DE69917177T2 - Chrom(VI)-freie Phosphatbindemittelbeschichtungen - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet des Korrosionsschutzes von Metallsubstraten, und insbesondere auf Bindemittelzusammensetzungen und Beschichtungszusammensetzungen, die frei oder im Wesentlichen frei von hexavalentem Chrom sind.
  • Zusammensetzungen, die Phosphorsäure und verschiedene unlösliche Pigmente (beispielsweise Aluminiummetall) enthalten, sind zur Verwendung zum Schutz metallischer Oberflächen wie beispielsweise Oberflächen eisenhaltiger Legierungen vor Korrosion gut bekannt. In derartigen Beschichtungszusammensetzungen ist teilchenförmiges metallisches Aluminium wie beispielsweise in Form von Flocken und/oder pulverförmiges Aluminium mit einer Phosphorsäurebindemittellösung kombiniert, um eine Beschichtungszusammensetzung zu bilden, welche anschließend auf die zu behandelnde metallische Oberfläche aufgebracht wird. Nach der Aufbringung auf die Oberfläche kann die Beschichtungszusammensetzung auf eine erste Temperatur, im Allgemeinen wenigstens ungefähr 500°F (260°C) erwärmt werden, bis dass die Beschichtung im Wesentlichen wasserunlöslich geworden ist. Die beschichtete Oberfläche kann anschließend bei einer zweiten Temperatur, im Allgemeinen oberhalb 1000°F (538°C) gehärtet werden, um die endgültige Schutzschicht zu bilden.
  • Die gehärtete Beschichtung, die aus der Kombination von teil chenförmigem metallischem Aluminium und einer Phosphorsäurebindemittellösung hergestellt ist, wird als „Unterbeschichtung" oder „Grundbeschichtung" bezeichnet. Es ist oftmals des Weiteren wünschenswert, eine darüber hinausgehende Schutzbarriere auf der Metalloberfläche bereitzustellen, die einen Wärmewiederstand oder einfach eine Vergrößerung des Korrosionsschutzes bildet, der durch die durch die oben beschriebene Beschichtungszusammensetzung gebildete Beschichtung bereitgestellt wird. Eine zusätzliche Schutzschicht, die auf die gehärtete Grundierung aufgebracht wird, wird als „Deckschicht" bezeichnet. Die Deckschicht kann aus einer Bindemittellösung gebildet werden, die ähnlich zu der in der Grundierung verwendeten ist, aber wenig oder kein teilchenförmiges Metall enthält.
  • Die Grundbeschichtungs- oder Deckschichtzusammensetzung kann des Weiteren ein Pigment enthalten, welches der Beschichtung visuell ästhetische Qualitäten verleiht. Das (die) Pigment (e) kann (können) auch funktionell sein und bestimmte Eigenschaften der Beschichtung wie beispielsweise deren Korrosionsbeständigkeit und Bindungsstärke verbessern. Bei der Herstellung der phosphat-basierenden Beschichtungszusammensetzungen, die teilchenförmiges Aluminiummetall enthalten, muss Sorgfalt angewandt werden. Die Phosphorsäurebindemittellösung kann mit dem Aluminium reagieren. Derartige Reaktionen sind beträchtlich exotherm und können sehr heftig sein und bewirken, dass das metallische Aluminium brennt oder sogar explodiert. Diese Reaktionen können auch in der Konversion des metallischen Aluminiums in verschiedene Salze resultieren, welche die Bildung von geeigneten Schutzschichten stören. Daher ist die Reaktionsstabilität einer Beschichtungszusammensetzung in der Anwesenheit von metallischem Aluminium von größtmöglicher Bedeutung, wenn die Beschichtungszusammensetzung als Grundbeschichtung verwendet wird. Wenn die Beschichtungszusammensetzung als Deckschicht verwendet wird, ist eine Reaktionsstabilität in der Anwesenheit von teilchenförmigem Aluminiummetall nicht eine Hauptsorge.
  • Das US-Patent Nr. 3,248,251 von Allen beschreibt Beschichtungszusammensetzungen, die im Wesentlichen aus einer Aufschlämmung von festem anorganischen teilchenförmigen Material (wie beispielsweise metallisches Aluminium) in einer wässrigen sauren Bindemittellösung bestehen, die gelöste Metallchromate, Dichromate oder Molybdate, und Phosphate, enthält. Allen offenbart, dass die Zugabe von Chromaten oder Molybdaten zu der sauren Bindemittellösung die Lösung gegenüber Aluminium wirksam passiviert und die Oxidation von metallischem Aluminium inhibiert, was gestattet, teilchenförmiges Aluminium mit der Bindemittellösung zu kombinieren, ohne dass eine unerwünschte chemische Reaktion zwischen der sauren Bindemittellösung und dem Aluminium auftritt. Diese „Allen"-Beschichtungen wurden und werden noch verwendet, um Beschichtungen hoher Qualität bereitzustellen, welche Oberflächen von eisenhaltigen Metalllegierungen vor Oxidation und Korrosion schützen, insbesondere bei hohen Temperaturen.
  • Wie es hier verstanden wird, bezieht sich „Chromat" sowohl auf Chromationen, Dichromationen und hexavalentes Chrom. Chromationen passivieren auch das Stahlsubstrat, um unerwünschte Reaktionen wie beispielsweise saure Angriffe oder Lochfraß auf dem Substrat zu eliminieren. Es ist des Weiteren bekannt, dass der Einschluss von Chromationen in die Beschichtungszusammensetzung eine Beschichtung bereitstellt, die eine verbesserte Korrosionswiderstandsfähigkeit hat.
  • Während jedoch Chromate erfolgreich verwendet wurden, um die Reaktivität des Aluminiums in Beschichtungszusammensetzungen zu reduzieren und die Korrosionswiderstandsfähigkeit der Beschichtung zu verbessern, ist die Verwendung von Chromaten aufgrund von umweltbezogenen Betrachtungen ein Problem geworden. Chromate werden als toxische Substanzen angesehen. Hexavalentes Chrom ist ein Carzinogen. Es ist daher wünschenswert, die Verwendung von Lösungen von deren Salzen zu vermeiden oder wenigstens deren Verwendung zu reduzieren. Aus diesem Grund ist es wün schenswert gewesen, eine korrosionsbeständige Phosphat-Aluminium-Beschichtungszusammensetzung zu entwickeln, welche wenig oder kein Chromat oder Molybdat erfordert. Derartige Beschichtungszusammensetzungen sollten Oberflächen von eisenhaltigen Metalllegierungen vor Oxidation und korrosiven Umgebungsbedingungen schützen, insbesondere bei hohen Temperaturen, ungefähr so gut wie und vorzugsweise besser als die sogenannten Allen-Beschich-tungen (d. h. nach US-Patent Nr. 3,248,251).
  • Es wurden Anstrengungen gemacht, um Chromat und Molybdat von Beschichtungszusammensetzungen auszuschließen, während stabile Formulierungen erhalten bleiben. Das US-Patent Nr. 5,242,488 von Stetson et al. beschreibt eine Beschichtungszusammensetzung einer Grundbeschichtung für eisenhaltige Legierungen, welche weder Chromate noch Molybdate erfordert, um die Reaktion zwischen der Bindemittellösung und dem pulverförmigen Aluminium zu kontrollieren. Die Zusammensetzung besteht im Wesentlichen aus einer Aufschlämmungsmischung der Bindemittellösung und Aluminiumpulver. Die Bindemittellösung besteht im Wesentlichen aus Wasser, Phosphorsäure (H3PO4) und Aluminiumionen. Die Bindemittellösung muss Aluminiumionen in Lösung enthalten, so dass die Menge von Aluminium in Lösung im Wesentlichen am Sättigungspunkt ist, so dass die Bindemittellösung im Wesentlichen bezüglich beliebiger nachfolgender Zufügungen von Aluminium inert bleibt.
  • Das US-Patent Nr. 5,279,649, ebenfalls von Stetson et al., offenbart im Wesentlichen die gleichen Zusammensetzungen, aber zu diesen wurde V2O5 als eine Quelle von Vanadationen zugefügt, um einen anderen Inhibitor zu der Mischung mit Aluminium im Gleichgewicht zuzufügen. Die Zugabe von V2O5 ist ein Beispiel der Zugabe einer toxischen Substanz, die in der EPA SARA Liste extrem gefährlicher Substanzen aufgeführt ist und ebenfalls Gegenstand der Clean Air Acts und der CERCLA Bestimmung ist.
  • Des Weiteren wird in dem US-Patent Nr. 5,279,650, ebenfalls von Stetson et al., eine Versiegelungsbeschichtungs(Deckschicht)zusammensetzung beschrieben, die Vanadationen und Eisenoxid (F2O3)-Pulver enthält.
  • Alle drei von diesen Beschichtungszusammensetzungen von Stetson sind konzipiert, um die Verwendung von Chromat- und Molybdationen zu vermeiden und erfordern, dass die Bindemittellösung bezüglich weiterer Zugaben von Aluminium im Gleichgewicht ist, wie in diesen Patenten beschrieben ist.
  • Obwohl die Patente von Stetson anzeigen, dass diese Formulierungen die Reaktivität zwischen der Bindemittellösung und dem Aluminium kontrollieren, tritt eine gewisse Reaktion zwischen der Bindemittellösung und dem pulverförmigen Aluminium noch auf, wenn die Aufschlämmungszusammensetzungen nach den Stetson-Patenten formuliert werden.
  • Das US-Patent Nr. 5,478,431 von Mosser et al. bezieht sich auf Beschichtungszusammensetzungen, denen Chromat oder Molybdat fehlt. Diese Beschichtungszusammensetzungen sind mit metallischem Aluminiumpulver pigmentiert und können auf sämtliche eisenhaltige Legierungen aufgebracht werden. Diese Beschichtungen können erfordern, dass auf diesen eine Deckschicht aufgebracht ist, um einen zufriedenstellenden Schutz des Metallsubstrates in einigen Anwendungen bereitzustellen.
  • Die US 4,761,189 und DE 41 35 524 A beschreiben jeweils eine wässrige Zusammensetzung enthaltend Phosphat- und Chromat(III)-Ionen und ein Verfahren der Anwendung dieser Zusammensetzung auf einem Substrat.
  • Es ist erwünscht, eine Chromat- und Molybdat-freie Bindemittelzusammensetzung zu formulieren, oder eine solche, welche einen reduzierten Chromat- oder Molybdatgehalt aufweist, welche nicht nur eine reduzierte Reaktivität mit teilchenförmigem Aluminium hat, wenn die beiden kombiniert werden, um eine Beschichtungs zusammensetzung zu bilden, aber auch die Formulierung einer wirksamen Beschichtung ermöglicht, welche frei von toxischen Additiven wie beispielsweise hexavalentem Chrom ist.
  • Bindemittelzusammensetzungen werden bereitgestellt, die die Formulierung von wirksamen korrosionsbeständigen Beschichtungen, die frei von hexavalentem Chrom sind, ermöglichen, welche eine reduzierte Reaktivität mit teilchenförmigem Aluminium haben und die Bildung von gut versiegelnden, schützenden Sperrschichtbeschichtungen fördern.
  • Eine wärmehärtbare Bindemittelzusammensetzung wird für eine wärmehärtbare Beschichtung zur Beschichtung eines Substrats bereitgestellt, wobei die Bindemittelzusammensetzung Phosphationen, Chrom(III)-Ionen und Wasser enthält, wobei die Bindemittelzusammensetzung einen pH-Wert in dem Bereich von ungefähr 1,0 bis ungefähr 3,5 hat und im Wesentlichen frei von hexavalenten Chromionen ist und der Gehalt an nicht-flüchtigen Bestandteilen der Zusammensetzung in dem Bereich von ungefähr 15 Gew.-% bis ungefähr 45 Gew.-% ist und keine messbaren Mengen von Nitrationen enthält.
  • Die erfindungsgemäße Bindemittelzusammensetzung hat vorzugsweise ein molares Verhältnis von Phosphationen zu Chrom(III)Ionen in dem Bereich von ungefähr 0,7 bis ungefähr 20 und kann des Weiteren wenigstens eine sekundäre kationische Spezies aufweisen.
  • Eine wärmehärtbare Deckschichtzusammensetzung wird bereitgestellt, die die erfindungsgemäße wärmehärtbare Bindemittelzusammensetzung aufweist und wenigstens ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Benetzungsmitteln, filmbildenden Mitteln, Korrosionsinhibitoren, Trockenschmierstoffen, Farbpigmenten und Kombinationen derselben aufweist.
