixture thereof; wherein M is preferably a mixture of Li and Na, for example, with a ratio of Li: Na of about 1:10 to 10: 1; the Silicate glass layer contains less than 0.01 wt.% Aluminum, preferably less than 0.001 wt.% Aluminum. The silicate glass layer preferably has a TOF-SIMS composition consisting of silicone, oxygen, sodium, optionally lithium, and optionally boron; the TOF-SIM data of the silicate glass layer may have a trace of aluminum. The silicate glass layer may have a thickness between 50 nm and about 3000 nm, about 50 nm to about 2000 nm, about 50 nm to about 1500 nm, about 100 nm to about 1500 nm, about 250 nm to about 1500 nm, or about 500 nm to about 1000 nm.
Die hierin enthaltene Aluminiumoxidschicht ist vorzugsweise frei von Silikaten. Das heißt, die Aluminiumoxidschicht beinhaltet keine glasformenden Silikonoxide (wie SiO2), Alumosilikate, Borosilikate, oder Mischungen daraus. In einem Fall hat die Aluminiumoxidschicht eine EDX-Zusammenstellung, die aus Aluminium, Sauerstoff, Sulfur und optional einem Farbstoff besteht; und/oder eine TOF-SIMS-Zusammensetzung, die aus Aluminium, Sauerstoff, Sulfur und einem optionalen Farbstoff besteht. Vorzugsweise ist die TOF-SIM-Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht frei von Silikon.The aluminum oxide layer contained herein is preferably free of silicates. That is, the alumina layer does not include glass-forming silicone oxides (such as SiO 2 ), aluminosilicates, borosilicates, or mixtures thereof. In one case, the alumina layer has an EDX composition consisting of aluminum, oxygen, sulfur, and optionally a dye; and / or a TOF-SIMS composition consisting of aluminum, oxygen, sulfur and an optional dye. Preferably, the TOF-SIM composition of the aluminum oxide layer is free of silicone.
In einem Fall ist die Aluminiumoxidschicht eine versiegelte Aluminiumoxidschicht, oder eine PVD Aluminiumoxidschicht (oder hydrierte PVD Aluminiumoxidschicht). In einem anderen Fall beinhaltet das geschichtete Produkt eine Aluminiumoberfläche; die Aluminiumoxidschicht ist direkt mit der Aluminiumoberfläche verbunden. Vorzugsweise beinhaltet das geschichtete Produkt ein Substrat, das die Aluminiumoxidschicht trägt, ausgewählt aus der Gruppe von Aluminium, einer Aluminiumlegierung und Edelstahl.In one case, the alumina layer is a sealed alumina layer, or a PVD alumina layer (or hydrogenated PVD alumina layer). In another case, the layered product includes an aluminum surface; the alumina layer is bonded directly to the aluminum surface. Preferably, the layered product includes a substrate bearing the alumina layer selected from the group of aluminum, an aluminum alloy, and stainless steel.
Vorzugsweise ist das geschichtete Produkt frei von Alumosilikat oder Silikat-/Aluminiumoxid-Diffusion. Noch bevorzugter durchläuft das geschichtete Produkt einen 2-minütigen ”pH 14 Test” und einen ”24-stündigen CASS-Test”.Preferably, the layered product is free of aluminosilicate or silicate / alumina diffusion. More preferably, the layered product undergoes a 2-minute "
Außerdem enthalten ist ein beschichtetes Produkt, das eine Aluminiumoberfläche beinhaltet, die direkt mit einer Sperrschicht verbunden ist. Diese Sperrschicht ist direkt mit einer Aluminiumoxidschicht verbunden, die direkt mit einer Silikatglasschicht verbunden ist. Hierin bedeutet und heißt ”direkt verbunden”, dass die jeweiligen Schichten chemisch und/oder physikalisch verbunden sind, ohne Zwischenschicht. Dieses Fehlen einer Zwischenschicht kann mit spektroskopischen und/oder mikroskopischen Methoden bestimmt werden, beispielsweise energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX), Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (TOF-SIMS) und/oder Rasterelektronenmikroskopie (SEM). Des Weiteren ist eine korrosionsbeständige Beschichtung enthalten, die eine Aluminiumoxidschicht beinhaltet, die mit einem Substrat verbunden ist, wo die Aluminiumoxidschicht eine Zusammensetzung haben kann, die beispielsweise etwa 70 wt.% bis etwa 90 wt.% Al2O3, etwa 2,5 wt.% bis etwa 7,5 wt.% H2O und etwa 10 wt.% bis etwa 20 wt.% SO3 beinhaltet. Die korrosionsbeständige Beschichtung kann ein Borosilikatglas beinhaltet, das mit der Aluminiumoxidschicht verbunden ist, worin das Borosilikatglas eine Zusammensetzung hat, die SiO2, B2O3 und M2O beinhaltet. M2O ist ein Alkalimetalloxid, wobei M aus der Gruppe von Li, Na, K sowie einer Mischung daraus gewählt wird (z. B. Na2O, Li2O, LiNaO, K2O). Die Komponenten des Borosilikatglases (SiO2, B2O3 und M2O) sind nicht getrennt, sondern ein Teil davon und vorzugsweise im gesamten Glas homogen verteilt. Die Silikatglasschicht und die Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht werden basierend auf erkennbaren Komponenten (SiO2, B2O3, Al2O3) in den Schichten beschrieben, bestehen aber, oder umfassen homogene Zusammensetzungen.Also included is a coated product that includes an aluminum surface bonded directly to a barrier layer. This barrier layer is directly connected to an aluminum oxide layer, which is directly connected to a silicate glass layer. Herein, "directly connected" means and means that the respective layers are chemically and / or physically connected without interlayer. This lack of an intermediate layer can be determined by spectroscopic and / or microscopic methods, for example energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) and / or scanning electron microscopy (SEM). Furthermore, a corrosion resistant coating is included that includes an alumina layer bonded to a substrate where the alumina layer may have a composition that includes, for example, about 70 wt.% To about 90 wt.% Al 2 O 3 , about 2.5 wt.% to about 7.5 wt.% H 2 O and about 10 wt.% to about 20 wt.% SO 3 . The corrosion resistant coating may include a borosilicate glass bonded to the alumina layer, wherein the borosilicate glass has a composition including SiO 2 , B 2 O 3 and M 2 O. M 2 O is an alkali metal oxide wherein M is selected from the group consisting of Li, Na, K and a mixture thereof (e.g., Na 2 O, Li 2 O, LiNaO, K 2 O). The components of borosilicate glass (SiO 2 , B 2 O 3 and M 2 O) are not separated, but a part thereof and preferably distributed homogeneously throughout the glass. The silicate glass layer and the composition of the alumina layer are described based on recognizable components (SiO 2 , B 2 O 3 , Al 2 O 3 ) in the layers, but consist of or comprise homogeneous compositions.
Die Zusammensetzung der Silikatglasschicht, basierend auf den Materialien, die zur Vorbereitung der Schicht verwendet werden, kann etwa 55 wt.% bis etwa 98 wt.% SiO2, 0 wt.% bis etwa 6,7 wt.% B2O3 und etwa 2,3 wt.% bis etwa 36 wt.% M2O enthalten. M wird gewählt aus der Gruppe von Lithium, Natrium, Kalium und einer Mischung davon und diese Wahl kann das prozentuale Gewicht der Komponententeile erheblich beeinflussen. Beispielsweise verursacht in einer Zusammensetzung, bei der das Molverhältnis der Komponenten kostant gehalten wird, die Variation von M2O von hundert Prozent Lithium, mit einer atomaren Masse von 6.941, zu hundert Prozent Kalium, mit einer atomaren Masse von 39,098, eine zehnfache Änderung des prozentualen Gewichts. Eine bevorzugte Beschreibung der Zusammensetzung der Silikatglasschicht basiert aus den Molverhältnissen der Komponenten, solche Beschreibungen sind aber nicht üblich. Vorzugsweise betragen die Molverhältnisse der Komponenten (ausgedrückt als Prozentsätze) etwa 67% bis etwa 81% SiO2, 0% bis etwa 7% B2O3 und etwa 17% bis etwa 28% M2O. Alternativ können die Molverhältnnisse etwa 75% bis etwa 80% SiO2 und etwa 20% bis etwa 25% M2O betragen; oder etwa 67% bis etwa 76% SiO2, etwa 3% bis etwa 5% B2O3 und etwa 19% bis etwa 30% M2O.The composition of the silicate glass layer, based on the materials used to prepare the layer, may be about 55 wt.% To about 98 wt.% SiO 2 , 0 wt.% To about 6.7 wt.% B 2 O 3 and from about 2.3 wt% to about 36 wt% M 2 O. M is selected from the group of lithium, sodium, potassium, and a mixture thereof, and this choice can significantly affect the weight percent of the component parts. For example, in a composition in which the molar ratio of the components is kept high, the variation of M 2 O from one hundred percent lithium, with an atomic mass of 6,941, to one hundred percent potassium, with an atomic mass of 39,098, causes a tenfold change in the percent weight. A preferred description of the composition of the silicate glass layer is based on the molar ratios of the components, but such descriptions are not common. Preferably, the molar ratios of the components (in terms of percentages) are about 67% to about 81% SiO 2 , 0% to about 7% B 2 O 3, and about 17% to about 28% M 2 O. Alternatively, the mole ratios may be about 75%. to about 80% SiO 2 and about 20% to about 25% M 2 O; or from about 67% to about 76% SiO 2 , from about 3% to about 5% B 2 O 3, and from about 19% to about 30% M 2 O.
Die Silikatglasschicht kann eine ”EDX-Zusammensetzung” haben, die der Zusammensetzung der Silikatglasschicht entspricht, die von der EDX Spektroskopie bestimmt wird (siehe
Die Silikatglasschicht kann eine ”TOF-SIMS-Zusammensetzung” haben, die der Zusammensetzung der Silikatglasschicht entspricht, die von TOF-SIMS bestimmt wird (siehe
Wenn die Silikatglasschicht Natrium und Lithium enthält, hat die Silikatglasschicht ein Na:Li Atomverhältnis, das vorzugsweise etwa 1:9 bis etwa 9:1 beträgt. Am liebsten beträgt das Na:Li Atomverhältnis etwa 1:5 bis etwa 5:1; am liebsten etwa 1:2,5 bis etwa 2,5:1.When the silicate glass layer contains sodium and lithium, the silicate glass layer has a Na: Li atomic ratio, which is preferably about 1: 9 to about 9: 1. Most preferably, the Na: Li atomic ratio is about 1: 5 to about 5: 1; preferably about 1: 2.5 to about 2.5: 1.
Ist die Silikatglasschicht eine Borosilikatglasschicht, beinhaltet die Silikatglasschicht Bor, die Silikatglasschicht hat ein Si/B Atomverhältnis von vorzugsweise etwa 10:1 bis etwa 200:1. Noch bevorzugter beträgt das Si/B Verhältnis etwa 10:1 bis etwa 100:1; und noch bevorzugter etwa 25:1 bis etwa 100:1.When the silicate glass layer is a borosilicate glass layer, the silicate glass layer includes boron, and the silicate glass layer has an Si / B atomic ratio of preferably about 10: 1 to about 200: 1. More preferably, the Si / B ratio is about 10: 1 to about 100: 1; and more preferably about 25: 1 to about 100: 1.
Die Silikatglasschicht kann eine Dicke von etwa 100 nm, 200 nm, 300 nm, 400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, 1000 nm, 1500 nm, 2000 nm, 2500 nm oder 3000 nm haben. Alternativ kann die Dicke der Silikatglasschicht im Bereich von etwa 50 nm bis etwa 3000 nm liegen, etwa 50 nm bis etwa 2000 nm, etwa 50 nm bis etwa 1500 nm, etwa 100 nm bis etwa 1500 nm, etwa 250 nm bis etwa 1500 nm oder etwa 500 nm bis etwa 1000 nm.The silicate glass layer may have a thickness of about 100 nm, 200 nm, 300 nm, 400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, 1000 nm, 1500 nm, 2000 nm, 2500 nm or 3000 nm. Alternatively, the thickness of the silicate glass layer can range from about 50 nm to about 3000 nm, about 50 nm to about 2000 nm, about 50 nm to about 1500 nm, about 100 nm to about 1500 nm, about 250 nm to about 1500 nm, or about 500 nm to about 1000 nm.
