JP5060964B2 - 金属基質の保護コーティング用組成物及び方法 - Google Patents
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Description
本発明はアメリカ合衆国政府の職員によってなされたものであり、それはアメリカ合衆国政府によって、政府目的で製造又は使用され、その製品又はその使用のためのいかなるロイヤリティの支払いも発生しない。
本特許出願は、同時係属中の特許出願第NC−96,343(出願日:2005年4月21日)の一部継続出願である。
本発明は様々な金属基質上の保護コーティングを調製するための組成物、及び前記組成物の使用方法に関する。該方法は、少なくとも1つの三価のクロム化合物、少なくとも1つのフルオロジルコニウム酸塩、少なくとも1つのカルボン酸化合物及び/又はポリヒドロキシ化合物、少なくとも1つの腐食防止剤及び任意に有効量のフルオロ金属化合物(例えばフルオロチタン酸、フルオロタンタル酸塩、フルオロホウ酸塩、フルオロケイ酸塩)、二価の亜鉛化合物、界面活性剤、湿潤剤及び/又は増粘剤を含む有効量の酸性水溶液を用いた金属基質の処理を含んでなる。本発明は具体的には、安定な酸性水溶液、及び陽極酸化アルミニウムなどのプレコーティングされた金属基質をはじめとする様々な金属基質を処理して、金属基質の接着結合性及び腐食防止特性を改良する方法に関する。該方法は、有効量の、少なくとも1つの水溶性三価のクロム塩、少なくとも1つの水溶性ヘキサフルオロジルコン酸塩、少なくとも1つの水溶性ポリ又はモノカルボン酸化合物及び/又はポリヒドロキシ化合物、並びに少なくとも1つの水溶性ピッチング防止又は腐食防止剤を含む安定な酸性水溶液で金属基質を処理することを含んでなる。更に、酸性溶液の色調及び安定性を改善するために、少量ではあるが有効量で添加してもよい化合物としては、少なくとも1つの水溶性ヘキサ若しくはテトラフルオロ金属化合物、二価の亜鉛塩及び有効量の水溶性増粘剤及び/又は水溶性界面活性剤が挙げられる。
その結果、これらのコーティング処理に用いる溶液及びコーティング物それ自体が有毒である。しかし六価クロムの膜又はコーティングにより顕著な塗料との粘着性、良好な耐食性、低い電気抵抗が付与され、それは浸漬、スプレー又は塗付技術によって容易に適用できる。しかしながら、環境法、行政庁からの命令及び地方の職業、安全性及び健康に関する規則(OSH)の存在により、軍事的及び商業的ユーザーはその代替技術の探索を余儀なくされている。更に、規則が厳しくなるにつれて六価クロムコーティングの使用は次第に高価となり、また環境保護庁及びOSHAにより将来課されるPEL規制によって経費が増加する。更に、クロム酸溶液のスプレーのような特定の手法はOSHによる取締りのために若干の施設では禁止されており、それにより最適でない代替的な溶液の使用を強いられている。以上をまとめると、六価クロム酸コーティングは技術的に優れているものの、ライフサイクル費用、環境及びOSHの観点から考慮すると、変形例の提供が大変望ましい。以上の背景より、環境及び健康面での課題を有さない、六価クロム酸コーティングと技術的に同等か又は優れた、金属の表面処理に関する代替法の開発が現在行われている。
1Lの脱イオン水に、4.0gのカリウムヘキサフルオロジルコン酸塩、3.0gのクロミウム(III)硫酸塩(塩基)、0.12gのテトラフルオロホウ酸カリウム及び0.25gのベンゾトリアゾールを添加した。全ての化合物が溶解するまで溶液を撹拌した。pHが3.70に達するまで常温(21.1℃〜26.7℃)で静置した。
1Lの脱イオン水に、4.0gのカリウムヘキサフルオロジルコン酸塩、3.0gのクロミウム(III)硫酸塩(塩基)、2.3g(0.025モル)のグリセロール及び0.25gのベンゾトリアゾールを添加した。全ての化合物が溶解するまで溶液を撹拌した。pHが3.55に達するまで常温(21.1℃〜26.7℃)で静置した。
