JP2017512902A - Method for producing a corrosion protection coating or adhesion promoting coating - Google Patents

Method for producing a corrosion protection coating or adhesion promoting coating Download PDF

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Abstract

基質を処理する方法であって、該方法は、ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、前記ドーパントを前記基質の表面に含浸させるために、少なくとも1つの流体ジェットから前記基質の表面へ、実質的に同時に供給する方法を含み、前記ドーパントは、前記基質の表面に、又はその上に腐食防止コーティング又は接着促進コーティングを形成するように、腐食防止種又は接着促進種を含む。また、腐食防止コーティング又は接着促進コーティングを有する基板を含む物品も提供され、前記コーティングは、前記基板の表面に含浸される、腐食防止種又は接着促進種の粒子を含む(例えば、上記方法により生成されるもの)。A method of treating a substrate, wherein the method includes impregnating a surface of the substrate with a first particle set including a dopant and a second particle set including an abrasive on the substrate. Including substantially simultaneously supplying a fluid jet to a surface of the substrate, wherein the dopant forms a corrosion-inhibiting species or a corrosion-inhibiting coating or adhesion promoting coating on or on the surface of the substrate. Includes adhesion promoting species. Also provided is an article comprising a substrate having a corrosion-inhibiting coating or an adhesion-promoting coating, the coating comprising particles of corrosion-inhibiting or adhesion-promoting species that are impregnated on the surface of the substrate (eg, produced by the above method). To be)

Description

本発明は、材料科学(materials science)の分野における表面処理技術に関する。   The present invention relates to surface treatment techniques in the field of materials science.

研磨(abrasion)は、ものをこする又はかする、或いは摩擦によってものを摩損させる作用又はプロセス、並びにこのように摩損される作用又は事実として定義できる。 研磨性材料(abrasive materials)を金属表面に吹き付けることは、近年、その技術的な応用方法が増加している。グリットブラスト加工、ショットブラスト加工、サンドブラスト加工、及びマイクロアブレージョン(micro abrasion)のような技術は、上記表面処理技術カテゴリーに含まれる。各技術においては、一般的に、ショット(shot)又はグリット(grit)である研磨性物質が流動体と混合され、処理される表面に衝突するように高速で供給される。研磨性物質を供給する方法は、研磨性物質を表面に供給するために使われる流動体(一般的には水又は空気)の選択によって湿式(wet)又は乾式(dry)に分類される。或いは、研磨剤を、ホイールブラストマシン(wheelblast machine)を用いてスピニングホイール(spinning wheel)又はパドル(paddle)で表面へ推進できる。ホイールが回転すると、研磨性粒子は加速され、標的の方向へ向けられ、標準の流動体アブレ―ジョンシステムと同様に標的に衝突し、摩耗する。このようなシステムは、粒子を推進させるために、いかなる流動体又は圧縮ガスも必要としない。「研磨性衝撃(abrasive bombardment)」という総称は本明細書においてそのような全ての技術を意味するように使用される。このような技術は、有意な材料研磨を生じさせないように基板における応力レベル(stress level)を変更させるため、又はディンプル表面テクスチュアを誘発させるために、丸い粒子を表面に当てるショットピーニング技術とは異なる。(しかし、不確実性を回避するために、研磨性衝撃技術は、基板の表面における応力レベルを変更させ得ること、及び材料研磨を生じさせ得ることは理解される。)   Abrasion can be defined as the action or process of rubbing or rubbing things, or rubbing things by friction, as well as the action or fact so worn. Spraying abrasive materials onto metal surfaces has increased in technical application in recent years. Techniques such as grit blasting, shot blasting, sand blasting, and micro abrasion are included in the surface treatment technology category. In each technique, an abrasive material, typically a shot or grit, is mixed with the fluid and fed at high speed to impact the surface to be treated. The method of supplying an abrasive material is classified as wet or dry depending on the choice of fluid (typically water or air) used to supply the abrasive material to the surface. Alternatively, the abrasive can be propelled to the surface with a spinning wheel or paddle using a wheelblast machine. As the wheel rotates, the abrasive particles are accelerated and directed toward the target, impacting and wearing the target, similar to a standard fluid ablation system. Such a system does not require any fluid or compressed gas to propel the particles. The generic term “abrasive bombardment” is used herein to mean all such techniques. Such techniques differ from shot peening techniques where round particles are applied to the surface to alter the stress level in the substrate so as not to cause significant material polishing or to induce a dimple surface texture. . (However, it is understood that to avoid uncertainties, the abrasive impact technique can change the stress level at the surface of the substrate and cause material polishing.)

研磨性衝撃の応用は、金属の切断、表面洗浄、及び追加的なコーティング材料の接着を強化するために望ましい表面質感(表面粗度)を誘発させる前処理を含む。(Solomon et al., Welding Research, 2003. October: p. 278-287; Momber et al., Tribology International, 2002. 35: p. 271-281; Arola et al., J. Biomed. Mat. Res., 2000. 53(5): p. 536-546; and Arola and Hall, Machining Science and Technology, 2004. 8(2): p. 171-192を参照。)後者の例は生物医学分野で見られ、そこではアルミナ又はシリカを用いてチタン性インプラントをグリットブラスト加工し、そのインプラントの表面にプラズマスプレーされるヒドロキシアパタイト(HA)のコーティングの接着を最適化させる表面粗度を達成する。HAでコーティングされたインプラントは、アパタイト層の生体模倣特性のために好まれるが、アパタイト層とチタン表面との間に最適な結合強度も必要である。   Abrasive impact applications include metal cutting, surface cleaning, and pretreatment that induces the desired surface texture (surface roughness) to enhance the adhesion of additional coating materials. (Solomon et al., Welding Research, 2003. October: p. 278-287; Momber et al., Tribology International, 2002. 35: p. 271-281; Arola et al., J. Biomed. Mat. Res. , 2000. 53 (5): p. 536-546; and Arola and Hall, Machining Science and Technology, 2004. 8 (2): p. 171-192.) The latter example is found in the biomedical field. There, alumina or silica is used to grit blast titanium implants to achieve a surface roughness that optimizes the adhesion of the plasma sprayed hydroxyapatite (HA) coating to the surface of the implant. Although HA coated implants are preferred due to the biomimetic properties of the apatite layer, an optimum bond strength between the apatite layer and the titanium surface is also required.

これらの表面を衝撃する際に、研磨性物質の一部が金属自体の表面に浸透することが長く知られており、よってこの技術は表面における化学的性質を一般的に変化させる方法の候補として関心を集めた。(Arola et al. and Arola and Hall, supraを参照。)生物医学分野におけるもう1つの研究では、ショットブラスト加工を、チタン表面に直接HA層を付着させる方法として検討しており、高額なプラズマスプレー工程を回避することを試みている(Ishikawa, K., et al., Blast coating method: new method of coating titanium surface with Hydroxyapatite at room temperature. J. Biomed. Mat. Res., 1997. 38: p. 129-134)。この研究では、粒径分布が特定されていないHA粒子を研磨剤として用いている。しかし、堆積されたアパタイト層が緩やかな洗浄方法によって簡単に除去され得る以上、金属表面との強い結合は達成できなかったと思われる。   When impacting these surfaces, it has long been known that some of the abrasive material penetrates the surface of the metal itself, and thus this technique is a candidate for a method that generally changes the chemistry at the surface. Attracted interest. (See Arola et al. And Arola and Hall, supra.) Another study in the biomedical field is investigating shot blasting as a method of depositing an HA layer directly on the titanium surface, which is an expensive plasma spray. Trying to avoid the process (Ishikawa, K., et al., Blast coating method: new method of coating titanium surface with Hydroxyapatite at room temperature. J. Biomed. Mat. Res., 1997. 38: p. 129-134). In this study, HA particles whose particle size distribution is not specified are used as abrasives. However, since the deposited apatite layer can be easily removed by a gentle cleaning method, it seems that strong bonding with the metal surface could not be achieved.

チョイ等(KR2003−0078480)は、グリットを歯科インプラントの表面に埋め込むために1つのリン酸カルシウム粒子をグリットブラスティングの媒体として使用することを記載しているが、190μmを超える粒子を開示している。   Choi et al. (KR2003-0078480) describe the use of a single calcium phosphate particle as a medium for grit blasting to embed grit into the surface of a dental implant, but discloses particles over 190 μm.

米国特許第6,502,442号は、水を流動体媒体として用いて、焼結したHAを研磨剤として使用することを記載している。この場合は、HAが熱処理されているため、ある程度のHAの埋め込みは達成できている。   US Pat. No. 6,502,442 describes the use of sintered HA as an abrasive with water as the fluid medium. In this case, since the HA has been heat-treated, a certain degree of HA embedding can be achieved.

ミュラー等(US2004/158330)は、ガラス状マトリックスに含まれたリン酸カルシウムを含むブラスト加工用粒子を記載している。他の文献では(例えば米国特許第4,752,457号及び米国特許第6,210,715号)、通常ポリマーの成分を含むリン酸カルシウムのマイクロスフェアを製造する方法、及び同じものを製造するための複雑な方法を記載しているが、それらのブラスト加工の媒体としての効能は解明されていない。   Müller et al (US 2004/158330) describe blasting particles comprising calcium phosphate contained in a glassy matrix. In other references (eg, US Pat. No. 4,752,457 and US Pat. No. 6,210,715), methods for producing calcium phosphate microspheres, usually containing polymer components, and for producing the same Although complex methods are described, their effectiveness as blasting media has not been elucidated.

金属表面及びその他の表面のケイ化処理(silicization)のためのロカテック(Rocatec(登録商標))システムも、複数の要素を有する個体の粒子を使用する。この技術は歯科分野において広範囲に使用されている。この場合、シリカの外側付着層を持つアルミナ粒子を、予め粗面化された表面に送り、その際の衝突から生じる熱は、衝突場所の周辺において粉砕したシリカ外側付着層を該表面に融合させる。この工程をセラミック化処理(ceramicization)と呼ぶ。   The Rocatec® system for silicization of metal surfaces and other surfaces also uses solid particles with multiple elements. This technique is widely used in the dental field. In this case, the alumina particles having the silica outer adhesion layer are sent to a previously roughened surface, and the heat generated from the collision at that time causes the silica outer adhesion layer crushed around the collision site to be fused to the surface. . This process is called ceramicization.

Bru-Magniezら(米国特許第6,431,958号)は、表面加工を行うブラスト研磨性衝撃手法に使用される研磨剤として、複数の層を持つ硬質の研磨性物質を記載している。この場合、加工工程の目的は、研磨性粒子を囲む複数の層を、加工される表面に埋め込む又は付着させることである。外側は少なくとも1つのポリマーを含み、好まれるコアセラミックの素材は酸化物、炭化物、窒化物、又は炭窒化物である。   Bru-Magniez et al. (US Pat. No. 6,431,958) describe hard abrasive materials with multiple layers as abrasives used in blast abrasive impact techniques for surface treatment. In this case, the purpose of the processing step is to embed or deposit a plurality of layers surrounding the abrasive particles on the surface to be processed. The outer side contains at least one polymer and the preferred core ceramic material is oxide, carbide, nitride, or carbonitride.

複数のポリマー層を用いることは既に提案されている。Langeら(米国特許第6,468,658号)はコアの基本素材と、二酸化チタンの外側接着性層を含むブラスト加工用の粒子を記載している。   The use of multiple polymer layers has already been proposed. Lange et al. (US Pat. No. 6,468,658) describe particles for blasting that include a basic core material and an outer adhesive layer of titanium dioxide.

表面加工のための研磨性衝撃のさらなる応用は生物医学の分野で見ることができ、例えばレーザー加工された冠状動脈のステントの支柱から酸化物のスラグ(slag)を洗浄するためのマイクロアブレージョンの使用、およびそれぞれの装置に追加的なポリマーのコーティングを付着させるためにペースメーカ及び除細動器の表面にシリカを埋め込むためのマイクロアブレージョンの使用がある。   Further applications of abrasive impact for surface processing can be found in the biomedical field, for example, the use of microabrasion to clean oxide slag from the struts of laser-processed coronary stents And the use of microabrasion to embed silica on the surface of pacemakers and defibrillators to deposit additional polymer coatings on each device.

これらの例の共通点は、流動体ストリームに1種類の固体粒子を使用することである。これは、その後のコーティングに先立つ前処理ステップでもあり得る。   The commonality between these examples is the use of one type of solid particles in the fluid stream. This can also be a pretreatment step prior to subsequent coating.

米国特許第3,754,976号は、2つの個別の粒子を使用する、異なるアプローチを提案する。該特許は、金属性粉末及び小さいピーニング粒子の混合物を高速で表面に吹き付けることを含み、その速度は金属性粉末を表面に結合させ、金属のラミネート層を形成するに足りる速度である、金属プレーティングのプロセスを記載する。 このプロセスは、非研磨性ショットピーニング粒子と金属性粉末の組み合わせに限定されている。 米国特許第4,552,784号は、同様のアプローチであって、ショットピーニング粒子のストリームと、急速に凝固化する金属粉末粒子のストリームとを、基板に衝突する際に、金属粉末が金属表面上にラミネート層として堆積されるように組み合わせられるアプローチを提案する。このプロセスにおいては、研磨剤は使われず、堆積は、金属の前駆体に限られる。米国特許第4,753,094号は、鋼ショットと混合された二硫化モリブデン粉末のストリームを、所定の速度で基板に吹き付けることを含み、該速度は、基板に衝突する際に、基板に微小なプレート状の二硫化モリブデン粒子を結合させ、そこに摩擦を低減させる表面を形成するために足りる速度であるプロセスを記載する。 プロセスは、研磨性粒子について言及せず、使用された鋼ショットは、通常非研磨性ショットピーンプロセスにおいて使用される。   U.S. Pat. No. 3,754,976 proposes a different approach using two separate particles. The patent includes spraying a surface of a mixture of metallic powder and small peening particles at a high speed, the speed being sufficient to bond the metallic powder to the surface and form a metal laminate layer. Describe the process. This process is limited to the combination of non-abrasive shot peening particles and metallic powder. U.S. Pat. No. 4,552,784 is a similar approach in which a metal powder is exposed to a metal surface as it strikes a substrate with a stream of shot peening particles and a stream of rapidly solidifying metal powder particles. We propose an approach that can be combined to be deposited as a laminate layer on top. In this process, no abrasive is used and deposition is limited to metal precursors. U.S. Pat. No. 4,753,094 involves spraying a stream of molybdenum disulfide powder mixed with a steel shot onto a substrate at a predetermined speed, which is microscopically applied to the substrate as it strikes the substrate. A process is described that is sufficient speed to bind the plate-like molybdenum disulfide particles and form a surface that reduces friction there. The process does not mention abrasive particles and the steel shot used is usually used in a non-abrasive shot peening process.

エンバイオ・リミテッド(EnBio Limited)の名で出願されたで米国特許第8,119,183号及びWO2008/033867は、代用のアプローチを提案し、その提案においては、研磨剤のフローとコーティング前駆体(ドーパント)のフローを、金属インプラントの表面を加工する1つのステップに組み合わせることによって、研磨性ブラスト加工とコーティング堆積が同時に実行される。研磨剤は、1つのステップとして、酸化物の層を除去し、ドーパントを金属に結合させるために使用され、よって、医療用装置の金属表面を変更させるための新しい方法が提供され、また、このコーティングプロセスのための生体関連ドーパントが種々記載されている。ドーパント物質は、デバイスの表面の生体医学的性質を向上させるために使用される。医療用インプラントを製造するために使用される材料は、自然に耐腐食性であり、腐食を防ぐコーティングを必要としないため、腐食耐性ドーパントは一切検討されていない。   US Pat. No. 8,119,183 and WO 2008/033867, filed under the name of EnBio Limited, propose an alternative approach, in which the abrasive flow and coating precursor ( Abrasive blasting and coating deposition are performed simultaneously by combining the dopant) flow into one step of processing the surface of the metal implant. The abrasive is used as a step to remove the oxide layer and bond the dopant to the metal, thus providing a new method for modifying the metal surface of the medical device, and this Various bio-related dopants for the coating process are described. The dopant material is used to improve the biomedical properties of the surface of the device. Since the materials used to make medical implants are naturally corrosion resistant and do not require a coating to prevent corrosion, no corrosion resistant dopants have been considered.

[腐食防止コーティング]
しかし、医療用インプラント以外の産業応用領域においては、基板の付近に腐食種が存在するため(例えば、基板の使用中、又はその後の加工中、又は基板の保存中等)、基板は腐食しやすい。従って、このような基板に腐食防止(corrosion-inhibiting)表面処理を提供することが望まれている。本書において、「腐食防止」との文言は、基板の腐食しやすさを低減させる処理を含み、かつ全体的に腐食を防止する処理もを含むように、広く解釈すべきである。
[Corrosion prevention coating]
However, in industrial application areas other than medical implants, there are corrosive species in the vicinity of the substrate (for example, during use of the substrate, during subsequent processing, or during storage of the substrate, etc.), the substrate is likely to corrode. Accordingly, it would be desirable to provide a corrosion-inhibiting surface treatment for such substrates. In this document, the term “corrosion prevention” should be broadly interpreted to include a process that reduces the susceptibility of the substrate to corrosion and also includes a process that generally prevents corrosion.

本書において検討される腐食防止表面処理の2つの主な種類は、化成被覆(conversion coating)と機械的結合被覆(mechanically-bonded coating)である。   The two main types of corrosion protection surface treatments considered in this document are conversion coatings and mechanically-bonded coatings.

