JP2020172703A - 腐食防止コーティングおよび基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】 低温硬化型腐食防止コーティングを提供する。【解決手段】 腐食防止コーティングは、ケイ酸塩マトリックスを含む基体であって、アルミニウム、アルミニウム合金またはこれらの組み合わせがケイ酸塩マトリックス内に存在する、基体と、モリブデン酸亜鉛、クエン酸セリウム、メタケイ酸マグネシウム、リン酸金属ケイ酸塩またはこれらの組み合わせを含む防止剤とを含み、腐食防止コーティングの硬化温度は、約２０℃〜約１９０℃、好ましくは約２０℃〜約１２０℃である。腐食防止コーティングによってコーティングされた基板も開示される。基板は、ピーニング済みの部品である。【選択図】図１
Description
例示的な実施形態は、腐食防止コーティングの技術に関し、より具体的には、航空機構成要素のための低硬化温度による防止コーティングに関する。
合金は、航空宇宙用途において腐食保護を必要とする。従来の犠牲的腐食防止コーティングは、腐食防止剤として六価クロム化合物添加剤を有するアルミニウム−セラミック塗料に基づいている。しかしながら、六価クロム含有化合物は、世界中の政府機関によって環境に有害であると考えられている。クロムフリー化合物はまた、十分な腐食防止特性に欠ける場合がある。
さらに、航空機構成要素のための冷間加工プロセス（例えば、ショットピーニング）では、高い硬化温度（例えば、約１９０℃以上）が用いられると、向上した機械的特性が構成要素に対して効果的に与えられない。しかしながら、航空機構成要素のための標準的な工業コーティング類、及びそれぞれの硬化温度としては、例えば、ＡＬＳＥＡＬ ５Ｋ（２６０℃〜３１５℃）、ＮＯＦメタルコーティング ＧＥＯＭＥＴ３２１（２８８℃〜３１５℃）、ＮＯＦメタルコーティング ＤＡＣＲＯＭＥＴ（２８８℃〜３１５℃）、及びＰｒａｘａｉｒ ＳｅｒｍｅＴｅｌ Ｗ（５４０℃〜５６０℃）が挙げられる。
したがって、冷間加工プロセスに適合し、低温で硬化可能であり、かつ従来の六価クロム含有化合物と比較して等しい、またはより良好な腐食防止特性を有するクロムフリーの腐食防止コーティングを開発する必要がある。
腐食防止コーティングが開示される。腐食防止コーティングは、ケイ酸塩マトリックスを含む基体であって、アルミニウム、アルミニウム合金またはこれらの組み合わせがケイ酸塩マトリックス内に存在する、基体と、モリブデン酸亜鉛、クエン酸セリウム、メタケイ酸マグネシウム、リン酸金属ケイ酸塩またはこれらの組み合わせを含む防止剤とを含み、腐食防止コーティングの硬化温度は、約２０℃〜約１９０℃、好ましくは約２０℃〜約１２０℃である。
腐食防止コーティングによってコーティングされた基板も開示される。
以下の説明は、決して限定とみなされるべきではない。添付図面を参照すると、同様の要素には同様に番号が付されている。
開示される装置及び方法の１つ以上の実施形態の詳細な説明が、図面を参照して、限定ではなく例示によって本明細書に提示される。
図１を参照すると、多層構造体１０は、基板１８上にコーティングされた腐食防止コーティング１２を含む。腐食防止コーティング１２は、基体１４上にコーティングされた防止剤１６を含むことができる。基体１４と防止剤１６とは、図１に示すように２つの異なる層とすることができる。図２の多層構造体１０を参照すると、防止剤１６を基体１４内に混合して、腐食防止コーティング１２を単層として形成することができる。腐食防止コーティング１２は、基板１８上にコーティングすることができる。
腐食防止コーティング１２は、従来の六価クロム含有化合物と比較して等しい、またはより良好な腐食防止特性を有する、例えば、クロメートフリーの腐食防止コーティングといった、クロムフリーの腐食防止コーティングとすることができる。腐食防止コーティング１２は、広範な用途、環境及び温度で機能することができる。腐食防止コーティング１２は、環境に配慮されてもいる。腐食防止コーティング１２により、金属の腐食を防止し、それによって基板１８の寿命を延ばすことができる。
図１に示すように、例えば、腐食防止コーティング１２は、マトリックス及びマトリックス内の金属を含む基体１４を含むことができる。本明細書に開示されるコーティングでは、基体は、ケイ酸塩マトリックスを含むことができ、このケイ酸塩マトリックス内には、アルミニウム、アルミニウム合金またはこれらの組み合わせが存在する。例えば、ケイ酸塩マトリックスは、低硬化温度（例えば、約１９０℃未満）を有するケイ酸塩を含むことができる。例えば、ケイ酸塩マトリックスは、例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸エチル、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウムまたはこれらの組み合わせといった、アルカリ金属ケイ酸塩を含むことができる。ケイ酸塩マトリックス内に存在するアルミニウム合金は、例えば、アルミニウム−亜鉛、アルミニウム−亜鉛−インジウムまたはこれらの組み合わせを含むことができる。