In einem anderen Beispiel, beinhaltet die Silikatglasschicht eine Mischung als Alkalimetallen, die aus einer Mischung von Natrium und Kalium ausgewählt wird; Natrium, Lithium und Kalium; und Lithium und Kalium. In diesem Beispiel beinhaltet die Silikatglasschicht eine Mischung aus Alkalimetallen, wobei ein Alkalimetall Kalium ist. Vorzugsweise beinhaltet die Silikatglasschicht eine nicht homogene Verteilung von Kalium. Beispielsweise worin die Silikatglasschicht einen Bereich mit viel Kalium enthält, nahe der Oberfläche (getrennt von der Aluminiumoxidschicht), wie beim Vergleich mit einer geringeren Konzentration von Kalium in einem Bereich des Silikatglases neben dem Substrat. Das Silikatglas kann eine Vielzahl von Bereichen haben, wie von der Profiltiefe der Kaliumkonzentration differenziert.In another example, the silicate glass layer includes a mixture of alkali metals selected from a mixture of sodium and potassium; Sodium, lithium and potassium; and lithium and potassium. In this example, the silicate glass layer includes a mixture of alkali metals wherein an alkali metal is potassium. Preferably, the silicate glass layer includes a non-homogeneous distribution of potassium. For example, wherein the silicate glass layer contains a high potassium region near the surface (separate from the aluminum oxide layer) as compared to a lower concentration of potassium in a region of the silicate glass adjacent to the substrate. The silicate glass can have a variety of ranges as differentiated from the tread depth of the potassium concentration.
Vorzugsweise ist die Konzentration von Silikon in der Silikatglasschicht in der gesamten Schicht konsistent. Die Konsistenz der Zusammensetzung kann durch die Silikonkonzentration in der EDX-Zusammensetzung der Silikatglasschicht bestimmt werden, vorzugsweise variiert die Silikonkonzentration um weniger als 5%, 4%, 3%, 2%, oder 1% in der gesamten Silikonglasschicht. Zusätzlich ist die Sauerstoffkonzentration in der Silikatglasschicht vorzugsweise in der gesamten Schicht konsistent. Die Sauerstoffkonzentration in der EDX-Zusammensetzung der Silikatglasschicht variiert um weniger als 5%, 4%, 3%, 2%, oder 1% in der gesamten Silikatglasschicht.Preferably, the concentration of silicone in the silicate glass layer is consistent throughout the layer. The consistency of the composition can be determined by the silicone concentration in the EDX composition of the silicate glass layer, preferably the silicone concentration varies by less than 5%, 4%, 3%, 2%, or 1% throughout the silicone glass layer. In addition, the oxygen concentration in the silicate glass layer is preferably consistent throughout the layer. The oxygen concentration in the EDX composition of the silicate glass layer varies by less than 5%, 4%, 3%, 2%, or 1% in the total silicate glass layer.
Die Silikatglasschicht ist vorzugsweise eine dichte, undurchlässige Schicht. Noch bevorzugter ist die Silikatglasschicht nicht porös. Und noch bevorzugter ist die Silikatglasschicht transparent, formlos solide.The silicate glass layer is preferably a dense, impermeable layer. More preferably, the silicate glass layer is non-porous. And more preferably, the silicate glass layer is transparent, informally solid.
Wie oben beschrieben, kann die Aluminiumoxidschicht etwa 70 wt.% bis etwa 90 wt.% Al2O3, etwa 2,5 wt.% bis etwa 7,5 wt.% H2O und etwa 10 wt.% bis etwa 20 wt.% SO3 enthalten; etwa 75 wt.% bis etwa 85 wt.% Al2O3, etwa 3,5 wt.% bis etwa 5,5 wt.% H2O und etwa 12,5 wt.% bis etwa 17,5 wt.% SO3; oder etwa 80–81 wt.% Al2O3, etwa 5–6 wt.% H2O und 14–15 wt.% SO3. In alternativen Beispielen, kann die Aluminiumoxidschicht frei von SO3 sein. In einem besonders bevorzugten Beispiel, hat die Aluminiumoxidschicht eine EDX-Zusammensetzung, die aus Aluminium, Sauerstoff, Sulfur und einem optionalen Farbstoff besteht. Noch bevorzugter ist die EDX-Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht frei von Nickel, die EDX-Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht ist frei von Silikon und Nickel und/oder die EDX-Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht ist frei von Silikon, Bor und Nickel. As described above, the alumina layer may be about 70 wt.% To about 90 wt.% Al 2 O 3 , about 2.5 wt.% To about 7.5 wt.% H 2 O, and about 10 wt.% To about 20 wt.% SO 3 included; about 75 wt.% to about 85 wt.% Al 2 O 3 , about 3.5 wt.% to about 5.5 wt.% H 2 O and about 12.5 wt.% to about 17.5 wt.% SO 3 ; or about 80-81 wt.% Al 2 O 3 , about 5-6 wt.% H 2 O and 14-15 wt.% SO 3 . In alternative examples, the alumina layer may be free of SO 3 . In a particularly preferred example, the alumina layer has an EDX composition consisting of aluminum, oxygen, sulfur and an optional dye. More preferably, the EDX composition of the aluminum oxide layer is free of nickel, the EDX composition of the aluminum oxide layer is free of silicone and nickel, and / or the EDX composition of the aluminum oxide layer is free of silicone, boron, and nickel.
Vorzugsweise ist die Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht in der gesamten Schicht konsistenz. Die Konsistenz der Zusammensetzung kann mithilfe der Aluminiumkonzentration in der EDX-Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht bestimmt werden, vorzugsweise variiert die Aluminiumkonzentration um weniger als 5%, 4%, 3%, 2% oder 1% in der gesamten Aluminiumoxidschicht. Die Konsistenz der Zusammensetzung kann außerdem über die Sauerstoffkonzentration in der EDX-Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht bestimmt werden, vorzugsweise variiert die Sauerstoffkonzentration um weniger als 5%, 4%, 3%, 2% oder 1% in der gesamten Aluminiumoxidschicht. Bei Beispielen, in denen ein Farbstoff bei der Herstellung zur Aluminiumoxidschicht hinzugefügt wird, kann die Zusammensetzung aufgrund der Lokalisierung des Farbstoffs in den Aluminiumoxidporen in der Schichttiefe variieren.Preferably, the composition of the alumina layer is consistent throughout the layer. The consistency of the composition can be determined by the aluminum concentration in the EDX composition of the alumina layer, preferably the aluminum concentration varies by less than 5%, 4%, 3%, 2% or 1% in the total alumina layer. The consistency of the composition may also be determined by the oxygen concentration in the EDX composition of the alumina layer, preferably the oxygen concentration varies less than 5%, 4%, 3%, 2% or 1% in the total alumina layer. In examples where a dye is added to the alumina layer in the preparation, the composition may vary in layer depth due to the location of the dye in the alumina pores.
Die EDX-Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht kann 31–36% Aluminium, 60–70% Sauerstoff und 2–5% Sulfur beinhalten, oder vorzugsweise daraus bestehen; noch bevorzugter 31–35% Aluminium, 63–67% Sauerstoff und 3–4% Sulfur und noch bevorzugter, 32–34% Aluminium, 64–66% Sauerstoff und 3–3,5% Sulfur. Wie oben beschrieben, sind die Wasserstoffkonzentrationen in der EDX Spektroskopie nicht nachweisbar und daher kein Teil der EDX-Zusammensetzung. Außerdem kann die EDX-Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht ein Aluminium:Sauerstoff Verhältnis von 1:2 beinhalten.The EDX composition of the alumina layer may include, or preferably consists of, 31-36% aluminum, 60-70% oxygen, and 2-5% sulfur. more preferably 31-35% aluminum, 63-67% oxygen and 3-4% sulfur and more preferably, 32-34% aluminum, 64-66% oxygen and 3-3.5% sulfur. As described above, the hydrogen concentrations in EDX spectroscopy are undetectable and therefore not part of the EDX composition. In addition, the EDX composition of the alumina layer may include an aluminum: oxygen ratio of 1: 2.
Die TOF-SIM-Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht beinhaltet Aluminium und Sauerstoff. In einem Beispiel beinhaltet die TOF-SIM-Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht, oder vorzugsweise besteht aus Aluminium, Sauerstoff, Sulfur und einem optionalen Farbstoff. Noch bevorzugter ist die TOF-SIM-Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht frei von Silikon, oder frei von Silikon und Bor (siehe
Die Aluminiumoxidschicht kann eine Dicke von weniger als etwa 50 Mikrometer, 40 Mikrometer, 30 Mikrometer, 25 Mikrometer, 20 Mikrometer, 10 Mikrometer, 5 Mikrometer, 4 Mikrometer, 3 Mikrometer, 2 Mikrometer, 1 Mikrometer oder 500 nm haben. Vorzugsweise ist die Dicke der Aluminiumoxidschicht in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 30 Mikrometer, etwa 2 bis etwa 25 Mikrometer, etwa 3 bis etwa 20 Mikrometer oder etwa 5 bis etwa 25 Mikrometer. In einem bestimmten Beispiel, hat die Aluminiumoxidschicht eine Dicke von weniger als etwa 10 Mikrometer und die Borosilikatglasschicht hat eine Dicke von weniger als 1 Mikrometer.The alumina layer may have a thickness of less than about 50 microns, 40 microns, 30 microns, 25 microns, 20 microns, 10 microns, 5 microns, 4 microns, 3 microns, 2 microns, 1 microns, or 500 nm. Preferably, the thickness of the alumina layer is in a range of about 1 to about 30 microns, about 2 to about 25 microns, about 3 to about 20 microns, or about 5 to about 25 microns. In one particular example, the alumina layer has a thickness of less than about 10 micrometers and the borosilicate glass layer has a thickness of less than 1 micrometer.
Die Aluminiumoxidschicht kann einen Böhmit-/Bayeritbereich haben, ohne Abweichung von den oben beschriebenen Bereichen. Der Böhmit-/Bayeritbereicht beinhaltet ein hydratisiertes Aluminiumoxid, also ein Aluminiumoxid mit einem höheren Anteil an Hydroxylgruppen als ein dehydriertes Al2O3. Beispielsweise beinhaltet der Böhmit-/Bayeritbereich AlO(OH) und/oder Al(OH)3 Gruppen. In Beispielen mit Böhmit-/Bayeritbereich, ist der Böhmit-/Bayeritbereich direkt mit der Silikatglasschicht verbunden. In einem Beispiel befindet sich der Böhmit-/Bayeritbereich innerhalb der Aluminiumoxidschicht, mit einem höheren Anteil von Hydroxylgruppen und ist zwischen einem Bereich mit einem geringeren Anteil von Hydroxylgruppen und der Silikatglasschicht positioniert. In einem anderen Beispiel erstreckt sich der Böhmit-/Bayeritbereich über die gesamte Aluminiumoxidschicht. Der Böhmit-/Bayeritbereich kann in grafischen Darstellung der TOF-SIMS von Aluminiumwerten im Laufe der Zeit angezeigt werden (Tiefe) (siehe
Wie oben beschrieben, kann diese Zusammensetzung eine Sperrschicht enthalten, die direkt mit der Aluminiumoxidschicht verbunden ist. Vorzugsweise hat die Sperrschicht eine TOF-SIM-Zusammensetzung, die Aluminium und Sauerstoff beinhaltet. In einigen Beispielen, beinhaltet die TOF-SIM-Zusammensetzung der Sperrschicht außerdem Natrium und/oder Lithium. In anderen Beispielen, kann die TOF-SIM-Zusammensetzung der Sperrschicht Spuren von Silikon enthalten. Eine Brüchigkeit der Sperrschicht führt zu einem abrupten Anstieg der Anzahl in der TOF-SIM Analyse.As described above, this composition may include a barrier layer bonded directly to the aluminum oxide layer. Preferably, the barrier layer has a TOF-SIM composition, which includes aluminum and oxygen. In some examples, the TOF-SIM composition of the barrier layer further includes sodium and / or lithium. In other examples, the TOF-SIM composition of the barrier layer may contain traces of silicone. Brittleness of the barrier results in an abrupt increase in the number in the TOF-SIM analysis.