[化成コーティング]
化成コーティングは、航空宇宙産業、海運産業、石油化学産業、その他多数の産業において、金属物品を保護するために、日常的に使用されている。化成被覆は、表面の少なくとも一部が、化学的又は電気化学的なプロセスによってコーティングに変換される、金属基板の処理である。例としては、クロム酸塩化成被覆(chromate conversion coating)、リン酸塩化成被覆(phosphate conversion coating)、及び陽極酸化処理(anodizing)がある。化成コーティングを施す最も多く挙げられる理由は、腐食に対する保護の向上、表面の色を変えるため、表面の硬度の増加、又はその後の層の接着性を向上させるために表面にプライマー層を堆積するためである。クロム酸塩化成コーティングは、腐食コーティング市場の幾つかのセクターにおいて優位をしめてきたが、このようなコーティングは、主に被覆プロセスに使用される六価クロムの毒性による、クロム酸塩化成プロセスの自然環境に対する悪影響のために、人気が低下している。そのため、リン酸塩コーティング、そして特にリン酸亜鉛コーティングの有意性が徐々に増加している。
[Chemical conversion coating]
Chemical conversion coatings are routinely used to protect metal articles in the aerospace, shipping, petrochemical, and many other industries. A conversion coating is a treatment of a metal substrate where at least a portion of the surface is converted to a coating by a chemical or electrochemical process. Examples include chromate conversion coating, phosphate conversion coating, and anodizing. The most common reasons for applying conversion coatings are to increase the protection against corrosion, to change the color of the surface, to increase the hardness of the surface, or to deposit a primer layer on the surface in order to improve the adhesion of subsequent layers It is. Chromate conversion coatings have gained an advantage in several sectors of the corrosion coating market, but such coatings are a natural part of the chromate conversion process, mainly due to the toxicity of hexavalent chromium used in the coating process. Its popularity is declining due to its negative impact on the environment. Therefore, the significance of phosphate coatings, and in particular zinc phosphate coatings, is gradually increasing.

このコーティングの全ては、前処理ステップを必要とし、この前処理ステップは多くの場合、被覆前に表面を研磨ブラスト加工することを含む。例えば、リン酸塩化成被覆は、有意な数のステップを含み、マルチステージ表面処理戦略を必要とする、複雑なプロセスである。一般的には、第1のステップは、表面の洗浄を含む。これは、溶剤、エッチング剤、酸、塩基性剤、脱脂剤における浸漬、及び超音波タンクを使用する物理的洗浄や、グリットブラスト加工等の方法を利用する物理的研磨を含む、種々の方法により達成できる。このプロセスの多くは、危険又は毒性のある化学物質を使用し、昇温状態で実行される。洗浄ステップに続いて、表面はさらに活性化され得る。これは、自然酸化層を破壊し、表面を粗面化し、かつその後のステップ中に、化成コーティングへのその後の結合のために、活性部位を利用可能にするグリットブラスト加工又は機械的研磨加工を利用する物理的な活性化であってもよい。或いは、表面は、化学的手段で活性化してもよい。例えば、リン酸亜鉛コーティングの場合、化成被覆の適用直前に表面をコロイド状のチタン化合物で前処理する方法はよく使われる。硫酸銅や硫酸ニッケルの希釈溶液、シュウ酸、及びポリホスホネート等の他の化合物は、その後のリン酸化ステップ中に発生する初期核数の増加を促進し、これらの前処理は、薄くコンパクトな、微粒状のリン酸塩コーティングを形成する。活性化ステップは、最初のグリットブラスト加工に続き、その後の化学的活性化の組み合わせを含み得る。   All of this coating requires a pretreatment step, which often involves polishing blasting the surface prior to coating. For example, phosphate conversion coating is a complex process that involves a significant number of steps and requires a multi-stage surface treatment strategy. In general, the first step involves cleaning the surface. This can be accomplished by a variety of methods, including immersion in solvents, etchants, acids, basic agents, degreasing agents, physical cleaning using ultrasonic tanks, and physical polishing using methods such as grit blasting. Can be achieved. Many of this processes are performed at elevated temperatures using hazardous or toxic chemicals. Following the cleaning step, the surface can be further activated. This involves a grit blasting or mechanical polishing process that breaks down the natural oxide layer, roughens the surface, and makes the active site available for subsequent bonding to the conversion coating during subsequent steps. It may be physical activation to be used. Alternatively, the surface may be activated by chemical means. For example, in the case of zinc phosphate coating, a method in which the surface is pretreated with a colloidal titanium compound immediately before application of the chemical conversion coating is often used. Other compounds such as dilute solutions of copper sulfate and nickel sulfate, oxalic acid, and polyphosphonates promote the increase in initial nuclei generated during subsequent phosphorylation steps, and these pretreatments are thin and compact, A fine particulate phosphate coating is formed. The activation step can include a combination of subsequent chemical activations following an initial grit blasting process.

実際のリン酸塩堆積は、スタンドアローンの処理ステップであり、通常はウェットな化成溶液を用いて実行される。基板は通常、化成剤の浴に浸漬される。このような浴の組成は、製造者により異なるが、通常、全てはアルカリ金属/重金属イオンと共に適切な促進剤を含む、リン酸をベースにした希釈溶液を含む。このような浴は、通常反応速度を向上させ、表面の仕上げを最適化するために、加熱される。浴における反応物質と廃棄物の化学的濃度は、化学反応が進むにつれ着実に変化し、最適なパフォーマンスを維持するために、浴を厳密にモニターし調節する必要がある。より大きいパーツの場合、物品の物理的なサイズのために、化学浴がひどく大きくかつ複雑になり、制御が難しくなる。このような基板に関しては、スプレーリン酸化処理が使用される。湿式化学浴方法には似ているが、かわりに化学溶液は金属表面にスプレーされ、反応可能にさせられる。   The actual phosphate deposition is a stand-alone process step, usually performed using a wet chemical solution. The substrate is usually immersed in a bath of chemical conversion agent. The composition of such baths varies from manufacturer to manufacturer, but usually includes dilute solutions based on phosphoric acid, all containing suitable accelerators along with alkali metal / heavy metal ions. Such baths are usually heated to improve the reaction rate and optimize the surface finish. The chemical concentrations of reactants and waste in the bath change steadily as the chemical reaction proceeds and the bath needs to be closely monitored and adjusted to maintain optimal performance. For larger parts, because of the physical size of the article, the chemical bath becomes very large and complex and difficult to control. For such substrates, spray phosphorylation is used. Similar to the wet chemical bath method, but instead a chemical solution is sprayed onto the metal surface to allow it to react.

リン酸化処理ステップの後、通常、物品は洗浄され、乾燥され、そして追加層、密閉剤、不動態化処理、又は塗料の堆積を含み得るさらなる処理を受けるために送られる。リン酸化処理プロセスは全体的に遅く、複雑であり、相当な熱入力を必要とし、及び過酷な有毒化学物質を使用する。   Following the phosphorylation step, the article is typically cleaned, dried, and sent to undergo further processing that may include additional layers, sealants, passivation treatments, or paint deposition. The phosphorylation process is generally slow, complex, requires considerable heat input, and uses harsh toxic chemicals.

したがって、未だに大きい要素及び小さい要素の両方を処理するために容易に利用可能であり、使いやすく、大量のエネルギーと過酷な化学物質を使用するマルチステップ処理プロセスを必要としないように腐食防止化成コーティングを生成することが要求されている。   Therefore, it is still readily available to process both large and small elements, easy to use, and does not require a multi-step processing process that uses large amounts of energy and harsh chemicals to prevent corrosion. Is required to generate.

[機械的結合コーティング]
次に機械的結合コーティングを検討すると、これらは、基板の表面が化学的反応又は電気化学的反応をする結果としてではなく、コーティングとその下にある基板との間に機械的インターロックを形成することにより、下にある基板に結合されているコーティングを言う。基板に対して機械的に結合するコーティングを受ける基板表面を準備するためには、従来は、基板の表面を粗面化させるために、基板の表面を別の前処理プロセスを受けさせる。これは、微小スケールにおいては、基板の表面に多数の割れ目、くぼみ、又はそれ以外の平らでない領域を生成し、その後に適用されるコーティングがそこにインターロックできる。このような粗面化プロセスは、一般的にサンドブラスト加工により実行され、その後に粗面化された表面が洗浄される。そして、コーティングは、スプレー等、別のプロセスにおいて適用される。このように別の(つまり、マルチステージプロセスとして)サンドブラスト加工、洗浄工程、そしてスプレー加工のプロセスを使用することは、時間がかかるため、このようなプロセスをより効率よくすることが要求されている。
[Mechanical bond coating]
Next, when considering mechanically bonded coatings, these form a mechanical interlock between the coating and the underlying substrate, rather than as a result of a chemical or electrochemical reaction of the surface of the substrate. By the coating that is bonded to the underlying substrate. In order to prepare a substrate surface that receives a coating that mechanically bonds to the substrate, conventionally, the substrate surface is subjected to another pretreatment process to roughen the surface of the substrate. This produces, on a microscale, numerous cracks, indentations, or other non-planar areas on the surface of the substrate, into which subsequently applied coatings can be interlocked. Such a roughening process is generally performed by sandblasting, after which the roughened surface is cleaned. The coating is then applied in another process such as spraying. Using such sandblasting, cleaning, and spraying processes in this way (ie, as a multi-stage process) is time consuming and requires that such processes be more efficient. .

[接着促進コーティング(プライマー層を含む)]
上記ディスカッションは、主に基板の表面に腐食防止コーティングを直接つけることに注目するが、基板に接着促進コーティングを形成する際に同様な問題が生じることは理解される。ここにいう「接着促進(adhesion-promoting)」と「接着性促進コーティング」等の表現は、基板の表面の接着性性質を向上させるために基板に適用されるコーティングを指す:つまり、被覆された基板がその後に接触する別の材料又は物品に対する基板の接着を可能にする、促進する、又は向上させること;もしくは、基板に対するその後に堆積される層の接着を可能にする、促進する、又は向上させること(それによりコーティングは、その後に堆積される層に対するプライマー層として機能する)。
[Adhesion promoting coating (including primer layer)]
Although the above discussion focuses primarily on applying a corrosion protection coating directly to the surface of the substrate, it is understood that similar problems arise when forming an adhesion promoting coating on the substrate. As used herein, expressions such as “adhesion-promoting” and “adhesion-promoting coating” refer to a coating that is applied to a substrate to improve the adhesive properties of the surface of the substrate: Allowing, promoting or enhancing the adhesion of the substrate to another material or article with which the substrate subsequently contacts; or enabling, promoting or enhancing the adhesion of subsequently deposited layers to the substrate (The coating thereby serves as a primer layer for subsequently deposited layers).

当業者は、プライマー層は基板の表面に形成されるコーティングであることを理解する。その後のコーティングはプライマー層に適用される。プライマー層は、基板によく結合するように、かつその後に適用されるコーティングがプライマー層によく結合するように選択される。よって、プライマー層は基板と後に適用されるコーティングの間の中間層として働き、全体的な効果は、プライマー層が無い場合と比較して後に適用されるコーティングと基板の間によりよい結合である。   One skilled in the art understands that the primer layer is a coating formed on the surface of the substrate. Subsequent coating is applied to the primer layer. The primer layer is selected so that it bonds well to the substrate and that the subsequently applied coating bonds well to the primer layer. Thus, the primer layer acts as an intermediate layer between the substrate and the subsequently applied coating, and the overall effect is a better bond between the subsequently applied coating and the substrate compared to the absence of the primer layer.

上記腐食防止コーティングと同様に、接着促進コーティングは、下にある基板における化成コーティング又は機械的結合コーティングとして形成され得る。いずれの場合においても、(腐食防止の文脈における)化成コーティング及び機械的結合コーティングに関する上記問題は等しく適用可能である。   Similar to the anti-corrosion coating, the adhesion promoting coating can be formed as a conversion coating or a mechanical bond coating on the underlying substrate. In any case, the above problems with conversion coatings and mechanical bond coatings (in the context of corrosion protection) are equally applicable.

本発明の第1側面によって、金属基板を処理する方法が提供され、該方法は、ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、前記ドーパントを前記金属基板の表面に含浸させるために、少なくとも1つの流体ジェットから前記金属基板の前記表面へ、実質的に同時に供給する方法を含み、前記ドーパントは、前記金属基板の前記表面に腐食防止化成コーティングを形成するように、腐食防止種を含む。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of treating a metal substrate, the method comprising: a first particle set including a dopant; a second particle set including an abrasive; and the dopant of the metal substrate. Including substantially simultaneously supplying from at least one fluid jet to the surface of the metal substrate to impregnate the surface, wherein the dopant forms a corrosion-inhibiting conversion coating on the surface of the metal substrate. Including corrosion-inhibiting species.

ここにいう「金属基板」との表現は、実質的に純粋な金属の基盤、又は合金の基板のみを含むように解釈されるのではなく、金属的要素を有する複合材料、例えば金属マトリックス複合材料等を含むように、広く解釈すべきである。   The expression “metal substrate” as used herein is not to be interpreted as including only a substantially pure metal substrate or an alloy substrate, but a composite material having a metallic element, eg a metal matrix composite material. Should be interpreted broadly to include

この実質的に同時に供給する方法によって、金属基板の表面における研磨性粒子の作用は、金属基板の表面への腐食防止性ドーパント粒子の含浸を促進する。これは、大きい要素及び小さい要素の両方を処理するために容易に利用可能であり、使いやすい、マルチステップ処理プロセスを必要としないように腐食防止化成コーティングを生成する方法を提供する。   By this substantially simultaneous supply method, the action of the abrasive particles on the surface of the metal substrate promotes the impregnation of the corrosion-inhibiting dopant particles on the surface of the metal substrate. This provides a method for producing an anti-corrosion conversion coating that is readily available for processing both large and small elements and is easy to use without requiring a multi-step processing process.

研磨性粒子を腐食防止性ドーパント粒子と実質的に同時に供給することの結果として得られるさらなる利点は、金属基板の表面を加工硬化すること、及び/又は金属基板の表面に圧縮応力をかけることを含み、この両方は、応力腐食割れに対する金属の耐性の向上を促進する。これら効果は金属の表面への腐食防止性ドーパント種の含浸(研磨性粒子の作用にも促進される)と実質的に同時に起きるため、研磨性粒子を腐食防止性ドーパント粒子と一緒に供給することは、処理される金属の腐食耐性を向上させる点で、相乗的な利益を提供することが理解される。すなわち、金属の表面に対する物理的な修飾(すなわち、加工硬化及び/又は圧縮応力をかけること)を、化学的な修飾(すなわち、腐食防止性ドーパント種の追加)と併せて達成できる。   A further advantage obtained as a result of supplying the abrasive particles substantially simultaneously with the corrosion-inhibiting dopant particles is to work harden the surface of the metal substrate and / or apply compressive stress to the surface of the metal substrate. Both, including, promote the improvement of metal resistance to stress corrosion cracking. Since these effects occur substantially simultaneously with the impregnation of the corrosion-inhibiting dopant species on the metal surface (which is also promoted by the action of the abrasive particles), the abrasive particles are supplied together with the corrosion-inhibiting dopant particles. Is understood to provide a synergistic benefit in improving the corrosion resistance of the treated metal. That is, physical modifications to the metal surface (ie, work hardening and / or compressive stress) can be achieved in conjunction with chemical modifications (ie, addition of corrosion inhibiting dopant species).

好ましくは、腐食防止種は、基板に化学的に結合される。   Preferably, the corrosion inhibiting species is chemically bonded to the substrate.

本発明の第2側面によって、金属基板を処理する方法が提供され、該方法は、ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、前記ドーパントを前記金属基板の表面に含浸させるために、少なくとも1つの流体ジェットから前記金属基板の前記表面へ、実質的に同時に供給する方法を含み、前記ドーパントは、前記金属基板の前記表面に、機械的に結合された腐食防止コーティングを形成する腐食防止種を含む。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for treating a metal substrate, the method comprising: a first particle set including a dopant; a second particle set including an abrasive; and the dopant of the metal substrate. Including substantially simultaneously supplying from at least one fluid jet to the surface of the metal substrate to impregnate the surface, wherein the dopant is mechanically bonded to the surface of the metal substrate. Includes corrosion-inhibiting species that form a protective coating.

この実質的に同時に供給する方法によって、金属基板の表面における研磨性粒子の作用は、金属基板の表面への腐食防止性ドーパント粒子の含浸を促進し、かつ基板とコーティングの間の境界面にフォールドや曲折を生じさせ、よって基板とコーティングの間の機械的結合の程度と全体的な結合の強度を向上させる。このようなプロセスは、特に化成コーティングが形成不可能な基板材料に対して特に適用可能であり、大きい要素及び小さい要素の両方を処理するために容易に利用可能であり、使いやすい、マルチステップ処理プロセスを必要としないように腐食防止コーティングを生成する方法を提供する。   By this substantially simultaneous method, the action of abrasive particles on the surface of the metal substrate facilitates the impregnation of the corrosion-inhibiting dopant particles into the surface of the metal substrate and folds at the interface between the substrate and the coating. Or bending, thus improving the degree of mechanical bond between the substrate and the coating and the overall strength of the bond. Such a process is particularly applicable to substrate materials where a conversion coating cannot be formed, is readily available to handle both large and small elements, and is easy to use, multi-step processing A method is provided for producing an anticorrosion coating so that no process is required.

第1の側面と第2の側面に関して、好ましくは、コーティングは、ドーパントのラミネート層が生じしないような性質を有する。   With respect to the first and second aspects, preferably the coating has properties such that a dopant laminate layer does not occur.

実際上、方法はさらに研磨性ブラスト加工により金属基板の表面から金属酸化物を除去し、それにより金属表面を暴露するステップ、そして基板の表面にドーパントを含浸させるために、腐食防止性ドーパントを少なくとも1つの流体ジェットから金属表面へ実質的に同時に提供するステップをさらに含み得る。研磨性粒子が金属性材料の表面に衝突する物理的なプロセスは、表面の酸化物を除去し、実質的に同時にドーパント粒子を表面の中へ又は表面の上に埋め込むように機能する。それに加え、研磨性ブラスト加工は、その下の金属の微細構造を変更させ、表面を圧縮させ、金属に圧縮力を与え得る。この表面の圧縮力は、亀裂伝播に必要な引張力に対抗するため、応力腐食割れの低下を促進できる。   In practice, the method further comprises removing a metal oxide from the surface of the metal substrate by abrasive blasting, thereby exposing the metal surface, and at least adding a corrosion-inhibiting dopant to impregnate the substrate surface with the dopant. It may further comprise providing substantially simultaneously from one fluid jet to the metal surface. The physical process by which the abrasive particles impinge on the surface of the metallic material functions to remove surface oxides and substantially simultaneously embed dopant particles into or on the surface. In addition, abrasive blasting can change the microstructure of the underlying metal, compress the surface, and impart compressive force to the metal. Since the compressive force of this surface opposes the tensile force required for crack propagation, it can promote the reduction of stress corrosion cracking.