  • Die Deckschichtzusammensetzung gemäß der Erfindung hat vorzugs weise ein molares Verhältnis von Phosphationen zu Chrom(III)-Ionen in dem Bereich von ungefähr 0,7 bis ungefähr 20 und kann des Weiteren wenigstens eine sekundäre kationische Spezies aufweisen.
  • Eine wärmehärtbare Grundbeschichtung wird des Weiteren bereitgestellt, die metallische Aluminiumteilchen aufweist, die in der erfindungsgemäßen wärmehärtbaren Bindemittelzusammensetzung dispergiert sind.
  • Die Beschichtungszusammensetzung weist vorzugsweise ein molares Verhältnis von Phosphationen zu Chrom(III)-Ionen in dem Bereich von ungefähr 0,7 bis ungefähr 20 auf und kann des Weiteren wenigstens eine sekundäre kationische Spezies aufweisen.
  • Ein Verfahren zur Bildung einer Beschichtungszusammensetzung auf einem festen Substrat wird bereitgestellt, das die Schritte umfasst (a) Aufbringung einer wärmehärtbaren Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat, die Phosphationen, Chrom(III)-Ionen und Wasser enthält; die Beschichtungszusammensetzung hat einen pH-Wert in dem Bereich von ungefähr 1,0 bis ungefähr 3,5 und ist im Wesentlichen frei von hexavalenten Chromionen, und der Gehalt an nicht-flüchtigen Bestandteilen der Zusammensetzung ist in dem Bereich von ungefähr 15 Gew.-% bis ungefähr 45 Gew.-% und enthält keine messbaren Mengen von Nitrationen und (b) Wärmehärtung der aufgebrachten Beschichtungszusammensetzung, um die Beschichtung zu erzeugen. Die Beschichtungszusammensetzung kann des Weiteren wenigstens eine sekundäre kationische Spezies aufweisen.
  • Ein Verfahren der Bildung einer Beschichtungszusammensetzung auf einem festen Substrat wird des Weiteren bereitgestellt, das die Schritte umfasst (a) Aufbringung von wenigstens einer der Bindemittelzusammensetzungen, der Deckschichtzusammensetzung und der Grundbeschichtungszusammensetzung gemäß der Erfindung und (b) Wärmehärtung der aufgebrachten Beschichtungsmittelzu sammensetzung(en), um die Beschichtung zu erzeugen. Die Beschichtungszusammensetzung kann des Weiteren wenigstens eine sekundäre kationische Spezies enthalten.
  • Ein beschichteter Gegenstand wird ebenfalls bereitgestellt, der ein festes Substrat mit wenigstens einer auf diesem aufgebrachten Schicht einer Beschichtung aufweist, die nach dem Verfahren nach Anspruch 11 gebildet ist.
  • In der Zeichnung:
  • 1 ist eine Darstellung von ausgelaugten Phosphationen (PO4 –3, mg/L/mil) gegen das molare Verhältnis von Cr(III)-Ionen zu Phosphationen.
  • Eine wärmehärtbare Bindemittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung weist eine wässrige Lösung enthaltend Phosphationen (PO4 –3) und Chrom(III)-Ionen (Cr+3 oder dreiwertiges Chrom) auf. Die Bindemittelzusammensetzung kann üblicherweise als ein Phosphat/Chrom(III)-System bezeichnet werden. Die Bindemittelzusammensetzung kann des Weiteren wenigstens eine sekundäre kationische Spezies in Lösung enthalten.
  • „Sekundäre kationische Spezies" wird als irgendeine kationische Spezies definiert, die in der Bindemittelzusammensetzung eingeführt ist, die zusätzlich zu irgendeiner bereits in der Zusammensetzung aufgrund der Dissoziation der Phosphationen oder Chrom(III)-Ionen freigebenden Verbindung existiert. Sekundäre kationische Spezies fungieren im Allgemeinen dazu, den pH-Wert der Zusammensetzung zu modifizieren und sind bei der Erzeugung von brauchbaren härtenden Beschichtungen wirksam. Die sekundären kationischen Spezies gemäß der Erfindung sind vorzugsweise Metallkationen, die eine Wertigkeit größer als +1 aufweisen, obwohl Kationen (metallisch oder nicht-metallisch), die eine Wertigkeit von +1 aufweisen, wie beispielsweise Lithiumionen oder Ammoniumionen, ebenfalls akzeptabel sind.
  • Metallionen, die als sekundäre kationische Spezies eingesetzt werden können, schließen ein Aluminiumionen, Magnesiumionen, Eisenionen, Cerionen, Kobaltionen, Nickelionen, Manganionen, Kupferionen und Zinkionen. Andere kationische Spezies können eingesetzt werden, was nur durch das Vermögen der resultierenden Bindemittelzusammensetzung beschränkt wird, in eine wirksame Schutzschicht und korrosionswiderstandsfähige Beschichtung verarbeitet zu werden, zusätzlich zu der Eigenschaft, bezogen auf metallisches Aluminium oder andere zugefügte Pigmente im Allgemeinen unreaktiv zu sein. Eine bevorzugte Formulierung der Erfindung enthält Aluminiumionen, Magnesiumionen oder Zinkionen. Kobaltionen und Nickelionen, obwohl diese in gewissem Ausmaß toxisch sind, sind bei weitem weniger toxisch als Chromat- und Molybdationen und können daher in der Zusammensetzung verwendet werden, insbesondere in den zuvor beschriebenen Konzentrationen. Die Bindemittelzusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung kann ein Pigment oder ein oberflächenaktives Mittel für Anwendungen als Grundbeschichtung oder modifizierte Deckschicht enthalten.
  • Die Bindemittelzusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung und die erfindungsgemäßen Beschichtungen, die aus dieser formuliert sind, sind im Wesentlichen frei von reguliertem toxischem hexavalentem Chrom. Der Begriff „im Wesentlichen frei" wie er hier verwendet wird, ist im Sinne von vollständig frei von den genannten Inhaltsstoffen oder einschließlich von Spurengehalten derselben zu verstehen. „Spurengehalte" sind solche quantitativen Niveaus eines chemischen Inhaltsstoffes, die kaum nachweisbar sind und keinen Vorteil für die funktionellen oder ästhetischen Eigenschaften der jeweiligen Zusammensetzung bereitstellen. Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff „Chromat" auf Chromationen, Dichromationen und beliebige andere Formen von hexavalentem Chrom. Molybdationen können in geringen Mengen zugefügt werden, die regulierenden Beschränkungen unterworfen sind, da die Toxizität des Molybdats geringer als die von Chromat ist und da es nach dem gegenwärtigen Verständnis nicht krebserregend ist.
  • Eine Beschichtungszusammensetzung kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch Dispergierung von teilchenförmigem metallischen Aluminium in der Bindemittelzusammensetzung formuliert werden, wodurch eine Grundbeschichtungszusammensetzung gebildet wird. Die Bindemittelzusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls in einer Formulierung einer schützenden Deckschichtbeschichtung (auch „Versiegelung" genannt) verwendet werden. Eine Bindemittelzusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung kann auf eine Oberfläche aufgebracht und gehärtet werden, um eine Überzugs-Deckschichtbeschichtung zu bilden, oder modifizierende Additive können zu der Bindemittelzusammensetzung zugefügt worden sein, um eine gesteigerte Leistungsfähigkeit bei Anwendungen als Deckschichtbeschichtung bereitzustellen. Wenn eine Bindemittelzusammensetzung verwendet wird, um eine Deckschicht herzustellen, kann die Zusammensetzung in irgendeiner Weise aufgebracht werden, in welcher eine Überzugsbeschichtungszusammensetzung aufgebracht wird, und sie kann direkt auf eine auf einem Substrat befindliche Grundbeschichtung oder direkt auf ein Substrat aufgebracht werden. Es soll verstanden werden, dass eine Anwendung einer Deckschichtzusammensetzung auf ein festes Substrat den Fall mit umfasst, in welchem eine Grundbeschichtung als erstes auf dem Substrat ausgebildet ist.
  • Die Bindemittelzusammensetzung nach der Erfindung hat einen pH-Wert in dem Bereich von ungefähr 1,0 bis ungefähr 3,5, mehr bevorzugt in dem Bereich von ungefähr 1,3 bis ungefähr 3,0 und am meisten bevorzugt in dem Bereich von ungefähr 1,5 bis ungefähr 2,5. Um den gewünschten pH-Wert zu erhalten, können zusätzliche Mengen einer Säure oder einer Base zu der Zusammensetzung zugefügt werden. Um den pH-Wert durch die Zugabe einer Säure zu erniedrigen, kann eine wasserlösliche Phosphorsäure oder ein Säuresalz wie beispielsweise Magnesiumdihydrogenphosphat verwendet werden. während Magnesiumionen, Aluminiumionen und Zinkionen für eine Kontrolle des pH-Wertes am meisten nützlich sind, wie beispielsweise deren Verwendung zur Erhöhung des pH-Wertes der Bindemittelzusammensetzung, können andere kationische Spezies für ähnliche Zwecke verwendet werden. Diese Kationen werden üblicherweise zu der Lösung als Metalloxide, Metall-enthaltende hydratisierte Oxide, Metallborate, Metallcarbonate oder Metallphosphate eingeführt. Derartige Verbindungen führen nicht nur sekundäre kationische Spezies ein, sondern können auch mit der sauren Phosphatlösung wechselwirken, um den pH-Wert der Bindemittelzusammensetzung weiter zu modifizieren.
  • Wenn Aluminiumionen in der Bindemittelzusammensetzung anwesend sind, sind sie in einer Menge unterhalb des Sättigungspunktes anwesend, und daher in einer Quantität, die nicht ausreichend ist, um die Bindemittellösung mit Bezug auf die Metallteilchen wie Aluminium, welche zur Formulierung einer Beschichtungszusammensetzung zugefügt sind, im Wesentlichen ins Gleichgewicht zu bringen. Die Konzentration der in der Bindemittellösung gemäß der vorliegenden Erfindung gelösten Aluminiumionen ist ein Gehalt, der niedriger als der ist, welcher die Bildung eines Aluminium-enthaltenden Niederschlages oder Aluminiumenthaltenden Salzes gestattet. Die Existenz von anderweitig nicht umgesetzten oder niedergeschlagenem Aluminium oder Aluminium-enthaltenden Salzen zeigt an, dass die Reaktion zwischen den Aluminiumionen in der Lösung mit der Phosphorsäure zur Vollständigkeit gelangt ist und daher ein Gleichgewicht erreicht wurde. Wie oben angemerkt ist jedoch, wenn Aluminiumionen in einer Bindemittelzusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung anwesend sind, der Gehalt nicht ausreichend, um die Bindemittelzusammensetzung mit Hinblick auf die Aluminiumteilchen zu neutralisieren.
  • Die Bindemittelzusammensetzung der Erfindung wird auch als eine Bindemittellösung bezeichnet. Es ist jedoch zu verstehen, dass eine oder mehrere individuelle Komponenten der Bindemittellö sung eine niedrige oder reduzierte Löslichkeit oder Mischbarkeit in Wasser oder wässriger Phosphorsäure haben können. Daher ist es beabsichtigt, dass in Übereinstimmung mit der Erfindung der Begriff „wässrige Bindemittellösung" oder „Bindemittellösung" eine Zusammensetzung mit umfasst, welche eine wahre Lösung ist oder in welcher einer oder mehrere von dessen Komponenten nicht vollständig gelöst sein kann, aber emulgiert oder in einer anderen Form dispergiert sein kann.
  • Eine bevorzugte Quelle von dreiwertigen Chromionen, Cr+3, in einer erfindungsgemäßen Bindemittelzusammensetzung ist ein Cr(III)-Salz, welches in wässriger Phosphorsäure löslich ist. Ein solches Salz reagiert entweder mit der Säure, wobei kein Anion gebildet wird, oder es löst sich in der Säure, um das Anion zu erzeugen, welches in dem zugefügten dreiwertigen Chromsalz enthalten ist oder aus diesem gewonnen wird. Beispiele für geeignete Chromsalze schließen Chromphosphat, Chromhydroxid, Chromcarbonat oder Chromborat ein.