Vorzugsweise beinhalten die Zusammensetzungen eine Aluminiumoberfläche, die von einem Substrat getragen wird. Das Substrat kann zusammengesetzt sein aus beispielsweise Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Edelstahl. Die Aluminiumlegierung kann ausgewählt werden aus einer Reihe von Legierungen der 1000er Serie, einer Legierung der 2000er Serie, einer Legierung der 3000er Serie, einer Legierung der 4000er Serie, einer Legierung der 5000er Serie, einer Legierung der 6000er Serie, einer Legierung der 7000er Serie und einer Legierung der 8000er Serie. In einem bevorzugten Beispiel, ist die Aluminiumlegierung eine Legierung der 6000er Serie; in einem anderen bevorzugten Beispiel, ist die Aluminiumlegierung eine Legierung der 3000er Serie; in einem weiteren Beispiel ist die Aluminiumlegierung eine Legierung der 1000er Serie. Das Aluminium oder die Aluminiumlegierung können gegossen, gepresst, warmgewalzt, kaltgewalzt, weichgeglüht oder gehärtet werden. In einem bevorzugten Beispiel, werden das Aluminium oder die Aluminiumlegierung extrudiert. In einem anderen Beispiel werden das Aluminium oder die Aluminiumlegierung gewalzt. In einem weiteren Beispiel wird das gegossene, extrudierte oder gewalzte Aluminium oder die Aluminiumlegierung gehärtet. In anderen Beispielen kann das Substrat beispielsweise Edelstahl, Keramik oder Plastik sein.Preferably, the compositions include an aluminum surface supported by a substrate. The substrate may be composed of, for example, aluminum, an aluminum alloy or stainless steel. The aluminum alloy can be selected from a series of 1000 series alloys, a 2000 series alloy, a 3000 series alloy, a 4000 series alloy, a 5000 series alloy, a 6000 series alloy, a 7000 series alloy and an alloy of the 8000 series. In a preferred example, the aluminum alloy is a 6000 series alloy; in another preferred example, the aluminum alloy is a 3000 series alloy; in another example, the aluminum alloy is a 1000 series alloy. The aluminum or aluminum alloy may be cast, pressed, hot rolled, cold rolled, annealed or tempered. In a preferred example, the aluminum or aluminum alloy is extruded. In another example, the aluminum or aluminum alloy is rolled. In another example, the cast, extruded or rolled aluminum or aluminum alloy is cured. In other examples, the substrate may be, for example, stainless steel, ceramic or plastic.
Eine wichtige Eigenschaft ist er außergewöhnliche Schutz vor Korrosion und/oder Verwitterung, durch die hierin beschriebene Silikatglasbeschichtung. Im Allgemeinen wird der Schutz vor Korrosion oder Verwitterung mithilfe der Ergebnisse der Proben bei den folgenden Testverfahren bestimmt. Dabei werden Proben auf einer ”Bestanden/Durchgefallen” Skala bewertet; typischerweise wird das Bestehen eines bestimmten Tests dadurch angezeigt, dass keine visuelle Änderung bei Abschluss des Tests auftritt, ein Durchfallen bei einem bestimmten Test wird durch eine deutliche Korrosion oder Verwitterung der Probe angezeigt. Einige Tests bieten geringere zweistellige Ergebnisse; unter diesen Umständen wurden Proben zusätzlich auf einer ”–/0/+” Skala bewertet: wobei ”–” einem Durchfallen entspricht, ”0” entspricht einer geringen Änderung der Erscheinung (z. B. leichte Entfärbung, Befleckung oder Vernebelung von weniger als 10% der beschichteten Oberfläche) und ”+” entspricht keiner Änderung der Erscheinung. Beispiele, die keine visuelle Änderung der Erscheinung aufweisen (Wert von ”+”), werden beim Test als exzellent eingestuft.An important feature is its exceptional protection against corrosion and / or weathering, by the silicate glass coating described herein. In general, the protection against corrosion or weathering is determined using the results of the samples in the following test procedures. In doing so, samples are graded on a pass / fail scale; typically, the existence of a particular test is indicated by the absence of any visual change at the conclusion of the test; failure by a particular test is indicated by significant corrosion or weathering of the sample. Some tests offer lower double-digit results; under these circumstances, samples were additionally scored on a "- / 0 / +" scale: where "-" corresponds to a fall-out, "0" corresponds to a small change in appearance (eg, slight discoloration, staining or nebulization less than 10) % of the coated surface) and "+" corresponds to no change in appearance. Examples that show no visual change in appearance (value of "+") are considered excellent in the test.
Zunächst einmal bietet die hierin beschriebene Beschichtung den beschichteten Materialien Schutz vor sauren Milieus. Das heißt, das beschichtete Produkt besteht und/oder übertrifft einen ”pH 1 Test”. Der ”pH 1 Test” besteht aus einem 10-minütigen Eintauchen in einer wässrigen 0,1 M HCl Lösung bei Umgebungstemperatur (20–25°C).First of all, the coating described herein provides the coated materials with protection from acidic environments. That is, the coated product exists and / or exceeds a "pH 1 test". The "pH 1 test" consists of a 10 minute immersion in an aqueous 0.1M HCl solution at ambient temperature (20-25 ° C).
Zudem bietet die hierin beschriebene Beschichtung dem beschichteten Material Schutz vor normalen Umgebungen. Das heißt, das beschichtete Produkt übertrifft einen ”pH 13.5 Test”. Der ”pH 13.5 Test” wird bei 25–30°C durchgeführt, durch (a) ein 10-minütiges Eintauchen in pH 1 Lösung; (b) Abspülen mit Wasser und trocknen, (c) Härtung bei einer erhöhten Temperatur von 40°C für 1 Stunde, darauf folgt ohne Abkühlung ein (d) 10-minütiges Eintauchen in pH 13.5 Lösung, (e) Anspülen mit Wasser und trocknen. Dieser Test ist allgemein bekannt als standardgemäßer TL 182 (Volkswagen AG).In addition, the coating described herein provides the coated material with protection from normal environments. That is, the coated product surpasses a "pH 13.5 test". The "pH 13.5 test" is performed at 25-30 ° C by (a) immersing in pH 1 solution for 10 minutes; (b) rinse with water and dry; (c) cure at an elevated temperature of 40 ° C for 1 hour, followed by cooling (d) for 10 minutes in pH 13.5 solution, (e) rinse with water and dry , This test is commonly known as standard TL 182 (Volkswagen AG).
Andererseits besteht oder übertrifft das beschichtete Produkt einen 2-minütigen ”pH 14 Test”, vorzugsweise einen 10-minütigen ”pH 14 Test”, oder noch bevorzugter einen 30-minütigen ”pH 14 Test”. Der ”pH 14 Test” wird durchgeführt durch Eintauchen der Probe in einer 1 M wässrigen NaOH Lösung bei 70°C (pH 14). Die Probe wird mindestens 2 Minuten in der Lauge gehalten, danach entfernt, mit Wasser abgespült und getrocknet. Ein typischer Defekt beim pH 14 Test ist eine Bedeckung oder Ablösung der Beschichtung. Ähnlich wurden Proben auf einer Bestanden/Durchgefallen-Basis bewertet, wobei Proben, die eine Ablösung oder Bedeckung aufwiesen, durchgefallen sind, und Proben, die ihre Integrität gewahrt haben, bestanden haben. In wenigen Proben, wurde eine leichte Trübung (Vernebelung) nach Abschluss des Tests beobachtet; diese Proben haben den Test bestanden. Vorzugsweise weisen Proben keine Änderung (keine Vernebelung, keine Korrosion, keine Farbänderung) der visuellen Erscheinung als Ergebnis des pH 14 Tests auf; diese Proben haben unter den Testbedingungen den Test ”übertroffen”.On the other hand, the coated product will pass or surpass a 2-minute "
In einem weiteren Beispiel, bietet die hierin beschriebene Beschichtung den beschichteten Materialien Schutz vor einer Kupferchlorid-Essigsäure-Sprühnebelprüfung (CASS) (siehe
In noch einem anderen Beispiel, besteht das hierin beschriebene beschichtete Produkt einen ”Vernebelungstest”. Beim Vernebelungstest wird die Probe für 72 Stunden Salpetersäuredämpfen bei einer Luftfeuchtigkeit von 95–100% ausgesetzt, bei etwa 38°.In yet another example, the coated product described herein passes a "fogging test." In the nebulisation test, the sample is exposed for 72 hours to nitric acid vapors at a humidity of 95-100%, at about 38 °.
Ein weiterer Überlastungsversuch ist ein ”Abriebversuch”. Hierbei umfasst der Abriebversuch 20 Schleifzyklen (40 Längen) mit Stahlwolle Grad 1 (mittel, mit einer Faserbreite von 0,06 mm) und einer Kraft von 200 g/cm2. Weitere Abriebversuche können durchgeführt werden, z. B. ein ”Amtec Kistler Car Was Test” und/oder ein ”Tabertest”.Another overload attempt is an "abrasion test". Here, the abrasion test comprises 20 grinding cycles (40 lengths) with steel wool grade 1 (medium, with a fiber width of 0.06 mm) and a force of 200 g / cm 2 . Further abrasion tests can be carried out, for. As an "Amtec Kistler Car Was Test" and / or a "Tabertest".
Weitere Überlastungsversuche umfassen einen ”Hitzebeständigkeitstest” (120 Stunden bei 200°C), einen neutralen Salzsprühtest (
Vorzugsweise besteht das hierin beschriebene beschichtete Produkt einen ”pH 1 Test”; besteht einen ”pH 13.5 Test”, besteht einen 2-minütigen ”pH 14 Test” (vorzugsweise einen 10-minütigen ”pH 14 Test”, noch bevorzugter einen 30-minütigen ”pH 14 Test”); und besteht einen ”24-stündigen CASS-Test” (vorzugsweise einen ”48-stündigen Cass-Test”, einen ”72-stündigen CASS-Test”, oder einen ”240-stündigen CASS-Test”).Preferably, the coated product described herein is a "pH 1 test"; if there is a "pH 13.5 test", pass a 2-minute "
In einer anderen Anwendung beinhaltet das beschichtete Produkt ein Substrat, das eine Aluminiumoxidschicht trägt, die direkt mit der Silikatglasschicht verbunden ist. Hier kann das beschichtete Produkt frei von Sperrschichten sein, das heißt, die Aluminiumoxidschicht kann direkt mit dem Substrat verbunden sein. Ein Beispiel einer Aluminiumoxidschicht, die direkt mit dem Substrat verbunden ist, ist Physical Vapor Deposited (PVD) Aluminiumoxid, das von einem Substrat getragen wird, wo eine PVD-Aluminiumoxidschicht direkt auf dem empfangenden Substrat gebildet wurde. Die Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht (die PVD-Aluminiumoxidschicht) kann frei von Sulfur sein. Vorzugsweise kann die Zusammensetzung der Aluminiumoxidschicht aus Aluminium und Sauerstoff bestehen und noch bevorzugter in einem Verhältnis von etwa 2:3 (Al2O3). In einem anderen Beispiel, kann die Aluminiumoxidschicht Aluminium, Sauerstoff und Wasserstoff enthalten. Des Weiteren kann die Aluminiumoxidschicht (die PVD-Aluminiumoxidschicht) neben der Silikatklasschicht einen Bayerit-/Böhmitbereich enthalten, oder daraus bestehen.In another application, the coated product includes a substrate bearing an alumina layer bonded directly to the silicate glass layer. Here, the coated product may be free of barrier layers, that is, the alumina layer may be bonded directly to the substrate. An example of an alumina layer bonded directly to the substrate is Physical Vapor Deposited (PVD) alumina supported on a substrate where a PVD alumina layer was formed directly on the receiving substrate. The composition of the alumina layer (the PVD alumina layer) may be sulfur free. Preferably, the composition of the alumina layer may be made of aluminum and oxygen, and more preferably in a ratio of about 2: 3 (Al 2 O 3 ). In another example, the alumina layer may include aluminum, oxygen, and hydrogen. Further, the alumina layer (the PVD alumina layer) may contain or consist of a bayerite / boehmite region in addition to the silicate clad layer.