不動態化させる金属酸化物層の除去により、下にある反応的な金属が暴露される。これと、表面に衝突するドーパント粒子からの衝撃エネルギーと研磨性粒子の衝撃により消散されるエネルギーを組み合わせると、コーティングを基板に化学的に結合するために十分なエネルギーを解放できる。また、研磨剤とドーパントの組み合わせにより形成される結合は、ドーパント材料の接着性及び/又は耐久性を向上できる。さらに、研磨剤は、ドーパントが外側の表面層として存在するだけではなく、表面に物理的に混合されるように、基板の表面をかき回し、かつ曲折させ得る。   Removal of the passivating metal oxide layer exposes the underlying reactive metal. When combined with the impact energy from the dopant particles impinging on the surface and the energy dissipated by the impact of the abrasive particles, sufficient energy can be released to chemically bond the coating to the substrate. Moreover, the bond formed by the combination of the abrasive and the dopant can improve the adhesion and / or durability of the dopant material. Furthermore, the abrasive can not only be present as an outer surface layer, but can also stir and bend the surface of the substrate so that it is physically mixed with the surface.

驚くべきことに、堆積物には、研磨性粒子の証拠は非常に少ないことが発見された。その代わり、基板の表面は、腐食防止性材料で優先的にドーピングされている様子である。研磨性材料は表面から跳ね返されるようであり、最小限の研磨性グリットが表面に含浸される。一般的に、堆積物の90%より多くは腐食耐性ドーパントにより形成され、10%より少なくは研磨剤に由来する。幾つかの場合には、堆積物の99%より多くは腐食耐性ドーパントにより形成され、1%より少なくは研磨性粒子に由来する。   Surprisingly, it has been discovered that deposits have very little evidence of abrasive particles. Instead, the surface of the substrate appears to be preferentially doped with a corrosion-inhibiting material. The abrasive material appears to bounce off the surface and the surface is impregnated with minimal abrasive grit. Generally, more than 90% of the deposit is formed by a corrosion resistant dopant and less than 10% is derived from the abrasive. In some cases, more than 99% of the deposit is formed by corrosion resistant dopants and less than 1% is derived from abrasive particles.

腐食防止性材料の層は、腐食耐性層として機能する最終表面仕上として使用できる。或いは、表面の腐食耐性(及び/又はスクラッチ耐性(scratch-resistance))を向上させるために、腐食防止性材料を1つ以上の追加的コーティング層でさらに被覆し得る。このような1つ以上の追加的な異なる層は、スプレー、塗装、ディッピング、蒸着、又は後の層をつけるための任意の適切な方法で適用し得る。腐食防止材料は、このような追加的層が接着可能なプライマーとして機能し得、よって基板金属に対する後の層の接着力を向上させる。研磨性性質、ドーパント性質、又はブラスト条件を調節すると、腐食耐性材料の堆積層の表面の形状及び界面化学を変更させることができ、よって、より改善したプライマーパフォーマンスを提供するようにプライマーの表面を最適化できる。   The layer of corrosion-inhibiting material can be used as a final surface finish that functions as a corrosion-resistant layer. Alternatively, the corrosion-inhibiting material can be further coated with one or more additional coating layers in order to improve the corrosion resistance (and / or scratch-resistance) of the surface. Such one or more additional different layers may be applied by spraying, painting, dipping, vapor deposition, or any suitable method for applying subsequent layers. Corrosion protection materials can function as a primer to which such additional layers can adhere, thus improving the adhesion of subsequent layers to the substrate metal. Adjusting the abrasive properties, dopant properties, or blasting conditions can change the surface shape and interfacial chemistry of the deposited layer of corrosion resistant material, and thus the primer surface to provide improved primer performance. Can be optimized.

腐食防止性材料の層は、金属表面の補修領域にわたって堆積できる。溶接(welding)又はろう接(brazing)等、ある補修を適用するために、加工可能な地金を残すように外側のコーテイングと酸化物層をすべて除去する必要がある。この補修ステップの完了後に、地金はまだ暴露された状態にあり、腐食しやすい。現場補修は、一般的に、複雑な湿式化学的堆積方法が使用不可能な状況下で実行されるため、従来の堆積方法を用いて腐食耐性材料の適用を容易に完成させることはできない。そのため、多くの場合、補修された領域は、過度に腐食し、再度破損する可能性がある。ここに記載するようなシンプルな粒子ブラスト加工は、補修領域を保護し、製品の寿命を延長することが出来る腐食防止表面処理を適用するために、そのような状況で容易に使用できる。   A layer of corrosion-inhibiting material can be deposited over the repair area of the metal surface. In order to apply certain repairs, such as welding or brazing, it is necessary to remove all outer coating and oxide layers to leave a workable metal. After completion of this repair step, the bullion is still exposed and susceptible to corrosion. Since field repairs are generally performed in situations where complex wet chemical deposition methods are not available, application of corrosion resistant materials cannot be easily completed using conventional deposition methods. Thus, in many cases, the repaired area can be excessively corroded and damaged again. Simple particle blasting as described herein can be readily used in such situations to apply a corrosion-preventing surface treatment that can protect the repair area and extend the life of the product.

ここに記載の方法は、自然の酸化物層を腐食耐性表面に変更させながら表面を洗浄し粗面化するワンステップ処理を提供する。これは、熱エネルギーを使用せず、有害化学物質、有毒化学物質、又は腐食性化学物質を必要とせずに達成される。有利なことに、該処理は、基板のサイズには限定されず、管路の部分、風力タービンの要素、土木工学構造、外壁、大規模な工学要素、海洋要素、自動車車体物品、又は日常的に腐食する他のそのような大きい金属性要素に容易に適用可能である。ある具体的な応用において、要素は、管状パイプであり、コーティングはパイプの内側表面又は外側表面に適用される。パイプの内側表面に適用される際、コーティングは腐食を低下させ得、さらにパイプを通して液体をポンプで流すときに摩擦を低下させ得る。   The method described herein provides a one-step process that cleans and roughens the surface while changing the native oxide layer to a corrosion resistant surface. This is accomplished without the use of thermal energy and without the need for hazardous chemicals, toxic chemicals, or corrosive chemicals. Advantageously, the treatment is not limited to the size of the substrate and is not limited to pipe sections, wind turbine elements, civil engineering structures, outer walls, large engineering elements, marine elements, automobile body articles, or routine It is easily applicable to other such large metallic elements that corrode. In one specific application, the element is a tubular pipe and the coating is applied to the inner or outer surface of the pipe. When applied to the inner surface of the pipe, the coating can reduce corrosion and further reduce friction when pumping liquid through the pipe.

ある実施態様において、ドーパントは、窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、空気、酸化エチレン、及びその組み合わせ等のガス状担体流動体において提供される。別の実施態様において、ドーパントは、液体状担体液において提供される。ある実施態様において、液体は、エッチング液体(塩基性又は酸性)でもある。ある実施態様において、ドーパントは、不活性環境において提供される。   In certain embodiments, the dopant is provided in a gaseous carrier fluid such as nitrogen, hydrogen, argon, helium, air, ethylene oxide, and combinations thereof. In another embodiment, the dopant is provided in a liquid carrier liquid. In some embodiments, the liquid is also an etching liquid (basic or acidic). In certain embodiments, the dopant is provided in an inert environment.

腐食防止性ドーパント材料は、クロム酸塩、リン酸塩、ポリマー(例えば熱硬化性又は熱可塑性)、酸化物、又は窒化物であってもよい。ドーパントは、酸化セリウム(セリア(ceria))であってもよい。ある好ましい方法においては、コーティングは、リン酸塩化合物に由来する。リン酸塩は、リン酸鉄、リン酸マンガン、又はリン酸亜鉛、或いはその組み合わせ等の、腐食防止性遷移金属リン酸塩を含み得る。リン酸塩は、電気化学プロセスにより堆積されないため、開始時のドーパント粉末を変更することにより、様々な材料を表面に組み入れることができる。   The corrosion-inhibiting dopant material may be a chromate, phosphate, polymer (eg thermosetting or thermoplastic), oxide, or nitride. The dopant may be cerium oxide (ceria). In certain preferred methods, the coating is derived from a phosphate compound. The phosphate can include a corrosion-inhibiting transition metal phosphate, such as iron phosphate, manganese phosphate, or zinc phosphate, or combinations thereof. Since phosphate is not deposited by an electrochemical process, various materials can be incorporated into the surface by changing the starting dopant powder.

ある実施態様において、金属基板の酸化物層を破壊するために、研磨剤は、サイズ、形状、硬度、及び密度から選択される、少なくとも1つの適切な性質を有する。ある実施態様において、研磨剤は、0.1〜10のモーズ硬度、例えば1〜10のモーズ硬度、又は5〜10のモーズ硬度を有する。ある好ましい方法において、研磨剤は、7〜10のモーズ硬度を有する。別の実施態様において、研磨剤は、0.1μm〜10000μmの粒子サイズ、例えば1μm〜5000μmの粒子サイズ、又は50μm〜500μmの粒子サイズを有する。ある好ましい方法において、研磨剤の粒子サイズは、10μm〜150μmのモーズ硬度を有する。   In certain embodiments, the abrasive has at least one suitable property selected from size, shape, hardness, and density to destroy the oxide layer of the metal substrate. In certain embodiments, the abrasive has a Mohs hardness of 0.1-10, such as a Mohs hardness of 1-10, or a Mohs hardness of 5-10. In certain preferred methods, the abrasive has a Mohs hardness of 7-10. In another embodiment, the abrasive has a particle size of 0.1 μm to 10,000 μm, such as a particle size of 1 μm to 5000 μm, or a particle size of 50 μm to 500 μm. In one preferred method, the abrasive particle size has a Mohs hardness of 10 μm to 150 μm.

この方法において使用される研磨性材料は、これに限定されないが、シリカ、砂、アルミナ、ジルコニア、ジルコン酸塩、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、酸化チタン、ガラス、生体適合性ガラス、ダイヤモンド、炭化ケイ素、炭化ホウ素、ドライアイス、窒化ホウ素、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、金属性粉末、炭素繊維複合体、高分子複合体、チタン、ステンレス鋼、硬化鋼、炭素鋼クロム合金、又はその任意の組み合わせにより形成されるショット又はグリットを含む。   Abrasive materials used in this method include, but are not limited to, silica, sand, alumina, zirconia, zirconate, barium titanate, calcium titanate, sodium titanate, titanium oxide, glass, biocompatible glass , Diamond, silicon carbide, boron carbide, dry ice, boron nitride, calcium phosphate, calcium carbonate, metallic powder, carbon fiber composite, polymer composite, titanium, stainless steel, hardened steel, carbon steel chromium alloy, or any of them A shot or grit formed by a combination of

研磨性衝撃は、表面を加工硬化させるために使用でき、かつこれは応力腐食割れを制限するために、腐食防止性ドーパントと相乗的に相互作用できる。この程度の加工硬化は、研磨性性質を変更することにより適合できる。研磨剤のサイズ、形状、又は化学を変更することで、基板への影響を変更できる。ドーパントの存在により、表面は非常に変形され化学的に変更される一方、その下の層も変更される。ドーパントはこの表面下のゾーンへ浸透しない一方、衝撃プロセスは、下の金属の結晶粒組織を変更できる。このゾーンは、10〜50ミクロンに延長でき、ゾーンの深さは粒子サイズ、硬度、及び研磨剤の速度を変更することにより制御できる。研磨剤のエネルギーを増加させると、変更効果の深さが向上する。この変更された領域の結晶粒(grain)は、双晶(twinning)を示し得る。双晶は、以前にショットピーニングされた金属において観察された。双晶の形成は、高い歪速度、衝撃負荷、及び比較的大きい結晶粒サイズにより促進される。この構造的に変化された層の下には、変形されていない基板がある。   Abrasive impact can be used to work harden the surface, and it can interact synergistically with corrosion inhibiting dopants to limit stress corrosion cracking. This degree of work hardening can be accommodated by changing the abrasive properties. By changing the size, shape, or chemistry of the abrasive, the effect on the substrate can be changed. Due to the presence of the dopant, the surface is very deformed and chemically altered, while the underlying layers are also altered. While the dopant does not penetrate into this subsurface zone, the impact process can alter the grain structure of the underlying metal. This zone can be extended to 10-50 microns and the depth of the zone can be controlled by changing the particle size, hardness, and abrasive speed. Increasing the energy of the abrasive improves the depth of the change effect. The grains in this altered region can exhibit twinning. Twins were observed in previously shot peened metals. Twin formation is facilitated by high strain rates, impact loading, and relatively large grain sizes. Underneath this structurally altered layer is an undeformed substrate.

流体ジェットの圧力も、研磨剤の衝突エネルギーを決定する際の要因である。研磨剤とドーパントは、同じジェットを通して表面へ提供されなくてもよい。実質的に同時に(例えば、酸化層の再形成の前に)、固体の要素を表面に提供する限り、如何なる数の個別のジェットにあってもよい。これは、ある具体的なニーズに対して発明を最適化する際に、高度な柔軟性を持たせ得る。大きい基板の場合、研磨剤とドーパントを表面の複数のポイントに同時に提供するために、複数のノズルを使用し得、よって、全体的な処理速度を加速できる。   The pressure of the fluid jet is also a factor in determining the impact energy of the abrasive. Abrasive and dopant may not be provided to the surface through the same jet. It can be in any number of individual jets as long as they provide a solid element to the surface at substantially the same time (e.g., prior to reformation of the oxide layer). This can provide a high degree of flexibility in optimizing the invention for certain specific needs. For large substrates, multiple nozzles can be used to simultaneously provide abrasive and dopant to multiple points on the surface, thus accelerating the overall process speed.

ある実施態様において、流体ジェットは、湿式ブラスターと研磨性水ジェットピーニングマシンから選択される。ある実施態様において、少なくとも1つの流体ジェットは、0.5〜100バール、例えば1〜30バール、又は1〜10バールの圧力で動作する。   In certain embodiments, the fluid jet is selected from a wet blaster and an abrasive water jet peening machine. In certain embodiments, the at least one fluid jet operates at a pressure of 0.5 to 100 bar, such as 1 to 30 bar, or 1 to 10 bar.

また別の実施態様において、少なくとも1つの流体ジェットは、ドライブラスト機、ホイール研磨機、グリットブラスト機、サンドブラスト機及びマイクロブラスト機から選択される。ある実施態様において、少なくとも1つの流体ジェットは、0.5〜100バール、例えば1〜30バール、又は3〜10バールの圧力で動作する。   In yet another embodiment, the at least one fluid jet is selected from a drive blasting machine, a wheel polishing machine, a grit blasting machine, a sand blasting machine, and a microblasting machine. In certain embodiments, the at least one fluid jet operates at a pressure of 0.5-100 bar, such as 1-30 bar, or 3-10 bar.

他の実施態様において、ブラスト器具は、CNC又はロボット制御等の制御された運動(controlled motion)と併せて使用できる。ブラスト加工は、不活性環境において実行できる。   In other embodiments, the blasting instrument can be used in conjunction with controlled motion such as CNC or robotic control. Blasting can be performed in an inert environment.

ある実施態様においては、ドーパントと研磨剤は、同一の貯蔵所(reservoir)に収容され、同一のジェット(ノズル)から表面へ提供される。また別の実施態様においては、ドーパントは1つの貯蔵所に収容され、研磨剤は別の貯蔵所に収容され、複数のノズルがドーパントと研磨剤を提供する。複数のノズルは、ジェット内のジェットの態様をしてもよい、つまり、各ジェットからの粒子が同じ入射角度で表面に衝撃する。また別の実施態様において、複数のノズルは、異なる入射角度で表面に衝撃するが、同時に表面における同じ点を当てるように、空間的に離されている。   In some embodiments, the dopant and abrasive are contained in the same reservoir and provided to the surface from the same jet (nozzle). In yet another embodiment, the dopant is contained in one reservoir, the abrasive is contained in another reservoir, and a plurality of nozzles provide the dopant and the abrasive. The plurality of nozzles may be in the form of a jet within the jet, i.e., particles from each jet impact the surface at the same angle of incidence. In yet another embodiment, the plurality of nozzles impact the surface at different angles of incidence but are spatially separated so as to hit the same point on the surface at the same time.

ある実施態様において、処理する物品は、純金属、金属合金、金属間化合物、又はその混合物から選択される金属等のような金属である。代表的な金属は、鉄、亜鉛、カドミウム、スズ、銀、チタン、チタン合金(例えばNiTi又はニチノール)、合金鉄、ステンレス鋼、及びステンレス鋼合金、炭素鋼、炭素鋼合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ニッケルチタン合金、タンタル、タンタル合金、ニオブ、ニオブ合金、クロム、クロム合金、コバルト、コバルト合金、貴金属、及び貴金属合金を含む。   In certain embodiments, the article to be treated is a metal such as a metal selected from pure metals, metal alloys, intermetallic compounds, or mixtures thereof. Typical metals are iron, zinc, cadmium, tin, silver, titanium, titanium alloys (eg NiTi or Nitinol), alloy iron, stainless steel, and stainless steel alloys, carbon steel, carbon steel alloys, aluminum, aluminum alloys, Includes nickel, nickel alloys, nickel titanium alloys, tantalum, tantalum alloys, niobium, niobium alloys, chromium, chromium alloys, cobalt, cobalt alloys, noble metals, and noble metal alloys.

当業者は、これら混合メディアを使用する場合における、表面に対するドーパントの含浸程度に対する、ジェット速度、動作圧力、ベンチュリ構成(venturi configuration)、入射角度、及び表面からノズルへの距離を含む機械パラメータの影響を理解できる。   Those skilled in the art will appreciate the effect of mechanical parameters, including jet velocity, operating pressure, venturi configuration, angle of incidence, and surface-to-nozzle distance, on the extent of dopant impregnation on the surface when using these mixed media. Can understand.