腐食防止コーティング１２は、防止剤１６をも含むことができる。例えば、防止剤１６は、モリブデン酸亜鉛（ＺｎＭｏＯ4）、例えば、三価のクエン酸セリウム（Ｃ6Ｈ5ＣｅＯ7）といったクエン酸セリウム、メタケイ酸マグネシウム（ＭｇＯ3Ｓｉ）、及びリン酸金属ケイ酸塩を含むことができる。防止剤１６は、粉末の形をとることができる。
腐食防止コーティング１２は、体積で約１％〜約９９％の基体１４及び体積で約１％〜約９９％の防止剤１６を含むことができる。例えば、腐食防止コーティング１２は、体積で約７０％〜約９５％の基体１４及び体積で約５％〜約３０％の防止剤１６を含むことができる。腐食防止コーティング１２は、体積で約８５％〜約９５％の基体１４及び体積で約５％〜約１５％の防止剤１６を含むことができる。腐食防止コーティング１２は、体積で約５０％以下の防止剤１６を含むことができる。例えば、腐食防止コーティング１２は、体積で約１０％以下の防止剤１６を含むことができる。
防止剤１６は、重量で約０％〜約１００％のモリブデン酸亜鉛、重量で約０％〜約１００％の、例えば、三価のクエン酸セリウムといったクエン酸セリウム、重量で約０％〜約１００％のメタケイ酸マグネシウム、及び重量で約０％〜約１００％のリン酸金属ケイ酸塩を含むことができる。例えば、防止剤１６は、重量で約１％〜約５０％のモリブデン酸亜鉛、重量で約１％〜約５０％の、例えば、三価のクエン酸セリウムといったクエン酸セリウム、重量で約１％〜約５０％のメタケイ酸マグネシウム、及び重量で約１％〜約５０％のリン酸金属ケイ酸塩を含むことができる。例えば、防止剤１６は、重量で約２５％のモリブデン酸亜鉛、重量で約２５％のクエン酸セリウム、重量で約２５％のメタケイ酸マグネシウム、及び重量で約２５％のリン酸金属ケイ酸塩を含むことができる。
防止剤１６は、重量で約１／３のモリブデン酸亜鉛、重量で約１／３のメタケイ酸マグネシウム、及び重量で約１／３のリン酸金属ケイ酸塩を含むことができる。防止剤１６は、重量で約５０％のモリブデン酸亜鉛、及び重量で約５０％の、例えば、三価のクエン酸セリウムといったクエン酸セリウムを含むことができる。防止剤１６は、４つの成分のみ、すなわち、モリブデン酸亜鉛、クエン酸セリウム、メタケイ酸マグネシウム及びリン酸金属ケイ酸塩からなることもできる。例えば、腐食防止コーティング１２は、０％のメタケイ酸マグネシウムを含むことができる。腐食防止コーティング１２は、０％のクロムを含むこともできる。
防止剤１６のリン酸金属ケイ酸塩は、リン酸アルミニウムケイ酸塩、リン酸亜鉛ケイ酸塩、リン酸カルシウムケイ酸塩、リン酸ストロンチウムケイ酸塩またはこれらの組み合わせを含むことができる。
防止剤１６を基体１４内に混合して、例えば、図２に示すように単層１２を形成することができる。例えば、基体１４のマトリックスは、防止剤１６のためのマトリックスとして機能することができる。基体１４と防止剤１６とを混合しないで、例えば、図１に示すように２つの異なる層を形成することもできる。基体１４と防止剤１６とが２つの異なる層を形成する場合、防止剤１６は、基体１４上にコーティングすることができ、したがって、基体１４に比べて基板１８からより遠くなる。
基体１４と防止剤１６とが２つの異なる層を形成する場合、防止剤１６は、第２のマトリックスを更に含むことができる。例えば、防止剤１６は、第２のマトリックス内に混合された、体積で約０％〜約５０％のモリブデン酸亜鉛、体積で約０％〜約５０％の、例えば、三価のクエン酸セリウムといったクエン酸セリウム、体積で約０％〜約５０％のメタケイ酸マグネシウム、及び体積で約０％〜約５０％のリン酸金属ケイ酸塩を含むことができる。例えば、第２のマトリックスは、防止剤１６の体積で約５０％以上とすることができる。例えば、第２のマトリックスは、ケイ酸塩、エポキシ、セラミックまたはこれらの組み合わせを含むことができる。例えば、好適なセラミックとしては、アルミナ、ベリリア、セリア、ジルコニア、炭化物、ホウ化物、窒化物及びケイ化物を挙げることができる。
腐食防止コーティング１２の硬化温度は、用いられる特定のマトリックスに応じて変化する。例えば、硬化温度は、ケイ酸塩マトリックス、エポキシマトリックス及びセラミックマトリックスについて異なり得る。硬化期間も、硬化温度と共に変化し得る。例えば、より高い硬化温度が用いられる場合、より短い硬化時間が必要とされる。