  • Chrom(III)-Ionen in Bindemittelzusammensetzungen nach der Erfindung können auch durch die Reduktion von Chrom(VI)-Spezies erzeugt werden. Beispielsweise erzeugt Chromsäure Chrom(VI)-Ionen in der Phosphorsäurelösung, welche schnell durch eine Reaktion mit Wasserstoffperoxidlösung reduziert werden kann. Alternativ wird die Zugabe von phosphoriger Säure (H3PO3) oder hypophosphoriger Säure (H3PO2) die gleiche Reaktion ergeben. Wenn Wasserstoffperoxid verwendet wird, um Chrom (VI)-Ionen zu reduzieren, wird typischerweise eine 10–50 Gew.-% Lösung zu der Bindemittelzusammensetzung zugefügt.
  • Wie angemerkt, kann wenigstens eine sekundäre kationische Spezies ein Inhaltsstoff in einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung sein. In einem solchen Fall sind Aluminiumionen, Magnesiumionen und Zinkionen bevorzugte Metallkationen in der erfindungsgemäßen Bindemittelzusammensetzung. Aluminiumionen können bevorzugt als Aluminiumhydroxid oder als Aluminiummetall einge führt werden. Eine Quelle von Aluminiumionen muss in der Lage sein, sich in der Bindemittelzusammensetzung zu lösen, eine stabile Bindemittelzusammensetzung bereitzustellen und die Bildung einer brauchbaren Beschichtung zu gestatten, wie dies von einem Fachmann auf dem Gebiet verstanden wird.
  • Akzeptable Quellen von Magnesiumionen schließen Magnesiumcarbonat, Magnesiumoxid oder Magnesiumhydroxid ein. Magnesium kann als Magnesiummetall eingeführt werden. Jegliche Quelle von Magnesiumionen ist geeignet, solange diese sich in einer wässrigen Phosphorsäurelösung lösen wird, eine stabile Bindemittelzusammensetzung bereitstellt und die Bildung einer brauchbaren Beschichtung gestattet, wie von dem Fachmann auf diesem Gebiet verstanden werden wird.
  • Zinkionen können der Bindemittelzusammensetzung in der Form eines Oxides, Hydroxides, Borates, Carbonats, Phosphats oder Molybdats/Phosphats von Zink zugeführt werden. Akzeptable Quellen von Zinkionen schließen jegliche Verbindung ein, die sich in der wässrigen Phosphorsäurelösung lösen wird, eine stabile Bindemittelzusammensetzung bereitstellt und die Bildung einer brauchbaren Beschichtung gestattet, wie von dem Fachmann auf diesem Gebiet verstanden werden wird. Die Menge der anorganischen Kationenquelle, die allein oder in Kombination mit anderen Verbindungen zugefügt wird, sollte ausreichend sein, um den pH-Wert innerhalb des gewünschten Bereiches von ungefähr 1 bis ungefähr 3,5 zu bringen.
  • Die Bindemittelzusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung ist stabil, d. h. unreaktiv oder im Wesentlichen unreaktiv oder sogar inert gegenüber teilchenförmigem metallischem Aluminium, welches nachfolgend zugefügt wurde, um eine Beschichtungszusammensetzung zu bilden. Eine Beschichtungszusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung wird nicht sichtbare Zeichen einer Reaktion zeigen, wenn teilchenförmiges Aluminium in der Bindemittellösung wenigstens bis zu einer Stunde, vorzugsweise für bis zu vier Stunden, mehr bevorzugt bis zu acht Stunden und Idealerweise für mehr als acht Stunden dispergiert ist.
  • Die Bindemittelzusammensetzungen (und aus diesen hergestellten Beschichtungszusammensetzungen) nach der vorliegenden Erfindung haben vorzugsweise ein molares Verhältnis von Phosphationen zu Chrom(III)-Ionen in dem Bereich von ungefähr 0,7 bis ungefähr 20, mehr bevorzugt in dem Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 10.
  • Die Bindemittelzusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung haben eine obere Grenze von ungefähr 45 Gew.-% an nichtflüchtigen Bestandteilen. Der nichtflüchtige Bestandteil der Lösung ist die Menge an anorganischem Material, das in einer für 60 Minuten auf 220°F (105°C) erwärmten Bindemittellösung, wie in ASTM D2369 beschrieben ist, verbleibt. Bei Gehalten größer als 45 Gew.-% ist es schwierig, ausreichend pH– einstellendes Material zu lösen. Des Weiteren fördern höhere Gehalte an nichtflüchtigen Bestandteilen höhere Viskositäten der Aufschlämmung bei Zugabe von metallischen Aluminiumteilchen oder anderen Pigmenten und Additiven, die wiederum die Sprühbarkeit der Beschichtungszusammensetzung negativ beeinflussen. Im Gegensatz hierzu gestatten zu niedrige Gehalte an nichtflüchtigen Bestandteilen nicht die Bildung einer nützlichen Beschichtung. Am meisten festzuhalten ist, dass Beschichtungen, die aus einer Bindemittelzusammensetzung hergestellt sind, die einen Mangel an nichtflüchtigen Bestandteilen haben, eine wahrscheinlich beeinträchtigte Flexibilität zeigen, was durch ein Versagen bei Biegeadhäsionsversuchen belegt wird. Daher haben Bindemittelzusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise einen Gehalt an nichtflüchtigen Bestandteilen von ungefähr 15 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können die hier beschriebenen Bindemittelzusammensetzungen wirksam verwendet werden, um zwei unterschiedliche Typen von Beschichtungen zu erzeugen: Grundbeschichtungen und Deckschichten.
  • Eine Grundbeschichtung ist eine Beschichtung, die zuerst direkt zu dem Zweck auf ein Substrat aufgebracht wird, um dieses vor umgebungsbedingten Angriffen zu schützen und/oder eine Leistungsfähigkeitseigenschaft zu fördern, welche anderweitig nicht ein inhärentes Merkmal des unbeschichteten Substratmaterials sein würde. Eine Grundbeschichtung kann ein oder mehrere Pigmente enthalten, die aus einer Vielzahl von Pigmenten ausgewählt sind. Ein Pigment kann entweder chemisch inert sein oder kann chemische oder physikalische Eigenschaften aufweisen, welche bewirken, dass dieses ein „aktives" Pigment ist. Eine Grundbeschichtung kann sowohl inerte und aktive Pigmente enthalten.
  • Ein Beispiel eines inerten Pigmentes ist ein unlösliches Material, das für ästhetische oder dekorative Zwecke zugefügt ist, beispielsweise ein Farbstoff. Aktive Pigmente bewirken im Allgemeinen spezifische, die Leistungsfähigkeit erhöhende Funktionen der Beschichtung. Aktive Pigmente können beispielsweise eingesetzt werden, um eine auslaugende Korrosionswiderstandsfähigkeit, sakrifizielle Korrosionsbeständigkeit (über Pigmente von galvanisch aktiven Metallen) oder thermooxidative Widerstandsfähigkeit (durch die Verwendung von hochschmelzenden Verbindungen wie beispielsweise Siliziumcarbid) zu erhöhen. Ein einzelnes Pigment kann mehr als eine Art der Charakteristika der Leistungsfähigkeit der Beschichtung erhöhen.
  • Bindemittellösungen nach der Erfindung können ebenfalls verwendet werden, um Deckschichten herzustellen. Eine Deckschicht wird typischerweise direkt auf eine gehärtete Grundbeschichtung aufgebracht, die primär als eine zusätzliche Versiegelung oder schützende Barriere für die Grundbeschichtung fungiert. Eine Deckschicht kann auch Pigmente enthalten, die typischerweise für ästhetische Zwecke verwendet werden, aber kann auch Pigmente enthalten, welche die Leistungsfähigkeitseigenschaften erhö hen wie beispielsweise Abriebwiderstandsfähigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Faulen und dergleichen.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Beschichtungszusammensetzung, die insbesondere als eine Grundschichtzusammensetzung verwendet wird, durch Mischen der oben beschriebenen Bindemittelzusammensetzung mit einem teilchenförmigen Metall gebildet, um eine Aufschlämmung zu ergeben. Vorzugsweise ist Aluminium in der Form eines Pulvers das teilchenförmige Metall. Die Bindemittelzusammensetzung ist im Wesentlichen hinsichtlich jeglicher weiterer Reaktionen mit dem zugefügten Aluminium inert und reagiert mit diesem nicht.
  • Die Bindemittelzusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung sind insbesondere zur Bildung von Beschichtungszusammensetzungen für Substrate aus eisenhaltigen Metalllegierungen nützlich, wenn diese mit teilchenförmigem Aluminium kombiniert sind. Das teilchenförmige metallische Aluminium kann reines Aluminium oder Aluminiumlegierungen sein; wie es hier verstanden wird schließt metallisches Aluminium reines Aluminium und Aluminiumlegierungen ein. Zur Verwendung in derartigen Beschichtungszusammensetzungen geeignete Quellen von teilchenförmigem Aluminium sind gut bekannt und wurden umfassend in der Patentliteratur diskutiert. Beispielsweise richtet sich das US-Patent Nr. 4,863,516 von Mosser insbesondere auf die Verwendung von nicht-abblätternden Aluminiumflocken in Kombination mit atomisierten Aluminiumteilchen.
  • Metallische Aluminiumteilchen, die bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen verwendet werden, können die Form von in Inertgas atomisierten sphärischen Aluminiumteilchen aufweisen, die einen mittleren Durchmesser von ungefähr 2,0 bis ungefähr 10 μm des äquivalenten sphärischen Durchmessers (ESD) haben; Luft-atomisierten Aluminiumteilchen mit einem mittleren Durchmesser von ungefähr 1,5 bis ungefähr 10 μm ESD; flockenförmigen Aluminiumteilchen oder Mi schungen derselben. Teilchen größer als 10 μm ESD oder Teilchen kleiner als 2 μm ESD können verwendet werden. Am meisten bevorzugt haben die Teilchen einen äquivalenten sphärischen Durchmesser von weniger als 5 μm. Aluminiumpulver sind Beispiele von geeigneten Aluminiumteilchen. Für die praktische Verwendung der vorliegenden Erfindung geeignete Aluminiumpulver sind kommerziell von Eckart Amerika und Valimet, Inc. erhältlich.
  • Die Beschichtungszusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung können auch einen oder mehrere auslaugbare Korrosionsinhibitoren einschließen. Ein auslaugbarer Korrosionsinhibitor ist ein solcher, welcher in der Lage ist, die Korrosion des Metallsubstrates durch graduelle Migration durch die Beschichtungsmatrix und Reaktion mit der Oberfläche des Substratmetalls zu inhibieren oder zu passivieren. Der auslaugbare Korrosionsinhibitor ist bevorzugt ein Salz, welches umweltbezogen akzeptable Metalle wie beispielsweise Metallphosphate, Metallmetaborate und Kombinationen derselben enthält, sowie auch andere Korrosionsinhibitoren, die in einer Publikation von Smith mit dem Titel „Inorganic Primer Pigments", Federation Series on Coatings Technology, aufgelistet sind und die hier durch Inbezugnahme mit eingeschlossen sind. Geeignete auslaugbare Korrosionsinhibitoren zur Verwendung in der Beschichtungszusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung sind Zinkphosphat und Barium-, Calcium-, Zinkborat und Zinkaluminiumphosphat.
  • Die Beschichtungszusammensetzungen der Erfindung können ebenso andere Inhaltsstoffe zur Beschichtung wie beispielsweise filmbildende Mittel, Benetzungsmittel oder andere oberflächenaktive Mittel (zusammenfassend genannt: „oberflächenaktive Mittel"), Farbpigmente und andere übliche Additive enthalten. Andere Additive können beispielsweise hochschmelzende Verbindungen wie beispielsweise Silika, Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Aluminiumsilikat, Bornitrid und Metallpulver einschließen, die für eine höhere Wärmebeständigkeit zugefügt sein können. Trockenschmiermittel wie beispielsweise Graphit oder Wolframdisulfid können ebenso zu den Beschichtungszusammensetzungen zugefügt sein.
  • Die bevorzugten Molverhältnisse von Phosphationen zum Chrom(III)-Ion sind in solchen Systemen, in welchen ein Pigment zugefügt ist, unverändert.