脱イオン水1Lに、4.0gのカリウムヘキサフルオロジルコン酸塩及び3.0gのクロミウム(III)硫酸塩(塩基)を添加した。全ての化合物が溶解するまで溶液を撹拌した。希硫酸を用いて14日間pHを3.25〜3.50に維持し、水酸化カリウムで希釈し、最終pHを3.90に調整した。0.25gのベンゾトリアゾールを添加した。
実施例2と同様の溶液を調製した(但しベンゾトリアゾールを0.50gの2−メルカプトベンゾイミダゾールと置き換えた)。
実施例3と同様に溶液を調製した(但しベンゾトリアゾールに加えて0.25gの2−メルカプトベンゾイミダゾールを添加した)。
実施例1と同様に溶液を調製した(但しベンゾトリアゾールに加えて0.25gの2−メルカプトベンゾイミダゾール及び0.25gの2−メルカプトメンザゾールを添加した)。
実施例1、2及び3の組成物を用い、以下の手順でアルミニウム合金(2024−T3)パネルをコーティングした。該方法には、60℃で15分間、Turco425による5インチ×3インチ×0.030インチのパネル(2024−T3)のクリーニングを含めた。加温した水道水でカスケード式に逆流洗浄した。直後に試験片を5分間のTurcoSmut Goに浸漬した。常温の水道水でカスケード式に逆流洗浄した。直後にパネルを21.1〜26.7℃の実施例1、2及び3の組成物に5分間浸漬した。常温の水道水でカスケード式に逆流洗浄した。脱イオン水で最終洗浄した。パネルを空気乾燥し、一晩静置した。コーティング物を、試験に又は例えば(MIL−PRF−23377)エポキシプライマーなどの最終的な有機物コーティングによる次のコーティング工程に供した。
試験板を、実施例7で示す方法で洗浄し、コーティングし、更に垂直から6つの傾斜度で中性塩霧(ASTM B 117)した。塩霧の3週(21日)後におけるコーティング性能を図1から6に示す。対照コーティングとして、トリアゾール無添加の実施例1、2及び3の組成物を調製した。図1から6(写真)から明白なように、腐食防止剤の添加により、異なる組成を有するコーティングにおいて好適な耐食性を示す結果が得られた。
Claims (27)
- 金属の腐食保護及び接着結合を改善するための、陽極酸化アルミニウム及びリン酸塩コーティングの少なくとも1つで被覆された金属基質のコーティング方法であって、
金属基質をpH1.0〜5.5の酸性水溶液で処置することを含んでなり、
前記酸性水溶液が、溶液1Lあたり、
0.01〜100gの少なくとも1つの三価のクロム化合物、
0.01〜24gの少なくとも1つのフルオロジルコン酸塩、
0.001〜4.0gの、トリアゾール、ベンズイミダゾール、ベンズアゾール及びベンゾキサゾールからなる群から選択される少なくとも1つの水溶性腐食防止剤、
0.0〜100gの二価の亜鉛化合物、
0.0〜20gの界面活性剤、
0.0〜20gの増粘剤、
並びに0.001〜2.0モルの、グリセロールを含んだ安定化剤
を含んでなる方法。 - 前記金属基質がアルミニウム合金及び鉄合金の少なくとも1つである、請求項1記載の方法。
- 前記安定化剤がカルボン酸化合物を更に含み、前記カルボン酸化合物がヒドロキシ−カルボン酸化合物、蟻酸、プロピオン酸及びその水溶性塩の少なくとも1つである、請求項1記載の方法。
- 前記水溶性腐食防止剤がベンゾトリアゾールである、請求項1記載の方法。
- 前記ヒドロキシ−カルボン酸化合物がクエン酸、グルコン酸、グリコール酸及びその水溶性塩の少なくとも1つである、請求項3記載の方法。
- 前記酸性水溶液が前記カルボン酸化合物を1Lあたり0.001〜1.0モル含んでなり、前記水溶性腐食防止剤がトリアゾールである、請求項3記載の方法。
- 前記酸性水溶液がトリアゾールを1Lあたり0.025〜4.0g含んでなる、請求項1記載の方法。
- 前記水溶性腐食防止剤がベンゾトリアゾールとトリルトリアゾールの混合物である、請求項1記載の方法。
- 前記安定化剤が1分子あたり複数の官能性カルボキシル基を有するカルボン酸化合物を更に含む、請求項1記載の方法。
