JP7419045B2 - 防食コーティング、および基材 - Google Patents

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Description

例示的な実施形態は、防食コーティングの技術、より詳細には、航空機部品用のクロムを含まない防食コーティングに関する。
航空宇宙用途において合金は防食を必要とする。従来の高動作温度用犠牲防食コーティングは、防食材として６価クロム化合物添加剤を含むアルミニウムセラミック塗料をベースとしている。しかしながら、６価クロムを含有する化合物は、世界中の政府機関によって環境危険因子と見なされている。また、クロムを含まない化合物には十分な防食特性がない場合がある。
したがって、従来の６価クロム含有化合物と比較して同等以上の防食特性を有する、クロムを含まない防食コーティングを開発することが求められている。
マトリクス及び上記マトリクス中の金属を含むベース材と、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、リン酸ケイ酸金属塩、またはそれらの組み合わせを含む防食材（inhibitor）とを含み、上記マトリクス中の上記金属が、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、亜鉛合金、マグネシウム、マグネシウム合金、またはそれらの組み合わせを含む防食コーティングが開示される。
上記防食コーティングで被覆された基材も開示される。
以下の説明は何ら限定的であると見なされるべきものではない。添付の図面を参照すると、同様の要素は同様の番号が付されている。
例示的な実施形態に係る、基材上の、別個の２層を備える防食コーティングの断面図である。 例示的な実施形態に係る、基材上の、混合された防食コーティングの断面図である。
開示される装置及び方法の１または複数の実施形態の詳細な説明は、例示としてであって、図に関する限定としてではなく提示される。
図１を参照すると、多層構造１０は、基材１８上に塗工された防食コーティング１２を備える。防食コーティング１２は、ベース材１４上に塗工された防食材１６を備える。ベース材１４及び防食材１６は、図１に示すように別個の２層であってもよい。図２の多層構造１０を参照すると、防食材１６はベース材１４中に混合されて、単層としての防食コーティング１２を形成していてもよい。防食コーティング１２は基材１８上に塗工されていてもよい。
防食コーティング１２は、クロムを含まない防食コーティング、例えば、従来の６価クロム含有化合物と比較して同等以上の防食特性を有する、クロムを含まない防食コーティングであってよい。防食コーティング１２は、広い範囲の用途、環境、及び温度で機能することができる。防食コーティング１２は環境にも優しい。防食コーティング１２は金属の腐食を防止し、それにより基材１８の寿命を延長することができる。
図１に示すように、例えば、防食コーティング１２は、マトリクス及び上記マトリクス中の金属を含むベース材１４を備えていてもよい。本明細書に開示されるコーティングにおいて、上記マトリクスは任意且つ好適なシリケート、エポキシ、セラミック、またはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。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、カーバイド、ホウ化物、窒化物、及びケイ化物を挙げることができる。上記マトリクス中の上記金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、亜鉛合金、マグネシウム、マグネシウム合金、またはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。
防食コーティング１２は防食材１６も含んでいてよい。例えば、防食材１６は、モリブデン酸亜鉛（ＺｎＭｏＯ4）、クエン酸セリウム、例えばクエン酸の３価セリウム塩（Ｃ6Ｈ5ＣｅＯ7）、メタケイ酸マグネシウム（ＭｇＯ3Ｓｉ）、及びリン酸ケイ酸金属塩を含んでいてもよい。防食材１６は粉末の形態であってもよい。
防食コーティング１２は、約１容積％～約９９容積％のベース材１４と、約１容積％～約９９容積％の防食材１６とを含んでいてもよい。例えば、防食コーティング１２は、約７０容積％～約９５容積％のベース材１４と、約５容積％～約３０容積％の防食材１６とを含んでいてもよい。防食コーティング１２は、約８５容積％～約９５容積％のベース材１４と、約５容積％～約１５容積％の防食材１６とを含んでいてもよい。防食コーティング１２は約５０容積％以下の防食材１６を含んでいてもよい。例えば、防食コーティング１２は約１０容積％以下の防食材１６を含んでいてもよい。