  • Eine Lösung eines oberflächenaktiven Mittels kann zu den Beschichtungszusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung zugefügt werden, insbesondere bei Deckschichtanwendungen, um die Sprühbarkeit und filmbildenden Eigenschaften zu fördern. Beispielsweise kann, falls ein oberflächenaktives Mittel verwendet wird, ein volumetrisches Äquivalent von 10% der Bindemittelzusammensetzung zugefügt werden, welches eine oberflächenaktive Lösung enthält. Das oberflächenaktive Mittel kann jegliches, kommerziell verfügbares ionische oder nicht-ionische oberflächenaktive Mittel sein. Ein bevorzugtes oberflächenaktives Mittel ist Triton X-100 von Union Carbide.
  • Die Bindemittelzusammensetzungen und Beschichtungszusammensetzungen nach der Erfindung sind wärmehärtbar, wobei Temperaturen größer als ungefähr 150°C zur Härtung der Zusammensetzungen erforderlich sind, um Beschichtungen zu bilden.
  • Die Herstellung der Bindemittelzusammensetzungen und Beschichtungszusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung folgt herkömmlichen Verfahren, die auf dem Fachgebiet gut bekannt sind. Die Komponenten der Bindemittelzusammensetzungen und Beschichtungszusammensetzungen werden bei Raumtemperatur unter Mischbedingungen mit geringer Scherung zugefügt und gemischt.
  • Die Beschichtungszusammensetzungen nach der Erfindung, die metallisches Aluminium enthalten, werden auf Oberflächen von metallischen Ferrolegierungen gemäß herkömmlichen Anwendungsverfahren aufgebracht. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, den zu beschichtenden Teil zu entfetten und abzutragen, aufzurauen und die Oberfläche mit einem Abrasivmittel abzublasen. Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung wird anschließend durch irgendeine geeignete Maßnahme aufgebracht. Geeignete Aufbringungsmittel schließen Sprühen, Bürsten, Tauchen, Tauchdrehen und dergleichen ein. Die aufgebrachte Beschichtung wird anschließend getrocknet.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wird anschließend bei ungefähr 650°F (343°C) für 15 Minuten oder länger, falls gewünscht bei höheren oder niedrigeren Temperaturen, gehärtet, um eine Beschichtung zu bilden. Die Beschichtungszusammensetzung wird vorzugsweise in zwei Beschichtungen aufgebracht, jeweils ungefähr 0,001 Inch (25 μm) in der Dicke. Es kann gewünscht sein, die Beschichtung zwischen den angewandten Beschichtungsschritten zu trocknen und zu härten. Obwohl ein Trocknen nicht essentiell ist, wird ein typisches Trocknungs-/Härtungs-Schema mit 15 bis 30 Minuten der Aussetzung gegenüber einer Temperatur von ungefähr 180°F (82°C), gefolgt von einer Härtung bei 650°F (343°C) für 30 bis 60 Minuten durchgeführt.
  • Die bei 650°F (343°C) gehärteten Beschichtungen sind nicht elektrisch leitfähig und können daher keinen galvanischen Schutz des darunter liegenden Substratmaterials gegen Korrosion bereitstellen. Die Beschichtung kann jedoch durch Perlenbehandlung (bead peening) oder Polieren mit Glasperlen elektrisch leitfähig gemacht werden. Die Beschichtung kann auch unter Verwendung von abrasiven Medien bei niedrigem Druck (oder mechanischer Kaltbearbeitung derselben auf anderen Wegen, um eine leitfähige sakrifizielle Beschichtung zu erzeugen) oder durch Erwärmung gemäß der MIL-C-81751B Spezifikation (die hiermit durch Inbezugnahme mit eingeschlossen ist) elektrisch leitfähig gemacht werden. Auf diesem Wege können die Beschichtungen durch mechanische oder thermische Verfahren elektrisch leitfähig gemacht werden und dadurch sowohl einen galvanischen als auch einen Barrierenschutz des darunter liegenden Substrats einer Ferrolegierung erzeugen.
  • Wünschenswerterweise wird, nachdem die zweite Beschichtung aufgebracht, getrocknet, gehärtet und bearbeitet ist, um diese elektrisch leitfähig zu machen, die Oberfläche der Beschichtung mit der Bindemittelzusammensetzung versiegelt, um den durch die Beschichtung bereitgestellten Oxidations- und Korrosionsschutz weiter zu erhöhen und die Verbrauchsrate des Aluminiums in der Beschichtung während des Einsatzes zu verringern. Die Bindemittelzusammensetzung kann, muss aber nicht, eine Bindemittelzusammensetzung nach der Erfindung sein. Die Deckschichten, oder Versiegelungsschichten, werden in gleichen Zeiträumen und bei gleichen Temperaturen getrocknet und gehärtet, wie die oben beschriebenen metallisches Aluminium enthaltenden Grundschichtbeschichtungen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass alle metallischen Substrate Kandidaten zur Aufbringung von Schutzschichtbeschichtungen nach der vorliegenden Erfindung sind. Die Beschichtungszusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung können auf jeglichen Gegenstand einer Ferrometalllegierung einschließlich Gusseisen, unlegiertem Stahl, niedrig legierten Stählen, rostfreien Stählen der Serien 300 und 400, Nickelbasislegierungen und Titanlegierungen aufgebracht werden. Die Beschichtungszusammensetzungen sind insbesondere für Turbinenkompressoren konzipiert. Luftfolien von Turbinenkompressoren werden üblicherweise aus rostfreiem Stahl der Serie 400 mit 12% Chrom hergestellt. Die Beschichtungszusammensetzungen können auf Flügeln, Scheiben, Abstandshaltern, Schaufeln, Naben, Gehäusen und anderen Stahlbauteilen aufgebracht werden. Während Substrate aus Ferrolegierungen das bevorzugte metallische Substrat für herzustellende beschichtete Gegenstände sind, wird davon ausgegangen, dass tatsächlich jegliches festes Substrat ein geeigneter Kandidat für erfindungsgemäße Beschichtungen ist, was nur durch das Vermögen des festen Substrates, dem Härtungsverfahren standzuhalten, beschränkt ist.
  • Die praktische Durchführung der Erfindung wird durch die nachfolgenden, nicht beschränkenden Beispiele veranschaulicht. In den folgenden Beispielen sind, wenn nicht anderweitig ausgeführt wird, die Beschichtungszusammensetzungen durch ein Sprühverfahren auf das Metallsubstrat aufgebracht. Sämtliche Härtungsprozesse folgen der Vorgehensweise: Trocknung bei 175°F für 15 Minuten, anschließend Härtung für 30 Minuten bei 650°F. Wenn dies spezifiziert ist, werden die durchschnittlichen Teilchengrößen für Aluminiumpulver unter Verwendung des Unter-Sieb-Größenbestimmers nach Fisher („FSSS", ASTM B330) gemessen. Der mittlere, durch das FSSS bestimmte Teilchendurchmesser ist tatsächlich eher ein statistischer Mittelwert als eine wahre Teilchengröße. Wenn nicht anderweitig angezeigt wird, ist das verwendete Aluminiumpulver in den Beschichtungszusammensetzungen gemäß den Beispielen das Eckart 1-201 Aluminiumpulver von Eckart America, Inc.
  • Verschiedene der formulierten Beschichtungen nach den folgenden Beispielen wurden bezüglich der Vollständigkeit der Härtung und deren Wirksamkeit als Barriere oder Abdichtung untersucht. Wie für die hier beschriebenen Beispiele durchgeführt, erforderte ein Test bezüglich der Resistenz gegen heißes Wasser die Anwendung der Grundbeschichtungszusammensetzungen auf eine Stahlplatte, die anschließend, wie oben weiter ausgeführt ist, gehärtet wurde, um eine Beschichtung zu bilden. Die beschichtete Platte wurde anschließend für 10 Minuten in heißem entionisiertem Wasser platziert. Das entionisierte Wasser wurde vor der Einführung der beschichteten Platte auf den Siedepunkt erhitzt. Die Konzentration von ausgebleichten Phosphationen in dem Wasserbad wurde mit einem Hach PO-19 Testsatz gemessen. Die am meisten schützenden, am undurchlässigsten und am besten abdichtenden Beschichtungen waren solche, die die niedrigste gemessene Konzentration an ausgebleichten Phosphationen hatten. Gemessene Konzentrationswerte von ausgelaugten Phosphat-ionen wurden auf eine Beschichtungsbasis je mil normalisiert, um den Variationen in der Beschichtungsdicke Rechnung zu tragen.
  • Beschichtungen mit schlechter Widerstandsfähigkeit gegen heißes Wasser (eine Phosphatkonzentration von größer als ungefähr 30 mg/L/mil) zeigte eine reduzierte Korrosionswiderstandsfähigkeit, wie durch die Bildung von konzentrierten Korrosionszellen belegt wird. Diese Beschichtungen sind als Schutzbeschichtungen oder als versiegelnde Deckschichtbeschichtungen nicht akzeptabel. Beschichtungen mit einer wünschenswerten Widerstandsfähigkeit gegen heißes Wasser (Phosphatkonzentration weniger als 10 mg/L/mil) waren eher vollständig gehärtet und zeigten als Ergebnis hiervon ein gleichmäßigeres Verhalten der Korrosionswiderstandsfähigkeit, wie durch eine reduzierte Menge von Korrosionsprodukten belegt wird. Beschichtungen, die eine ausgebleichte Phosphatkonzentration zwischen 10 mg/L/mil und 30 mg/L/mil ergaben, sind weniger wünschenswert als solche, die den Versuch als Beschichtungszusammensetzung durchlaufen. Beschichtungen, die weniger vollständig gehärtet sind, sind Grundbeschichtungen, die mit vielen filmbildenden Deckbeschichtungen nicht kompatibel sind, da das Material, das von der Beschichtung ausbleicht, den Film der Deckbeschichtung zerstört.
  • Es wurde gefunden, dass die Anwesenheit von Chrom(III)-Ionen in den Bindemittelzusammensetzungen innerhalb der bevorzugten Molverhältnisse von Phosphationen zu Chrom(III)-Ionen die Bildung einer außergewöhnlich gut versiegelnden schützenden Barrierenbeschichtung fördert, wie durch einen Widerstandstest gegen heißes Wasser untersucht und quantitativ gemessen werden kann (wie in Tabelle 1 beschrieben). Die Bindemittelzusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung zeigen ein Auslaugen von Phosphationen von weniger als 10 mg/L/mil und zeigen im Allgemeinen ein Auslaugen von Phosphationen von im Wesentlichen 0 mg/L/mil, wodurch die erfindungsgemäßen Beschichtungen sehr wirksame, wasserundurchlässige Versiegelungsmittel darstellen.
  • Verschiedene andere Versuche wurden durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit der aufgebrachten Beschichtungszusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung zu untersuchen. Tabelle 1 fasst die Versuche und die zugrundeliegenden Kriterien zusammen.
  • Tabelle 1 – Leistungsfähigkeitsversuche
    Figure 00230001
  • Beispiel 1
  • Eine Phosphorsäure/Cr(VI)Bindemittellösung, die als Bindemittellösung „A" bezeichnet wird, wurde durch Mischung der folgenden Bestandteile (in der aufgeführten Reihenfolge) hergestellt:
    1.490,5 g entionisiertes Wasser
    136,8 g Magnesiumoxid
    113,0 g Chromsäureflocken
    722,5 g Phosphorsäure, 85%
    28,2 g Aluminiumhydroxid
    8,8 g hypophosphorige Säure, 50%
  • Die Bindemittellösung A hatte einen gemessenen pH-Wert von 2,2 und eine spezifische Dichte von 1,29 g/ml. Die Bindemittellösung A hatte einen Feststoffgehalt von ungefähr 30 Gew.-%.
  • Eine unpigmentierte Phosphorsäure/ Chrom(III)-Bindemittellösung, die kein Cr(VI) enthält, wurde durch inkrementweise Zufügung von 277 ml von 35%iger Wasserstoffperoxidlösung zu einer Teilmenge von 1.900 ml der Bindemittellösung A hergestellt. Der resultierenden dunkelgrünen Suspension (Bindemittellösung A'), die einen pH-Wert von 3,9 hatte, wurde gestattet, sich für 12 Stunden zu setzen, um ausreichend Zeit für die Reduktion von Chrom(VI) zu Chrom(III) zu haben.