当業者は、これら混合メディアを使用する場合における、表面に対するドーパントの含浸程度に対する、研磨性材料のサイズ、形状、密度、及び硬度の影響を理解できる。   One skilled in the art can understand the effect of the size, shape, density, and hardness of the abrasive material on the extent of dopant impregnation on the surface when using these mixed media.

当業者は、これら混合メディアを使用する場合における、表面に対するドーパントの含浸程度に対する、流動体ストリーム自体、ガスメディア(通常は空気)を使用するブラスト器具、及び担体流動体として不活性ガス(例えばN2、又はArやHe等の希ガス)を使用する影響を理解できる。   Those skilled in the art will know that when using these mixed media, the fluid stream itself, the blasting device using a gas media (usually air), and the inert gas (e.g. Or a rare gas such as Ar or He) can be understood.

本発明の第3側面によって、基板を処理する方法が提供され、該方法は、ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、前記ドーパントを前記基板の表面に含浸させるために、少なくとも1つの流体ジェットから前記基板の表面へ、実質的に同時に供給する方法を含み、前記ドーパントは、前記基板の表面に、又はその上に接着促進コーティングを形成するように、接着促進種を含む。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of treating a substrate, the method comprising: a first particle set including a dopant; a second particle set including an abrasive; and the dopant on a surface of the substrate. Including substantially simultaneously supplying from at least one fluid jet to the surface of the substrate for impregnation, wherein the dopant forms an adhesion promoting coating on or on the surface of the substrate; Includes adhesion promoting species.

前記接着促進種は、基板の表面において、化成コーティングを形成し得る。   The adhesion promoting species may form a conversion coating on the surface of the substrate.

また、接着促進種は、基板に化学的に結合され得る。   The adhesion promoting species can also be chemically bonded to the substrate.

或いは、前記接着促進種は、基板の表面において、機械的結合された接着促進コーティングを形成し得る。   Alternatively, the adhesion promoting species may form a mechanically bonded adhesion promoting coating on the surface of the substrate.

上記腐食防止コーティングと同様、前記第3の側面において適用される、実質的に同時に提供する方法により、基板の表面における研磨性粒子の作用は、基板の表面への接着促進ドーパント粒子の含浸を促進する。これは、大きい要素及び小さい要素の両方を処理するために容易に利用可能であり、使いやすい、マルチステップ処理プロセスを必要としないようによく結合した接着促進コーティングを(化成コーティング又は機械的に結合した層として)生成する方法を提供する。   Similar to the anti-corrosion coating described above, the action of the abrasive particles on the surface of the substrate promotes the impregnation of adhesion promoting dopant particles on the surface of the substrate by the method provided at the same time applied in the third aspect. To do. This is an easy-to-use, easy-to-use, multi-step treatment process that does not require a multi-step processing process (chemical coating or mechanical bonding) to handle both large and small elements. As a layer).

ある特定の実施態様において、接着促進種は、基板の上にプライマー層を形成する、つまり、接着促進種は、プライマー形成種として機能する。このようなプライマー形成種は、PTFE等のフルオロポリマー、テフロン(Teflon)等のペルフルオロアルコキシポリマー、ポリフッ化ビニリデン、ペルフルオロポリエーテル、ペルフルオロ化エラストマー、又はポリフッ化ビニルを含み得る。或いは、またはそれに加えて、プライマー形成種は、シラン、シロキサン、アクリレート、エポキシ、水素結合したケイ素化合物、又はビニル、ペルオキシエステル、ペルオキシド、アセテート、若しくはカルボキシレートの官能基を1つ以上含む材料を含み得る。   In certain embodiments, the adhesion promoting species forms a primer layer on the substrate, ie, the adhesion promoting species functions as a primer forming species. Such primer-forming species may include fluoropolymers such as PTFE, perfluoroalkoxy polymers such as Teflon, polyvinylidene fluoride, perfluoropolyethers, perfluorinated elastomers, or polyvinyl fluoride. Alternatively, or in addition, the primer-forming species includes silane, siloxane, acrylate, epoxy, hydrogen bonded silicon compounds, or materials that include one or more functional groups of vinyl, peroxyester, peroxide, acetate, or carboxylate. obtain.

プライマー層に、スクラッチ抑制層、腐食防止層、接着層、ノンスティック表面、又は個体の低摩擦層(例えばPTFE等のフルオロポリマー)等、1つ以上の後の層を適用可能である。   One or more subsequent layers can be applied to the primer layer, such as a scratch suppression layer, a corrosion protection layer, an adhesive layer, a non-stick surface, or a solid low friction layer (eg, a fluoropolymer such as PTFE).

或いは、プライマー層それ自体として機能するかわりに、被覆された基板が後で接触する別の材料又は物品に対する、基板の接着性を向上させるために接着促進コーティングを提供し得る。このような場合、接着促進層は、例えば、シラン、シロキサン、アクリレート、エポキシ、水素結合したケイ素化合物、又はビニル、ペルオキシエステル、ペルオキシド、アセテート、若しくはカルボキシレートの官能基を1つ以上含む材料を含み得る。   Alternatively, instead of functioning as the primer layer itself, an adhesion promoting coating may be provided to improve the adhesion of the substrate to another material or article that the coated substrate will later contact. In such cases, the adhesion promoting layer includes, for example, a silane, siloxane, acrylate, epoxy, hydrogen bonded silicon compound, or a material that includes one or more functional groups of vinyl, peroxyester, peroxide, acetate, or carboxylate. obtain.

上記全ての側面に関して、好ましくは第2の粒子組(つまり研磨性粒子)は、1μm〜150μmの平均粒子サイズ、より好ましくは10μm〜150μmの平均粒子サイズ、特に好ましくは50μm〜150μmの平均粒子サイズを有する。このようなサイズの小さい研磨性粒子の使用により、基板の表面の破壊は向上し、よって基板の表面へのドーパント粒子の浸透が促進され、基板表面とドーパント粒子の相互混合が促進される。   With respect to all the above aspects, preferably the second particle set (ie abrasive particles) has an average particle size of 1 μm to 150 μm, more preferably an average particle size of 10 μm to 150 μm, particularly preferably an average particle size of 50 μm to 150 μm. Have By using such small abrasive particles, the destruction of the surface of the substrate is improved, so that the penetration of the dopant particles into the surface of the substrate is promoted, and the intermixing between the substrate surface and the dopant particles is promoted.

好ましくは、第1の粒子組(つまり、ドーパント粒子)は、1μm〜100μmの範囲内の平均粒子サイズを有する。   Preferably, the first particle set (i.e., dopant particles) has an average particle size in the range of 1 [mu] m to 100 [mu] m.

好ましくは、第1の粒子組と第2の粒子組の重量比率は、20:80〜80:20の間にある。特に好ましくは、第1の粒子組と第2の粒子組の重量比率は、40:60〜60:04の間にある。   Preferably, the weight ratio of the first particle set and the second particle set is between 20:80 and 80:20. Particularly preferably, the weight ratio of the first particle set and the second particle set is between 40:60 and 60:04.

ある特定の実施態様において、第1の粒子組と第2の粒子組は、担体流動体を使用しないで提供され得る。   In certain embodiments, the first particle set and the second particle set may be provided without the use of a carrier fluid.

より一般的に、本発明の第4側面によって、基板を処理する方法が提供され、該方法は、ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、前記ドーパントを前記基板の表面に含浸させるために、少なくとも1つの流体ジェットから前記基板の表面へ、実質的に同時に供給する方法を含み、前記ドーパントは、前記基板の表面に、又はその上に腐食防止コーティング又は接着促進コーティングを形成するように、腐食防止種又は接着促進種を含む。   More generally, according to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of treating a substrate, the method comprising: a first particle set comprising a dopant; and a second particle set comprising an abrasive comprising the dopant. Including substantially simultaneously supplying from at least one fluid jet to the surface of the substrate to impregnate the surface of the substrate, wherein the dopant is applied to or on the surface of the substrate. A corrosion-inhibiting or adhesion promoting species is included to form an adhesion promoting coating.

本発明の第5側面によって、腐食防止化成コーティングを有する金属基板を含む物品が提供され、前記化成コーティングは、前記金属基板の表面に含浸している腐食防止種の粒子を含む。この文脈においては、含浸とは、ドーパントが金属表面の最上20ミクロン内において存在し、金属とは密接に相互混合されているプロセスを意味する。含浸している材料は、金属表面に、又はその上に広がってもよいが、金属内にも浸透する。ドーパント材料は、金属基板の上にただ位置するラミネート層として形成されない。   According to a fifth aspect of the present invention there is provided an article comprising a metal substrate having a corrosion-inhibiting conversion coating, wherein the conversion coating comprises particles of corrosion-inhibiting species impregnated on the surface of the metal substrate. In this context, impregnation means a process in which the dopant is present in the top 20 microns of the metal surface and is intimately intermixed with the metal. The impregnating material may spread on or over the metal surface but also penetrates into the metal. The dopant material is not formed as a laminate layer just located on the metal substrate.

ここにいう「物品(article)」との表現は、より大きい製品の一部、及び製品の全体を含むように広く解釈されるべきである。   The expression “article” as used herein should be interpreted broadly to include a portion of a larger product and the entire product.

本発明の第6側面によって、機械的に結合された腐食防止コーティングを有する金属基板を含む物品が提供され、前記機械的に結合された腐食防止コーティングは、前記金属基板の表面に含浸している腐食防止種の粒子を含む。   According to a sixth aspect of the present invention there is provided an article comprising a metal substrate having a mechanically bonded corrosion protection coating, wherein the mechanically bonded corrosion protection coating is impregnated on the surface of the metal substrate. Contains particles of corrosion-inhibiting species.

本発明の第7側面によって、接着促進コーティングを有する基板を含む物品が提供され、前記接着促進コーティングは、前記基板の表面に含浸している接着促進種の粒子を含む。   According to a seventh aspect of the present invention there is provided an article comprising a substrate having an adhesion promoting coating, the adhesion promoting coating comprising particles of an adhesion promoting species impregnated on a surface of the substrate.

本発明の第8側面によって、腐食防止コーティング又は接着促進コーティングを有する基板を含む物品が提供され、前記腐食防止コーティング又は前記接着促進コーティングは、第1、第2、第3、又は第4の側面にかかる方法により生成される。   According to an eighth aspect of the present invention there is provided an article comprising a substrate having a corrosion inhibiting coating or an adhesion promoting coating, wherein the corrosion inhibiting coating or the adhesion promoting coating is a first, second, third or fourth aspect. It is produced | generated by the method concerning.

本発明の実施形態は、ほんの範例により、そして以下の図面を参照して説明する。
図1a、図1b、及び図1cは、金属基板を処理するためのプロセスを模式的に図示する。 図2a、図2b、及び図2cは、表面に研磨性粒子とドーパント粒子を提供するための3つの異なるノズル構成を模式的に図示する。 図3は、腐食防止化成コーティングを有する金属基板の模式的断面図である。 図4は、その上に第2の層が形成された腐食防止化成コーティングを有する金属基板の模式的断面図である。 図5は、接着促進コーティングを有する基板の模式的断面図である。 図6は、その上に後のコーティングが形成された、プライマー層として機能する接着促進コーティングを有する基板の模式的断面図である。 図7は、(以下記載の例5に関する)チタンに対する種々の表面処理後の重ね合いせん断強度試験(lap-shear strength test)の結果を示す。
Embodiments of the present invention will now be described by way of example only and with reference to the following drawings in which:
1a, 1b, and 1c schematically illustrate a process for processing a metal substrate. Figures 2a, 2b, and 2c schematically illustrate three different nozzle configurations for providing abrasive and dopant particles on the surface. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a metal substrate having a corrosion-inhibiting chemical conversion coating. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a metal substrate having a corrosion-inhibiting chemical conversion coating on which a second layer is formed. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a substrate having an adhesion promoting coating. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a substrate having an adhesion promoting coating that functions as a primer layer with a subsequent coating formed thereon. FIG. 7 shows the results of a lap-shear strength test after various surface treatments on titanium (for Example 5 described below).

本実施形態は、出願人が知る限り、本発明を実施する最適の方法を表す。しかし、それは、本発明に達成する全ての方法を含まない。   This embodiment represents the best way to implement the present invention as far as the applicant knows. However, it does not include all the methods achieved in the present invention.

[変形の概要]
本実施形態は、基板を処理する方法を提供し、該方法は、ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、前記ドーパントを前記基板の表面に含浸させるために、少なくとも1つの流体ジェットから前記基板の表面へ、実質的に同時に供給する方法を含み、前記ドーパントは、前記基板の表面に、又はその上に腐食防止コーティング又は接着促進コーティングを形成するように、腐食防止種又は接着促進種を含む。
[Overview of deformation]
The present embodiment provides a method for treating a substrate, wherein the method impregnates the surface of the substrate with a first particle set containing a dopant and a second particle set containing an abrasive. And at least one fluid jet to the surface of the substrate substantially simultaneously, wherein the dopant forms a corrosion protection coating or adhesion promoting coating on or on the surface of the substrate. , Including corrosion-inhibiting species or adhesion promoting species.

表面に対する研磨性粒子の作用によって、基板の材料とそこに形成されるコーティングの間に、粗い界面が形成される。また、基板とドーパント種の間における相互混合の程度は、ドーパントのラミネート層が生成されないような程度である。   The action of abrasive particles on the surface creates a rough interface between the substrate material and the coating formed thereon. Also, the degree of intermixing between the substrate and the dopant species is such that no dopant laminate layer is produced.

本実施形態は、3つの主な変形に細分できる。   This embodiment can be subdivided into three main variants.

第1の変形によって、特定の実施形態は、金属基板を処理する方法を提供し、該方法は、ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、前記ドーパントを前記金属基板の表面に含浸させるために、少なくとも1つの流体ジェットから前記金属基板の前記表面へ、実質的に同時に供給する方法を含み、前記ドーパントは、前記金属基板の前記表面に腐食防止化成コーティングを形成するため等の腐食防止種を含む。   According to a first variant, certain embodiments provide a method of treating a metal substrate, the method comprising a first particle set comprising a dopant and a second particle set comprising an abrasive comprising the dopant. A method of substantially simultaneously supplying from at least one fluid jet to the surface of the metal substrate for impregnating the surface of the metal substrate, wherein the dopant is applied to the surface of the metal substrate. Including corrosion-inhibiting species such as

第2の変形によって、別の実施形態は、金属基板を処理する方法を提供し、該方法は、ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、前記ドーパントを前記金属基板の表面に含浸させるために、少なくとも1つの流体ジェットから前記金属基板の前記表面へ、実質的に同時に供給する方法を含み、前記ドーパントは、前記金属基板の前記表面に機械的に結合された腐食防止コーティングを形成する腐食防止種を含む。   According to a second variant, another embodiment provides a method of treating a metal substrate, the method comprising: a first particle set comprising a dopant; and a second particle set comprising an abrasive comprising the dopant. Including impregnating the surface of the metal substrate substantially simultaneously from at least one fluid jet to the surface of the metal substrate, wherein the dopant is mechanically bonded to the surface of the metal substrate. A corrosion-inhibiting species that forms a formed anti-corrosion coating.

第3の変形によって、更なる実施形態は、(金属でなくてもよい)基板を処理する方法そ提供し、該方法は、ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、前記ドーパントを前記基板の表面に含浸させるために、少なくとも1つの流体ジェットから前記基板の表面へ、実質的に同時に供給する方法を含み、前記ドーパントは、前記基板の表面に、又はその上に接着促進コーティングを(例えば化成被覆又は機械的結合により)形成するため等の接着促進種を含む。   According to a third variant, a further embodiment provides a method of treating a substrate (which may not be a metal), the method comprising a first set of particles comprising a dopant and a second comprising an abrasive. Providing a set of particles substantially simultaneously from at least one fluid jet to the surface of the substrate for impregnating the surface of the substrate with the dopant, wherein the dopant is applied to the surface of the substrate, or It includes an adhesion promoting species such as to form an adhesion promoting coating thereon (eg, by chemical conversion coating or mechanical bonding).

[実質的に同時な粒子提供方法]
上記第1の変形、第2の変形、及び第3の変形のそれぞれにかかる方法の実行の詳細に関しては、読者はまず、粒子の第1組と第2組の実質的に同時な堆積のための技術を記載するWO2008/033867を参照する。しかし、WO2008/033867は、(本第1の変形及び本第2の変形の通りに)金属基板の表面に、又はその上に、腐食防止化成コーティング又は機械的に結合された腐食防止コーティングを形成するため等の腐食防止種を含むドーパントを記載しないことが留意されるべきである。また、WO2008/033867は、(本第3の変形の通りに)基板の表面に、又はその上に、接着促進コーティングを形成することを記載しない。
[Substantially simultaneous particle providing method]
For details of performing the method according to each of the first, second, and third variations, the reader first begins with the substantially simultaneous deposition of the first and second sets of particles. Reference is made to WO 2008/033867 which describes the technology of However, WO2008 / 033867 forms a corrosion-inhibiting conversion coating or a mechanically bonded corrosion-inhibiting coating on or on the surface of a metal substrate (as in the first and second variants). It should be noted that no dopants are included that contain corrosion-inhibiting species such as Also, WO2008 / 033867 does not describe forming an adhesion promoting coating on or on the surface of the substrate (as in this third variant).

当然、当業者は、第1の粒子組と第2の粒子組は互いに異なることを理解する(つまり、ドーパント種は、研磨剤とは異なる)。   Of course, those skilled in the art understand that the first particle set and the second particle set are different from each other (ie, the dopant species is different from the abrasive).

[基板の表面に、又はその上に腐食防止コーティングを形成する実施形態(第1及び第2の変形)]
本方法の実施形態は、図1a、図1b、及び図1cに示される模式図に包含されるが、それらに限定されない。
[Embodiment for forming a corrosion-preventing coating on or on the surface of a substrate (first and second variants)]
Embodiments of the method are encompassed by, but not limited to, the schematic diagrams shown in FIGS. 1a, 1b, and 1c.