防食材１６は、約０重量％～約１００重量％のモリブデン酸亜鉛、約０重量％～約１００重量％のクエン酸セリウム、例えばクエン酸の３価セリウム塩、約０重量％～約１００重量％のメタケイ酸マグネシウム、及び約０重量％～約１００重量％のリン酸ケイ酸金属塩を含んでいてもよい。例えば、防食材１６は、約１重量％～約５０重量％のモリブデン酸亜鉛、約１重量％～約５０重量％のクエン酸セリウム、例えばクエン酸の３価セリウム塩、約１重量％～約５０重量％のメタケイ酸マグネシウム、及び約１重量％～約５０重量％のリン酸ケイ酸金属塩を含んでいてもよい。例えば、防食材１６は、約２５重量％のモリブデン酸亜鉛、約２５重量％のクエン酸セリウム、約２５重量％のメタケイ酸マグネシウム、及び約２５重量％のリン酸ケイ酸金属塩を含んでいてもよい。
防食材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のリン酸ケイ酸金属塩を含んでいてもよい。防食材１６は、約５０重量％のモリブデン酸亜鉛、及び約５０重量％のクエン酸セリウム、例えばクエン酸の３価セリウム塩を含んでいてもよい。防食材１６は４種の成分、すなわち、上記モリブデン酸亜鉛、上記クエン酸セリウム、上記メタケイ酸マグネシウム、及び上記リン酸ケイ酸金属塩のみから構成されていてもよい。例えば、防食コーティング１２のモリブデン酸マグネシウムの含有量は０％であってよい。防食コーティング１２のクロムの含有量も０％であってよい。
防食材１６の上記リン酸ケイ酸金属塩は、リン酸ケイ酸アルミニウム、リン酸ケイ酸亜鉛、リン酸ケイ酸カルシウム、リン酸ケイ酸ストロンチウム、またはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。
防食材１６は、例えば図２に示すような単層１２を形成するように、ベース材１４中に混合されていてもよい。例えば、ベース材１４のマトリクスは防食材１６のためのマトリクスとしての役割を果たしてもよい。ベース材１４と防食材１６とは、例えば図１に示すような別個の２層を形成するように、混合されていなくてもよい。ベース材１４と防食材１６とが別個の２層を形成する場合、防食材１６はベース材１４上に塗工されていてもよく、したがって、ベース材１４よりも基材１８から離れている。
ベース材１４と防食材１６とが別個の２層を形成する場合、防食材１６は第２のマトリクスを更に含んでいてもよい。例えば、防食材１６は、第２のマトリクス中に混合された、約０容積％～約５０容積％のモリブデン酸亜鉛、約０容積％～約５０容積％のクエン酸セリウム、例えばクエン酸の３価セリウム塩、約０容積％～約５０容積％のメタケイ酸マグネシウム、及び約０容積％～約５０容積％のリン酸ケイ酸金属塩を含んでいてもよい。例えば、第２のマトリクスは、防食材１６の約５０容積％以上であってよい。例えば、第２のマトリクスは、シリケート、エポキシ、セラミック、またはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。
防食コーティング１２の硬化温度は、用いられる特定のマトリクスに応じて変化することとなる。例えば、硬化温度は、シリケートマトリクス、エポキシマトリクス、及びセラミックマトリクスに対して異なっていてもよい。硬化時間も硬化温度と共に変化してもよい。例えば、より高い硬化温度が用いられる場合には、より短い硬化時間しか必要としない。
単層を形成するように、防食材１６がベース材１４中に混合される場合、防食コーティング１２は、用いられるマトリクスに対応する単一の温度で硬化してもよい。ベース材１４と防食材１６とが別個の２層を形成する場合、それぞれの層に用いられるマトリクスに対応する、２つの異なる硬化温度を用いてもよい。例えば、ベース材１４を第１の温度で硬化し、続いて防食材１６を追加し、第２の温度で硬化してもよい。例えば、硬化温度は約２０°Ｃ～約２００°Ｃであってよい。
防食コーティング１２は基材１８上に塗工されていてもよい。例えば、基材１８は、鋼鉄、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、またはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。例えば、基材１８はこれらの金属の合金を含んでいてもよい。防食コーティング１２は、広い範囲の用途及び環境温度で機能することができる。例えば、基材１８は航空機部品であってよい。例えば、上記航空機部品は、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、着陸装置部品、エンジン装置、エンジンディスク、シャフト、例えばエンジンシャフト、ストラット、またはカウンターウェイトであってよい。
上述の開示のいくつかの実施形態を以下に示す。
実施形態１：マトリクス及び上記マトリクス中の金属を含むベース材と、防食材とを含む防食コーティング。上記防食材は、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、リン酸ケイ酸金属塩、またはそれらの組み合わせを含む。上記マトリクス中の上記金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、亜鉛合金、マグネシウム、マグネシウム合金、またはそれらの組み合わせを含む。