  • Nach Ablauf von 12 Stunden enthielt die Bindemittellösung A' keine Cr(VI)-Ionen in Lösung, wie durch einen kolorimetrischen Hach-Versuch (der eine untere Nachweisgrenze von 0,1 mg/L für Cr(VI) hat) bestimmt, was negative Ergebnisse ergab.
  • Der pH-Wert der Bindemittellösung A' wurde durch Zugabe von 120 ml von 85%iger Phosphorsäure auf 2,5 eingestellt. Eine Lösung eines oberflächenaktiven Mittels enthaltend 0,06 Gew.-% Triton X-100 (nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel) wurde anschließend zu der Bindemittellösung A' zugefügt. Die Menge von zugefügter Lösung des oberflächenaktiven Mittels betrug ungefähr ein Volumenäquivalent von 10% der Bindemittellösung. Ein zusätzliches Volumenäquivalent von 10% von Cellosolveacetat wurde zu der Bindemittellösung A' zugefügt.
  • Die Bindemittellösung A' wurde durch Sprühen auf vorbehandelte Platten aus niedrig legiertem Kohlenstoff 1010-Stahl und rostfreiem 410-Stahl aufgebracht. Die Stahlplatten wurden mit zwei Beschichtungen einer vorbekannten Chrom-freien Grundbeschichtungszusammensetzung vorbehandelt. Die Cr-freie Grundbeschichtung wurde durch Mischung der nachfolgenden Komponenten hergestellt:
    200 ml Bindemittellösung formuliert aus:
    800 g entionisiertem Wasser
    388 g 85%ige Phosphorsäure
    17,5 g Zinkoxid
    10,3 g Eisen (II)phosphat
    120 g Magnesiumcarbonat
    31 g Borsäure
    50 ml entionisiertes Wasser
    8,0 g Zinkaluminiumphosphat
    120 g Aluminiumpulver (mittlere Teilchengröße 4,5 μm)
  • Die Grundbeschichtungszusammensetzung wurde auf die Stahlplatten gesprüht, bei ungefähr 175°F für 15 Minuten getrocknet und bei 650°F bei 30 Minuten gehärtet. Eine zweite Beschichtung der Grundbeschichtungszusammensetzung wurde anschließend aufgebracht und auf die gleiche Weise getrocknet und gehärtet. Die gehärtete Beschichtung wurde staubfein poliert.
  • Bindemittellösung A' wurde als eine Deckschicht auf die vorbehandelten Stahlplatten gesprüht und getrocknet und anschließend gehärtet, wie bezüglich der Bildung der Grundbeschichtung beschrieben wurde. Für Vergleichszwecke wurden identisch vorbehandelte Stahlplatten mit einer Cr(VI) Deckschichtlösung (Bindemittellösung A) beschichtet.
  • Es wurde beobachtet, dass die Bindemittellösung A' eine Sprüh barkeit aufweist, die vergleichbar oder besser als die der Bindemittellösung A ist.
  • Eine Platte aus rostfreiem 410-Stahl mit einer auf dieser aufgebrachten Cr(III)-basierenden Deckschicht (Bindemittellösung A') hatte ein gemessenes Oberflächenfinish von Ra=35 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 inch. Eine Platte aus rostfreiem 410-Stahl mit einer Cr(VI)-basierenden Deckschicht hatte ein gemessenes Oberflächenfinish von Ra=38 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 inch. Daher sind Cr(III)-Deckschichten so glatt wie oder etwas glatter als Cr(VI)-Deckschichten.
  • Mit Bindemittellösungen A und A' beschichtete Stahlplatten wurden kreuzlagigen Adhäsionstests (ASTM D3359, Verfahren B) unterworfen. Sämtliche Platten zeigten eine ausgezeichnete Adhäsion der Beschichtung, wenn diese mit Cr(III) oder Cr(VI)-Deckschichten beschichtet sind.
  • Mit Bindemittellösungen A und A' beschichtete Stahlplatten wurden für 24 Stunden einem Machu-Test unterworfen. Der Machu-Test ist ein aggressiver, beschleunigter Korrosionswiderstandstest. Testproben wurden teilweise in eine wässrige Natriumchlorid/Wasserstoffperoxid-Lösung für 24 Stunden eingetaucht. Sämtliche Stahlplatten zeigten als Ergebnis des Tests keine Anzeichen von rotem Rost.
  • Daher erfüllten Stahlplatten mit Cr(III)-basierender Deckschicht die Anforderungen so gut wie Platten mit einer Cr(VI)-basierenden Deckschicht.
  • Beispiel 2
  • Eine pigmentierte Phosphorsäure/Cr(VI)-Deckschichtbindemittellösung, die als Deckschichtbindemittellösung X bezeichnet ist, wurde durch Mischung der folgenden Komponenten (in der angegebenen Reihenfolge) hergestellt:
    500 g Bindemittellösung A (Beispiel 1)
    35,8 g entionisiertes Wasser
    0,056 g FC-95 Furad oberflächenaktives Mittel
    7,8 g pyrogene Kieselsäure, Cab-O-Sil M-5
    3,9 g Chrom (III) oxid
    7,9 g Magnesiumferritpigment, Mapico Tan 20A
  • Eine Phosphorsäure/Chrom(III)-Deckschichtbindemittellösung, die als Deckschichtbindemittellösung „X'" bezeichnet ist, wurde durch Mischung der nachfolgenden Komponenten (in der angegebenen Reihenfolge) hergestellt:
    500 g Cr(III)-Bindemittellösung A' (Beispiel 1), pH = 2,0
    35,8 g entionisiertes Wasser
    0,056 g FC-95 Furad oberflächenaktives Mittel
    7,8 g pyrogene Kieselsäure (Cab-O-Sil -5)
    3,9 g Chrom (III) oxid (Cr2O3)
    7,9 g Magnesiumferritpigment, Mapico Tan 20A
  • Die resultierende pigmentierte Cr(III)-Deckschichtbindemittellösung hatten einen gemessenen pH von 2,2 und eine spezifische Dichte von 1,15 g/ml. Die Bindemittellösung X' hatte einen Feststoffgehalt von 31,4.
  • Ein Volumen von Cellosolveacetat mit ungefähr einem 10%igen volumetrischen Äquivalent der Lösung X' wurde zu der Bindemittellösung X' zugefügt. Die resultierende Lösung wurde als eine Deckschicht auf Platten aus niedrig legiertem 1010-Stahl und rostfreiem 410-Stahl gesprüht. Die Platten wurden mit zwei Beschichtungen von entweder zwei Grundbeschichtungszusammensetzungen nach dem Stand der Technik vorbehandelt: die chromfreie Grundbeschichtung nach Beispiel 1 oder eine Aluminiumpulver enthaltende Cr(VI)-Grundbeschichtung, die durch Mischung der folgenden Komponenten erzeugt wurde (siehe Beispiel 7, US Patent Nr. 3,248,251): 92 g CrO3, 323 g H3PO4, 72 g MgO, und der Rest auf 1.000 ml entionisiertes Wasser. Die Deckschichtbindemittellösung X wurde ähnlich mit Cellosolveacetat modifiziert und als eine Deckschicht auf die vorbehandelten Stahlplatten gesprüht. Sämtliche Stahlplatten wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, getrocknet und gehärtet.
  • Wenn die pigmentierte Cr(III)-Bindemittellösung als Deckschicht auf die vorbehandelten Substrate aufgebracht wurde, wurde beobachtet, dass diese Sprühbarkeitscharakteristika aufweist, die ähnlich denen der pigmentierten Cr(VI) Deckschichtformulierungen sind.
  • Eine Platte aus rostfreiem 410-Stahl die eine Cr(III) Deckschicht aufweist und mit einer chromfreien Grundbeschichtung vorbehandelt ist, hatte einen gemessenen Wert des Oberflächenfinishs von Ra = 32 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 inch. Eine 410-Platte mit einer Cr(VI)-Deckschicht (und einer chromfreien Grundbeschichtung) hatte einen gemessenen Wert des Oberflächenfinish von Ra = 37 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 Inch. Ähnliche Resultate, die zeigten, dass pigmentierte Cr(III)-Deckbeschichtungen so glatt wie oder glatter als pigmentierte Cr(VI)-Deckschichten sind, wurden für die Platten aus 1010 niedrig legiertem Kohlenstoffstahl mit der gleichen chromfreien Basisbeschichtung erhalten. Die mit einer pigmentierten Cr(III)-Deckschicht versehenen Platten hatten einen Wert des Oberflächenfinish Ra in dem Bereich von 32–36 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 Inch, während die Vergleichsproben mit pigmentierten Cr(VI)-Deckschichten wesentlich rauere Oberflächen mit einem Oberflächenwert Ra = 51 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 Inch hatten.
  • Die mit Cr(III) und Cr(VI)-Deckschichten beschichteten Platten aus 410-Stahl wurden einem kreuzlagigen Adhäsionstest wie in Beispiel 1 unterworfen. Sämtliche Platten zeigten eine ausgezeichnete Beschichtungsadhäsion, unabhängig davon, ob sie mit Cr(III) oder mit Cr(VI)-Deckschichten beschichtet waren.
  • Platten (1010 niedriglegierter Kohlenstoffstahl) wurden einer 5% Salzsprühlösung (gemäß ASTM B117) für über 500 Stunden ausgesetzt. Beide, die mit einer pigmentierten Cr(III)-Deckschicht versehenen Platten und die mit einer pigmentierten Cr(VI)-Deckschicht versehenen Platten (sämtliche wiesen eine chromfreie Grundbeschichtung auf), zeigten nur eine geringfügige Farbveränderung ohne Anzeichen von rotem Rost auf irgendeiner der getesteten Platten. Kein roter Rost wurde auf den mit entweder der chromfreien Grundbeschichtung oder der Cr(VI)-Grundbeschichtung vorbehandelten Platten beobachtet.
  • Beispiel 3
  • Eine Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittellösung, die als Bindemittellösung B bezeichnet wird, wurde durch Mischung der nachfolgenden Bestandteile (in der angegeben Reihenfolge) hergestellt:
    80 ml entionisiertes Wasser
    36,4 ml Phosphorsäure, 85%
    9,0 g Chrom (III) borat
    2,8 g Zinkoxid
    17,2 g Aluminiumhydroxid, getrocknetes Gel
    80 ml entionisiertes Wasser
  • Die resultierende dunkelgrüne Bindemittellösung hatte einen pH-Wert von 2,1 und eine spezifische Dichte von 1,19 g/ml.
  • Eine Beschichtungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde durch Anwendung der Bindemittellösung B hergestellt:
    100 ml Bindemittellösung B
    80 g Aluminiummetallpulver, an Luft atomisiert, 4,5 μm mittlere Teilchengröße
  • Keine Reaktion wurde nach 7 Stunden zwischen dem metallischen Aluminium und der Bindemittellösung beobachtet. Es wurde daher eine stabile Cr(VI)-freie Grundbeschichtungszusammensetzung mit teilchenförmigem Aluminium hergestellt.
  • Beispiel 4
  • Eine Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittellösung, die als Bindemittellösung „C" bezeichnet ist, wurde durch Mischung der nachfolgenden Komponenten (in der angegebenen Reihenfolge) hergestellt:
    380 ml entionisiertes Wasser
    150 ml Phosphorsäure, 85%
    44 g Chromsäureflocken
    40 g Aluminiumhydroxid, getrocknetes Gel
    110 ml Wasserstoffperoxid, 35%
  • Die resultierende Lösung hatte einen gemessenen pH-Wert von 1,2 und enthielt 28,9 Gew.-% Feststoffe. Die Bindemittellösung C hatte ein negatives Ergebnis im Hach-Test bezüglich Cr(VI)-Ionen (wie in Beispiel 1 beschrieben).
  • Eine pigmentierte Cr(III)-Bindemittellösung, bezeichnet als C', wurde durch die Zugabe der folgenden Bestandteile (in der angegebenen Reihenfolge) hergestellt:
    100 ml Bindemittellösung C
    25 ml entionisiertes Wasser
    1,8 g hydratisiertes Magnesiumaluminiumsilikat
    55 g Eisenkobaltchromitspinell, schwarzes Pigment
  • Die Bindemittellösung C' wurde auf einen Automobilauspuff (Auspuffrohr), welcher aus einer niedriglegierten Stahllegierung hergestellt war, gesprüht. Nach Trocknung bei 175°F für 15 Minuten und Härtung bei 650°F für 30 Minuten wurde ein Testabschnitt von dem beschichteten Gegenstand einem kreuzlagigen Adhäsionstest (wie in Beispiel 1) ausgesetzt. Der getestete Abschnitt zeigte nur die geringste Entfernung der gehärteten Beschichtung (Grad 4B).