図1aは、研磨性粒子の組4を含むストリーム3を、ドーパント粒子の組6と実質的に同時に提供する流体ジェット(ノズル)2を模式的に示す。ドーパント粒子6は、腐食防止種を含む。粒子組4及び6は、金属基板の表面に前記腐食防止ドーパントを含浸させるために、金属基板8の表面10を衝撃する。   FIG. 1 a schematically shows a fluid jet (nozzle) 2 that provides a stream 3 containing a set 4 of abrasive particles substantially simultaneously with a set 6 of dopant particles. The dopant particle 6 contains a corrosion-inhibiting species. The particle sets 4 and 6 impact the surface 10 of the metal substrate 8 in order to impregnate the surface of the metal substrate with the corrosion-preventing dopant.

第1の変形に従って、ドーパント種と基板材料の間に、化学反応又は電気化学反応が起こり得、結果として金属基板8の表面に腐食防止化成コーティングが形成される。これら反応を開始させるために必要なエネルギーは、表面に対する両方の粒子組の衝撃力により提供され得る。研磨性粒子は、必ずしも化学反応に直接関係する必要はないが、表面に対するその衝撃力は、化成反応を開始するためのエネルギーを提供し得る。   According to the first variant, a chemical or electrochemical reaction can occur between the dopant species and the substrate material, resulting in the formation of a corrosion-inhibiting conversion coating on the surface of the metal substrate 8. The energy required to initiate these reactions can be provided by the impact force of both particle sets on the surface. Abrasive particles do not necessarily have to be directly related to a chemical reaction, but their impact force on a surface can provide energy to initiate a conversion reaction.

或いは、第2の変形に従って、腐食防止ドーパント粒子の一部が基板の表面と機械的にインターロックし、表面が研磨性粒子の作用により粗面化され、金属基板の表面に機械的に結合された腐食防止コーティングが形成され得る。   Alternatively, according to the second variant, some of the corrosion-inhibiting dopant particles are mechanically interlocked with the surface of the substrate, and the surface is roughened by the action of abrasive particles and mechanically bonded to the surface of the metal substrate. An anticorrosion coating can be formed.

腐食防止コーティングの形成は、化成被覆と、基板の表面に対するドーパント粒子の機械的結合と、両方の組み合わせを含み得る。   The formation of the corrosion protection coating can include a combination of both conversion coating and mechanical bonding of the dopant particles to the surface of the substrate.

第1の変形と第2の変形の両方に関して、堆積プロセスの間、堆積されたドーパント粒子は、継続する研磨性粒子の衝撃を受け、ドーパント粒子は繰り返し基板の表面の上に、そして中へ打ち込まれ、結果として、腐食防止コーティングでドーパントのラミネート層が生じないように、基板とドーパント種は密接に混合され、双方の間に硬度な結合とインターロックが生じる。   For both the first and second variations, during the deposition process, the deposited dopant particles are subjected to continued abrasive particle bombardment, and the dopant particles are repeatedly driven onto and into the surface of the substrate. As a result, the substrate and dopant species are intimately mixed, resulting in a hard bond and interlock between the two so that the anti-corrosion coating does not result in a dopant laminate layer.

図1a、図1b、及び図1cに図示される実施形態において、表面10は金属酸化物の層である。研磨性粒子4による衝撃の結果、表面の酸化物層が破壊され、酸化物層10における突破口は基板8の新たな表面10aを暴露する(図1b)。金属基板の場合、新たに暴露された表面は金属表面である。粒子ストリーム3が続けて基板8に衝突すると、ドーパント粒子6は基板8の表面10に統合される(図1c)。新たに暴露された金属の表面を生成するためのこのような酸化物層の破壊は、ドーパントと基板種の間に化学反応又は電気化学反応を起こさせる場合に特に適用可能であり、ドーパント種と(表面の酸化物層のかわりに)基板金属を反応可能にする。しかし、酸化物層の破壊は、コーティングを基板8に機械的に結合する場合にも有利である。   In the embodiment illustrated in FIGS. 1a, 1b, and 1c, the surface 10 is a layer of metal oxide. As a result of the impact by the abrasive particles 4, the oxide layer on the surface is destroyed, and the breakthrough in the oxide layer 10 exposes the new surface 10a of the substrate 8 (FIG. 1b). In the case of a metal substrate, the newly exposed surface is a metal surface. As the particle stream 3 subsequently strikes the substrate 8, the dopant particles 6 are integrated into the surface 10 of the substrate 8 (FIG. 1c). Such destruction of the oxide layer to produce a newly exposed metal surface is particularly applicable when a chemical or electrochemical reaction is caused between the dopant and the substrate species. Allow the substrate metal to react (instead of the surface oxide layer). However, the breakdown of the oxide layer is also advantageous when the coating is mechanically bonded to the substrate 8.

幾つかの実施形態において、ブラスト器具は、CNC(computer numerical control)又はロボット制御等の制御された運動(controlled motion)と併せて使用できる。ブラスト加工は、不活性環境において実行できる。   In some embodiments, the blasting instrument can be used in conjunction with controlled motion such as CNC (computer numerical control) or robot control. Blasting can be performed in an inert environment.

ある実施形態においては、ドーパントと研磨剤は、同一の貯蔵所(reservoir)に収容され、同一のジェット(ノズル)から表面へ提供される。また別の実施形態においては、ドーパントは1つの貯蔵所に収容され、研磨剤は別の貯蔵所に収容され、複数のノズルがドーパントと研磨剤を提供する。複数のノズルは、ジェット内のジェットの態様をしてもよい、つまり、各ジェットからの粒子が同じ入射角度で表面に衝撃する。また別の実施形態において、複数のノズルは、異なる入射角度において表面に衝撃する一方、同時に表面における同じ点を当てるように、空間的に離されている。   In some embodiments, the dopant and the abrasive are contained in the same reservoir and provided to the surface from the same jet (nozzle). In yet another embodiment, the dopant is contained in one reservoir, the abrasive is contained in another reservoir, and a plurality of nozzles provide the dopant and the abrasive. The plurality of nozzles may be in the form of a jet within the jet, i.e., particles from each jet impact the surface at the same angle of incidence. In yet another embodiment, the plurality of nozzles are spatially separated to impact the surface at different angles of incidence while simultaneously hitting the same point on the surface.

図2a、図2b、及び図2cは、表面にドーパントと研磨剤を提供する3つの異なるノズル構成の模式図である:単一ノズル(図2a);複数のノズルで、ドーパントと研磨剤は別の貯蔵所から提供され、1つのノズルが他のノズルの中に配置されている(図2b);及び、複数の個別なノズルで、ドーパントと研磨剤は別の貯蔵所から提供される(図2c)。より具体的に、図2aは研磨性粒子24と腐食防止ドーパント粒子26の1つのストリーム23を基板28へ提供するための単一ノズル20を示す。図2bは、複数のノズルと、別の貯蔵所から提供されるドーパントと研磨剤が使用できることを示し、図2bは腐食防止ドーパント粒子26のストリーム43を提供するノズル40の中に位置する研磨性粒子24のストリーム33を提供するノズル30であって、ストリーム33と43は同軸のストリームであるノズルを図示する。図2cに示されているように、複数の個別なノズルと、別の貯蔵所から提供されるドーパントと研磨剤も使用可能であり、図2cはそれぞれ研磨性粒子24と腐食防止ドーパント粒子26のストリーム33と43を提供するノズル30及び40を示す。   Figures 2a, 2b, and 2c are schematic diagrams of three different nozzle configurations that provide dopant and abrasive on the surface: a single nozzle (Figure 2a); multiple nozzles with separate dopant and abrasive From one reservoir, with one nozzle positioned within the other nozzle (FIG. 2b); and with multiple individual nozzles, dopant and abrasive are provided from another reservoir (FIG. 2c). More specifically, FIG. 2 a shows a single nozzle 20 for providing a single stream 23 of abrasive particles 24 and corrosion inhibiting dopant particles 26 to a substrate 28. FIG. 2b shows that multiple nozzles and dopants and abrasives provided from separate reservoirs can be used, and FIG. 2b shows the abrasiveness located in the nozzle 40 that provides a stream 43 of corrosion inhibiting dopant particles 26. Illustrated is a nozzle 30 that provides a stream 33 of particles 24, where streams 33 and 43 are coaxial streams. As shown in FIG. 2c, a plurality of individual nozzles and dopants and abrasives provided from separate reservoirs can also be used, and FIG. 2c shows the abrasive particles 24 and the corrosion-inhibiting dopant particles 26, respectively. Nozzles 30 and 40 providing streams 33 and 43 are shown.

(複数の)ノズルと基板表面の間の距離Dは、0.1mm〜100mmの範囲内、例えば0.1mm〜50mmの範囲内、又は0.1mm〜20mmの範囲内にあってもよい。表面に対するノズルの角度は、10度〜90度、例えば30度〜90度、又は70〜90度の範囲内であってもよい。   The distance D between the nozzle (s) and the substrate surface may be in the range of 0.1 mm to 100 mm, for example in the range of 0.1 mm to 50 mm, or in the range of 0.1 mm to 20 mm. The angle of the nozzle relative to the surface may be in the range of 10 degrees to 90 degrees, such as 30 degrees to 90 degrees, or 70 to 90 degrees.

1種以上のドーパント種を使用してもよい。1種以上のドーパントが使われる場合、ドーパントは単一のノズルから提供してもよい、又は各タイプはそれぞれ別のノズルから提供されてもよいことは容易に理解される。   One or more dopant species may be used. It is readily understood that when more than one dopant is used, the dopant may be provided from a single nozzle, or each type may be provided from a separate nozzle.

図3に示すように、腐食防止性材料の層52は、基板8の腐食耐性層として機能する最終表面仕上として使用できる。上記のように、このような腐食耐性層52は、基板8の表面で化成コーティングとして形成してもよい、又は基板8に機械的に結合されている層として形成されてもよい。   As shown in FIG. 3, the layer 52 of corrosion inhibiting material can be used as a final surface finish that functions as a corrosion resistant layer of the substrate 8. As described above, such a corrosion resistant layer 52 may be formed as a conversion coating on the surface of the substrate 8 or may be formed as a layer that is mechanically bonded to the substrate 8.

或いは、図4に示すように、表面の腐食耐性(及び/又はスクラッチ耐性(scratch-resistance))を向上させるために、1つ以上の追加的コーティング層54で腐食防止層52をさらに被覆し得る。このような1つ以上の追加的な層は、スプレー、塗装、ディッピング、蒸着、又は後の層をつけるための任意の適切な方法で適用し得る。腐食防止材料52は、このような追加的層54が接着可能なプライマーとして機能し、よって基板金属8に対する後の層54の接着力を向上させることも可能である。研磨性性質、ドーパント性質、又はブラスト条件を調節すると、腐食耐性材料52の堆積層の表面の形状及び界面化学を変更させることができ、よって、より改善したプライマーパフォーマンスを提供するようにプライマーの表面を最適化できる。   Alternatively, as shown in FIG. 4, the corrosion protection layer 52 may be further coated with one or more additional coating layers 54 to improve surface corrosion resistance (and / or scratch-resistance). . Such one or more additional layers may be applied by spraying, painting, dipping, vapor deposition, or any suitable method for applying subsequent layers. The anticorrosion material 52 functions as a primer to which such an additional layer 54 can adhere, thus improving the adhesion of the subsequent layer 54 to the substrate metal 8. Adjusting the abrasive properties, dopant properties, or blasting conditions can alter the surface shape and interfacial chemistry of the deposited layer of the corrosion resistant material 52, and thus the primer surface to provide improved primer performance. Can be optimized.

腐食防止コーティングを形成する上記技術の応用は、(これらに限定されないが)以下のものに腐食保護を提供することを含む:
● 管路の部分等の大規模工学要素
● 風力タービンの要素
● 土木工学構造
● 外壁
● 海洋要素
● 自動車車両物品
● 石油工業若しくはガス工業の要素
● 航空宇宙要素
Applications of the above techniques to form corrosion protection coatings include (but are not limited to) providing corrosion protection to:
● Large-scale engineering elements such as pipe sections ● Wind turbine elements ● Civil engineering structures ● Exterior walls ● Marine elements ● Automotive vehicle goods ● Oil and gas industry elements ● Aerospace elements

[基板の表面に、又はその上に接着促進コーティングを形成する実施形態(第3の変形)]
腐食防止コーティングを形成するための上記方法と同様に、接着促進コーティングを形成する実施形態も図1a、図1b、及び図1cに示される模式図に含まれるが、それらに限定されず、この場合はドーパント粒子6は接着促進種を含む。粒子組4及び6は、接着促進種を基板8の表面に含浸させるように、実施形態の一部においては金属であってもよいが、他の実施形態においては非金属(例えばポリマー又はセラミック)又は複合材料であってもよい基板8の表面10を衝撃する。
[Embodiment in which an adhesion promoting coating is formed on or on the surface of a substrate (third modification)]
Similar to the above method for forming a corrosion-inhibiting coating, embodiments for forming an adhesion promoting coating are also included in the schematic diagrams shown in FIGS. 1a, 1b, and 1c, but are not limited thereto, in this case The dopant particles 6 contain adhesion promoting species. Particle sets 4 and 6 may be metallic in some embodiments, but in other embodiments non-metallic (eg, polymer or ceramic) so that the surface of substrate 8 is impregnated with adhesion promoting species. Or the surface 10 of the board | substrate 8 which may be a composite material is impacted.

基板8が金属であれば、また、表面10は金属酸化物層を含み得る。研磨性粒子4による衝撃の結果、表面の酸化物層が破壊され、酸化物層10における突破口は基板8の新たな表面10aを暴露する(図1b)。金属基板の場合、新たに暴露された表面は金属表面である。粒子ストリーム3が続けて基板8に衝突すると、接着促進性ドーパント粒子6は基板8の表面10に統合される(図1c)。新たに暴露された金属の表面を生成するためのこのような酸化物層の破壊は、ドーパントと基板種の間に化学反応又は電気化学反応を起こさせる場合に特に適用可能であり、ドーパント種と(表面の酸化物層のかわりに)基板金属を反応可能にする。しかし、酸化物層の破壊は、接着促進コーティングを基板8に機械的に結合する場合にも有利である。   If the substrate 8 is metal, the surface 10 can also include a metal oxide layer. As a result of the impact by the abrasive particles 4, the oxide layer on the surface is destroyed, and the breakthrough in the oxide layer 10 exposes the new surface 10a of the substrate 8 (FIG. 1b). In the case of a metal substrate, the newly exposed surface is a metal surface. As the particle stream 3 subsequently strikes the substrate 8, the adhesion promoting dopant particles 6 are integrated into the surface 10 of the substrate 8 (FIG. 1c). Such destruction of the oxide layer to produce a newly exposed metal surface is particularly applicable when a chemical or electrochemical reaction is caused between the dopant and the substrate species. Allow the substrate metal to react (instead of the surface oxide layer). However, the breakdown of the oxide layer is also advantageous when the adhesion promoting coating is mechanically bonded to the substrate 8.

上記方法と同様に、図2a、図2b、及び図2cにおいて、3つの可能な異なるノズル構成が模式的に図示されている。   Similar to the above method, three possible different nozzle configurations are schematically illustrated in FIGS. 2a, 2b and 2c.

接着促進種と基板材料の間に、化学反応又は電気化学反応が起こり得、結果として基板8の表面で接着促進化成コーティングが形成される。   A chemical or electrochemical reaction can occur between the adhesion promoting species and the substrate material, resulting in the formation of an adhesion promoting conversion coating on the surface of the substrate 8.

或いは、接着促進性ドーパント粒子の一部が基板の表面と機械的にインターロックし、表面が研磨性粒子の作用により粗面化され、基板の表面に機械的に結合された接着促進コーティングが形成され得る。   Alternatively, some of the adhesion promoting dopant particles are mechanically interlocked with the surface of the substrate, and the surface is roughened by the action of abrasive particles to form an adhesion promoting coating that is mechanically bonded to the surface of the substrate. Can be done.

接着促進コーティングの形成は、基板の表面に対する化成被覆とドーパント粒子の機械的結合の両方の組み合わせを含み得る。   Formation of the adhesion promoting coating may include a combination of both conversion coating and mechanical bonding of the dopant particles to the surface of the substrate.

第3の変形に関して、堆積プロセスの間、堆積されたドーパント粒子は、継続する研磨性粒子の衝撃を受け、ドーパント粒子は繰り返し基板の表面の上に、そして中へ打ち込まれ、結果として、接着促進コーティングでドーパントのラミネート層が生じないように、基板とドーパント種は密接に混合され、双方の間に高度な結合とインターロックが生成される。   With respect to the third variant, during the deposition process, the deposited dopant particles are subjected to continued abrasive particle bombardment, and the dopant particles are repeatedly driven onto and into the surface of the substrate, resulting in adhesion promotion. The substrate and dopant species are intimately mixed to create a high degree of bonding and interlock between them so that the coating does not result in a dopant laminate layer.

図5は、基板の表面で化成コーティングとして形成された、又は基板の表面上に機械的に結合されたコーティングとして形成された接着促進コーティング56を有する基板8の模式的断面図を示す。   FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of a substrate 8 having an adhesion promoting coating 56 formed as a conversion coating on the surface of the substrate or formed as a mechanically bonded coating on the surface of the substrate.

随意的に、特定の実施形態において、接着促進コーティング56は、後の被覆の適用前に、熱、放射、湿気等を用いて別のステップにおいて硬化させるために、未硬化又は半硬化状態で堆積されてもよい。このような硬化は、(例えば限局赤外線硬化を使用して)場所を限定した様式で実行し得る。   Optionally, in certain embodiments, adhesion promoting coating 56 is deposited in an uncured or semi-cured state for curing in another step using heat, radiation, moisture, etc. prior to subsequent coating application. May be. Such curing can be performed in a site-limited manner (eg, using localized infrared curing).