Zusätzlich ist ein Verfahren zur Vorbereitung der oben beschriebenen Oberflächenbeschichtungen oder beschichteten Produkte enthalten. Im Allgemeinen umfasst das Verfahren die Beschichtung von Aluminiumoxid mit einer wässrigen Silikatlösung und dann die Polymerisation und Härtung eines Silikatglases, das aus der Silikatlösung geformt wurde. Eine wichtige Eigenschaft des Verfahrens, worauf in der obigen Beschreibung der Oberflächenbeschichtung Bezug genommen wurde, ist die Vermeidung, dass Silikat in das Aluminiumoxid eindringt und dass sich das Aluminium auflöst und im Silikatglas auftritt. Die Kontrolle der resultierenden Zusammensetzungen durch den hierin beschriebenen Prozess, ergibt eine Beschichtung oder ein beschichtetes Produkt mit unerwarteter und außergewöhnlicher Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Beschädigung.In addition, a method for preparing the above-described surface coatings or coated products is included. In general, the method involves coating alumina with an aqueous silicate solution and then polymerizing and curing a silicate glass molded from the silicate solution. An important feature of the process, referred to in the above description of the surface coating, is the avoidance of silicate entering the alumina and the aluminum dissolving and occurring in the silicate glass. Control of the resulting compositions by the process described herein results in a coating or coated product having unexpected and exceptional resistance to corrosion and damage.
Das Verfahren kann mindestens die Bildung einer Aluminiumoxidschicht umfassen, die mit einer wässrigen Silikatlösung beschichtet wird und dann ein Silikatglas auf der Aluminiumoxidschicht polymerisiert und gehärtet wird. Für ein umfassendes Verständnis, wird das Verfahren hierin mit zusätzlichen, bevorzugten Schritten beschrieben, die für die Bildung der oben beschriebenen Beschichtungen oder beschichteten Produkte zutreffen.The method may comprise at least the formation of an aluminum oxide layer which is coated with an aqueous silicate solution and then a silicate glass is polymerized and cured on the aluminum oxide layer. For a full understanding, the method is described herein with additional, preferred steps that apply to the formation of the above-described coatings or coated products.
Hierin beschrieben ist ein Verfahren für die Zubereitung einer Oberflächenbeschichtung, was die Bildung einer beschichteten Aluminiumoxidschicht durch Anwendung einer wässrigen Silikatlösung auf einer Aluminiumoxidschicht umfassen kann, mit einer Dicke von etwa 1 μm bis etwa 25 μm, wobei die Aluminiumoxidschicht aus einer versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht oder einer hydratisierten PVD Aluminiumschicht besteht und die wässrige Silikatlösung einen pH-Wert von etwa 11 bis etwa 13 hat, eine Zusammensetzung mit einem Verhältnis von SiO2 zu M2O von etwa 3,5 bis etwa 2, wobei M gewählt wird aus Li, Na, K sowie einer Mischung daraus und einem Verhältnis von SiO2 zu B2O3 von etwa 10:1 bis etwa 200:1; und danach Polymerisation und Härtung eines Silikatglases auf der versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht durch (A) Erhitzung der beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht auf eine Temperatur von etwa 200°C bis etwa 500°C oder (B) Aussetzen der beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht einer Infrarotquelle. Das Verfahren kann außerdem die Bereitstellung einer Aluminiumoberfläche umfassen; Eloxierung der Aluminiumoberfläche, um eine unversiegelte, eloxierte Aluminiumschicht zu bieten und dann Heißversiegelung der unversiegelten Aluminiumoxidschicht, um eine versiegelte, eloxierte Aluminiumschicht zu erhalten. Die Heißversiegelung kann eine Dauer der Heißversiegelung von weniger als 6 min/micron und mindestens 5 min/micron, 4 min/micron, 3 min/micron, 2 min/micron, 1 min/micron, 30 sec/micron oder 10 sec/micron umfassen; die Bildung der versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht aus der unversiegelten eloxierten Aluminiumschicht besteht aus dem Verfahren der Heißversiegelung.Described herein is a method of preparing a surface coating, which may include forming a coated alumina layer by applying an aqueous silicate solution on an alumina layer, having a thickness of about 1 μm to about 25 μm, the alumina layer being a sealed, anodized aluminum layer or a hydrated PVD aluminum layer and the aqueous silicate solution has a pH of about 11 to about 13, a composition having a ratio of SiO 2 to M 2 O of about 3.5 to about 2, wherein M is selected from Li, Na K and a mixture thereof and a ratio of SiO 2 to B 2 O 3 of about 10: 1 to about 200: 1; and thereafter polymerizing and curing a silicate glass on the sealed, anodized aluminum layer by (A) Heating the coated anodized aluminum layer to a temperature of from about 200 ° C to about 500 ° C; or (B) exposing the coated, anodized aluminum layer to an infrared source. The method may further include providing an aluminum surface; Anodizing the aluminum surface to provide an unsealed, anodized aluminum layer and then heat sealing the unsealed aluminum oxide layer to obtain a sealed, anodized aluminum layer. The heat seal may have a heat seal duration of less than 6 min / micron and at least 5 min / micron, 4 min / micron, 3 min / micron, 2 min / micron, 1 min / micron, 30 sec / micron or 10 sec / micron include; the formation of the sealed, anodized aluminum layer from the unsealed anodized aluminum layer consists of the heat sealing process.
Außerdem kann das Verfahren eine Dauer zwischen dem Abschluss des Verfahrens der Heißversiegelung und der Bildung der beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht umfassen, von weniger als 60, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Minuten. Vorzugsweise beträgt die Dauer weniger als 5 Minuten, oder nicht mehr als die notwendige Dauer, um die Probe aus einem Heißversiegelungsbad oder Apparat zu entnehmen, etwa auf Raumtemperatur abzukühlen und dann in der wässrigen Silikatlösung einzutauchen (in der Praxis oft weniger als 1 Minute). In einem anderen Beispiel kann die versiegelte, eloxierte Aluminiumschicht in eine feuchte Umgebung, Wasser gehalten werden, oder mit Wasser überzogen werden; bevor die beschichtete, eloxierte Aluminiumschicht durch Anwendung der wässrigen Silikatlösung gebildet wird.In addition, the process may include a period between the completion of the heat seal process and the formation of the coated anodized aluminum layer, of less than 60, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, or 5 minutes. Preferably, the duration is less than 5 minutes, or not more than the time necessary to remove the sample from a heat seal bath or apparatus, cool to about room temperature, and then immerse in the aqueous silicate solution (often less than 1 minute in practice). In another example, the sealed, anodized aluminum layer may be kept in a moist environment, water, or water-coated; before the coated, anodized aluminum layer is formed by using the aqueous silicate solution.
Außerdem enthalten ist ein mehrstufiges Verfahren, das in einem ersten Schritt die Bereitstellung einer Aluminiumoxidschicht enthält. Die Aluminiumoxidschicht kann durch die Eloxierung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung erzeugt werden, oder durch Ablagerung einer Aluminiumoxidschicht, durch beispielsweise Physical Vapor Deposition (PVD). Die Struktur der Aluminiumoxidschicht ist zwar chemisch ähnlich, unterscheidet sich aber durch die verschiedenen Methoden der Erzeugung. Eloxierung bietet eine bekannte poröse Schicht, wohingegen PVD in der Regel eine dichte, nicht poröse Schicht erzeugt. Vor der Beschichtung mit der Silikatlösung, ist die Aluminiumoxidschicht vorzugsweise nicht porös und/oder enthält einen hohen Anteil von Hydroxylgruppen auf einer äußeren Oberfläche.Also included is a multi-step process that includes the provision of an alumina layer in a first step. The alumina layer may be formed by anodizing aluminum or an aluminum alloy, or depositing an alumina layer, such as by physical vapor deposition (PVD). Although the structure of the alumina layer is chemically similar, it differs by the different methods of production. Anodization provides a known porous layer, whereas PVD typically produces a dense, non-porous layer. Prior to coating with the silicate solution, the alumina layer is preferably non-porous and / or contains a high proportion of hydroxyl groups on an outer surface.
Die Aluminiumoxidschicht kann (durch Eloxierung oder PVD) auf Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einer anderen Oberfläche erzeugt werden. In Beispielen, wo die Aluminiumoxidschicht auf Aluminium, oder einer Aluminiumlegierung erzeugt wird, hat die Oberfläche vorzugsweise eine <110> oder eine <112> Ausrichtung. In einem bevorzugten Beispiel hat die Oberfläche aus Aluminium oder Aluminiumlegierung eine <110> Ausrichtung. Insbesondere ist die Oberfläche aus Aluminium oder Aluminiumlegierung nicht einkristallin und die Ausrichtung der Oberfläche kann andere Kristallausrichtungen enthalten. Hierin kann ein Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, die für eine <110> Ausrichtung bestimmt ist. <100>, <111>, <211> und <311> Ausrichtungen enthalten. Vorzugsweise enthält das Aluminium oder die Aluminiumlegierung mit der <110> Ausrichtung mindestens 50% <110>; noch bevorzugter 75% <110>; und noch bevorzugter, die nicht <110> Ausrichtungen, die einzeln betrachtet bei weniger als 20% der Oberflächenausrichtung auftreten. Bei einem anderen Beispiel, kann die Oberfläche eine <200> Ausrichtung haben. Vorzugsweise enthält das Aluminium oder die Aluminiumlegierung mit der <200> Ausrichtung mindestens 75%, 80%, 85%, 90%, 95% oder etwa 100% <200> Oberflächenausrichtung.The alumina layer may be formed (by anodization or PVD) on aluminum, an aluminum alloy or other surface. In examples where the aluminum oxide layer is formed on aluminum or an aluminum alloy, the surface preferably has a <110> or a <112> orientation. In a preferred example, the surface of aluminum or aluminum alloy has a <110> orientation. In particular, the surface of aluminum or aluminum alloy is not monocrystalline and the orientation of the surface may include other crystal orientations. Herein may be an aluminum or an aluminum alloy intended for <110> orientation. <100>, <111>, <211> and <311> orientations. Preferably, the aluminum or aluminum alloy having the <110> orientation contains at least 50% <110>; more preferably 75% <110>; and more preferably, the non-<110> orientations that individually occur at less than 20% of the surface orientation. In another example, the surface may have a <200> orientation. Preferably, the aluminum or aluminum alloy having the <200> orientation contains at least 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, or about 100% <200> surface orientation.