  • Der beschichtete Gegenstand selber wurde der Wärmebehandlung bei 850°F für 24 Stunden ausgesetzt. Nach der Aussetzung gegenüber der Wärme wurde der beschichtete Gegenstand visuell inspiziert und zeigte keinen Verlust, Abblättern oder Abpellen der Beschichtung. Eine Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigte eine akzeptable Wärmewiderstandsfähigkeit.
  • Beispiel 5
  • Eine Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittellösung, die als Bindemittellösung D bezeichnet ist, wurde durch Mischung der nachfolgenden Komponenten (in der angegebenen Reihenfolge) hergestellt:
    40 ml entionisiertes Wasser
    31,3 g 85% Phosphorsäure
    4,2 g Chrom (III) hydroxid
    3,9 g Zinkborathydrat (BOROGARD ZB von U.S. Borax)
    12 g Aluminiumhydroxid, getrocknetes Gel
    60 ml entionisiertes Wasser
  • Die resultierende Bindemittellösung hatte einen gemessenen pH-Wert vor 2,2 und eine spezifische Dichte von 1,17 g/ml. Eine als eine Phosphat-basierende, Aluminium-gefüllte Grundbeschichtung nützliche Beschichtungsformulierung, bezeichnet als Grundbeschichtung E, wurde durch Mischung der folgenden Komponenten hergestellt:
    20 ml Bindemittellösung D
    16 g Aluminum-Metallpulver, luftatomisiert, 4,5 μm mittlere Teilchengröße
  • Die Grundbeschichtung E gemäß der folgenden Herstellung zeigte über einen Zeitraum von 4–6 Stunden kein Anzeichen einer Reaktivität (d.h. keine exotherme Reaktion oder Gasentwicklung).
  • Die Grundbeschichtung E wurde durch Sprühen als zwei Beschichtungen auf einem Substrat aus 1010 niedriglegiertem Stahl aufgebracht, bei 175°F für 15 Minuten getrocknet und bei 650°F für 30 Minuten gehärtet, um eine Aluminium-gefüllte keramische Beschichtung auf dem Stahlsubstrat zu erzeugen. Die gehärtete Grundbeschichtung auf dem Stahlsubstrat wurde in heißes Wasser eingetaucht (bei 195 bis 200°F) und auf die Anwesenheit von ausgelaugten Phosphat-Ionen (Hach-Test) untersucht. Ein Gehalt von 4,7 mg/L Phosphat-Ionen je 1 mil der Beschichtungsdicke wurde gemessen. Phosphat-Ionen-Konzentrationen von weniger als ungefähr 10 mg/L/mil Beschichtungsdicke wurden als gering betrachtet und stellen eine akzeptable Leistungsfähigkeit im Test dar.
  • Für Vergleichszwecke wurde eine Platte aus 1010 niedriglegiertem Stahl mit einer vorbekannten Grundbeschichtung beschichtet, die nicht Cr(III) in der Formulierung enthielt. Die vorbekannte Grundbeschichtung wurde durch Mischung der nachfolgenden Komponenten hergestellt:
    200 ml Bindemittellösung, hergestellt aus 800 g entionisiertes Wasser 388 g Phosphorsäure, 85% 17,5 g Zinkoxid 10,3 g Eisen(II)phosphat 120 g Magnesiumcarbonat 31 g Borsäure
    50 ml entionisiertes Wasser
    8 g Zinkaluminiumphosphat (Heucophos ZPA)
    120 g Aluminiumpulver, luftatomisiert, 4,5 μm mittlere Teilchengröße
  • Eine wie oben hergestellte, gehärtete Beschichtung zeigte ein Auslaugen von Phosphat-Ionen in dem Bereich von 17 bis 22 mg/L/mil, wie im Hach-Test gemessen.
  • Beispiel 6
  • Eine Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittellösung, bezeichnet als Bindemittellösung „F", wurde durch Mischung der nachfolgenden Komponenten hergestellt:
    150 ml entionisiertes Wasser
    70 ml 85% Phosphorsäure
    15 g Chrom (III) carbonat
    3,0 g Zinkoxid
    30,0 g Aluminiumhydroxid, getrocknetes Gel
  • Die Bindemittellösung F hatte einen gemessenen pH-Wert von ungefähr 2.
  • Testplatten aus niedriglegiertem 1010 Stahl und aus rostfreiem 410 Stahl wiesen Cr(III)-freie herkömmliche Grundbeschichtungen auf, die auch auf diese wie in Beispiel 5 ausgeführt aufgebracht wurden. Jede Platte erhielt zwei Beschichtungen mit dem Grundbeschichtungsmaterial. Nach der Härtung der Testplatten (wie in Beispiel 5 weiter ausgeführt) wurde die Oberflächenglattheit der gehärteten Beschichtung in dem Bereich von 50 bis 55 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 Inch gefunden.
  • Zwei Beschichtungen der Bindemittellösung F wurden anschließend durch Sprühen auf jede der mit der Grundbeschichtung versehenen Testplatten aufgebracht. Nach der Härtung der Deckschichten aus der Bindemittellösung F (wie in Beispiel 5 weiter ausgeführt) wurde die Glattheit der Oberfläche erneut gemessen. Es wurde gemessen, dass die Oberflächenglattheit der beschichteten Oberfläche in dem Bereich von 37 bis 39 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 Inch lag. Die Cr(III)-enthaltende Deckschicht erzeugte daher ein glatteres Oberflächenfinish als das, welches von der herkömmlichen Grundbeschichtung alleine gezeigt wurde.
  • Die mit der Cr(III)-Deckschicht behandelten Testplatten aus Stahl wurden einer kontrollierten Umgebung bei 100°F/100% Feuchtigkeit für über 450 Stunden ausgesetzt. Die mit einer Cr(III)-Deckschicht versehenen Testplatten zeigten eine geringe oder keine Verfärbung und keine gemessene Erhöhung in dem Oberflächenprofil.
  • Unbeschichtete, reine Platten aus niedriglegiertem 1010 Stahl zeigten eine massive Bildung von rotem Rost innerhalb ungefähr 72 Stunden der Aussetzung in dem Feuchtigkeitstest.
  • Es wurde ebenfalls während diesem Test festgestellt, dass die mit der Cr(III)-enthaltenden Deckschichtversiegelung beschichteten Testplatten eine bemerkenswerte Fähigkeit zeigten, Wasser abzustoßen. Es wurde beobachtet, dass Wasser auf der Beschichtung Perlen bildete und schnell abfloss. Eine ähnliche charakteristische Wasserabweisung wurde für die Testplatten nicht beobachtet, welche mit Cr(VI)-enthaltenden Grundbeschichtungen und Deckschichtenversiegelungen (wie in Beispiel 2 beschrieben) beschichtet wurden.
  • Die Testplatten (mit einer Grundbeschichtung und einer Cr(III)enthaltenden Deckschicht) wurden einem Korrosionstest (ASTM B117, 5% Salzsprühung) ausgesetzt. Nach 168 Stunden der Aussetzung gegenüber Sprühsalz zeigten die Testplatten keine Bildung von rotem Rost und keine oder nur „weiße" Korrosion auf entweder den angezeichneten oder nicht angezeichneten Platten. Unbeschichtete, blanke Testplatten aus Metall (1010 Stahl) zeigten eine massive Bildung von rotem Rost innerhalb von 24 Stunden. Die Leistungsfähigkeit von den Cr(III)-beschichteten Platten in dem Test ist vergleichbar mit derjenigen, welche von den Platten mit Cr(VI)-enthaltenden Deckschichten gezeigt wurde.
  • Beispiel 7
  • Eine pigmentierte Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittellösung, bezeichnet als Bindemittellösung G, wurde durch Mischung der folgenden Komponenten hergestellt:
    58,3 g Bindemittellösung F (Beispiel 6)
    34,2 ml entionisiertes Wasser
    0,01 g fluorkohlenstoffhaltiges oberflächenaktives Mittel (3M FC-95)
    1,0 g pyrogene Kieselsäure (Cab-O-Sil M-5)
    6,6 g Chrom (III) oxid
    0,03 g nichtionisches oberflächenaktives Mittel (Triton X-100)
  • Die Bindemittellösung G hatte einen pH-Wert von ungefähr 2.
  • Die Bindemittellösung G wurde durch Sprühen auf 1010 Stahlplatten aufgebracht, die mit einer Cr(III)-freien Grundbeschichtung vorbehandelt wurden, wie in Beispiel 5 beschrieben. Die Testplatten wurden anschließend wie in Beispiel 6 gehärtet. Die resultierenden gehärteten Platten (die ein dunkelgrünes Erscheinungsbild aufgrund des Chrom(III)oxid-Pigmentes aufwiesen, hatten ein gemessenes Oberflächenprofil im Bereich von ungefähr 47 bis 50 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 Inch.
  • Die gehärteten Testplatten wurden sowohl einem Feuchtigkeitsals auch einem Salzsprühtest, wie in Beispiel 6 beschrieben, ausgesetzt. Die mit einer Cr(III)-enthaltenden Bindemittellösung G als Deckschicht beschichteten Testplatten zeigten eine geringe oder keine Farbveränderung, nachdem diese einer Umgebung bei 100°F/100% Feuchtigkeit für über 450 Stunden ausgesetzt waren. Die beschichteten Testplatten zeigten auch keine Bildung von rotem Rost und sehr geringe oder keine weiße Korrosion auf angezeichneten oder nicht angezeichneten Platten nach einem Salzsprühtest (ASTM B117) für über 168 Stunden. Es sind daher brauchbare pigmentierte Cr(III)-enthaltende Bindemittellösungen (Deckschichtversiegelungen) hergestellt worden, die keine Cr(VI)-Ionen in der Formulierung enthalten.
  • Beispiel 8
  • Eine Phosphorsäure Cr(III)-Bindemittellösung, bezeichnet als Bindemittellösung H, wurde durch chemische Reduktion von Cr(VI) auf Cr(III) hergestellt. Die Bindemittellösung H wurde durch Mischung der folgenden Komponenten hergestellt:
    596 g entionisiertes Wasser
    45 g Chromsäure
    200 g 85% Phosphorsäure
    100 g 50% hypophosphorige Säure
  • Bei der Herstellung der Bindemittellösung H wurde aufgrund des exothermen Verhaltens des Systems bei der Zugabe der hypophosphorigen Säure sorgfältig vorgegangen. Um eine vollständige Überführung von Cr(VI) in Cr(III) sicherzustellen, wurde die Lösung für ungefähr zwei Stunden nahe an den Siedepunkt erhitzt. Ein kolorimetrischer Hach-Test zeigte keine Anwesenheit von Cr(VI) in der resultierenden Lösung. Nach der Cr(VI)-Reduktion hatte die Bindemittellösung H einen gemessenen pH-Wert von 0,50.
  • Die Bindemittellösung H diente als eine Plattform für die Entwicklung von Deckschichtformulierungen, welche die Bildung von Beschichtungen mit einer erhöhten Glasigkeit und Filmbildungseigenschaften ermöglichen. Die Herstellung von zwei getrennten Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittellösungen, bezeichnet als Binder I und Binder J, wurden durch Mischung der folgenden Komponenten hergestellt:
    Binder I Binder J
    100 g Bindemittellösung H 100 g Bindemittellösung H
    6,5 g Aluminiumhydroxid, getrocknetes Gel 6 g Magnesiumcarbonat
  • Der Binder I hatte einen pH-Wert von 1,8. Der Binder I wurde in einer Aluminiumschale platziert, getrocknet und anschließend bei 650°F für 30 Minuten gehärtet. Die resultierende Beschichtung war hellgrün und in ihrem Erscheinungsbild halb-glasig. Der Binder J hatte einen pH-Wert von 1,8, welcher aufgebracht und gehärtet wurde (wie der Binder I), um eine glasige, porzellan-emaille-artige Beschichtung zu ergeben.