- 陽極酸化アルミニウム及びリン酸塩コーティングの少なくとも1つで被覆された金属基質の腐食保護及び接着結合を改善するための金属基質コーティング用組成物であって、
pH1.0〜5.5の酸性水溶液、
並びに、前記溶液1Lあたり、
0.01〜100gの少なくとも1つの三価のクロム化合物、
0.01〜24gの少なくとも1つのフルオロジルコン酸塩、
0.001〜4.0gの、トリアゾール、ベンズイミダゾール、ベンズアゾール、ベンゾキサゾール及びそれらの防止剤の混合物からなる群から選択される少なくとも1つの水溶性腐食防止剤、
0.0〜20gの二価の亜鉛化合物、
0.0〜20gの界面活性剤、
0.0〜20gの増粘剤、
並びに、0.001〜2.0モルの、グリセロールを含んだ安定化剤を含んでなる組成物。 - 前記安定化剤が1分子あたり複数の機能性カルボキシル基を有するカルボン酸化合物を更に含む、請求項10記載の組成物。
- 前記カルボン酸化合物がヒドロキシ−カルボン酸及びその水溶性塩である、請求項11記載の組成物。
- 前記ヒドロキシ−カルボン酸化合物がクエン酸、グリコール酸、乳酸及びそれらの水溶性塩、並びにそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項12記載の組成物。
- 前記安定化剤がカルボン酸化合物を更に含み、前記カルボン酸化合物が蟻酸、プロピオン酸及びその水溶性塩の少なくとも1つである、請求項10記載の組成物。
- 前記安定化剤が低分子カルボン酸又はその水溶性塩を更に含み、前記水溶性腐食防止剤がトリアゾールである、請求項10記載の組成物。
- 前記安定化剤が低分子のカルボン酸を更に含む、請求項10記載の組成物。
- 前記水溶性腐食防止剤がメルカプトベンズイミダゾールである、請求項10記載の組成物。
- 前記水溶性腐食防止剤がベンゾトリアゾールとトリアゾール混合物のうちの少なくとも1つである、請求項10記載の組成物。
- 前記二価の亜鉛化合物が水溶性亜鉛塩であり、0.5〜2.0gの量で酸性水溶液に存在し、前記水溶性腐食防止剤がベンゾトリアゾール及びメルカプトベンズアゾールの少なくとも1つである、請求項10記載の組成物。
- 前記安定化剤がポリヒドロキシ化合物であるポリアルキレングリコールを更に含み、前記水溶性腐食防止剤がベンズイミダゾールである、請求項10記載の組成物。
- pH範囲が2.5〜4.5であり、溶液1Lあたり、
0.01〜22gの前記三価のクロム化合物、
1.0〜12gのヘキサフルオロジルコン酸塩である前記フルオロジルコン酸塩、
0.001〜1.0モルの前記安定化剤、
並びに、0.001〜4.0gのトリアゾールである前記防止剤を含んでなる、請求項10記載の組成物。 - 前記安定化剤が低分子のカルボン酸又はその水溶性塩を更に含み、前記トリアゾールがトリルトリアゾールである、請求項21記載の組成物。
- 前記水溶性腐食防止剤がメルカプトベンズアゾールである、請求項10記載の組成物。
- 前記二価の亜鉛化合物を0.001〜10g含んでなり、前記水溶性腐食防止剤がベンズアゾールである、請求項10記載の組成物。
- 前記増粘剤及び/又は界面活性剤を1.0〜5.0g含んでなり、前記水溶性腐食防止剤がメルカプトベンゾオキサゾールである、請求項10記載の組成物。
- 前記酸性水溶液が、フルオロチタン酸、フルオロタンタル酸塩、フルオロホウ酸塩、フルオロケイ酸塩及びそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つのフルオロ金属化合物を1Lあたり0.01〜12g含んでなり、前記水溶性腐食防止剤が腐食防止剤の混合物である、請求項10記載の組成物。
- 前記フルオロ金属化合物がヘキサフルオロケイ酸塩及びテトラフルオロホウ酸塩の少なくとも1つであり、前記フルオロジルコン酸塩がヘキサフルオロジルコン酸塩であり、前記水溶性腐食防止剤がトリルトリアゾール及びベンゾトリアゾールの少なくとも1つである、請求項26記載の組成物。
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