Das Aluminium oder die Aluminiumlegierung können eine grobkörnige oder eine feinkörnige Größe haben (wie von der Oberflächenanalyse festgelegt). Vorzugsweise hat das Aluminium oder die Aluminiumlegierung eine feinkörnige Größe. Beispielsweise kann das Aluminium oder die Aluminiumlegierung eine durchschnittliche Korngröße haben von weniger als 500 μm, 400 μm, 300 μm, 250 μm, 200 μm, 150 μm oder 100 μm. Bei einem Beispiel hat das Aluminium oder die Aluminiumlegierung eine Korngröße von etwa 250 μm, 200 μm, 150 μm, 100 μm, 75 μm, 50 μm oder 25 μm.The aluminum or aluminum alloy may have a coarse or fine grain size (as determined by the surface analysis). Preferably, the aluminum or aluminum alloy has a fine-grained size. For example, the aluminum or aluminum alloy may have an average grain size of less than 500 μm, 400 μm, 300 μm, 250 μm, 200 μm, 150 μm or 100 μm. In one example, the aluminum or aluminum alloy has a grain size of about 250 μm, 200 μm, 150 μm, 100 μm, 75 μm, 50 μm or 25 μm.
In einem bevorzugten Beispiel wird die Aluminiumoxidschicht Wasser mit einer Temperatur von mindestens 85°C ausgesetzt. Das Verfahren kann die Bildung einer versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht durch ein Heißversiegelungsverfahren enthalten. Das Heißversiegelungsverfahren umfasst die Aussetzung des eloxierten Aluminiums, vorzugsweise eine hart eloxierte Aluminiumschicht, Wasser bei einer Temperatur von mindestens 85°C, 90°C, 95°C, 98°C, 99°C, 100°C oder 101°C. In einem Beispiel, kann hart eloxiertes Aluminium in kochendem, oder nahezu kochendem Wasser heißversiegelt werden, in einem anderen Beispiel, kann das hart eloxierte Aluminium dampfversiegelt werden. Vorzugsweise wird eloxiertes Aluminium in kochendem oder nahezu kochendem Wasser versiegelt. Das Wasser ist vorzugsweise frei von Silikaten und Übergangsmetallen (wie Nickel) und/oder Versiegelungsadditiven. Bei der Heißversiegelung der hart eloxierten Aluminiumschicht kann das hart eloxierte Aluminium für mindestens 5 min/micron, 4 min/micron, 3 min/micron, 2 min/micron, 1 min/micron, 30 sec/micron, or 10 sec/micron Wasser ausgesetzt werden. Das Verfahren kann alternativ die Aussetzung einer PVD-Aluminiumschicht Wasser mit einer Temperatur von mindestens 85°C, 90°C, 95°C, 98°C, 99°C, 100°C oder 101°C umfassen, um ein wässriges PVD-Aluminium zu erhalten. In einem Beispiel kann die PVD-Aluminiumschicht kochendem, oder nahezu kochendem Wasser ausgesetzt werden, in einem anderen Beispiel, kann die PVD-Aluminiumschicht Dampf ausgesetzt werden. Vorzugsweise wird die PVD-Aluminiumschicht kochendem oder nahezu kochendem Wasser ausgesetzt, wobei das Wasser frei von Silikaten, Übergangsmetallen und/oder Versiegelungsadditiven ist. Alternativ kann eine Aluminiumoxidschicht mit hohem Hydroxylanteil von PVD erzeugt werden (PVD einer Böhmit-/Bayeritschicht). Vorzugsweise enthält das Verfahren die Bildung von Aluminiumhydroxiden auf der ausgesetzten Oberfläche der Aluminiumoxidschicht bei der Aussetzung des Materials Wasser bei einer Temperatur von mindestens 85°C. Optional kann das Verfahren die Bildung von Aluminiumhydroxiden innerhalb der Aluminiumoxidschicht enthalten. Noch bevorzugter enthält das Verfahren die Bildung eines Böhmit-/Bayeritbereichs in der Aluminiumoxidschicht.In a preferred example, the alumina layer is exposed to water at a temperature of at least 85 ° C. The method may include forming a sealed anodized aluminum layer by a heat seal method. The heat seal method comprises exposing the anodized aluminum, preferably a hard anodized aluminum layer, to water at a temperature of at least 85 ° C, 90 ° C, 95 ° C, 98 ° C, 99 ° C, 100 ° C or 101 ° C. In one example, hard anodized aluminum may be heat sealed in boiling or near boiling water, in another example, the hard anodized aluminum may be steam sealed. Preferably, anodized aluminum is sealed in boiling or near-boiling water. The water is preferably free of silicates and transition metals (such as nickel) and / or sealing additives. When heat sealing the hard anodized aluminum layer, the hard anodized aluminum may be for at least 5 min / micron, 4 min / micron, 3 min / micron, 2 min / micron, 1 min / micron, 30 sec / micron, or 10 sec / micron of water get abandoned. The Alternatively, the process may comprise exposure to a PVD aluminum layer of water at a temperature of at least 85 ° C, 90 ° C, 95 ° C, 98 ° C, 99 ° C, 100 ° C or 101 ° C to form an aqueous PVD aluminum to obtain. In one example, the PVD aluminum layer may be exposed to boiling or near-boiling water, in another example, the PVD aluminum layer may be exposed to steam. Preferably, the PVD aluminum layer is exposed to boiling or near-boiling water, the water being free of silicates, transition metals and / or sealing additives. Alternatively, a high hydroxyl content aluminum oxide layer of PVD can be produced (PVD of a boehmite / bayerite layer). Preferably, the process includes forming aluminum hydroxides on the exposed surface of the alumina layer upon exposure of the material to water at a temperature of at least 85 ° C. Optionally, the process may include the formation of aluminum hydroxides within the alumina layer. More preferably, the method includes forming a boehmite / bayerite region in the alumina layer.
Die Aluminiumoxidschicht (die versiegelte, eloxierte Aluminiumschicht oder die hydratisierte PVD-Aluminiumschicht) kann eine Dicke von etwa 1 μm bis etwa 50 μm haben. Die Aluminiumoxidschicht kann eine Dicke von weniger als etwa 50 Mikrometer, 40 Mikrometer, 30 Mikrometer, 25 Mikrometer, 20 Mikrometer, 10 Mikrometer, 5 Mikrometer, 4 Mikrometer, 3 Mikrometer, 2 Mikrometer, 1 Mikrometer oder 500 nm haben. Vorzugsweise liegt die Dicke der Aluminiumschicht in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 30 Mikrometer, etwa 2 bis etwa 25 Mikrometer, etwa 3 bis etwa 20 Mikrometer, oder etwa 5 bis etwa 25 Mikrometer. In einem Beispiel hat die Aluminiumoxidschicht eine Dicke von weniger als 10 Mikrometer.The alumina layer (the sealed anodized aluminum layer or the hydrated PVD aluminum layer) may have a thickness of about 1 μm to about 50 μm. The alumina layer may have a thickness of less than about 50 microns, 40 microns, 30 microns, 25 microns, 20 microns, 10 microns, 5 microns, 4 microns, 3 microns, 2 microns, 1 microns, or 500 nm. Preferably, the thickness of the aluminum layer is in the range of about 1 to about 30 microns, about 2 to about 25 microns, about 3 to about 20 microns, or about 5 to about 25 microns. In one example, the alumina layer has a thickness of less than 10 microns.
In einem bestimmten Beispiel ist die Aluminiumoxidschicht eine versiegelte, eloxierte Aluminiumschicht, mit einer Zusammensetzung die frei von Silikaten ist, vorzugsweise frei von Silikon und, noch bevorzugter, frei von Nickel. Beispielsweise kann die versiegelte, eloxierte Aluminiumschicht eine Zusammensetzung haben, die etwa 75 wt.% bis etwa 85 wt.% Al2O3, etwa 3.5 wt.% bis etwa 5.5 wt.% H2O und etwa 12.5 wt.% bis etwa 17.5 wt.% SO3 enthält, oder daraus besteht. In einem anderen Beispiel ist die Aluminiumoxidschicht eine wässrige PVD-Aluminiumschicht, mit einer Zusammensetzung, die Aluminium, Sauerstoff und Wasserstoff enthält, oder daraus besteht.In one particular example, the alumina layer is a sealed, anodized aluminum layer having a composition free of silicates, preferably free of silicone and, more preferably, free of nickel. For example, the sealed anodized aluminum layer may have a composition comprising about 75 wt% to about 85 wt% Al 2 O 3 , about 3.5 wt% to about 5.5 wt% H 2 O, and about 12.5 wt% to about 17.5 wt.% SO 3 , or consists thereof. In another example, the alumina layer is an aqueous PVD aluminum layer having or consisting of a composition containing aluminum, oxygen, and hydrogen.
Das Verfahren kann die Beschichtung der Aluminiumoxidschicht mit einer wässrigen Silikatlösung umfassen; das bedeutet, eine beschichtete Aluminiumoxidschicht, wobei die Aluminiumoxidschicht eine Beschichtung/Schicht einer wässrigen Silikatlösung trägt. Beispielsweise kann die beschichtete Aluminiumoxidschicht eine beschichtete, eloxierte Aluminiumschicht, oder eine beschichtete PVD-Aluminiumschicht sein. In einem bevorzugten Beispiel umfasst das Verfahren die Anwendung einer wässrigen Silikatlösung auf der versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht. Alternativ kann das Verfahren die Anwendung der wässrigen Silikatlösung auf einer hydratisierten PVD-Schicht umfassen. Vorzugsweise wird die wässrige Silikatlösung bei einer Temperatur unter 30°C, 25°C oder 20°C gehalten.The method may include coating the alumina layer with an aqueous silicate solution; that is, a coated alumina layer wherein the alumina layer carries a coating / layer of an aqueous silicate solution. For example, the coated alumina layer may be a coated, anodized aluminum layer, or a coated PVD aluminum layer. In a preferred example, the method comprises applying an aqueous silicate solution to the sealed, anodized aluminum layer. Alternatively, the method may comprise applying the aqueous silicate solution to a hydrated PVD layer. Preferably, the aqueous silicate solution is maintained at a temperature below 30 ° C, 25 ° C or 20 ° C.
Die beschichtete Aluminiumoxidschicht enthält vorzugsweise, oder besteht aus der Aluminiumoxidschicht (der versiegelten, eloxierten Aluminiumoxidschicht) und einer Silikatlösungsschicht. Die Silikatlösungsschicht kann eine Dicke von etwa 0.1 μm bis etwa 5 μm, etwa 0.5 μm bis etwa 4 μm, oder etwa 1 μm bis etwa 3 μm haben.The coated alumina layer preferably contains or consists of the alumina layer (the sealed, anodized alumina layer) and a silicate solution layer. The silicate solution layer may have a thickness of about 0.1 μm to about 5 μm, about 0.5 μm to about 4 μm, or about 1 μm to about 3 μm.
Die wässrige Silikatlösung hat einen pH-Wert von etwa 11 bis etwa 13, etwa 11 bis etwa 12 oder etwa 11 bis etwa 11,5. Vorzugsweise hat die wässrige Silikatlösung eine Zusammensetzung, die ein Verhältnis von SiO2 zu M2O von etwa 3,5 bis etwa 2, etwa 3,5 bis etwa 2,25, etwa 3,5 bis etwa 2,5, etwa 3,5 bis etwa 2,75 oder etwa 3,5 bis etwa 3 umfasst, wobei M ausgewählt wird aus Li, Na, K und einer Mischung davon. Noch bevorzugter hat die wässrige Silikatschicht eine Zusammensetzung, die ein Verhältnis von SiO2 zu B2O3 von etwa 10:1 bis etwa 200:1 umfasst.The aqueous silicate solution has a pH of about 11 to about 13, about 11 to about 12, or about 11 to about 11.5. Preferably, the aqueous silicate solution has a composition having a ratio of SiO 2 to M 2 O of about 3.5 to about 2, about 3.5 to about 2.25, about 3.5 to about 2.5, about 3, 5 to about 2.75 or about 3.5 to about 3, wherein M is selected from Li, Na, K and a mixture thereof. More preferably, the aqueous silicate layer has a composition comprising a ratio of SiO 2 to B 2 O 3 of from about 10: 1 to about 200: 1.