実施形態２：上記マトリクスが、シリケート、エポキシ、セラミック、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態１に記載の防食コーティング。
実施形態３：約７０容積％～約９５容積％のベース材と、約５容積％～約３０容積％の防食材とを含む、実施形態１または２に記載の防食コーティング。
実施形態４：約１０容積％以下の防食材を含む、先行実施形態のいずれか１に記載の防食コーティング。
実施形態５：上記防食材が、モリブデン酸亜鉛と、クエン酸セリウムと、メタケイ酸マグネシウムと、リン酸ケイ酸金属塩とからなる、先行実施形態のいずれか１に記載の防食コーティング。
実施形態６：上記防食材が、約２５重量％のモリブデン酸亜鉛と、約２５重量％のクエン酸セリウムと、約２５重量％のメタケイ酸マグネシウムと、約２５重量％のリン酸ケイ酸金属塩とを含む、先行実施形態のいずれか１に記載の防食コーティング。
実施形態７：上記防食材が、約１重量％～約５０重量％のモリブデン酸亜鉛と、約１重量％～約５０重量％のクエン酸セリウムと、約１重量％～約５０重量％のメタケイ酸マグネシウムと、約１重量％～約５０重量％のリン酸ケイ酸金属塩とを含む、先行実施形態のいずれか１に記載の防食コーティング。
実施形態８：クロムの含有量が０％である、先行実施形態のいずれか１に記載の防食コーティング。
実施形態９：モリブデン酸マグネシウムの含有量が０％である、先行実施形態のいずれか１に記載の防食コーティング。
実施形態１０：上記リン酸ケイ酸金属塩が、リン酸ケイ酸アルミニウム、リン酸ケイ酸亜鉛、リン酸ケイ酸カルシウム、リン酸ケイ酸ストロンチウム、またはそれらの組み合わせを含む、先行実施形態のいずれか１に記載の防食コーティング。
実施形態１１：上記防食材が粉末である、先行実施形態のいずれか１に記載の防食コーティング。
実施形態１２：上記防食材が上記ベース材中に混合されている、実施形態１～１１のいずれか１に記載の防食コーティング。
実施形態１３：上記ベース材と上記防食材とが別個の２層である、実施形態１～１１のいずれか１に記載の防食コーティング。
実施形態１４：上記防食材が上記ベース材上に塗工されている、実施形態１３に記載の防食コーティング。
実施形態１５：第２のマトリクスを更に含み、上記防食材が第２のマトリクス中に混合されている、実施形態１３または実施形態１４に記載の防食コーティング。
実施形態１６：第２のマトリクスが、シリケート、エポキシ、セラミック、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態１５に記載の防食コーティング。
実施形態１７：先行実施形態のいずれか１に記載の防食コーティングで被覆された基材。
実施形態１８：鋼鉄、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態１７に記載の基材。
実施形態１９：航空機部品である、実施形態１７または実施形態１８に記載の基材。
実施形態２０：上記航空機部品が、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、着陸装置部品、エンジン装置、エンジンディスク、シャフト、ストラット、またはカウンターウェイトである、実施形態１９に記載の基材。
用語「約」は、本出願の出願時点において利用可能な装置に基づく、特定の量の測定に伴う誤差の程度を包含することを意図する。
本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、本開示を限定することを意図しない。本明細書では、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数形も同様に包含することを意図する。用語「含む（ｃｏｍｐｉｓｅｓ）」及び／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で用いられる場合、記述される特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／または成分が存在することを特定する（及び「～からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ（ｓ） ｏｆ）」、「～からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」、「～から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔ（ｓ） ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」、及び「～から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」を包含する）が、１もしくは複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、成分、及び／またはそれらの群の存在あるいは追加を必ずしも排除するものではないことが更に理解されよう。