接着促進コーティング56は、被覆された基板が後で接触する別の材料又は物品に対する、基板8の接着性を向上させるために提供し得る。すなわち、接着促進コーティング56の生成は、基板において実行される唯一の表面処理プロセスであり得る。   An adhesion promoting coating 56 may be provided to improve the adhesion of the substrate 8 to another material or article that the coated substrate will later contact. That is, the creation of the adhesion promoting coating 56 may be the only surface treatment process performed on the substrate.

しかし、図6に示されるように、接着促進コーティング56は、代わりにプライマー層として機能し得、そこに追加コーティング58(又は複数の後のコーティング)が後程適用されても良い。コーティング58は、例えば、スクラッチ防止コーティング、又は(下にある基板8の腐食を防止する)腐食防止コーティング、又は低摩擦若しくはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のノンスティックコーティング、又は下にある基板8を別の物品に接着し結合可能にさせる接着性層であってもよい。他の実施形態において、コーティング58は他の種類のフルオロポリマー層、塗料層(例えばエポキシ層)、又はセラミックコーティング等を含んでも良い。後のフルオロポリマー層は、望まれないスケール、ごみ(debris)、アスファルテン、パラフィン、又は下の基板の動作を害し得るごみの蓄積及び堆積を最少化するために適用できる。このようなフルオロポリマー層としては、厚いフルオロポリマーコーティングを下の基板に効率的に接着可能にさせるため、PTFE等のフルオロポリマープライマーが特に有利であることが見出された。基板に含浸された第1のフルオロポリマー層は、後の層の接着を最少化させる離型層として機能することが予測されていたため、これは驚くべきことであった。それに対して、後のフルオロポリマーコーティングは、フルオロポリマーのプライマー層に接着し、プライマー層の存在により後の層の接着性が向上したことが見出された。このプロセスは、フルオロポリマー層が熱的に合体するように、マルチ層構造を加熱することでさらに向上できる。このようなコーティングは、パイプの内側表面に適用される際に大きく有利であり、そこで腐食を低下させ、メンテナンスの要件を低下させることが見出された。   However, as shown in FIG. 6, the adhesion promoting coating 56 may instead function as a primer layer to which additional coatings 58 (or multiple subsequent coatings) may be applied later. The coating 58 can be, for example, an anti-scratch coating, or an anti-corrosion coating (which prevents corrosion of the underlying substrate 8), or a non-stick coating such as low friction or polytetrafluoroethylene (PTFE), or the underlying substrate 8 It may be an adhesive layer that adheres and bonds to another article. In other embodiments, the coating 58 may include other types of fluoropolymer layers, paint layers (eg, epoxy layers), ceramic coatings, and the like. Subsequent fluoropolymer layers can be applied to minimize unwanted scale, debris, asphaltene, paraffin, or dirt accumulation and deposition that can impair the operation of the underlying substrate. As such a fluoropolymer layer, a fluoropolymer primer such as PTFE has been found to be particularly advantageous in order to allow a thick fluoropolymer coating to be effectively adhered to the underlying substrate. This was surprising because the first fluoropolymer layer impregnated on the substrate was expected to function as a release layer that minimizes adhesion of subsequent layers. In contrast, it was found that the later fluoropolymer coating adhered to the fluoropolymer primer layer, and the presence of the primer layer improved the adhesion of the later layer. This process can be further improved by heating the multi-layer structure so that the fluoropolymer layers coalesce thermally. Such a coating has been found to be of great advantage when applied to the inner surface of the pipe, where it reduces corrosion and reduces maintenance requirements.

随意的に、特定の実施形態において、後に適用されたコーティング58は、熱、放射、湿気等を用いて別のステップにおいて硬化させるために、未硬化又は半硬化状態で堆積されてもよい。このような硬化は、(例えば赤外線硬化を使用して)場所を限定した様式で実行されてもよい。   Optionally, in certain embodiments, a subsequently applied coating 58 may be deposited in an uncured or semi-cured state for curing in another step using heat, radiation, moisture, and the like. Such curing may be performed in a site-limited manner (eg, using infrared curing).

接着促進コーティング又はプライマー層の形成のための上記技術の応用は、(これらに限定されないが)以下のものを含む。
● スケールの蓄積を最少化するため、又は腐食を最少化するために、パイプの内側表面及び外側表面に対する保護コーティングの接着の改善
● 向上した結合強力のための、金属要素に対する接着剤(glue)、シリコーン、及び他の接着剤(adhesives)の接着性の改善
● 海洋応用、航空宇宙応用、又は産業応用における使用のための保護塗料の接着の改善
● 抗スクラッチコーティングの接着の改善
● 「ノンスティック(non-stick)」コーティングの形成、例えば調理中に食べ物の接着を防止するための、食べ物の調理に使用される用具(utensils)、鍋、又は他のアイテム(家庭用及び産業用)等の物品に対する形成。このような応用に関しては、ノンスティックコーティングは、プライマー層を利用して基板に結合され、PTFE等のフルオロポリマーを含み得る。
● 離型応用、つまり、型の使用において、成型物品を型から取り出すことを容易化させるために、型(通常型は金属からできている)の内側表面にノンスティックコーティングを形成する。ノンスティックコーティングは、プライマー層を利用して型の表面に結合され、PTFE等のフルオロポリマーを含み得る。このような方法で被覆される型は、車両タイヤ、工学要素、消費者製品等を含む多数の可能な応用を有する。
● プライマー層を使用して工学要素の表面に(例えば、PTFE等のフルオロポリマーを含む)低摩擦コーティングを結合することにより、低い摩擦係数を必要とする工学要素の表面の処理。
● 結合応用、つまり、基板と被覆された基板が後で接触する別の材料又は物品との間の結合の程度を向上させるために、接着性コーティングを基板に形成すること。例えば、金属ワイヤがゴム(rubber)に結合する程度を向上させるために、結合剤で処理できる(このような場合、ワイヤが基板である)。すると、このようなワイヤは、例えば、車両タイヤの製造に使用でき、タイヤを補強するためにワイヤがゴムに包まれる。
● 複合材及びプラスチックに対する金属のより一般的な結合の改善。
Applications of the above techniques for the formation of adhesion promoting coatings or primer layers include (but are not limited to):
● Improved adhesion of protective coatings to the inner and outer surfaces of pipes to minimize scale buildup or to minimize corrosion ● Glue to metal elements for improved bond strength ● Improved adhesion of protective coatings for use in marine, aerospace, or industrial applications ● Improved adhesion of anti-scratch coatings ● “Non-stick” (Non-stick) "coating formation, such as utensils, pots, or other items used for cooking food (home and industrial) to prevent food sticking during cooking Formation on the article. For such applications, the non-stick coating is bonded to the substrate using a primer layer and may include a fluoropolymer such as PTFE.
● In a mold release application, that is, use of a mold, a non-stick coating is formed on the inner surface of the mold (usually the mold is made of metal) to facilitate removal of the molded article from the mold. The non-stick coating is bonded to the mold surface using a primer layer and may include a fluoropolymer such as PTFE. Molds coated in this way have a number of possible applications including vehicle tires, engineering elements, consumer products and the like.
• Treatment of engineering element surfaces that require a low coefficient of friction by using a primer layer to bond a low friction coating (eg, including a fluoropolymer such as PTFE) to the engineering element surface.
● An adhesive coating is formed on the substrate to improve the degree of bonding application, that is, the bonding between the substrate and another material or article that the coated substrate will later contact. For example, it can be treated with a binder to improve the extent to which the metal wire is bonded to rubber (in such a case, the wire is the substrate). Such a wire can then be used, for example, in the manufacture of vehicle tires, and the wire is wrapped in rubber to reinforce the tire.
● Improved general bonding of metals to composites and plastics.

研磨性種の例
本方法において、(ドーパントを含む第1の、粒子組と実質的に同時に提供される、異なる第2の粒子組として)使用され得る研磨性種は、これに限定されないが、シリカ、砂、アルミナ、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、酸化チタン、ガラス、生体適合性ガラス、ダイヤモンド、炭化ケイ素、炭化ホウ素、ドライアイス、窒化ホウ素、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、金属性粉末、炭素繊維複合体、高分子複合体、チタン、ステンレス鋼、硬化鋼、炭素鋼クロム合金、又はその任意の組み合わせにより形成されるショット又はグリットを含む。
Examples of Abrasive Species Abrasive species that can be used in this method (as a different second particle set provided at substantially the same time as the first, particle set comprising a dopant) are not limited to this, Silica, sand, alumina, zirconia, barium titanate, calcium titanate, sodium titanate, titanium oxide, glass, biocompatible glass, diamond, silicon carbide, boron carbide, dry ice, boron nitride, calcium phosphate, calcium carbonate, metal Or a shot or grit formed of carbon powder composite, carbon fiber composite, polymer composite, titanium, stainless steel, hardened steel, carbon steel chromium alloy, or any combination thereof.

好ましくは、研磨性粒子は少なくとも7のモーズ硬度を有する。   Preferably, the abrasive particles have a Mohs hardness of at least 7.

研磨性粒子は、好ましくは1μm〜150μm、より好ましくは10μm〜150μm、及び特に好ましくは50μm〜150μmの範囲内の平均粒子サイズ(直径)を有する。 このようなサイズの小さい研磨性粒子の使用により、基板の表面の破壊は向上し、よって基板の表面へのドーパント粒子の浸透が促進され、基板表面とドーパント粒子の相互混合が促進される。よって、ドーパント種は、ドーパントのラミネート層が生じないように基板に含浸される。   The abrasive particles preferably have an average particle size (diameter) in the range of 1 μm to 150 μm, more preferably 10 μm to 150 μm, and particularly preferably 50 μm to 150 μm. By using such small abrasive particles, the destruction of the surface of the substrate is improved, so that the penetration of the dopant particles into the surface of the substrate is promoted, and the intermixing between the substrate surface and the dopant particles is promoted. Thus, the dopant species are impregnated into the substrate so that a dopant laminate layer does not occur.

腐食防止性ドーパント種の例
上記第1と第2の変形について、本方法において使用され得る腐食防止ドーパント種(第2の粒子組とは異なる第1の粒子組として)は、これらに限定されないが、クロム酸塩、リン酸塩、ポリマー(例えば熱硬化性又は熱可塑性)、酸化物、又は窒化物を含む。例えば、ドーパントはセリア(ceria)であってもよい。ある好ましい方法においては、コーティングは、リン酸塩化合物に由来する。リン酸塩は、リン酸鉄、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、又はその組み合わせを含み得る。リン酸塩は、電気化学プロセスにより堆積されないため、開始時のドーパント粉末を変更することにより、様々な材料を表面に組み入れることができる。
Examples of corrosion-inhibiting dopant species For the first and second variants described above, the corrosion-inhibiting dopant species that can be used in the method (as a first particle set different from the second particle set) are not limited to these. , Chromates, phosphates, polymers (eg thermosetting or thermoplastic), oxides or nitrides. For example, the dopant may be ceria. In certain preferred methods, the coating is derived from a phosphate compound. The phosphate may include iron phosphate, manganese phosphate, zinc phosphate, or combinations thereof. Since phosphate is not deposited by an electrochemical process, various materials can be incorporated into the surface by changing the starting dopant powder.

特に注意すべき点は、腐食防止ドーパント種は、本質的に犠牲的である金属又は金属塩でなくてもよい点である。基板の表面に安定した付着物を形成し、表面における腐食性物質の蓄積を防止すること、又は下の基板から腐食性種を物理的に隔離することにより腐食を防止する、ポリマー系のドーパントが堆積され得る。フルオロポリマー系、アクリレート系、酢酸(アセテート)系、及びエポキシ系の層の全てはこの機能を実行し得る。   Of particular note is that the corrosion inhibiting dopant species need not be a sacrificial metal or metal salt. A polymer-based dopant that forms a stable deposit on the surface of the substrate, prevents the accumulation of corrosive substances on the surface, or prevents corrosion by physically isolating the corrosive species from the underlying substrate. Can be deposited. Fluoropolymer based, acrylate based, acetic acid (acetate) based and epoxy based layers can all perform this function.

ドーパント粒子は、好ましくは1μm〜100μmの範囲内の平均粒子サイズ(直径)を有する。   The dopant particles preferably have an average particle size (diameter) in the range of 1 μm to 100 μm.

好ましくは、ドーパント粒子対研磨性粒子の重量比率は、20:80〜80:20の間であり、特に好ましくは、40:60〜60:40の間である。   Preferably, the weight ratio of dopant particles to abrasive particles is between 20:80 and 80:20, particularly preferably between 40:60 and 60:40.

接着促進性ドーパント種の例
上記第3の変形について、本方法において使用され得る接着促進ドーパント種(第2の粒子組とは異なる第1の粒子組として)は、これらに限定されないが、PTFE等のフルオロポリマー、テフロン等のペルフルオロアルコキシ材料、フッ化ポリビニリデン、ペルフルオロポリエーテル、全フッ化置換エラストマー、及びポリフッ化ビニルを含む。また、シラン、シロキサン、アクリレート、エポキシ、水素結合したケイ素化合物、又はビニル、ペルオキシエステル、ペルオキシド、アセテート、若しくはカルボキシレートの官能基を含む材料も含み得る。
Examples of adhesion promoting dopant species For the third variation, the adhesion promoting dopant species that can be used in the method (as the first particle set different from the second particle set) are not limited to these, such as PTFE, etc. Fluoropolymers, perfluoroalkoxy materials such as Teflon, polyvinylidene fluoride, perfluoropolyethers, fully fluorinated elastomers, and polyvinyl fluoride. It may also include materials containing silane, siloxane, acrylate, epoxy, hydrogen bonded silicon compounds, or vinyl, peroxyester, peroxide, acetate, or carboxylate functional groups.

特定の例において、ポリマー系の後の層のためのプライマー層として機能する接着促進コーティングを形成する際に、プライマー層は、後の層の中に存在する材料と同じ材料により組成されていてもよい。後のフルオロポリマー層の接着向上のために、プライマー形成ドーパント種として、PTFE又は他のフルオロポリマーを使用してもよい。   In certain instances, when forming an adhesion promoting coating that functions as a primer layer for a polymer-based subsequent layer, the primer layer may be composed of the same material that is present in the subsequent layer. Good. PTFE or other fluoropolymer may be used as a primer-forming dopant species to improve adhesion of subsequent fluoropolymer layers.

ドーパント粒子は、好ましくは1μm〜100μmの範囲内の平均粒子サイズ(直径)を有する。   The dopant particles preferably have an average particle size (diameter) in the range of 1 μm to 100 μm.

好ましくは、ドーパント粒子対研磨性粒子の重量比率は、20:80〜80:20の間であり、特に好ましくは、40:60〜60:40の間である。   Preferably, the weight ratio of dopant particles to abrasive particles is between 20:80 and 80:20, particularly preferably between 40:60 and 60:40.


以下の例は、プリマ―層としての場合を含み、腐食防止コーティング及び接着促進コーティングを形成する際の上記方法の使用及び効能を示す。
Examples The following examples include the use as a primer layer and illustrate the use and efficacy of the above method in forming corrosion protection coatings and adhesion promoting coatings.

例1:様々な金属基板(アルミニウム、銅、グレード2及びグレード5のチタン、ハステロイ、インコネル、マグネシウム、軟鋼、ステンレス鋼(316))に対するリン酸亜鉛の堆積
それぞれアルミニウム、銅、グレード2及びグレード5のチタン、ハステロイ、インコネル、マグネシウム、軟鋼、及びステンレス鋼(316)から生成された一連の金属基板が取得された。リン酸亜鉛粉末(<5ミクロンの平均粒子サイズ)を、均等な体積率でアルミナグリット(100ミクロンの平均粒子サイズ)と混合させ、Accuflow粉末フィーダに積み込んだ。粉末はそこから金属基板の表面を渡って移動されるグリットブラストノズルに供給され、粉末は、75psiの圧力で表面にブラストされる。ブラスト処理の後に、基板は、ルースな粉末を除去するために圧縮空気で浄化される。処理されたサンプルの全ては、表面に堆積された有意なレベルのリン酸亜鉛を可視的に有することが認められた。表面特性解析は、SEM及びEDX解析により実行された。EDXは、Zn濃度とP濃度を測定し加算することにより、コーティングの濃度を決定するために使用された。試験された全ての表面において中程度(>30%)のリン酸亜鉛の被覆範囲が認められ、研磨性ブラスト処理プロセスが効率的に腐食防止材料を堆積させることが出来ることが確認された。堆積された腐食防止材料の検査により、化成プロセスと機械的結合の両方の組み合わせにより形成されたことが示唆された。表面酸化物は除去されたため、化成コーティングの場合の通りに表面にリン酸亜鉛が結合されたが、衝撃プロセスの結果として、ある程度の機械的インターロックもみられた。
Example 1: Zinc phosphate deposition on various metal substrates (aluminum, copper, grade 2 and grade 5 titanium, hastelloy, inconel, magnesium, mild steel, stainless steel (316)), aluminum, copper, grade 2 and grade 5, respectively. A series of metal substrates made from titanium, hastelloy, inconel, magnesium, mild steel, and stainless steel (316) were obtained. Zinc phosphate powder (<5 micron average particle size) was mixed with alumina grit (100 micron average particle size) at an even volume fraction and loaded into an Accuflow powder feeder. The powder is supplied to a grit blast nozzle from which it is moved across the surface of the metal substrate, and the powder is blasted to the surface at a pressure of 75 psi. After blasting, the substrate is cleaned with compressed air to remove loose powder. All of the treated samples were found to have a significant level of zinc phosphate deposited on the surface. Surface characterization was performed by SEM and EDX analysis. EDX was used to determine the coating concentration by measuring and adding the Zn and P concentrations. A moderate (> 30%) zinc phosphate coverage was observed on all tested surfaces, confirming that the abrasive blasting process was able to efficiently deposit corrosion protection materials. Inspection of the deposited corrosion protection material suggested that it was formed by a combination of both a chemical conversion process and a mechanical bond. Since the surface oxide was removed, zinc phosphate was bound to the surface as in the case of the conversion coating, but some mechanical interlocking was also observed as a result of the impact process.