In einem Beispiel kann das Beschichtungsverfahren das Eintauchen der Aluminiumoxidschicht in der wässrigen Silikatlösung umfassen sowie das Herausziehen der beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht aus der wässrigen Silikatlösung. In einem anderen Beispiel kann das Beschichtungsverfahren die Sprühbeschichtung oder Walzenbeschichtung der Aluminiumoxidschicht mit der wässrigen Silikatlösung umfassen.In one example, the coating process may include immersing the alumina layer in the aqueous silicate solution and withdrawing the coated, anodized aluminum layer from the aqueous silicate solution. In another example, the coating process may include spray coating or roller coating the alumina layer with the aqueous silicate solution.
Das Beschichtungsverfahren schließt die Bildung von Aluminiumsilikaten aus. Noch bevorzugter beinhaltet das Verfahren die Vermeidung der Bildung eines Aluminiumsilikats. In einem Beispiel kann die Vermeidung der Bildung von Aluminiumsilikat die Vermeidung des Eindringene der wässrigen Silikatlösung in die Aluminiumoxidschicht enthalten. Noch bevorzugter, enthält die Vermeidung der Bildung des Aluminiumsilikats die Lösung von Aluminium von der Aluminiumoxidschicht in die wässrige Silikatlösung. Beispielsweise verhindert das Beschichtungsverfahren die Diffusion des Silikats in das Aluminium und/oder die Interdiffusion des Silikats und Aluminiums und bietet dabei ein Produkt, das frei von Aluminiumsilikaten oder Interdiffusion von Silikat/Aluminium ist. Verfahren für die Vermeidung des Eindringens der wässrigen Silikatlösung in die Aluminiumoxidschicht können die Versiegelung der Poren in der Aluminiumoxidschicht umfassen, um das Eindringen der Silikatlösung zu reduzieren und damit die Bildung von interstitiellen Al/Si-Schichten, Erzeugung einer nicht porösen Aluminiumoxidschicht und/oder schnelle Trocknung der wässrigen Silikatlösung, um die Mobilität der Silikonatome zu reduzieren oder zu eliminieren. Verfahren zur Vermeidung der Dissolution von Aluminium aus der Aluminiumoxidschicht in die wässrige Silikatlösung kann die unvollständige Hydratisierung der Aluminiumoxidschicht, oder die Reduktion des Prozentsatzes von Al(OH)3 in der Aluminiumoxidschicht, Durchführung des Beschichtugnsprozesses bei einer reduzierten Temperatur (Kühlung der wässrigen Silikatlösung und/oder der Aluminiumoxidschicht) und/oder schnelle Trocknung der wässrigen Silikatlösung umfassen. In einem Beispiel kann das Verfahren das Vorheizen der beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht auf eine Temperatur von etwa 30°C bis etwa 100°C direkt nach der Bildung der beschichteten Aluminiumoxidschicht umfassen. In einem anderen Beispiel kann das Verfahren die Trocknung der beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht direkt nach der Bildung der beschichteten Aluminiumoxidschicht enthalten. In einem anderen Beispiel kann das Verfahren eine Reduktion des Wasseranteils in der beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht um mindestens 25%, 50%, oder 75% direkt nach der Bildung der beschichteten Aluminiumoxidschicht enthalten.The coating process precludes the formation of aluminum silicates. More preferably, the method includes avoiding the formation of an aluminum silicate. In one example, avoiding the formation of aluminum silicate may include preventing the penetration of the aqueous silicate solution into the alumina layer. More preferably, avoiding the formation of the aluminum silicate involves dissolving aluminum from the alumina layer into the aqueous silicate solution. For example, the coating process prevents the diffusion of the silicate into the aluminum and / or the interdiffusion of the Silicate and aluminum, while offering a product that is free of aluminum silicates or interdiffusion of silicate / aluminum. Methods for avoiding the penetration of the aqueous silicate solution into the alumina layer may include sealing the pores in the alumina layer to reduce penetration of the silicate solution and thereby formation of interstitial Al / Si layers, formation of a non-porous alumina layer, and / or rapid Dry the aqueous silicate solution to reduce or eliminate the mobility of the silicone atoms. Methods of preventing the dissolution of aluminum from the alumina layer into the aqueous silicate solution may include incomplete hydration of the alumina layer, or reduction of the percentage of Al (OH) 3 in the alumina layer, carrying out the coating process at a reduced temperature (cooling the aqueous silicate solution and / or or the alumina layer) and / or rapid drying of the aqueous silicate solution. In one example, the method may include preheating the coated anodized aluminum layer to a temperature of about 30 ° C to about 100 ° C immediately after the formation of the coated alumina layer. In another example, the method may include drying the coated, anodized aluminum layer immediately after the formation of the coated alumina layer. In another example, the method may include reducing the amount of water in the coated anodized aluminum layer by at least 25%, 50%, or 75% immediately after the formation of the coated alumina layer.
Das Verfahren umfasst außerdem vorzugsweise die schnelle Anwendung der wässrigen Silikatlösung auf der Aluminiumoxidschicht nach der Heißversiegelung (indem die Aluminiumoxidschicht heißem Wasser ausgesetzt wird). Beispielsweise kann das Verfahren die Bildung einer beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht umfassen, durch Anwendung der wässrigen Silikatlösung innerhalb von 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Minuten nach Abschluss des Heißversiegelungsverfahrens. Das heißt, das Verfahren kann das Eintauchen der versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht in der wässrigen Silikatlösung enthalten; oder Sprühbeschichtung oder Walzenbeschichtung der versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht mit der wässrigen Silikatlösung innerhalb von 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Minuten nach Abschluss des Heißversiegelungsverfahrens. In einem anderen Beispiel kann das Verfahren die Bildung einer beschichtenden PVD-Aluminiumschicht enthalten, durch Anwendung der wässrigen Silikatlösung innerhalb von 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Minuten nach Entfernen aus dem Wasser bei einer Temperatur von mindestens 85°C.The method also preferably comprises rapid application of the aqueous silicate solution to the alumina layer after heat sealing (by exposing the alumina layer to hot water). For example, the method may include forming a coated, anodized aluminum layer by applying the aqueous silicate solution within 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, or 5 minutes after completion of the heat seal process. That is, the method may include immersing the sealed, anodized aluminum layer in the aqueous silicate solution; or spray coating or roll coating the sealed, anodized aluminum layer with the aqueous silicate solution within 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 or 5 minutes after completion of the heat seal process. In another example, the method may include forming a coating PVD aluminum layer by applying the aqueous silicate solution within 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, or 5 minutes after removal from the water at a temperature of at least 85 ° C.
Alternativ kann das Verfahren das Halten oder Pflegen der heißversiegelten Aluminiumoxidschicht bei einer Umgebung mit relativer Feuchte von mindestens 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, oder etwa 100% vor der Beschichtung der Aluminiumoxidschicht mit der wässrigen Silikatlösung enthalten. Beispielsweise kann eine versiegelte, harteloxierte Aluminiumschicht bei einer Umgebung mit einer relativen Feuchtigkeit von mindestens 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, oder etwa 100% gehalten werden, für eine Dauer, die länger ist als 45 min, 1 h, 2 h, 3 h, or 4 h, und dann mit einer wässrigen Silikatlösung beschichtet wird. In einem anderen Beispiel kann bei dem Verfahren die Aluminiumoxidschicht, die heißem Wasser ausgesetzt wird, in Wasser gehalten und dann mit einer wässrigen Silikatlösung beschichtet werden. Vorzugsweise wird die Aluminiumoxidschicht in Wasser gehalten mit einer Temperatur von weniger als 75°C, 65°C, 60°C, 55°C, 50°C, 45°C, 40°C, 35°C, 30°C, 25°C, oder 20°C. Beispielsweise kann bei dem Verfahren die versiegelte, eloxierte Aluminiumschicht in Wasser gehalten oder getaucht werden und dann die beschichtete, eloxierte Aluminiumschicht gebildet werden, durch Auftragen der wässrigen Silikatlösung.Alternatively, the method may include maintaining or maintaining the heat-sealed alumina layer in a relative humidity environment of at least 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or about 100% prior to coating the alumina layer with the aqueous silicate solution. For example, a sealed hard anodized aluminum layer may be maintained in an environment of relative humidity of at least 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or about 100%, for a duration greater than 45 minutes, 1 h, 2 h, 3 h, or 4 h, and then coated with an aqueous silicate solution. In another example, in the process, the alumina layer exposed to hot water may be held in water and then coated with an aqueous silicate solution. Preferably, the alumina layer is maintained in water at a temperature of less than 75 ° C, 65 ° C, 60 ° C, 55 ° C, 50 ° C, 45 ° C, 40 ° C, 35 ° C, 30 ° C, 25 ° C, or 20 ° C. For example, in the method, the sealed, anodized aluminum layer may be held or dipped in water and then the coated, anodized aluminum layer may be formed by applying the aqueous silicate solution.
Die beschichtete Aluminiumoxidschicht enthält eine wässrige Lösung eines Alkalimetallsilikats, das von der Oberfläche eines Aluminiumoxids getragen wird. Ohne von der Theorie beschränkt zu werden, kann die getrocknete, beschichtete Aluminiumoxidschicht ausreichend Wasser enthalten, um eine Lösung des Alkalimetallsilikats von der Aluminiumoxidschicht zu ermöglichen. Das bedeutet, vor einer Polymerisierung und dem Schritt der Härtung, kann das Alkalimetallsilikat von der Oberfläche der Aluminiumoxidschicht gelöst oder von der Oberfläche entfernt werden, beispielsweise durch Abwaschen der Oberflächen in Wasser oder einer Alkalilösung (0.01 Maq NaOH, oder 0.1 Maq NaOH).The coated alumina layer contains an aqueous solution of an alkali metal silicate supported by the surface of an alumina. Without being limited by theory, the dried, coated alumina layer may contain sufficient water to allow solution of the alkali metal silicate from the alumina layer. That is, prior to polymerization and the curing step, the alkali metal silicate may be dissolved or removed from the surface of the alumina layer, for example by washing the surfaces in water or an alkali solution (0.01 M aq NaOH, or 0.1 M aq NaOH). ,
Ein wichtiger Schritt bei der Vorbereitung des beschichteten/korrosionsgeschützten Produkts ist die Polymerisation und Härtung eines Silikatglases. Das Silikatglas kann aus der Erhitzung und Dehydratisierung einer wässrigen Lösung eines Alkalimetallsilikats gebildet werden, von der Oberfläche der Aluminiumoxidschicht. Alternativ kann das Silikatglas von der Infrarotauslösung der wässrigen Lösung des Alkalimetallsilikats auf der Oberfläche der Aluminiumoxidschicht gebildet werden.An important step in the preparation of the coated / corrosion protected product is the polymerization and curing of a silicate glass. The silicate glass may be formed from the heating and dehydration of an aqueous solution of an alkali metal silicate, from the surface of the alumina layer. Alternatively, the silicate glass may be formed by the infrared release of the aqueous solution of the alkali metal silicate on the surface of the alumina layer.