防止剤１６を基体１４内に混合して単層を形成する場合、腐食防止コーティング１２は、用いられるマトリックスに対応した、単一の温度で硬化させることができる。基体１４と防止剤１６とが２つの異なる層を形成する場合、各層について用いられるマトリックスに対応した、２つの異なる硬化温度を用いることができる。例えば、基体１４は、第１の温度で硬化させた後、防止剤１６を添加し、第２の温度で硬化させることができる。例えば、腐食防止コーティングの硬化温度は、約２０℃〜約１９０℃、例えば、約２０℃〜約１２０℃、例えば、約２０℃〜約１００℃とすることができる。
腐食防止コーティング１２は、基板１８上にコーティングすることができる。この基板は、ピーニング済みの部品である。ショットピーニングは、圧縮残留応力層を生成し、金属及び複合物の機械的特性を改変するために用いられる冷間加工プロセスのことを指し得る。これは、塑性変形を生じさせるのに十分な力を伴うショット（例えば、丸い金属粒子、ガラス粒子またはセラミック粒子）によって表面に衝撃を与えることを伴い得る。表面のピーニングにより、表面が塑性的に広がり、結果として、その表面の機械的特性が変化し得る。これにより、表面からの微細な亀裂の伝播を回避することができる。このような亀裂は、圧縮応力下にある材料内では伝播しない。ショットピーニングは、表面内にこのような応力を生じさせることができる。
基板１８は、鋼、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、これらの金属の合金、またはこれらの組み合わせを含むことができる。例えば、基板１８は、これらの金属の合金を含むことができる。腐食防止コーティング１２は、広範な用途及び環境温度で機能することができる。例えば、基板１８は、航空機構成要素とすることができる。例えば、航空機構成要素は、プロペラブレード、プロペラシャンク、プロペラハブ、プロペラバレル、プロペラチューリップ、着陸ギア構成要素、エンジンギア、エンジンディスク、例えば、エンジンシャフトといったシャフト、支柱、または平衡錘とすることができる。
したがって、本開示は、冷間加工プロセスに適合し、低温で硬化可能であり、かつ従来の六価クロム含有化合物と比較して等しい、またはより良好な腐食防止特性を有するクロムフリーの腐食防止コーティングを提供する。
「約」という用語は、出願時に利用可能である器具に基づいた特定の量の測定に関連する誤差の程度を含むように意図される。
本明細書で用いられる専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定することを意図しない。本明細書で用いられる場合、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈において特に明確に指示されない限り、複数形も含むように意図される。用語「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「〜を備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で用いられるとき、述べられる特徴、整数、ステップ、動作、要素及び／または構成要素の存在を指定するが（「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ（ｓ） ｏｆ）」、「〜からなっている（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」、「本質的に〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ（ｓ） ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」、及び「本質的に〜からなっている（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」を包含する）、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素及び／またはそれらのグループの存在または追加を必ずしも排除しないことがさらに理解されよう。
本開示は、例示的な１つの実施形態または複数の実施形態を参照して説明されてきたが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされてもよく、本開示の要素が均等物に置き換えられてもよいことが当業者によって理解されるであろう。加えて、本開示の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本開示の教示に適合させるために多くの修正がなされてもよい。したがって、本開示は、本開示を実施するために企図されたベストモードとして開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、本開示は、特許請求の範囲内に含まれる全ての実施形態を含むことが意図される。