例示的な実施形態または複数の実施形態を参照して本開示を説明してきたが、当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができ、且つ均等物をもって上記実施形態の構成要素を置き換えることができることを理解しよう。更に、本開示の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または物質を本開示の教示に適合させるために多くの改変を行うこともできる。したがって、本開示は、本開示を実施することを企図した最良の形態として開示される特定の実施形態に限定されることを意図するのではなく、本開示は特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を包含することとなることを意図する。

Claims (15)

  1. ベースマトリクス及び前記ベースマトリクス中の金属を含むベース材と、
    防食材であって、
    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、及び
    リン酸ケイ酸金属塩の全てを含む、防食材と、
    を備え、
    前記ベースマトリクス中の前記金属が、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、亜鉛合金、マグネシウム、マグネシウム合金、またはそれらの組み合わせを備え、
    前記ベース材と前記防食材とが別個の２層であり、
    前記防食材が前記ベース材上に塗工されており、
    前記ベースマトリクスとは異なる第２のマトリクスを更に備え、前記防食材が、前記第２のマトリクス中に混合されている、防食コーティング。
  2. 前記ベースマトリクスが、シリケート、エポキシ、セラミック、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の防食コーティング。
  3. ７０容積％～９５容積％のベース材と、
    ５容積％～３０容積％の防食材と、
    を含む、請求項１または請求項２に記載の防食コーティング。
  4. １０容積％以下の防食材を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の防食コーティング。
  5. 前記防食材が、
    ２５重量％のモリブデン酸亜鉛と、
    ２５重量％のクエン酸セリウムと、
    ２５重量％のメタケイ酸マグネシウムと、
    ２５重量％のリン酸ケイ酸金属塩と、
    を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の防食コーティング。
  6. 前記防食材が、
    １重量％～５０重量％のモリブデン酸亜鉛と、
    １重量％～５０重量％のクエン酸セリウムと、
    １重量％～５０重量％のメタケイ酸マグネシウムと、
    １重量％～５０重量％のリン酸ケイ酸金属塩と、
    を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の防食コーティング。
  7. クロムの含有量が０％である、請求項１～６のいずれか１項に記載の防食コーティング。
  8. モリブデン酸マグネシウムの含有量が０％である、請求項１～７のいずれか１項に記載の防食コーティング。
  9. 前記リン酸ケイ酸金属塩が、リン酸ケイ酸アルミニウム、リン酸ケイ酸亜鉛、リン酸ケイ酸カルシウム、リン酸ケイ酸ストロンチウム、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の防食コーティング。
  10. 前記防食材が粉末である、請求項１～９のいずれか１項に記載の防食コーティング。
  11. 前記第２のマトリクスが、シリケート、エポキシ、セラミック、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の防食コーティング。
  12. 請求項１～１１のいずれか１項に記載の防食コーティングで被覆された、基材。
  13. 鋼鉄、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１２に記載の基材。
  14. 航空機部品である、請求項１２または請求項１３に記載の基材。
  15. 前記航空機部品が、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、着陸装置部品、エンジン装置、エンジンディスク、シャフト、ストラット、またはカウンターウェイトである、請求項１４に記載の基材。
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