JP5016493B2 - アルミニウムおよび/またはチタンをセラミック酸化物で陽極被覆する製造品およびプロセス - Google Patents
アルミニウムおよび/またはチタンをセラミック酸化物で陽極被覆する製造品およびプロセス Download PDFInfo
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Description
a)水可溶性および/または水分散性リン酸および/または塩、好ましくはオキシ塩(陽極酸化溶液中のリン濃度は、少なくとも0.01M、好ましい実施形態では、0.25M以下である);
b)Ti、Zr、Hf、Sn、Al、GeおよびBからなる群から選択される元素の水可溶性および/または水分散性フッ化物錯体;
c)水可溶性および/または水分散性ジルコニウムオキシ塩;
d)水可溶性および/または水分散性バナジウムオキシ塩;
e)水可溶性および/または水分散性チタンオキシ塩;
f)水可溶性および/または水分散性アルカリ金属フッ化物;
g)水可溶性および/または水分散性ニオブ塩;
h)水可溶性および/または水分散性モリブデン塩;
i)水可溶性および/または水分散性マンガン塩;
j)水可溶性および/または水分散性タングステン塩;
k)水可溶性および/または水分散性アルカリ金属水酸化物;からなる群から選択される1つまたは複数の成分を含む。
特許請求の範囲および実施例を除いて、または明確に示されている場合を除いて、材料の量または反応および/または使用の条件を示す本明細書におけるすべての数値量は、本発明の範囲の説明において「約」という単語によって修飾されるものとして理解されたい。しかしながら、指定される数値限界内の実施が一般に好ましい。さらに、明細書全体を通して、それと反対に特に指定がない限り:パーセント、「部」、および比の値は重量または質量による;本発明と関連して所定の目的に適している、または好ましい材料のグループまたは種類の説明は、そのグループまたは種類のメンバーのうちの2つ以上の混合物が等しく適している、または好ましいことを意味する;化学用語での成分の説明は、1つまたは複数の新たに添加された成分と、他の成分が添加される場合に組成物中に既に存在する1つまたは複数の成分との化学反応(1つまたは複数)による組成物内でのその場での生成の説明において指定されるいずれかの組み合わせへの添加時点での成分を意味する。イオン状態の成分の指定はさらに、全体としての組成物に、および組成物に添加される物質に対して電気的中性を生成するのに十分な対イオンが存在することを意味する。このように暗に指定される対イオンは好ましくは、可能な限り、イオン状態で明確に指定される他の成分の中から選択される;そうでなければ、かかる対イオンは、発明の目的に悪影響を及ぼす対イオンを避けることを除いては、自由に選択される;「塗装」という用語およびその文法的な変形形態は、例えば、ラッカー、電着塗装、セラック、磁器エナメル、トップコート、ベースコート、カラーコート等としても知られる、より特殊な種類の保護外部被膜を含む;「モル」という単語は「グラムモル」を意味し、その単語自体およびその文法的な変形形態のすべてが、化学種が、イオン性、中性、不安定性、または仮定的であるか、実際には明確な分子を有する安定な中性物質であるかに関係なく、それに存在する原子の種類および数すべてによって定義されるあらゆる化学種に使用される;「溶液」、「可溶性」、「均質」等の用語は、真に平衡な溶液または均質性だけでなく、分散液も含むものとして理解されたい。
HpTqFrOs(I)
(式中、p、q、r、およびsはそれぞれ、負ではない整数を表し;Tは、Ti、Zr、Hf、Sn、Al、Ge、およびBからなる群から選択される化学原子記号を表し;rは、少なくとも1であり;qは、少なくとも1であり;TがBを示さない限り、(r+s)は少なくとも6である)
を有する分子を有する物質である。H原子のうちの1つまたは複数は、アンモニウム、金属、アルカリ土類金属またはアルカリ金属陽イオンなどの適切な陽イオンによって置換される(例えば、フッ化物錯体は、かかる塩が水可溶性または水分散性であるという条件で塩の形をとり得る)。
H2TiF6 0.05〜10重量%
H3PO4 0.1〜0.6重量%
水 100%までの不足分
を用いて調製される。pHは、アンモニア、アミンまたは他の塩基を使用して2〜6の範囲に調整される。