Claims (15)
- 腐食防止コーティングであって、
ケイ酸塩マトリックスを含む基体であって、アルミニウム、アルミニウム合金またはこれらの組み合わせが前記ケイ酸塩マトリックス内に存在する、前記基体と、
防止剤であって、
モリブデン酸亜鉛、
クエン酸セリウム、
メタケイ酸マグネシウム、
リン酸金属ケイ酸塩またはこれらの組み合わせを含む前記防止剤とを含み、
前記腐食防止コーティングの硬化温度が約２０℃〜約１９０℃、好ましくは約２０℃〜約１２０℃である、腐食防止コーティング。 - 前記腐食防止コーティングが、
体積で約７０％〜約９５％の基体と、
体積で約５％〜約３０％の防止剤とを含む、請求項１に記載の腐食防止コーティング。 - 前記腐食防止コーティングが体積で約１０％以下の防止剤を含む、請求項１または２に記載の腐食防止コーティング。
- 前記防止剤が、
モリブデン酸亜鉛、
クエン酸セリウム、
メタケイ酸マグネシウム、
リン酸金属ケイ酸塩またはこれらの組み合わせからなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の腐食防止コーティング。 - 前記ケイ酸塩マトリックスが、アルカリ金属ケイ酸塩、好ましくは、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸エチル、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウムまたはこれらの組み合わせを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の腐食防止コーティング。
- 前記防止剤が、
重量で約１％〜約５０％、好ましくは約２５％のモリブデン酸亜鉛と、
重量で約１％〜約５０％、好ましくは約２５％のクエン酸セリウムと、
重量で約１％〜約５０％、好ましくは約２５％のメタケイ酸マグネシウムと、
重量で約１％〜約５０％、好ましくは約２５％のリン酸金属ケイ酸塩とを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の腐食防止コーティング。 - 前記腐食防止コーティングが、０％のクロム、０％のメタケイ酸マグネシウムまたはこれらの組み合わせを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の腐食防止コーティング。
- 前記アルミニウム合金が、アルミニウム−亜鉛、アルミニウム−亜鉛−インジウムまたはこれらの組み合わせを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の腐食防止コーティング。
- 前記防止剤が前記基体内に混合されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の腐食防止コーティング。
- 前記基体と前記防止剤とが２つの異なる層である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の腐食防止コーティング。
- 前記防止剤が前記基体上にコーティングされている、請求項１０に記載の腐食防止コーティング。
- 第２のマトリックスを更に含み、前記防止剤が前記第２のマトリックス内に混合されている、請求項１０または請求項１１に記載の腐食防止コーティング。
- 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の腐食防止コーティングによってコーティングされた基板であって、前記基板がピーニング済みの部品である、基板。
- 前記基板が、鋼、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、鋼合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、マグネシウム合金またはこれらの組み合わせを含む、請求項１３に記載の基板。
- 前記基板が、航空機構成要素であり、好ましくは、前記航空機構成要素が、プロペラブレード、プロペラシャンク、プロペラハブ、プロペラバレル、プロペラチューリップ、着陸ギア構成要素、エンジンギア、エンジンディスク、シャフト、支柱または平衡錘である、請求項１３または請求項１４に記載の基板。
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