In einem Beispiel ermöglicht die Erhitzung der beschichteten Aluminiumoxidschicht die Entfernung von Wasser von der beschichteten Dehydration-Polymerisation von SiO4 Gruppen und die Härtung von Silikatglas. Beispielsweise kann das Verfahren die Polymerisation und Härtung eines Silikatglases durch Erhitzung der beschichteten eloxierten Aluminiumschicht auf eine Temperatur von etwa 200°C bis etwa 500°C umfassen. Die Polymerisations- und Härtungstemperatur kann im Bereich von etwa 200°C bis etwa 500°C liegen, vorzugsweise liegt diese Temperatur bei etwa 200°C bis etwa 400°C, etwa 250°C bis etwa 350°C, etwa 260°C bis etwa 325°C, oder etwa 260°C bis etwa 300°C. Noch bevorzugter, umfasst die Polymerisation und Härtung des Silikatglases die Erhitzung der Oberfläche des Substrats, also der beschichteten eloxierten Aluminiumschicht auf eine Temperatur von etwa 240°C bis etwa 320°C, etwa 260°C bis etwa 300°C, etwa 270°C bis etwa 290°C, oder etwa 280°C.In one example, the heating of the coated aluminum oxide layer enables the removal of water from the coated dehydration polymerization of SiO 4 groups and the curing of silicate glass. For example, the method may include polymerizing and curing a silicate glass by heating the coated anodized aluminum layer to a temperature of about 200 ° C to about 500 ° C. The polymerization and curing temperature may range from about 200 ° C to about 500 ° C, preferably, this temperature is from about 200 ° C to about 400 ° C, about 250 ° C to about 350 ° C, about 260 ° C to about 325 ° C, or about 260 ° C to about 300 ° C. More preferably, the polymerization and curing of the silicate glass comprises heating the surface of the substrate, ie the coated anodized aluminum layer, to a temperature of about 240 ° C to about 320 ° C, about 260 ° C to about 300 ° C, about 270 ° C to about 290 ° C, or about 280 ° C.
Die Polymerisation und Härtung des Silikatglases umfasst die schnelle Erhitzung und Dehydration des wässrigen Alkalimetallsilikats. Unerwarteterweise ist die Aluminiumoxidschicht widerstandsfähig gegenüber bekannten Rissen und/oder Glasurrissen der Oberfläche durch die schnelle Erhitzung und/oder Dehydration der Aluminiumoxidschicht (siehe
Die Erhitzung und Dehydratisierung der wässrigen Silikatlösung auf der Oberfläche der Aluminiumoxidschicht kann abgeschlossen werden durch beispielsweise direkte Erhitzung in einem Ofen, Erhitzung mit Lampen, einem Vakuumverfahren, oder einer Kombination davon. In einem bevorzugten Beispiel, wird die beschichtete Aluminiumoxidschicht in einem Ofen erhitzt. In einem Beispiel, wird die beschichtete Aluminiumoxidschicht in einem konventionellen Ofen erhitzt. In einem anderen Beispiel wird die beschichtete Aluminiumoxidschicht in einem Konvektionsofen erhitzt, der eine schnellere und gleichmäßigere Bewertung der Temperatur der beschichteten Aluminiumoxidschicht ermöglicht. In noch einem anderen Beispiel, wird die beschichtete Aluminiumoxidschicht durch eine Erhitzungzone gebracht (in einem Durchlaufofen). Noch bevorzugter, wird das beschichtete Aluminiumoxid auf die Polymerisations- und Härtungstemperatur bei einer Geschwindigkeit von mindestens 20°C/s aufgeheizt, wird für eine Dauer von weniger als etwa 30 min geheizt und dann von der Hitzequelle auf eine Temperatur von weniger als 50°C, 40°C, oder 30°C gebracht, vorzugsweise von der Hitzequelle auf eine Temperatur von etwa 20–25°C gebracht (normale Raumtemperatur). Vorzugsweise beträgt die Dauer der direkten Aufheizung weniger als etwa 5 min, 10 min, 15 min, 20 min, 25 min, oder 30 min. Noch bevorzugter beträgt die Aufheizzeit weniger als etwa 15 min.The heating and dehydration of the aqueous silicate solution on the surface of the alumina layer can be completed by, for example, direct heating in an oven, heating with lamps, a vacuum process, or a combination thereof. In a preferred example, the coated alumina layer is heated in an oven. In one example, the coated alumina layer is heated in a conventional oven. In another example, the coated alumina layer is heated in a convection oven which allows a faster and more uniform evaluation of the temperature of the coated alumina layer. In yet another example, the coated alumina layer is passed through a heating zone (in a continuous oven). More preferably, the coated alumina is heated to the polymerization and curing temperature at a rate of at least 20 ° C / s, heated for a duration of less than about 30 minutes, and then heated from the heat source to a temperature of less than 50 ° C , 40 ° C, or 30 ° C, preferably brought from the heat source to a temperature of about 20-25 ° C (normal room temperature). Preferably, the duration of direct heating is less than about 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 minutes, 25 minutes, or 30 minutes. More preferably, the heating time is less than about 15 minutes.
In einem anderen Beispiel kann das Silikatglas von der Infrarot-Aktivierung der Alkalimetallsilikatschicht auf der Oberfläche der Aluminiumoxidschicht gebildet werden. Beispielsweise kann die beschichtete Aluminiumoxidschicht polymerisiert und das Silikatglas gehärtet werden, indem die beschichtete, eloxierte Aluminiumschicht einer Infrarot-Quelle (IR) ausgesetzt wird. In einem Beispiel wird die beschichtete Aluminiumoxidschicht einer IR-Wärmelampe ausgesetzt (kurzwellige oder mittelwellige Lampen). In einem anderen Beispiel wird die beschichtete Aluminiumoxidschicht durch einen IR-Bereich transportiert (auf einem Fließband). Die IR-Übertragung von der IR-Quelle kann von 1 bis 3 μm (kurzwellige IR) sein, von etwa 3 bis etwa 5 μm (mittelwellige IR, oder mittlere IR), oder von etwa 2 bis etwa 4 μm (IR-B). Vorzugsweise beträgt die Dauer der Bestrahlung mit der IR-Quelle weniger als etwa 15 Sekunden, 30 Sekunden, 45 Sekunden, 60 Sekunden, 90 Sekunden, 120 Sekunden, 3 Min, 4 Min, 5 Min, oder 10 Min. Noch bevorzugter, beträgt die Zeit weniger als etwa 15 Sekunden, 30 Sekunden, 45 Sekunden, 60 Sekunden, 90 Sekunden oder 120 Sekunden.In another example, the silicate glass may be formed by the infrared activation of the alkali metal silicate layer on the surface of the aluminum oxide layer. For example, the coated alumina layer may be polymerized and the silicate glass cured by exposing the coated, anodized aluminum layer to an infrared (IR) source. In one example, the coated alumina layer is exposed to an IR heat lamp (shortwave or mediumwave lamps). In another example, the coated alumina layer is transported through an IR region (on an assembly line). The IR transmission from the IR source can be from 1 to 3 μm (short-wave IR), from about 3 to about 5 μm (medium-wave IR, or medium IR), or from about 2 to about 4 μm (IR-B). , Preferably, the duration of irradiation with the IR source is less than about 15 seconds, 30 seconds, 45 seconds, 60 seconds, 90 seconds, 120 seconds, 3 minutes, 4 minutes, 5 minutes, or 10 minutes Time less than about 15 seconds, 30 seconds, 45 seconds, 60 seconds, 90 seconds or 120 seconds.
Überraschenderweise schützt das IR-gehärtete Silikatglas vor bekannten Brüchen und/oder Rissen in der Oberfläche. Während Aluminiumoxidschichten brechen, reißen oder sich ablösen; kann die beschichtete Aluminiumoxidschicht der IR-Quelle ausgesetzt werden und das gehärtete Silikatglas erscheint als einheitliche, ungebrochene Oberfläche (siehe
In einem konkreten Beispiel, kann das Verfahren zur Vorbereitung einer Oberflächenbeschichtung die Bildung einer beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht durch Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Walzbeschichtung einer versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht mit einer Dicke von etwa 1 μm bis etwa 25 μm mit einer wässrigen Silikatlösung umfassen. Die beschichtete, eloxierte Aluminiumschicht kann aus einer versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht und einer Silikatlösungsschicht bestehen, wobei die Silikatlösungsschicht eine Dicke von etwa 1 μm bis etwa 3 μm hat und die Zusammensetzung der versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht etwa 75 wt.% bis etwa 85 wt.% Al2O3, etwa 3.5 wt.% bis etwa 5.5 wt.% H2O und etwa 12.5 wt.% bis etwa 17.5 wt.% SO3 umfasst und frei von Nickel und Silikon ist. Das folgende Verfahren umfasst die Polymerisation und Härtung der beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht, um ein nicht poröses Silikatglas zu bilden, Polymerisation und Härtung umfassen die Erhitzung der beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht auf eine Temperatur von etwa 225°C bis etwa 300°C. Die oben beschriebenen Eigenschaften hinsichtlich Dicke, Zusammensetzung und Erhitzung können weiter verfeinert werden, durch die entsprechenden allgemeinen Offenbarungen.In one specific example, the method of preparing a surface coating may include forming a coated, anodized aluminum layer by dip coating, spray coating, or roll coating a sealed, anodized aluminum layer having a thickness of about 1 μm to about 25 μm with an aqueous silicate solution. The coated, anodized aluminum layer may consist of a sealed, anodized aluminum layer and a silicate solution layer, wherein the silicate solution layer has a thickness of about 1 μm to about 3 μm, and the composition of the sealed, anodized Aluminum layer about 75 wt.% To about 85 wt.% Al 2 O 3 , about 3.5 wt.% To about 5.5 wt.% H 2 O and about 12.5 wt.% To about 17.5 wt.% SO 3 and free of nickel and silicone is. The following method involves polymerizing and curing the coated anodized aluminum layer to form a nonporous silicate glass. Polymerization and curing involve heating the coated anodized aluminum layer to a temperature of about 225 ° C to about 300 ° C. The above-described properties in terms of thickness, composition and heating can be further refined by the corresponding general disclosures.
In einem anderen konkreten Beispiel, kann das Verfahren aus der Heißversiegelung einer eloxierten Aluminiumschicht durch Aussetzen der eloxierten Aluminiumschicht Wasser mit einer Temperatur von mindestens 85°C, 95°C oder 100°C bestehen. Das folgende Verfahren umfasst entweder (A) die Bildung einer beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht durch Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Walzbeschichtung der versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht mit einer wässrigen Silikatlösung innerhalb von 20, 15, 10 oder 5 Minuten nach Abschluss der Heißversiegelung, oder (B) das Eintauchen einer versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht in Wasser, nach dem Heißversiegelungsverfahren und dann die Bildung der beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht durch Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Walzbeschichtung mit der wässrigen Silikatlösung. Die versiegelte, eloxierte Aluminiumschicht hat eine Dicke von etwa 1 μm bis etwa 25 μm, die beschichtete, eloxierte Aluminiumschicht besteht aus der versiegelten, eloxierten Aluminiumschicht und einer Silikatlösungsschicht mit einer Dicke von etwa 1 μm bis etwa 3 μm und die versiegelte, eloxierte Aluminiumschicht hat eine Zusammensetzung, die etwa 75 wt.% bis etwa 85 wt.% Al2O3, etwa 3.5 wt.% bis etwa 5.5 wt.% H2O und etwa 12.5 wt.% bis etwa 17.5 wt.% SO3 enthält und frei von Nickel und Silikon ist.In another specific example, the process of heat sealing an anodized aluminum layer by exposing the anodized aluminum layer to water may be at a temperature of at least 85 ° C, 95 ° C or 100 ° C. The following method comprises either (A) forming a coated, anodized aluminum layer by dip coating, spray coating, or roll coating the sealed anodized aluminum layer with an aqueous silicate solution within 20, 15, 10, or 5 minutes after completion of the heat seal, or (B) Immersing a sealed, anodized aluminum layer in water, after the heat sealing process and then forming the coated, anodized aluminum layer by dip coating, spray coating or roll coating with the aqueous silicate solution. The sealed, anodized aluminum layer has a thickness of about 1 micron to about 25 microns, the coated, anodized aluminum layer consists of the sealed, anodized aluminum layer and a silicate solution layer having a thickness of about 1 micron to about 3 microns and the sealed, anodized aluminum layer has a composition containing from about 75 wt.% to about 85 wt.% Al 2 O 3 , from about 3.5 wt.% to about 5.5 wt.% H 2 O and from about 12.5 wt.% to about 17.5 wt.% SO 3 , and free from nickel and silicone.