  • Durch geringfügige Erhöhung des pH-Wertes des Binders wie beispielsweise der Binder I oder J kann eine Bindemittellösung schneller als eine Aluminiumpulver-gefüllte Grundbeschichtung verwendet werden. Zur Illustration: eine Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittellösung, bezeichnet als Binder K, wurde durch Mischung der folgenden Komponenten hergestellt:
    100 g Bindemittellösung H
    6 g Zinkborathydrat (BOROGARD ZB, US Borax)
    3 g Aluminiumhydroxid, getrocknetes Gel
    4 g Magnesiumcarbonat
  • Der Binder K hatte einen pH-Wert von 2,4.
  • Eine Grundbeschichtungszusammensetzung, bezeichnet als K', wurde durch Mischung der folgenden Komponenten hergestellt:
    20 ml Binder K
    13 g Aluminiummetallpulver, an Luft atomisiert, 4,5 μm mittlere Teilchengröße
  • Keine chemische Reaktion wurde zwischen dem Binder K und dem metallischen Aluminium in dem fünfstündigen Zeitraum nachfolgend der Einführung des metallischen Aluminiums beobachtet. Die beobachtete Stabilität zeigte die Verwendung dieses Cr(III)-Binders als eine gute filmbildende, Aluminium-gefüllte keramische Grundbeschichtung an, welche einen sich opfernden Korrosionsschutz für verschiedene Metallsubstrate bereitstellt.
  • Beispiel 9
  • Eine Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittellösung, bezeichnet als Bindemittellösung L, wurde durch Mischen der folgenden Komponenten hergestellt:
    80,5 g entionisiertes Wasser
    37,3 g 85% Phosphorsäure
    10,2 g Chrom (III) borat
    10,9 g Magnesiumcarbonat
  • Es wurde bestimmt, dass die Bindemittellösung L einen Feststoffgehalt von 26,4 Gew.-% und einen pH-Wert von ungefähr 2 aufweist. Eine Grundbeschichtungszusammensetzung, bezeichnet als L', wurde durch Mischen der folgenden Komponenten hergestellt:
    20 ml Bindemittellösung L
    16 g Aluminiummetallpulver, luftatomisiert, 4,5 μm mittlere Teilchengröße
  • Die Grundbeschichtungszusammensetzung L' zeigte eine geringfügige, langsame Reaktivität mit dem Aluminiumpulver. Die Reaktivität resultierte in einer qualitativen Erhöhung der Viskosität von L' von einer wasserartigen Konsistenz zu einer Konsistenz von Latexfarbe. Der pH-Wert von L' erhöhte sich auf ungefähr 3,5. Diese Veränderungen in den physikalischen Eigenschaften fanden über einen Zeitraum von 60 oder mehr Tagen statt. Die Grundbeschichtungszusammensetzung L' war noch nach 60 Tagen mit dem Pinsel zu verarbeiten und kann als eine Schutzschicht auf Metallsubstrate aufgebracht werden.
  • Beispiel 10
  • Eine Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittellösung, bezeichnet als Bindemittellösung M, wurde durch Mischung der folgenden Komponenten hergestellt:
    40 ml entionisiertes Wasser
    18,4 ml 85% Phosphorsäure
    4,5 g Chrom (III) borat
    1,4 g Zinkoxid
    8,6 g Aluminiumhydroxid, getrocknetes Gel
    40 ml entionisiertes Wasser
  • Die Bindemittellösung M hatte einen gemessenen pH-Wert von 2,1 und eine spezifische Dichte von 1,19 g/ml. Eine Grundbeschichtungszusammensetzung, bezeichnet als M', wurde durch Mischung der folgenden Komponenten hergestellt:
    10 ml Bindemittellösung M
    8 g Aluminiummetallpulver (an Luft atomisiert, 4,5 μm mittlere Teilchengröße)
  • Die Grundbeschichtungszusammensetzung M' zeigte keine Anzeichen einer Reaktivität mit dem Aluminiumpulver in einem Zeitraum von 8 Stunden nachfolgend der Herstellung der Grundbeschichtungszusammensetzung. Die Grundbeschichtungszusammensetzung M' blieb relativ nicht-viskos (fluidartig) und zeigte, qualitativ gemessen, nur eine moderate Erhöhung der Viskosität über einen Zeitraum von 18 Stunden.
  • Beispiel 11
  • Eine Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittellösung, bezeichnet als Bindemittellösung N, wurde durch Mischung der folgenden Komponenten hergestellt:
    100 ml entionisiertes Wasser
    28 ml 85% Phosphorsäure
    10 g Chrom (III) Carbonat
    2 g Zinkoxid
    8 g Aluminiumhydroxid
  • Die Bindemittellösung N hatte einen pH-Wert von 2.
  • Die Bindemittellösung N wurde durch Sprühen aufgebracht und als eine Deckschicht (zwei aufgebrachte Beschichtungen) auf Platten aus 1010 niedriglegiertem Stahl gehärtet, die mit einer Chromfreien Grundbeschichtungsanwendung, wie in Beispiel 5 beschrieben, vorbehandelt wurden. Die Cr(III)-enthaltende Deckbeschichtung hatte eine gute Sprühbarkeit bei diesem Typ von Chromfreier Grundbeschichtung.
  • Die resultierenden beschichteten Testplatten aus 1010 Stahl wurden einem 5%-Salzsprühtest (ASTM B117) ausgesetzt. Nach 168 Stunden Aussetzung zeigten die nicht angezeichneten beschichteten Testplatten kein Anzeichen einer Korrosion, keinen Nachweis der Bildung von rotem Rost oder von weißer Korrosion. Die Testergebnisse bestätigen die ausgezeichneten Eigenschaften als Barriere/Versiegelung der Cr(III)-enthaltenden Chromdeckschicht. Eine identisch beschichtete (aber angezeichnete) 1010 Testplatte zeigte kein Anzeichen einer Korrosion, Grubenbildung, Degradation oder Verfärbung in dem nicht angezeichneten Bereich nach einer Aussetzung von 168 Stunden; in dem angezeichneten Bereich wurde eine gewisse weiße Korrosion festgestellt. Die Cr(III)-Deckschicht/Chrom-freie Grundbeschichtung nach diesem Beispiel zeigte eine Leistungsfähigkeit in dem Test nach ASTM B117, angezeichnet oder nicht angezeichnet, die vergleichbar mit derjenigen ist, die durch hexavalentes Chrom enthaltende Beschichtung nach dem Stand der Technik demonstriert wurden.
  • Beispiel 12
  • Eine pigmentierte Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittelzusammensetzung, bezeichnet als Beschichtung „0", wurde durch Mischung der nachfolgenden Komponenten (in der angegebenen Reihenfolge) hergestellt:
    58,3 g Binder N (Beispiel 11)
    34,2 ml entionisiertes Wasser
    0,01 g fluorkohlenstoffhaltiges oberflächenaktives Mittel (3M FC-95)
    1,0 g pyrogene Kieselsäure (Cab-O-Sil-5)
    6,6 g Chrom (III) oxid
    0,03 g nichtionisches oberflächenaktives Mittel (Triton X-100)
  • Die Beschichtungszusammensetzung 0 wurde durch Sprühen (eine Beschichtung) auf eine Titan 6A1-4V Kompressorschaufel (ASM 4967) aufgebracht. Dieses Substrat wird typischerweise für leistungserzeugende Anwendungen im Luftfahrtbereich eingesetzt.
  • Die Schaufel wurde anschließend bei 175°F für 15 Minuten getrocknet und anschließend bei 650°F für 30 Minuten gehärtet.
  • Zwei Beschichtungen der Bindemittellösung N (Beispiel 11) wurden anschließend zusätzlich durch Sprühen auf die besagte Schaufel aufgebracht, getrocknet und gehärtet, wie oben beschrieben wurde. Die Beschichtung enthielt weder teilchenförmiges Aluminium noch irgendein anderes verbrauchendes aktives metallisches Pigment.
  • Die resultierende beschichtete Schaufel hatte ein gemessenes Oberflächenprofil von weniger als 20 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 Inch. Dieses ist ein Hinweis für eine aerodynamisch glatte Oberfläche.
  • Die beschichtete Schaufel durchlief eine Reihe von Leistungsfähigkeitstests, wie in Tabelle 1 beschrieben, was demonstriert, dass die gehärteten Beschichtungen nach dieser Erfindung gut auf dem Substrat anhaften (wie gemäß ASTM D3359, Verfahren B getestet) und stellen das Titaniumsubstrat mit einer Abriebfestigkeit, Korrosionswiderstandsfähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber thermo-oxidativer Degradation bei Temperaturen bis ungefähr 1000°F bereit.
  • Beispiel 13
  • Eine pigmentierte Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittelzusammensetzung, bezeichnet als Beschichtung „P", wurde durch Mischung der folgenden Bestandteile (in der angegebenen Reihenfolge) hergestellt:
    100 ml Binder N (Beispiel 11)
    100 g Aluminiumoxidpulver
  • Die Beschichtungszusammensetzung P wurde durch Sprühen (eine Beschichtung) auf eine Titan 6A1-4V Kompressorschaufel (ASM 4967) aufgebracht, getrocknet und anschließend gehärtet, wie in Beispiel 12 beschrieben. Eine Beschichtung der Beschichtungszusammensetzung 0 (Beispiel 12) wurde durch Sprühen auf die beschichtete Schaufel aufgebracht, anschließend getrocknet und unter der gleichen Bedingung gehärtet (Beispiel 12). Zwei Beschichtungen des Binders N (Beispiel 11) wurden anschließend durch Sprühen auf die beschichtete Schaufel aufgebracht, getrocknet und nach jeder Beschichtung gehärtet, wie weiter oben beschrieben wurde. Es wurde gefunden, dass die resultierende Titan-Kompressorschaufel, die mit von hexavalentem Chrom freien Beschichtungen der vorliegenden Erfindung beschichtet war, gute Leistungsfähigkeiten hat, wie durch Tests der Adhäsion, Korrosionswiderstandsfähigkeit, Abriebfestigkeit und thermooxidativen Widerstandsfähigkeit bis auf 1000°F mittels der in Beispiel 12 beschriebenen Tests bestimmt wurde.
  • Beispiel 14
  • Eine Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittelzusammensetzung, bezeichnet als Bindemittellösung „Q", wurde durch Mischung der folgenden Komponenten hergestellt:
    120 g entionisiertes Wasser
    56 g 85% Phosphorsäure
    48g Chrom (III) carbonat
  • Das Chrom (III) carbonat wurde inkrementweise zu der wässrigen Säure zugefügt. Wie die Chrom (III) Verbindung sich löste, um eine gründe Lösung zu bilden, stieg der pH-Wert der Lösung an, wie in Tabelle II zusammengefasst ist:
  • Tabelle II: pH-Werte
    Figure 00430001
  • Die Bindemittellösung Q hatte einen pH-Wert von 1,5. Die Bindemittellösung Q wurde als eine Deckschicht auf eine oder zwei Platten aus 1010 niedriglegiertem Stahl aufgesprüht, welche beide ursprünglich mit einer Cr-freien Grundbeschichtung beschichtet worden sind, wie in Beispiel 1 beschrieben ist. Die mit der aufgebrachten Deckschicht (Platte Y) versehene Platte wurde bei 175°F für 15 Minuten getrocknet und bei 650°F für 30 Minuten gehärtet.
  • Beide Testplatten wurden dem Phosphatausbleichtest durch Eintauchen in Wasser unterworfen. Es wurde gefunden, dass die Platten, welche mit der Bindemittelzusammensetzung Q als Deckschicht (Platte Y) versehen waren, ein normalisiertes Auslaugen von Phosphationen von 0,0 mg/L/mil aufweisen. Es wurde gefunden, dass Vergleichstestplatte, die keine Deckschicht aufwies (Platte Z), ein normalisiertes Auslaugen von Phosphationen von 17 mg/L/mil aufweist.
  • Eine andere Testplatte aus 1010 niedriglegiertem Stahl wurde hergestellt, wie die obige Platte Z (Platte Z'). Das Oberflächenprofil der Platte Z wurde durch einen Profilometer mit Ra=55 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 gemessen. Die Bindemittellösung Q wurde anschließend durch Sprühen als Deckschicht auf die Platte Z' aufgebracht, anschließend thermisch getrocknet und gehärtet, wie oben beschrieben. Es wurde gefunden, dass das Oberflächenprofil der resultierenden beschichteten Platte mit Ra = 26 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 Inch wesentlich niedriger war. Die Bindemittellösung Q demonstrierte deren Verwendbarkeit zur Oberflächenglättung.