例2:軟鋼の腐食保護
軟鋼のクーポン及びボタンは、リン酸亜鉛粉末とアルミナグリットの混合物でブラストされた。堆積後、サンプルはEDXを用いて解析され、処理されたサンプルの種類双方は、表面に約40%のリン酸亜鉛が存在することが見出された。そして、被覆されたサンプルは3.5%w/wのNaCl溶液に浸漬された。処理されていない軟鋼のクーポン及びボタンがコントロールとして使用された。72時間後、処理されていない鋼サンプルは可視的に変色し、サンプルの容器は、ジャーの底に沈澱した茶色い沈殿物の有意な蓄積を有した。リン酸亜鉛で処理されたサンプルは、初期の状態に対して可視的な変化を示さなかった。いかなる堆積、変色、又はその他腐食の可視的なしるしの証拠はなかった。試験は7日まで継続され、未処理のサンプルは継続して劣化する一方、リン酸亜鉛でブラストされたサンプルは多く変化せず、よって、研磨性ブラスト処理の保護的な腐食防止特性が確認された。
Example 2: Mild Steel Corrosion Protection Mild steel coupons and buttons were blasted with a mixture of zinc phosphate powder and alumina grit. After deposition, the samples were analyzed using EDX, and both types of treated samples were found to have about 40% zinc phosphate on the surface. The coated sample was then immersed in a 3.5% w / w NaCl solution. Untreated mild steel coupons and buttons were used as controls. After 72 hours, the untreated steel sample was visibly discolored and the sample container had a significant accumulation of brown precipitate that had settled to the bottom of the jar. Samples treated with zinc phosphate showed no visible change to the initial state. There was no evidence of any signs of deposition, discoloration, or other corrosion. The test continues until 7 days, while untreated samples continue to deteriorate, while samples blasted with zinc phosphate do not change much, thus confirming the protective corrosion protection properties of abrasive blasting. It was.

例3:エポキシ塗料のためのプライマー
全てのサンプルとして軟鋼(グレードSAE1008)が使用された。そして、以下の表面処理が幾つかのサンプルに対して適用された。
● 未処理ブランクサンプル(つまり、到着のまま(as-received))
● グリットブラスト(ISO8501−1の通り、Sa2(1/2)を基準に)
● リン酸鉄(Q-PanelよりHenkel Bonderite M-FE 1000)
● 亜鉛張り(Meath Metal、アイルランド国から獲得した「Tri-eco Zinc」)
● 商用乾燥リン酸亜鉛プライマー(Johnstones製)
● (Delaphosが供給した)乾燥リン酸亜鉛粉末及び100ミクロンのアルミナで金属をブラストすることにより生成されたリン酸亜鉛2つの粉末を事前に混合し、De Lavalのノズルを通して表面へ、75psiの圧力でブラストされる。
Example 3: Primer for epoxy paint Mild steel (grade SAE 1008) was used as a sample for all. The following surface treatment was then applied to some samples.
● Raw blank sample (that is, as-received)
● Grit blasting (as per ISO8501-1, based on Sa2 (1/2))
● Iron phosphate (Henkel Bonderite M-FE 1000 from Q-Panel)
● Zinc (Meath Metal, “Tri-eco Zinc” from Ireland)
● Commercial dry zinc phosphate primer (Johnstones)
● Pre-mixed dry zinc phosphate powder (supplied by Delaphos) and two powders of zinc phosphate produced by blasting metal with 100 micron alumina, pressure 75 psi through the De Laval nozzle to the surface It is blasted with.

そして、各要素はwww.UnionChandlery.ieから獲得したSP320の2部エポキシ積層塗料で被覆される。 この特定の塗料は、導入されたスクラッチからのさび/腐食の成長を観察可能にする透明のコートを提供する。   Each element is then coated with an SP320 two-part epoxy laminate obtained from www.UnionChandlery.ie. This particular paint provides a clear coat that allows observation of rust / corrosion growth from the introduced scratch.

腐食試験は、ISO9227の通りに、中性塩水噴霧キャビネットを使用して実行された。 ISO18782の通りに、超硬チップ(carbide tip)を使用して各サンプルに「T」スクライブが導入された。試験期間をわたって、スクラッチから腐食の成長を記録するために、各サンプルは定期的に取り出され、写真が撮られた。サンプルは、写真を撮る前に、サンプルの上にある過多のさび/腐食を除去するために、脱イオン水において洗浄された。スクラッチからの腐食の幅/成長は、無料公開のimageJソフトウェアで測定された。各クーポンは、56日の期間にわたって、所定の間隔で塩水噴霧キャビネットから取り出された。腐食の幅はimageJソフトウェアを使用して測定された。スケールは、スチール定規で調整された。   Corrosion tests were performed using a neutral salt spray cabinet as per ISO 9227. As per ISO 18782, a “T” scribe was introduced into each sample using a carbide tip. Over the test period, each sample was periodically removed and photographed to record corrosion growth from scratch. The sample was washed in deionized water to remove excessive rust / corrosion on the sample before taking a picture. The width / growth of corrosion from scratch was measured with the free public imageJ software. Each coupon was removed from the salt spray cabinet at predetermined intervals over a period of 56 days. Corrosion width was measured using imageJ software. The scale was adjusted with a steel ruler.

いくぶん驚きであることに、「リン酸鉄」と「亜鉛張り」のサンプルのパフォーマンスは、よくなかった。特に、亜鉛張りのサンプルは、28日後にエポキシ塗料の有意なデラミネーションを示し、56日後に完全な破局故障が起きた。   Somewhat surprisingly, the performance of the “iron phosphate” and “zinc-plated” samples was not good. In particular, the galvanized sample showed significant delamination of the epoxy paint after 28 days and a complete catastrophic failure occurred after 56 days.

ブランククーポンとグリットブラストクーポンは、最初は良いパフォーマンスをしめし、表面的な結果はリン酸亜鉛コーティングのと同一だった。しかし、切断し、詳細に検査したところ、リン酸亜鉛処理のいずれのものに対して、このサンプルの腐食がより深いことが証明された。リン酸亜鉛処理の双方は、他の商用処理よりも著しく優れていた。ブラスト加工されたリン酸亜鉛のタイ層は、(著しくより厚いコーティングを利用した)商用乾燥リン酸亜鉛プライマーのパフォーマンスに非常に近かった。   Blank coupons and grit blast coupons initially performed well and the superficial results were identical to those of the zinc phosphate coating. However, when cut and inspected in detail, this sample proved to be more corroded against any of the zinc phosphate treatments. Both zinc phosphate treatments were significantly superior to other commercial treatments. The blasted zinc phosphate tie layer was very close to the performance of commercial dry zinc phosphate primer (which utilized a significantly thicker coating).

例4:フルオロポリマー接着のためのプライマー
4つの3”×5”軟鋼Q−パネルを、以下の研磨性ブラスト加工プロセスで前処理した。
(i)2つは、重量比率80:20の100ミクロンのアルミナとPTFE(Zonyl MP 1300)で、40psiと30mmのスタンド・オフ距離を用いてブラスト加工された。
(ii)他の2つは、同じ条件でアルミナのみでブラスト加工された。
Example 4: Primer for fluoropolymer adhesion Four 3 "x5" mild steel Q-panels were pretreated with the following abrasive blasting process.
(I) Two were 100: micron alumina with a weight ratio of 80:20 and PTFE (Zonyl MP 1300) and blasted using a standoff distance of 40 psi and 30 mm.
(Ii) The other two were blasted with alumina only under the same conditions.

全てのサンプルは、その後脱イオン水で洗浄され、圧縮空気で乾燥され、そしてPTFEフルオロポリマーの後のコーティングを与えられた。PTFEは、2psiで150mmのスタンド・オフからスプレーされた。厚いコーティングを得るために、表面を3回亘る必要があった。その後、全てのサンプルをカルボライト炉(carbolite furnace)において400℃まで加熱し、そして空冷された。   All samples were then washed with deionized water, dried with compressed air, and given a subsequent coating of PTFE fluoropolymer. PTFE was sprayed from a 150 mm stand-off at 2 psi. In order to obtain a thick coating, it was necessary to run the surface three times. All samples were then heated to 400 ° C. in a carbolite furnace and air cooled.

そして、接着試験は、ISO2409の改変版を用いて実行された。   The adhesion test was then performed using a modified version of ISO 2409.

ISO2409のこの積極的なバージョンは、標準のスコッチテープとPTFEコーティングの間の弱い接着のため、より高度な「タック」テープ(tesa4613)を使用し、テープの引張を繰り返した。切断の前に、サンプルはDIWにおいて20分間煮られ、完全に乾燥され冷却された。切断は、ISO2409の通りに、2mmの間隔でマルチブレードカッターで実行された。各コーティングに対して、4つの別の領域が試験され、テープの引張は各試験領域で4回繰り返された。テープ試験により破損が生じなかったサンプルを0とし、5%以下の分離を有する表面を1とし、5〜15%の分離を有する表面を2とする等、レベル5まで、ISOの分類に従った。   This aggressive version of ISO 2409 used a more advanced “tack” tape (tesa 4613) due to the weak adhesion between the standard scotch tape and the PTFE coating and repeated tape tensions. Prior to cutting, the sample was boiled in DIW for 20 minutes, completely dried and cooled. Cutting was performed with a multi-blade cutter at 2 mm intervals as per ISO 2409. For each coating, four separate areas were tested and tape tension was repeated four times in each test area. According to the ISO classification up to level 5, such as 0 for samples that did not break in the tape test, 1 for surfaces with 5% or less separation, 2 for surfaces with 5-15% separation, etc. .

1つのテープ試験後、研磨性ブラスト加工前処理を使用して準備されたサンプルは1の値をもたらしたが、研磨剤とPTFEの両方でブラスト加工されたサンプルは何の効果も示さなかったため、0と分類された。同じ領域に対して4つのテープ試験を実行した後、研磨性ブラスト加工サンプルはレベル2〜4に分類された一方、研磨剤とPTFEの両方でブラスト加工されたサンプルは0又は1の分類に留まっていたことによって、PTFEプライマーによって接着が有意に向上されていたことが示されていた。   After one tape test, the sample prepared using the abrasive blast pretreatment gave a value of 1, but the sample blasted with both abrasive and PTFE showed no effect, Classified as 0. After performing four tape tests on the same area, abrasive blasted samples were classified in levels 2-4, while samples blasted with both abrasive and PTFE remained in the 0 or 1 classification. It was shown that the adhesion was significantly improved by the PTFE primer.

この後、サンプルは切り分けられ、マウントされ、そして磨かれ、光顕微鏡で観察された。各サンプルにおけるコーティングの厚さは10xの倍率で5ポイントで測定され、2つのコーティングが43ミクロンの厚さを生じさせ、一致していた。PTFEプライマー層とトップコートの間に可視的な境界面はなく、完全の結合が示されていた。   After this, the samples were cut, mounted, polished and observed with a light microscope. The coating thickness in each sample was measured at 5 points at a magnification of 10 × and the two coatings yielded a thickness of 43 microns and were in agreement. There was no visible interface between the PTFE primer layer and the topcoat, indicating complete bonding.

例5:金属要素に対する接着剤の結合の向上
この場合、基板はグレードVのチタンであった。 5つの異なる表面処理を接着試験した。これは、
(i) 未処理のチタン、以下はブランクという。
(ii) チタンを50ミクロンのアルミナで研磨性ブラスト加工することにより生成される、グリットブラスト加工チタン表面。
(iii) 商業航空宇宙プライマーこれは、クロム酸陽極酸化(CAA:Chromic Acid Anodized)表面に続き、Cytec BR127ソルゲルプライマーを含む。これは、「CAA+プライマー」という。
(iv) アルミナとHuntsmanからの熱硬化性エポキシ(LT3366)(「エポキシ」という)の混合物でチタンをブラスト加工することにより生成された表面
(v) アルミナとリン酸亜鉛粉末(Heubach ZP10)の混合物でチタンをブラスト加工することにより生成された表面
Example 5: Improved bonding of adhesive to metal element In this case, the substrate was grade V titanium. Five different surface treatments were adhesion tested. this is,
(i) Untreated titanium, the following is called blank.
(ii) A grit blasted titanium surface produced by abrasive blasting titanium with 50 micron alumina.
(iii) Commercial aerospace primer This follows the Chromic Acid Anodized (CAA) surface and includes the Cytec BR127 Solgel primer. This is referred to as “CAA + primer”.
(iv) A surface produced by blasting titanium with a mixture of alumina and a thermosetting epoxy (LT3366) (referred to as "epoxy") from Huntsman.
(v) Surface produced by blasting titanium with a mixture of alumina and zinc phosphate powder (Heubach ZP10)

そして、全てのサンプルは、炭素繊維補強プラスチック(CFRP: Carbon Fibre Reinforced Plastic)に結合された。CFRPは、湿式剥離層(wet peel ply)(Henkel Hysol EA9895)を用いて結合の準備をされた、Hexcel 8552/5Hであった。接着剤は、Cytec FM300 エポキシフィルム接着剤(0.03gsm重量)であり、45psiの圧力で、177℃で1時間硬化された。   All samples were then bonded to carbon fiber reinforced plastic (CFRP). The CFRP was Hexcel 8552 / 5H, prepared for bonding using a wet peel ply (Henkel Hysol EA9895). The adhesive was Cytec FM300 epoxy film adhesive (0.03 gsm weight) and was cured at 177 ° C. for 1 hour at 45 psi pressure.

接着剤が完全に硬化されると、サンプルは室温まで冷却され、ISO2243−1に従って重ね合いせん断試験された。試験片は幅25mmと12.5mmの接着重ね合い部分(overlap)を有した。重ね合いせん断強度は、破損における強力を重ね合い領域(overlap area)で割ることにより算出された。各表面処理に対して、4つの繰り返しが行われた。   Once the adhesive was fully cured, the sample was cooled to room temperature and lap shear tested according to ISO 2243-1. The specimens had a 25 mm wide and 12.5 mm adhesive overlap. Lap shear strength was calculated by dividing the strength at failure by the overlap area. Four iterations were performed for each surface treatment.

この試験の結果は図7に示されている。全ての表面処理は、未処理ブランクのパフォーマンスを超えた。シンプルに、アルミナの研磨剤で粗面化することは、有意に接着性を増加させるためには十分であったが、未処理とグリットブラストのジョイントシステムの双方において、界面破壊が生じた。しかし、化学的プライマーの堆積は、はるかにより成功し、3つの化学的プライマー全ては結合力のある破壊モードを示した。リン酸亜鉛とエポキシのドーパントの双方は、ジョイントの接着性を有意に向上させ、商業航空宇宙プライマー同等のパフォーマンスを示した。研磨性ブラスト加工方法は、毒性クロム酸塩化成コーティング又は積極的な湿式化学プライマーを使用しないでこの程度のパフォーマンスを達成できたことに留意すべきである。   The results of this test are shown in FIG. All surface treatments exceeded the performance of the untreated blank. Simply roughing with an alumina abrasive was sufficient to significantly increase adhesion, but interface failure occurred in both the untreated and grit blast joint systems. However, the deposition of chemical primers was much more successful and all three chemical primers showed a cohesive failure mode. Both zinc phosphate and epoxy dopants significantly improved joint adhesion and performed as well as commercial aerospace primers. It should be noted that the abrasive blasting method was able to achieve this level of performance without the use of toxic chromate conversion coatings or aggressive wet chemical primers.

産業応用分野の例
本方法は、幅広い範囲の産業において応用可能であり、これは、これらに限定されないが、管路の部分等の大規模工学要素、風力タービンの要素、土木工学構造、外壁、海洋要素、自動車車両物品、石油工業要素及びガス工業要素、及び航空宇宙要素を含む。
Examples of industrial application fields
The method is applicable in a wide range of industries, including but not limited to large engineering elements such as pipe sections, wind turbine elements, civil engineering structures, outer walls, marine elements, automobile vehicles Includes goods, petroleum and gas industry elements, and aerospace elements.