Danach umfasst das Verfahren die Polymerisation und Härtung der beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht, um ein nicht poröses Silikatglas zu bilden, Polymerisation und Härtung umfassen das Aufheizen der beschichteten, eloxierten Aluminiumschicht auf eine Temperatur von etwa 225°C bis etwa 300°C. Die oben beschriebenen Eigenschaften hinsichtlich Dicke, Zusammensetzung und Erhitzung können durch die entsprechenden allgemeinen Offenbarungen verfeinert werden.Thereafter, the process comprises polymerizing and curing the coated anodized aluminum layer to form a nonporous silicate glass, polymerization and curing include heating the coated anodized aluminum layer to a temperature of from about 225 ° C to about 300 ° C. The above-described properties in terms of thickness, composition and heating can be refined by the corresponding general disclosures.
In einem anderen konkreten Beispiel, kann das Verfahren zur Vorbereitung einer Oberflächenbeschichtung aus der Bildung einer beschichteten PVD-Aluminiumschicht bestehen, durch Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Walzbeschichtung einer PVD-Aluminiumschicht mit einer Dicke von etwa 1 μm bis etwa 25 μm, mit einer wässrigen Silikatlösung. Die beschichtete PVD-Aluminiumschicht kann aus der PVD-Aluminiumschicht und einer Silikatlösungsschicht bestehen, wobei die Silikatlösungsschicht eine Dicke von etwa 1 μm bis etwa 3 μm hat. Das folgende Verfahren umfasst die Polymerisation und Härtung der beschichteten PVD-Aluminiumschicht, um ein nicht poröses Silikatglas zu bilden, Polymerisation und Härtung umfassen das Erhitzen der beschichteten PVD-Aluminiumschicht auf eine Temperatur von etwa 225°C bis etwa 300°C. Die oben beschriebenen Eigenschaften hinsichtlich Dicke, Zusammensetzung und Erhitzung können von den entsprechenden allgemeinen Offenbarungen verfeinert werden.In another specific example, the method of preparing a surface coating may consist of forming a coated PVD aluminum layer by dip coating, spray coating, or roll coating a PVD aluminum layer having a thickness of about 1 μm to about 25 μm with an aqueous silicate solution. The coated PVD aluminum layer may consist of the PVD aluminum layer and a silicate solution layer, wherein the silicate solution layer has a thickness of about 1 μm to about 3 μm. The following method involves polymerizing and curing the coated PVD aluminum layer to form a nonporous silicate glass, polymerization and curing include heating the coated PVD aluminum layer to a temperature of about 225 ° C to about 300 ° C. The above-described properties in terms of thickness, composition and heating can be refined from the corresponding general disclosures.
BEISPIELEEXAMPLES
Durch Beispiele werden Testproben gezeigt, die folgendermaßen vorbereitet werden und die verschiedenen Verkörperungen der vorliegenden Offenbarung darstellen sowie die Durchführung experimenteller Tests.By way of example, test samples are presented which are prepared as follows and represent the various embodiments of the present disclosure as well as the performance of experimental tests.
Die hierin beschriebene wässrige Silikatlösung kann eine Alkali-Borosilikatlösung sein, die eine Mischung aus Natrium und Lithium Metallgegenionen enthält. Die Alkali-Borosilikatlösung kann vorbereitet werden durch Kombination konzentrierter, kommerzieller, flüssiger Natriumsilikat- und Lithiumsilikatlösungen. Dann wird zu dieser Lithium-Natrium-Lösung eine Borax-Lösung (Natriumtetraborat-Decahydrat (Na2B4O7·10H2O) in Wasser) hinzugefügt. Die finale Borax-Konzentration in der Beschichtungslösung kann zwischen 1–5% nach Gewicht liegen. In einem Beispiel enthält die wässrige Silikatlösung 13,0% SiO2, 1,7% Na2O, 1,2% Li2O, 1,1% B2O3 und 83,0% H2O nach Gewicht und hat eine Gravität von etwa 1,15. Vor der Verwendung wurde die Lösung durch einen 1,2 mm Filter gefiltert. Die wässrige Silikatlösung hat eine Schwere von 1,136 und wurde bei 20°C gehalten.The aqueous silicate solution described herein may be an alkali borosilicate solution containing a mixture of sodium and lithium metal counterions. The alkali borosilicate solution can be prepared by combining concentrated, commercial, liquid sodium silicate and lithium silicate solutions. Then a borax solution (sodium tetraborate decahydrate (Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O) in water) is added to this lithium sodium solution. The final borax concentration in the coating solution may be between 1-5% by weight. In one example, the aqueous silicate solution contains 13.0% SiO 2 , 1.7% Na 2 O, 1.2% Li 2 O, 1.1% B 2 O 3 and 83.0% H 2 O by weight and has a gravity of about 1.15. Before use, the solution was filtered through a 1.2 mm filter. The aqueous silicate solution has a gravity of 1.136 and was kept at 20 ° C.
Die folgenden allgemeinen Verfahren wurden für Testproben genutzt:The following general procedures were used for test samples:
Eloxierung: Der Test der Komponenten wurde auf Testformen an Fahrzeugverkleidung durchgeführt, die durch das Extrudieren und die Hitzebehandlung einer Aluminiumlegierung der 6061 Serie erzeugt wurden. Die Testformen betrugen etwa 100 mm mal 500 mm und umfassten ein mehrschichtiges Querschnittsprofil. Die Aluminiumform wurde entfettet (alkalisch), gereinigt (Salpetersäure) und dann in einem Salpeterbad bei 19°C für 15 Min, bei 16 V und 1,5 A/dm2 eloxiert. Die eloxierte Probe wurde dann drei Mal mit DI-Wasser gespült. Dadurch entstand eine unversiegelte, eloxierte Aluminiumschicht auf der Aluminiumform.Anodization: The test of the components was performed on test molds on vehicle trim produced by the extrusion and heat treatment of a 6061 series aluminum alloy. The test molds were about 100 mm by 500 mm and comprised a multi-layered cross-sectional profile. The Aluminum mold was degreased (alkaline), purified (nitric acid) and then anodized in a saltpetre bath at 19 ° C for 15 min, at 16 V and 1.5 A / dm 2 . The anodized sample was then rinsed three times with DI water. This resulted in an unsealed, anodized aluminum layer on the aluminum mold.
Heißversiegelung: nach der Eloxierung und sofern nicht anderweitig notiert, wurden Testproben nach dem standardgemäßen Industrieverfahren bei etwa 97°C heißversiegelt. Ein Teststandard wurde aufgestellt, mit einer Heißversiegelung von 2 Minuten pro Mikrometer Eloxierung (20 Minuten für eine 10 Mikrometer dicke eloxierte Schicht).Heat seal: after anodization and unless noted otherwise, test specimens were heat sealed at about 97 ° C by the standard industrial method. A test standard was set up with a heat seal of 2 minutes per micrometer anodization (20 minutes for a 10 micron thick anodized layer).
Beschichtung: Testproben (heißversiegelt oder nicht) wurden mit wässriger Silikatlösung beschichtet, durch Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung, oder Walzbeschichtung, für eine beschichtete Dicke von etwa 1 μm bis etwa 5 μm. Vorzugsweise wurden die Testproben in der wässrigen Silikatlösung für fünf Minuten eingetaucht. Sofern nicht anderweitig angemerkt, war die wässrige Silikatlösung die oben beschriebene Alkali-Borosilikat-Lösung.Coating: Test samples (heat sealed or not) were coated with aqueous silicate solution, by dip coating, spray coating, or roll coating, for a coated thickness of about 1 μm to about 5 μm. Preferably, the test samples were immersed in the aqueous silicate solution for five minutes. Unless otherwise noted, the aqueous silicate solution was the alkali borosilicate solution described above.
Polymerisation und Härtung: beschichtete Testproben wurden erhöhten Temperaturen ausgesetzt, um die Silikatbeschichtungen zu polymerisieren und zu härten. Die Temperaturen können in normalen, Konvektions- oder IR-Öfen erreicht werden. Die Härtezeiten (Zeit bei der erhöhten Temperatur) variierten von etwa 3 bis 30 Minuten. Die Erhitzung über 30 Minuten brachte keinen Mehrwert.Polymerization and Curing: Coated test samples were exposed to elevated temperatures to polymerize and cure the silicate coatings. The temperatures can be reached in normal, convection or IR ovens. The cure times (time at the elevated temperature) varied from about 3 to 30 minutes. Heating for 30 minutes brought no added value.
Testproben wurden den folgenden Tests unterzogen: ein 24-stündiger CASS-Test, ein 2-minütiger pH 14 Test, ein Vernebelungstest und ein Abriebtest. Tabelle 1 enthält Daten zur Vorbereitung einer Zusammenfassung der Vergleichsproben:
2: Die oben beschriebene Alkali-Borosilikat-Lösung.
3:
4:
2: The above-described alkali borosilicate solution.
3:
4:
Tabelle 2 enthält Daten zur Vorbereitung von Vergleichsproben, die als Anhänge der Zusammenfassung betrachtet werden können:
2: Die oben beschriebene Alkali-Borosilikat-Lösung.
3:
4:
2: The above-described alkali borosilicate solution.
3:
4:
Tabelle 3 enthält Daten zur Vorbereitung der hierin enthaltenen Proben, unter Verwendung der oben beschriebenen Alkali-Borosilikat-Lösung:
2: Die Dauer in Stunden zwischen der Heißversiegelung und der Beschichtung mit der Alkali-Borosilikat-Lösung.
3: Dauer bei einer Härtetemperatur von 280°C.
4: Proben werden bei Raumtemperatur in der Luft gehalten, für die Zeit zwischen der Heißversiegelung und der Beschichtung.
5: Proben werden bei Raumtemperatur in Wasser gelegt, für die Zeit zwischen der Heißversiegelung und der Beschichtung. Table 3 contains data for preparation of the samples contained herein, using the alkali borosilicate solution described above:
2: The duration in hours between the heat seal and the coating with the alkali borosilicate solution.
3: Duration at a hardening temperature of 280 ° C.
4: Samples are kept in the air at room temperature for the time between the heat seal and the coating.
5: Samples are placed in water at room temperature for the time between the heat seal and the coating.
Tabelle 4 enthält die Testergebnisse aller Proben.
TOF-SIMS Test: Vergleichsprobe 3 (unversiegelt) und Probe 2 (versiegelt) wurden ionengefräst und die Analyse der Inhaltsstoffe war zum Zeitpunkt der Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie abgeschlossen (TOF-SIMS). Fräsabstände waren etwa 1 Mikrometer pro Zyklus. Tabelle 5 enthält atomare Prozentsätze von Silikon und Aluminium (Sauerstoff ausgeglichen):
Es sollte verstanden werden, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen der momentan bevorzugten Verkörperungen, die hierin beschrieben werden, Fachleuten erkenntlich sind. Solche Änderungen und Modifikationen können ohne Abweichung vom Ursprung der vorliegenten Angelegenheit erfolgen und ohne Minderung der gewünschten Vorteile. Es wird daher versucht, dass solche Änderungen und Modifikationen von der angehängten Offenbarung abgedeckt sind.It should be understood that various changes and modifications to the presently preferred embodiments described herein will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications may be made without departing from the origin of the present invention and without diminishing the desired benefits. It is therefore intended that such changes and modifications be covered by the appended disclosure.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 81732214 [0085, 0086] US 81732214 [0085, 0086]
- US 7851025 [0085, 0086] US 7851025 [0085, 0086]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- ASTM 6368-09 [0044] ASTM 6368-09 [0044]
- ASTM B117 [0047] ASTM B117 [0047]
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---|---|---|---|---|
US7851025B2 (en) | 2006-06-30 | 2010-12-14 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Silicate treatment of sealed anodized aluminum |
US8173214B2 (en) | 2000-07-25 | 2012-05-08 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate processing method |
-
2015
- 2015-03-31 DE DE202015002400.9U patent/DE202015002400U1/en active Active
Patent Citations (2)
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Title |
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ASTM B117 |
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