本発明に従って陽極処理にかける前に、アルミニウム含有金属物品を洗浄および/または脱脂段階にかけることが好ましい。例えば、PARCO洗浄剤305(the Henkel Surface Technologies division of Henkel Corporation,Madison Heights,Michiganの製品)の希釈溶液などのアルカリ性洗浄剤にさらすことによって、物品は化学的に脱脂される。洗浄した後、物品を水ですすぐことが好ましい。次いで、所望の場合には、洗浄に続いて、Henkel社から市販のSC592または他の脱酸溶液などの酸性脱酸素剤/スマット除去剤でエッチングし、続いて陽極酸化前にさらにすすぎを行う。かかる陽極酸化前処理は当技術分野でよく知られている。
調理器具の平鍋形のアルミニウム合金基材が実施例1の試験物品であった。どちらもHenkel社から市販されている、アルカリ性洗浄剤であるPARCO洗浄剤305、およびAluminium Etchant34などのアルカリ性エッチ洗浄剤の希釈溶液中で物品を洗浄した。次いで、Henkel社から市販の鉄ベースの酸性脱酸素剤であるSC592中でアルミニウム合金をスマット除去した。
H2TiF6 12.0g/L
H3PO4 3.0g/L
を使用して調製された陽極酸化溶液を用いて、アルミニウム合金物品を被覆した。
400seriesアルミニウム合金の試験パネルを実施例1の手順に従って処理した。裸金属に到達するまで試験パネルにけがき線を入れ、以下の試験:ASTMB−117−03による塩水噴霧試験に1000時間かけた。試験パネルは、けがき線に沿って腐食の徴候を示さなかった。図1を参照。
実施例3
保護被膜を持たないアルミニウム合金ホイールの部分が、実施例3の試験物品であった。陽極酸化処理が以下のとおりであったことを除いては、試験物品を実施例1と同様に処理した。
H2TiF6(60%) 20.0g/L
H3PO4 4.0g/L
を使用して調製された陽極酸化溶液を用いて、アルミニウム合金物品を被覆した。
アルミニウム合金試験パネルを実施例1と同様に処理した。それもまた浸されたチタン合金クランプを使用して、陽極酸化溶液中に試験パネルを浸した。主にアルミニウムの試験パネルの表面上に、厚さ7ミクロンの均質なブルーグレーの被膜が形成された。主にチタンのクランプの表面上に厚さ7ミクロンの同様なブルーグレーの被膜が形成され、定性的エネルギー分散型分光法を用いて、試験パネルおよびクランプの両方を分析し、微量のリンと共に主にチタンおよび酸素の被膜を有することが判明した。
陽極酸化処理が以下のとおりであったことを除いては、実施例1の手順に従って6063アルミニウムのアルミニウム合金試験パネルを処理した。リン酸の代わりに亜リン酸を使用し、
H2TiF6(60%) 20.0g/L
H3PO3(70%) 8.0g/L
を含有する陽極酸化溶液を使用して、アルミニウム合金物品を被覆した。
Claims (44)
- アルミニウム、アルミニウム合金、チタンまたはチタン合金物品の表面に保護被膜を形成する方法であって:
A)水と、リン含有酸および/または塩と、Ti、Zr、Hf、Sn、Al、Ge、Bおよびその混合物からなる群から選択される元素の
a)水可溶性フッ化物錯体、
b)水可溶性オキシフッ化物錯体、
c)水分散性フッ化物錯体、
d)水分散性オキシフッ化物錯体、からなる群から選択される1つまたは複数の更なる成分とで構成される陽極酸化溶液を提供する工程であって、前記リン含有酸および/または塩を、Pとして測定される濃度0.01〜0.25Mで存在させる工程;
B)前記陽極酸化溶液と接触して陰極を提供する工程;
C)前記陽極酸化溶液中に陽極として、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンまたはチタン合金物品を配置する工程;
D)物品の少なくとも1つの面上に保護被膜を形成するのに有効な時間、前記陽極酸化溶液を通して陽極と陰極の間に電流を流す工程であって、該電流を、300〜600ボルトのピーク電圧を有するパルス直流電流又は200〜600ボルトの非パルス直流電流とする工程を含む方法。 - アルミニウムまたはチタンで主に構成される金属物品の表面に保護被膜を形成する方法であって:
A)水と、リン含有オキシ酸および/または塩と、Ti、Zr、およびその組み合わせからなる群から選択される元素の水可溶性フッ化物錯体および/またはオキシフッ化物錯体とで構成される陽極酸化溶液を提供する工程;
B)前記陽極酸化溶液と接触して陰極を提供する工程;
C)前記陽極酸化溶液中に陽極として、アルミニウムまたはチタンで主に構成される金属物品を配置する工程;
D)金属物品の少なくとも1つの面上に、Tiおよび/またはZrの酸化物を含む保護被膜を形成するのに有効な時間、陽極と陰極の間に直流または交流を流す工程を含む方法。 - チタン、チタン合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成される少なくとも1つの金属面を有する物品上に保護被膜を形成する方法であって:
A)陽極酸化溶液を提供する工程であって、前記陽極酸化溶液が、Ti、Zr、Hf、Sn、Ge、Bおよびその組み合わせからなる群から選択される元素の水可溶性フッ化物錯体および/またはオキシフッ化物錯体と、リンを含有する酸および/または塩とを水に溶解することによって調製され、前記リン含有酸および/または塩を、Pとして測定される濃度0.01〜0.25Mで存在させる工程;
B)前記陽極酸化溶液と接触して陰極を提供する工程;
C)前記陽極酸化溶液中に陽極として、チタン、チタン合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成される前記金属面を配置する工程;
D)物品の前記金属面上に、保護被膜を形成するのに有効な時間、陽極と陰極の間に電流を流す工程であって、該電流を、300〜600ボルトのピーク電圧を有するパルス直流電流又は200〜600ボルトの非パルス直流電流とする工程を含む方法。 - 前記物品が主に、チタンを含む請求項1に記載の方法。
- 前記物品が主に、アルミニウムを含み、かつ前記保護被膜が主に二酸化チタンである請求項1に記載の方法。
- 前記保護被膜が主に、Ti、Zr、Hf、Sn、Geおよび/またはBの酸化物を含む請求項1又は3に記載の方法。
- 前記保護被膜が、二酸化チタンで主に構成される請求項1に記載の方法。
- 前記電流が、平均電圧200ボルト以下を有する直流である請求項1に記載の方法。
- 工程(D)中に、前記保護被膜が、厚さ少なくとも1ミクロン/分の速度で形成される請求項1に記載の方法。
- 前記陽極酸化溶液が、水と、リン含有酸と、Tiおよび/またはZrの水可溶性および/または水分散性フッ化物錯体とを含む請求項1に記載の方法。
- 前記陽極酸化溶液が、pH1〜6を有する請求項1に記載の方法。
- 前記陽極酸化溶液が、H2TiF6、H2ZrF6、H2HfF6、H2GeF6、H2SnF6、H3AlF6、HBF4およびその塩およびその混合物からなる群から選択されるフッ化物錯
体を使用して調製される請求項1に記載の方法。 - 前記陽極酸化溶液がさらに、HFまたはその塩で構成される請求項12に記載の方法。
- 前記陽極酸化溶液がさらに、キレート剤で構成される請求項1〜3のいずれか1つに記載の方法。
- 前記陽極酸化溶液が、少なくとも4個のフッ素原子と、Ti、Zr、およびその組み合わせからなる群から選択される少なくとも1個の原子と、を含む陰イオンを含むフッ化物錯体を使用して調製される請求項2に記載の方法。
- 前記陽極酸化溶液が、H2TiF6、H2ZrF6、およびその塩およびその混合物からなる群から選択されるフッ化物錯体を使用して調製される請求項2に記載の方法。
- 前記フッ化物錯体が、少なくとも0.01Mの濃度で陽極酸化溶液中に導入される請求項2に記載の方法。
- 前記直流が、平均電圧250ボルト以下を有する請求項2に記載の方法。
- 前記陽極酸化溶液が、TiおよびZrからなる群から選択される少なくとも1つの元素の少なくとも1種類のフッ化物錯体と、Ti、Zr、Hf、Sn、B、AlおよびGeからなる群から選択される少なくとも1つの元素の酸化物、水酸化物、炭酸塩またはアルコキシドである少なくとも1種類の化合物と、を合わせることによって調製される、少なくとも1種類のオキシフッ化物錯体で構成される請求項2に記載の方法。
- 前記陽極酸化溶液が、pH2〜6を有する請求項2に記載の方法。
- 前記陽極酸化溶液のpHが、アンモニア、アミン、アルカリ金属水酸化物またはその混合物を使用して調整される請求項3に記載の方法。
- Ti、Zr、Si、Hf、Sn、B、AlおよびGeからなる群から選択される少なくとも1つの元素の酸化物、水酸化物、炭酸塩またはアルコキシドである、少なくとも1種類の化合物をさらに使用して、前記陽極酸化溶液が調製される請求項3に記載の方法。
- H2TiF6、H2TiF6の塩、H2ZrF6、およびH2ZrF6の塩のうちの1つまたは複数を使用して、陽極酸化溶液が調製される請求項3に記載の方法。
- 塩基性炭酸ジルコニウムを使用して、陽極酸化溶液が調製される、請求項22に記載の方法。
- 前記の1種または複数種の水可溶性フッ化物錯体がチタンのフッ化物錯体であり、かつ前記電流が直流である請求項3に記載の方法。
- a)アルミニウムおよび/またはチタンを含有する少なくとも1つの面を有する基材;
b)前記の少なくとも1つの面に結合された、Ti、Zr、Hf、Ge、Bおよびその混合物からなる群から選択される元素の少なくとも1種類の酸化物を主に含有する付着性保護層;を含む製造物品であって、