  • Die Bindemittellösung Q bestand nur aus einer Chrom (III)-Verbindung, die in wässriger Phosphorsäure gelöst war. Die Chrom (III)-Verbindung nach diesem Beispiel diente als eine Quelle von löslichem, dreiwertigem Chrom und die Verbindung bewirkte zugleich eine Erhöhung des pH-Wertes der Bindemittellösung.
  • Beispiel 15
  • Eine Phosphorsäure/Cr(III)-Bindemittellösung, bezeichnet als Bindemittellösung „R", wurde durch Mischen der nachfolgenden Komponenten in der beschriebenen Reihenfolge hergestellt:
    500 ml entionisiertes Wasser
    150 ml 85% Phosphorsäure
    50 g Chromsäureflocken
    162,5 ml 35% Wasserstoffperoxid
    50,7 g Aluminiumhydroxid, getrocknetes Gel
  • Die Bindemittellösung R hatte einen gemessenen pH-Wert von 1,8.
  • Die Zugabe von Wasserstoffperoxid wurde in einer kontrollierten, inkrementellen, titrationsartigen Weise durchgeführt. Während der Zugabe des Wasserstoffperoxids wurde die Bindemittellösung periodisch bezüglich der Anwesenheit von hexavalentem Chrom unter Verwendung des colorimetrischen Hach-Tests untersucht. Die Zugabe von Wasserstoffperoxid wurde gestoppt, wenn der Hach-Test die vollständige Abwesenheit von hexavalentem Chrom in der Lösung „R" zeigte. Aluminiumhydroxid wurde anschließend inkrementell (zur Kontrolle der Schaumbildung) zugefügt, um den pH-Wert auf einen gewünschten Wert von 1,8 einzustellen.
  • Die Bindemittellösung R wurde durch Sprühen auf die Platten aus 1010 niedriglegiertem Stahl, die mit einer herkömmlichen Chromfreien Grundbeschichtung vorbehandelt waren, aufgebracht, wie in Beispiel 5 beschrieben. Die Platten wurden für 15 Minuten bei 175°F getrocknet und bei 650°F für 30 Minuten gehärtet. Ähnliche Platten aus 1010 niedriglegiertem Stahl wurden nur mit der Chrom-freien herkömmlichen Grundbeschichtung beschichtet (anschließend gehärtet) (Beispiel 5). Sämtliche beschichteten Platten wurden in heißes Wasser eingetaucht, um den Grad der Phosphatausbleichung zu bestimmen. Es wurde bestimmt, dass die mit der Deckschicht/Grundschicht beschichteten Platten eine Konzentration von ausgebleichtem Phosphat in dem Bereich von 0-1 mg/L/mil hatte. Es wurde bestimmt, dass die Platte, die nur eine Grundschicht erhielt, Phosphat bis zu einer Konzentration von 20 mg/L/mil ausbleicht. Die Ergebnisse illustrieren die Wirksamkeit der Versiegelung der gehärteten Bindemittellösung R auf Chrom (III)-Basis.
  • Eine pigmentierte Bindemittellösung, bezeichnet als Bindemittellösung „S", wurde durch Mischung der nachfolgenden Komponenten hergestellt:
    180 g Bindemittellösung „R"
    0,05 g oberflächenaktives Mittel FC-95 Furat
    2,0 g Chrom (III) oxid (Cr2O3)
    4,0 g Magnesiumferritpigment, Mapico Tan 20A
  • Die Bindemittellösung "S" wurde als zwei Beschichtungen auf eine Titan 6A1-4V Kompressorschaufel (ASM 4967) gesprüht. Jede Beschichtung wurde getrennt bei 175°F für 15 Minuten getrocknet und bei 650°F für 30 Minuten gehärtet. Eine Kompressorschaufel dieser Konstitution ist für Energieerzeugungsanwendungen im Luftfahrtbereich weit verbreitet.
  • Die Bindemittellösung S erzeugte gehärtete Beschichtungen mit Oberflächenprofilen ähnlich zu der oder niedriger (Ra = 20 – 25 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 Inch) als die entsprechenden Beschichtungen mit hexavalentem Chrom in der Bindemittellösung X nach Beispiel 2 (Ra = 25 – 35 Mikroinch bei einem Grenzwert von 0,030 Inch).
  • Beispiel 16
  • Eine Reihe von Bindemittelzusammensetzungen mit variierenden Molverhältnissen von Cr(III)-Ionen zu Phosphationen (PO4 –3) wurde hergestellt, um die Fähigkeit der Versiegelung von gehärteten Beschichtungen, die aus den hergestellten Zusammensetzungen gebildet wurden, zu untersuchen. Bindemittelzusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung wurden durch Mischung von entionisiertem Wasser, 85% HP3O4, Cr(III) Carbonat und Aluminiumhydroxid in den in Tabelle III gezeigten Mengen hergestellt.
  • Aluminiumhydroxid wurde in Mengen zugefügt, die ausreichend sind, um jede Bindemittelzusammensetzung auf einen pH-Wert innerhalb des Bereichs von 1,5 bis 2,0 zu bringen.
  • Tabelle III: Phosphatausbleichung
    Figure 00470001
  • Die Bindemittelzusammensetzungen des Vergleichs wurden auf Platten aus 1010 niedriglegiertem Stahl aufgebracht, welche ursprünglich mit den beiden Beschichtungen der in Beispiel 1 beschriebenen Chrom-freien Grundbeschichtung beschichtet und gehärtet worden sind. Die Testplatten wurden anschließend getrocknet und gehärtet. Die Konzentrationen an ausgebleichtem Phosphat wurden mit dem Heißwasserwiderstandstest (Hach PO-19 Testverfahren) gemessen. Die Bindemittelzusammensetzungen wurden zudem qualitativ bezüglich der Wirksamkeit der Filmbildung durch Trocknung und Härtung der Bindemittellösungen in kleinen Aluminiumschalen und visuelle Beurteilung der Filmbildung untersucht.
  • 1 ist eine Darstellung, die die Wirkung der Konzentration von dreiwertigem Chrom auf das Ausmaß der Ausbleichung von Phosphationen zeigt. Wie in 1 gezeigt, zeigte die Bindemittelzusammensetzung, die keine Cr(III)-Ionen enthält, die schlechteste Filmbildung, Leistungsfähigkeit der Trennschicht, wie durch den vergleichsweise hohen Wert der Phosphatausbleichung belegt wird. Zusätzlich zu den in Tabelle III gezeigten gehärteten Bindemittelzusammensetzungen, wurde die gehärtete Chrom-freie Bindemittelzusammensetzung, die in Beispiel 1 be schrieben wurde, ebenfalls bezüglich der Phosphatausbleichung getestet und hatte einen Wert von 17 mg/L/mil.
  • Wie des Weiteren in 1 gezeigt ist wird es gefunden, dass bei einer Erhöhung des Gehaltes der Cr(III)-Ionen in der Zusammensetzung (bei einer konstanten Konzentration der Phosphationen und konstantem pH-Wert) das Ausmaß der in der gehärteten Beschichtung auslaugenden Phosphationen sich exponentiell auf Null mg/L/mil verringert. Die erfindungsgemäße Bindemittelzusammensetzung, die Cr(III)-Ionen enthält, ermöglicht Zusammensetzungen, die ausgezeichnete Versiegelungseigenschaften und Barrierenschutzeigenschaften haben.
  • Es sollte beachtet werden, dass die höchste der in 1 wiedergegebenen Konzentration von Cr(III)-Ionen, ein Verhältnis von 1,3 : 1, sehr nahe an der Löslichkeitsgrenze für Cr(III)-Ionen in dieser wässrigen, sauren Lösung ist. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird bemerken, dass die spezifische Menge von Cr(III), die zur Erreichung einer Sättigung notwendig ist, zumindest zu einem gewissen Ausmaß von verschiedenen Faktoren abhängig sein wird, welche einschließen: Temperatur der Lösung, pH-Wert der Lösung, Anwesenheit von anderen Ionen oder Verbindungen in der Lösung, Acidität/Basizität der spezifischen Chromverbindung(en), die zur Herstellung der Formulierung verwendet wurde(n) und die analytische Reinheit der spezifischen Chromverbindung.
  • Im Sinne der maximalen Cr(III)-Konzentration, welche in den erfindungsgemäßen Bindemittellösungen erhalten sein kann, können wirksame Bindemittellösungen hergestellt werden, welche dreiwertiges Chrom sowohl in Lösung als auch in einer unlöslichen Form enthalten. Im Hinblick auf Molverhältnisse von Chrom(III)/Phosphat, welche die Löslichkeitsgrenze für Chrom(III) in einer spezifischen Bindemittelzusammensetzung übersteigen, kann (können) jegliche zusätzliche, unlösliche Chrom(III)-Verbindung(en) beispielsweise als ein Färbemit tel/Farbstoff innerhalb der gehärteten Beschichtung fungieren.

Claims (12)

  1. Wärmehärtbare Bindemittelzusammensetzung für eine wärmehärtbare Beschichtung zur Beschichtung eines Substrats, wobei die wärmehärtbare Bindemittelzusammensetzung aufweist. a) Phosphationen und Chrom(III)-Ionen; und b) Wasser; wobei die Zusammensetzung einen pH-Wert in dem Bereich von ungefähr 1,0 bis ungefähr 3,5 aufweist und im Wesentlichen frei von hexavalenten Chromionen ist; und wobei der nicht-flüchtige Gehalt der Zusammensetzung in dem Bereich von ungefähr 15 Gew.-% bis ungefähr 45 Gew.-% liegt, wobei der nichtflüchtige Bestandteil der Lösung als die Menge an anorganischem Material definiert ist, das in einer für 60 Minuten auf 105°C (220°F) erwärmten Bindemittellösung, wie in ASTM D2369 beschrieben ist, verbleibt; wobei vorgesehen ist, dass die Zusammensetzung keine messbaren Mengen von Nitrationen enthält.
  2. Bindemittelzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis der Phosphationen zu Chrom(III)-Ionen in dem Bereich von ungefähr 0,7 bis ungefähr 20 liegt.
  3. Bindemittelzusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis von Phosphationen zu Chrom(III)-Ionen in dem Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 10 liegt.
  4. Bindemittelzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner wenigstens eine sekundäre kationische Spezies enthält.
  5. Bindemittelzusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundären kationischen Spezies Aluminiumionen, Magnesiumionen oder Zinkionen sind.
  6. Bindemittelzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht-flüchtige Gehalt der Zusammensetzung in dem Bereich von ungefähr 15 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-% liegt.
  7. Wärmehärtbare Deckschichtzusammensetzung enthaltend: (a) die wärmehärtbare Bindemittelzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und (b) wenigstens ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Benetzungsmitteln, filmbildenden Mitteln, Korrosionsinhibitoren, Trockenschmierstoffen, schwerschmelzbaren Verbindungen, Farbpigmenten und Kombinationen derselben.
  8. Wärmehärtbare Grundbeschichtung enthaltend metallische Aluminiumteilchen, die in der wärmehärtbaren Bindemittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dispergiert sind.
  9. Grundbeschichtungszusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Aluminiumteilchen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Blättchen, Inertgas-atomisierten sphärischen Pulvern, Luft-atomisierten Pulvern und Mischungen derselben.
  10. Grundbeschichtungszusammensetzung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, die des Weiteren wenigstens ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Korrosionsinhibitoren, Trockenschmiermitteln, oberflächenaktiven Mitteln, Farbpigmenten, schwer schmelzbaren Verbindungen und Kombinationen derselben aufweist.
  11. Verfahren zur Bildung einer Beschichtung auf einem festen Substrat enthaltend die Schritte: (a) Aufbringen von wenigstens einer der nachfolgenden Zusammensetzungen auf das Substrat: (i) die Bindemittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6; (ii) die Deckschichtzusammensetzung nach Anspruch 7; oder (iii)die Grundbeschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, und (b) Wärmehärtung der aufgebrachten Beschichtungszusammensetzung(en) zur Herstellung der Beschichtung.
  12. Beschichteter Gegenstand mit einem festen Substrat, der auf diesem wenigstens eine Schicht einer durch das Verfahren nach Anspruch 11 gebildeten Beschichtung aufweist.
DE69917177T 1998-10-13 1999-10-13 Chrom(VI)-freie Phosphatbindemittelbeschichtungen Expired - Lifetime DE69917177T2 (de)

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