Claims (73)

金属基板を処理する方法であって、
ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、少なくとも1つの流体ジェットから実質的に同時に前記金属基板の表面に、前記金属基板の前記表面に前記ドーパントを含浸させるために供給するステップを含み、
前記ドーパントは、前記金属基板の前記表面に腐食防止化成コーティングを形成するように、腐食防止種を含む、方法。
A method of processing a metal substrate, comprising:
A first particle set including a dopant and a second particle set including an abrasive are impregnated onto the surface of the metal substrate substantially simultaneously from at least one fluid jet and the surface of the metal substrate is impregnated with the dopant. Including providing for
The method, wherein the dopant includes a corrosion-inhibiting species so as to form a corrosion-inhibiting conversion coating on the surface of the metal substrate.
前記腐食防止種は、前記基板に化学的に結合されている、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the corrosion-inhibiting species is chemically bonded to the substrate. 金属基板を処理する方法であって、
ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、少なくとも1つの流体ジェットから実質的に同時に前記金属基板の表面に、前記金属基板の前記表面に前記ドーパントを含浸させるために供給するステップを含み、
前記ドーパントは、前記金属基板の前記表面に機械的に結合される腐食防止コーティングを形成する腐食防止種を含む、方法。
A method of processing a metal substrate, comprising:
A first particle set including a dopant and a second particle set including an abrasive are impregnated onto the surface of the metal substrate substantially simultaneously from at least one fluid jet and the surface of the metal substrate is impregnated with the dopant. Including providing for
The method wherein the dopant comprises a corrosion inhibiting species that forms a corrosion inhibiting coating that is mechanically bonded to the surface of the metal substrate.
前記腐食防止コーティングは、前記ドーパントのラミネート層が生じないような性質を有する、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the anticorrosion coating has a property such that a laminate layer of the dopant does not occur. 金属表面を暴露させるために、前記金属基板の前記表面から金属酸化物を、前記第1の粒子組の前記供給と実質的に同時に第2の粒子組で前記金属酸化物を研磨性ブラスト加工することにより除去するステップをさらに含む、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。   Abrasive blasting of the metal oxide from the surface of the metal substrate with the second particle set substantially simultaneously with the supply of the first particle set to expose the metal surface. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, further comprising a step of removing by. 前記第1の粒子組と前記第2の粒子組の供給の前に、前処理プロセスが実行されない、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein a pretreatment process is not performed prior to the supply of the first particle set and the second particle set. 前記腐食防止コーティングは第1の層を形成し、前記方法は、前記第1の層に第2の層をつけることをさらに含む、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。   The method of any of claims 1-6, wherein the corrosion protection coating forms a first layer and the method further comprises applying a second layer to the first layer. 前記第1の層は、前記第2の層の接着性を向上させるためにプライマーとして機能する、請求項7に記載の方法。   8. The method of claim 7, wherein the first layer functions as a primer to improve the adhesion of the second layer. 前記第2の層は、スクラッチ防止層である、請求項7または8に記載の方法。   9. A method according to claim 7 or 8, wherein the second layer is an anti-scratch layer. 前記第2の層は、追加の腐食防止層である、請求項7〜9のいずれかに記載の方法。   10. A method according to any one of claims 7 to 9, wherein the second layer is an additional corrosion protection layer. 前記腐食防止種は、クロム酸塩、リン酸塩、ポリマー、酸化物、又は窒化物を含む、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the corrosion-inhibiting species comprises chromate, phosphate, polymer, oxide, or nitride. 前記腐食防止種は、遷移金属リン酸塩を含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the corrosion-inhibiting species comprises a transition metal phosphate. 前記腐食防止種は、リン酸鉄、リン酸マンガン、又はリン酸亜鉛、もしくはその組み合わせを含む、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, wherein the corrosion-inhibiting species comprises iron phosphate, manganese phosphate, or zinc phosphate, or a combination thereof. 前記腐食防止種は、酸化セリウムを含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the corrosion-inhibiting species comprises cerium oxide. 基板を処理する方法であって、
ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、少なくとも1つの流体ジェットから実質的に同時に前記基板の表面に、前記基板の前記表面に前記ドーパントを含浸させるために供給するステップを含み、
前記ドーパントは、前記基板の前記表面で又はその上に接着促進コーティングを形成するように、接着促進種を含む、方法。
A method of processing a substrate, comprising:
In order to impregnate the surface of the substrate with the first set of particles comprising a dopant and the second set of particles comprising an abrasive material from at least one fluid jet substantially simultaneously on the surface of the substrate. Including the step of providing,
The method, wherein the dopant comprises an adhesion promoting species so as to form an adhesion promoting coating at or on the surface of the substrate.
前記接着促進種は、前記基板の前記表面に化成コーティングを形成する、請求項15に記載の方法。   The method of claim 15, wherein the adhesion promoting species forms a conversion coating on the surface of the substrate. 前記接着促進種は、前記基板に化学的に結合されている、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the adhesion promoting species is chemically bonded to the substrate. 前記接着促進種は、前記基板の前記表面に機械的に結合されている接着促進コーティングを形成する、請求項15に記載の方法。   The method of claim 15, wherein the adhesion promoting species forms an adhesion promoting coating that is mechanically bonded to the surface of the substrate. 前記第1の粒子組と前記第2の粒子組の供給の前に、前処理プロセスが実行されない、請求項15〜18のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 15 to 18, wherein a pretreatment process is not performed before the supply of the first particle set and the second particle set. 前記接着促進種は、前記基板の上にプライマー層を形成する、請求項15〜19のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 15 to 19, wherein the adhesion promoting species forms a primer layer on the substrate. 前記接着促進種は、PTFE等のフルオロポリマー、テフロン(Teflon)等のペルフルオロアルコキシ材料、ポリフッ化ビニリデン、ペルフルオロポリエーテル、ペルフルオロ化エラストマー、又はポリフッ化ビニルを含む、請求項20に記載の方法。   21. The method of claim 20, wherein the adhesion promoting species comprises a fluoropolymer such as PTFE, a perfluoroalkoxy material such as Teflon, polyvinylidene fluoride, perfluoropolyether, perfluorinated elastomer, or polyvinyl fluoride. 前記接着促進種は、シラン、シロキサン、アクリレート、エポキシ、水素結合したケイ素化合物、又はビニル、ペルオキシエステル、ペルオキシド、アセテート、若しくはカルボキシレートの官能基を1つ以上含む材料を含む、請求項20または21に記載の方法。   22. The adhesion promoting species comprises silane, siloxane, acrylate, epoxy, hydrogen bonded silicon compound, or a material comprising one or more vinyl, peroxyester, peroxide, acetate, or carboxylate functional groups. The method described in 1. 前記プライマー層は第1の層を形成し、前記方法は、前記第1の層に第2の層をつけることをさらに含む、請求項20〜22のいずれかに記載の方法。   23. A method according to any of claims 20-22, wherein the primer layer forms a first layer and the method further comprises applying a second layer to the first layer. 前記第2の層は、スクラッチ防止層である、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein the second layer is an anti-scratch layer. 前記第2の層は、腐食防止層である、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein the second layer is a corrosion protection layer. 前記第2の層は、接着性層である、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein the second layer is an adhesive layer. 前記第2の層は、固体の低摩擦層である、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein the second layer is a solid low friction layer. 前記第2の層は、ノンスティック層である、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein the second layer is a non-stick layer. 前記接着促進種は、シラン、シロキサン、アクリレート、エポキシ、水素結合したケイ素化合物、又はビニル、ペルオキシエステル、ペルオキシド、アセテート、若しくはカルボキシレートの官能基を1つ以上含む材料を含む、請求項15〜19のいずれかに記載の方法。   20. The adhesion promoting species comprises silane, siloxane, acrylate, epoxy, hydrogen bonded silicon compound, or a material comprising one or more vinyl, peroxy ester, peroxide, acetate, or carboxylate functional groups. The method in any one of. 前記接着促進コーティングは、前記ドーパントのラミネート層が生じないような性質を有する、請求項15〜29のいずれかに記載の方法。   30. A method according to any of claims 15 to 29, wherein the adhesion promoting coating has a property such that a laminate layer of the dopant does not occur. 金属表面を暴露させるために、前記基板の前記表面から金属酸化物を、前記第1の粒子組の前記供給と実質的に同時に第2の粒子組で前記金属酸化物を研磨性ブラスト加工することにより除去するステップをさらに含む、請求項15〜30のいずれかに記載の方法。   Abrasive blasting the metal oxide from the surface of the substrate with the second set of particles substantially simultaneously with the supply of the first set of particles to expose the metal surface. 31. A method according to any of claims 15 to 30, further comprising the step of removing by. 前記第2の粒子組は、1μm〜150μmの範囲内の平均粒子サイズを有する、請求項1〜31のいずれかに記載の方法。   32. A method according to any of claims 1-31, wherein the second set of particles has an average particle size in the range of 1 [mu] m to 150 [mu] m. 前記第2の粒子組は、10μm〜150μmの範囲内の平均粒子サイズを有する、請求項32に記載の方法。   33. The method of claim 32, wherein the second set of particles has an average particle size in the range of 10 [mu] m to 150 [mu] m. 前記第2の粒子組は、50μm〜150μmの範囲内の平均粒子サイズを有する、請求項33に記載の方法。   34. The method of claim 33, wherein the second set of particles has an average particle size in the range of 50 [mu] m to 150 [mu] m. 前記第1の粒子組は、1μm〜100μmの範囲内の平均粒子サイズを有する、請求項1〜34のいずれかに記載の方法。   35. A method according to any of claims 1-34, wherein the first set of particles has an average particle size in the range of 1 [mu] m to 100 [mu] m. 前記第1の粒子組と第2の粒子組の比率は、重量において20:80〜80:20の間にある、請求項1〜35のいずれかに記載の方法。   36. A method according to any of claims 1-35, wherein the ratio of the first particle set to the second particle set is between 20:80 and 80:20 by weight. 前記第1の粒子組と第2の粒子組の比率は、重量において40:60〜60:40の間にある、請求項36に記載の方法。   37. The method of claim 36, wherein the ratio of the first particle set to the second particle set is between 40:60 and 60:40 by weight. 前記第2の粒子組の前記供給を介して、前記金属基板の前記表面を加工硬化することをさらに含む、請求項1〜37に記載の方法。   38. The method of claims 1-37, further comprising work hardening the surface of the metal substrate via the supply of the second particle set. 前記第2の粒子組の前記供給を介して、前記金属基板の前記表面に圧縮応力を導入する、請求項1〜38のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 38, wherein compressive stress is introduced into the surface of the metal substrate via the supply of the second set of particles. 前記第1の粒子組と前記第2の粒子組は、担体流動体を使用しないで供給される、請求項1〜39のいずれかに記載の方法。   40. The method of any of claims 1-39, wherein the first particle set and the second particle set are supplied without the use of a carrier fluid. 基板を処理する方法であって、
ドーパントを含む第1の粒子組と、研磨剤を含む第2の粒子組を、少なくとも1つの流体ジェットから実質的に同時に前記基板の表面に、前記基板の前記表面に前記ドーパントを含浸させるために供給するステップを含み、
前記ドーパントは、前記基板の前記表面で又はその上に腐食防止コーティング又は接着促進コーティングを形成するように、腐食防止種又は接着促進種を含む、方法。
A method of processing a substrate, comprising:
In order to impregnate the surface of the substrate with the first set of particles comprising a dopant and the second set of particles comprising an abrasive material from at least one fluid jet substantially simultaneously on the surface of the substrate. Including the step of providing,
The method, wherein the dopant comprises a corrosion-inhibiting or adhesion-promoting species so as to form a corrosion-inhibiting coating or adhesion-promoting coating on or on the surface of the substrate.
腐食防止化成コーティングを有する金属基板を含む物品であって、前記化成コーティングは、前記金属基板の前記表面に含浸している腐食防止種の粒子を含む、物品。   An article comprising a metal substrate having a corrosion-inhibiting conversion coating, wherein the conversion coating comprises particles of corrosion-inhibiting species impregnated on the surface of the metal substrate. 前記腐食防止種は、前記基板に化学的に結合されている、請求項42に記載の物品。   43. The article of claim 42, wherein the corrosion-inhibiting species is chemically bonded to the substrate. 機械的に結合されている腐食防止コーティングを有する金属基板を含む物品であって、前記機械的に結合されているコーティングは、前記金属基板の前記表面に含浸している腐食防止種の粒子を含む、物品。   An article comprising a metal substrate having a corrosion-resistant coating that is mechanically bonded, wherein the mechanically-bonded coating includes particles of corrosion-inhibiting species impregnated on the surface of the metal substrate. , Goods. 前記腐食防止種のラミネート層を有さない、請求項42〜44のいずれかに記載の物品。   45. An article according to any of claims 42 to 44, wherein the article does not have a laminate layer of the corrosion-inhibiting species. 前記腐食防止コーティングは第1の層を形成し、前記物品は、前記第1の層に配置された第2の層をさらに含む、請求項42〜45のいずれかに記載の物品。   46. The article of any of claims 42-45, wherein the corrosion protection coating forms a first layer, and the article further comprises a second layer disposed on the first layer. 前記第1の層は、前記第2の層の接着性を向上させるためのプライマーとして機能する、請求項46に記載の物品。   47. The article of claim 46, wherein the first layer functions as a primer for improving the adhesion of the second layer. 前記第2の層は、スクラッチ防止層である、請求項46または47に記載の物品。   48. The article of claim 46 or 47, wherein the second layer is an anti-scratch layer. 前記第2の層は、追加の腐食防止層である、請求項46〜48のいずれかに記載の物品。   49. An article according to any of claims 46 to 48, wherein the second layer is an additional corrosion protection layer. 前記腐食防止種は、クロム酸塩、リン酸塩、ポリマー、酸化物、又は窒化物を含む、請求項42〜49のいずれかに記載の物品。   50. The article of any of claims 42-49, wherein the corrosion-inhibiting species comprises chromate, phosphate, polymer, oxide, or nitride. 前記腐食防止種は、遷移金属リン酸塩を含む、請求項50に記載の物品。   51. The article of claim 50, wherein the corrosion inhibiting species comprises a transition metal phosphate. 前記腐食防止種は、リン酸鉄、リン酸マンガン、又はリン酸亜鉛、もしくはその組み合わせを含む、請求項51に記載の物品。   52. The article of claim 51, wherein the corrosion-inhibiting species comprises iron phosphate, manganese phosphate, or zinc phosphate, or a combination thereof. 前記腐食防止種は、酸化セリウムを含む、請求項50に記載の物品。   51. The article of claim 50, wherein the corrosion-inhibiting species comprises cerium oxide. 上に接着促進コーティングを有する基板を含む物品であって、前記接着促進コーティングは、前記基板の表面に含浸している接着促進種の粒子を含む、物品。   An article comprising a substrate having an adhesion promoting coating thereon, wherein the adhesion promoting coating comprises particles of adhesion promoting species impregnated on a surface of the substrate. 前記接着促進種は、前記基板に化学的に結合されている、請求項54に記載の物品。   55. The article of claim 54, wherein the adhesion promoting species is chemically bonded to the substrate. 前記接着促進種は、前記基板に機械的に結合されている、請求項54に記載の物品。   55. The article of claim 54, wherein the adhesion promoting species is mechanically coupled to the substrate. 前記接着促進種のラミネート層を有さない、請求項54〜56のいずれかに記載の物品。   57. The article according to any of claims 54 to 56, wherein the article does not have a laminate layer of the adhesion promoting species. 前記接着促進コーティングは、前記基板の上のプライマー層として機能する、請求項54〜57のいずれかに記載の物品。   58. The article of any of claims 54 to 57, wherein the adhesion promoting coating functions as a primer layer on the substrate. 前記接着促進種は、PTFE等のフルオロポリマー、テフロン(Teflon)等のペルフルオロアルコキシ材料、ポリフッ化ビニリデン、ペルフルオロポリエーテル、ペルフルオロ化エラストマー、又はポリフッ化ビニルを含む、請求項58に記載の物品。   59. The article of claim 58, wherein the adhesion promoting species comprises a fluoropolymer such as PTFE, a perfluoroalkoxy material such as Teflon, polyvinylidene fluoride, perfluoropolyether, perfluorinated elastomer, or polyvinyl fluoride. 前記接着促進種は、シラン、シロキサン、アクリレート、エポキシ、水素結合したケイ素化合物、又はビニル、ペルオキシエステル、ペルオキシド、アセテート、若しくはカルボキシレートの官能基を1つ以上含む材料を含む、請求項58または59に記載の物品。   60. The adhesion promoting species comprises a silane, siloxane, acrylate, epoxy, hydrogen bonded silicon compound, or material comprising one or more vinyl, peroxyester, peroxide, acetate, or carboxylate functional groups. Articles described in 1. 前記プライマー層は第1の層を形成し、前記物品は、前記第1の層に配置された第2の層をさらに含む、請求項58〜60のいずれかに記載の物品。   61. The article of any of claims 58-60, wherein the primer layer forms a first layer, and the article further comprises a second layer disposed on the first layer. 前記第2の層は、スクラッチ防止層である、請求項61に記載の物品。   62. The article of claim 61, wherein the second layer is an anti-scratch layer. 前記第2の層は、腐食防止層である、請求項61に記載の物品。   62. The article of claim 61, wherein the second layer is a corrosion protection layer. 前記第2の層は、接着性層である、請求項61に記載の物品。   62. The article of claim 61, wherein the second layer is an adhesive layer. 前記第2の層は、固体の低摩擦層である、請求項61に記載の物品。   62. The article of claim 61, wherein the second layer is a solid low friction layer. 前記第2の層は、ノンスティック層である、請求項61に記載の物品。   62. The article of claim 61, wherein the second layer is a non-stick layer. 前記接着促進種は、シラン、シロキサン、アクリレート、エポキシ、水素結合したケイ素化合物、又はビニル、ペルオキシエステル、ペルオキシド、アセテート、若しくはカルボキシレートの官能基を1つ以上含む材料を含む、請求項54〜57のいずれかに記載の物品。   58. The adhesion promoting species comprises a silane, siloxane, acrylate, epoxy, hydrogen bonded silicon compound, or material comprising one or more vinyl, peroxyester, peroxide, acetate, or carboxylate functional groups. The article according to any one of the above. 前記基板は金属であり、前記金属基板の前記表面の微細構造は、加工硬化を示す、請求項42〜67のいずれかに記載の物品。   68. The article of any of claims 42 to 67, wherein the substrate is a metal and the microstructure of the surface of the metal substrate indicates work hardening. 前記基板の前記表面が内在する圧縮応力下にある、請求項42〜68のいずれかに記載の物品。   69. The article of any of claims 42 to 68, wherein the surface of the substrate is under an inherent compressive stress. 請求項1〜41のいずれかに記載の方法により生成される腐食防止コーティング又は接着促進コーティングを有する基板を含む物品。   42. An article comprising a substrate having a corrosion inhibiting coating or adhesion promoting coating produced by the method of any of claims 1-41. 管路の部分等の大規模工学要素、
風力タービンの要素、
土木工学構造、
外壁、
海洋要素、
自動車車両物品、
石油工業、若しくはガス工業の要素、又は
航空宇宙要素、の少なくとも一部である、請求項42〜70のいずれかに記載の物品。
Large-scale engineering elements such as pipe sections,
Wind turbine elements,
Civil engineering structure,
outer wall,
Marine elements,
Automobile vehicle goods,
71. An article according to any of claims 42 to 70, which is at least part of an element of the petroleum or gas industry, or an aerospace element.
実質的に添付図面の任意の組み合わせを参照して記載され、及びそれにより図示される基板を処理する方法。   A method of processing a substrate described and illustrated with reference to substantially any combination of the accompanying drawings. 実質的に添付図面の任意の組み合わせを参照して記載され、及びそれにより図示される、腐食防止コーティング又は接着促進コーティングを有する基板を含む物品。   An article comprising a substrate having a corrosion protection coating or adhesion promoting coating, described and illustrated with reference to substantially any combination of the accompanying drawings.
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