前記付着性保護層は、さらに、Pとして測定される10%未満の量でリンを含有し、かつ少なくとも300ボルトのピーク電圧で陽極酸化によって形成され、基材に到達するまでけがき線が入れられた状態でSTMB−117−03による塩水噴霧試験1000時間の腐食耐性を有する製造物品。 - 前記付着性保護層が、二酸化チタンで主に構成される請求項26に記載の物品。
- 前記付着性保護層が、二酸化チタンおよび酸化ジルコニウムの混合物で構成される請求項26に記載の物品。
- 前記付着性保護層上に付着された塗装の層をさらに含む請求項26に記載の物品。
- 前記製造物品が、アルミニウムで主に構成される自動車ホイールである請求項26に記載の物品。
- 前記付着性保護層が、二酸化ジルコニウムで主に構成される請求項30に記載の物品。
- 保護層上に付着された、少なくとも1つの塗料の層をさらに含む請求項30に記載の物品。
- 前記の少なくとも1つの塗料の層が、クリアコートを含む請求項32に記載の物品。
- 前記製造物品が、チタンで主に構成される請求項26に記載の物品。
- 前記製造物品が、アルミニウムで主に構成される第1部分と、チタンで主に構成される第2部分とを有する複合構造物である請求項27に記載の物品。
- アルミニウムおよび/またはチタンを含有する少なくとも1つも面を有する物品上に保護被膜を形成する方法であって:
A)水と、リン含有酸および/または塩と、
a)Ti、Zr、Hf、Sn、Al、GeおよびBからなる群から選択される元素の水可溶性および/または水分散性フッ化物錯体;
b)水可溶性および/または水分散性ジルコニウムオキシ塩;
c)水可溶性および/または水分散性バナジウムオキシ塩;
d)水可溶性および/または水分散性チタンオキシ塩;
e)水可溶性および/または水分散性ニオブ塩;
f)水可溶性および/または水分散性モリブデン塩;
g)水可溶性および/または水分散性マンガン塩;
h)水可溶性および/または水分散性タングステン塩;からなる群から選択される1種または複数種の更なる成分とで構成される陽極酸化溶液を提供する工程であって、前記リン含有酸および/または塩を、Pとして測定される濃度0.01〜0.25Mで存在させる工程;
B)前記陽極酸化溶液と接触して陰極を提供する工程;
C)前記陽極酸化溶液中に陽極として、アルミニウムおよび/またはチタンを含有する少なくとも1つの面を有する物品を配置する工程;
D)物品の少なくとも1つの面上に保護被膜を形成するのに有効な時間、前記陽極酸化溶液を通して陽極と陰極の間に電流を流す工程であって、該電流を、300〜600ボルトのピーク電圧を有するパルス直流電流又は200〜600ボルトの非パルス直流電流とする工程を含む方法。 - 前記pHが2〜6であり、かつ前記陽極酸化溶液がさらに、水可溶性および/または水分散性アルカリ金属フッ化物および/または水酸化物を含む請求項36に記載の方法。
- 前記陽極酸化溶液が、
Ti及び/又はZrの水可溶性および/または水分散性フッ化物錯体及び
Ti、Zr、Si、Hf、Sn、B、AlおよびGeからなる群から選択される少なくとも1つの元素の酸化物、水酸化物、炭酸塩またはアルコキシドである少なくとも1種類の化合物を含む請求項36に記載の方法。 - 前記陽極酸化溶液が、
Ti、Zr、Hf、Sn、Al、GeおよびBからなる群から選択される元素のフッ化物錯体及び
ジルコニウムオキシ塩、バナジウムオキシ塩、チタンオキシ塩、ニオブ塩、モリブデン塩、マンガン塩及び/又はタングステン塩からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項36の方法。 - 前記保護被膜が、さらに、その中に付着されたニオブ、モリブデン、マンガン及び/又はタングステンをさらに含有する酸化ジルコニウム及び/又は酸化チタンのセラミックフィルムを含む請求項39の方法。
- 前記1以上の追加成分が、
Ti、Zr、Sn、Al、Ge及びBからなる群から選択される少なくとも1つの元素の水可溶性および/または水分散性フッ化物錯体を含む
前記保護被膜が、Ti、Zr、Hf、Sn、Ge及び/又はBの酸化物を主に含む請求項36に記載の方法。 - 物品が主にAlを含有し、
前記1以上の追加成分が、
Tiの水可溶性および/または水分散性フッ化物錯体を含み、
前記保護被膜が、酸化チタンを含む請求項36に記載の方法。 - 前記保護被膜が、酸化ジルコニウム及び/又は酸化チタンのセラミックフィルムを含み、該セラミックフィルムは、さらにニオブ、モリブデン、マンガン及び/又はタングステンの共付着物を含む請求項41の方法。
- 前記物品が自動車のホイールである請求項1〜25及び36〜43のいずれか1項に記載の方法。
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