JPH05339744A - 金属材料上に保護基礎被覆を形成する方法 - Google Patents

金属材料上に保護基礎被覆を形成する方法

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JPH05339744A
JPH05339744A JP4340565A JP34056592A JPH05339744A JP H05339744 A JPH05339744 A JP H05339744A JP 4340565 A JP4340565 A JP 4340565A JP 34056592 A JP34056592 A JP 34056592A JP H05339744 A JPH05339744 A JP H05339744A
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group
polymer
metal material
protective
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JP4340565A
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Shii Suteiiru Deyuan
シー.スティール デュアン
Shii Sutoritsukurando Uiriamu
シー.ストリックランド ウィリアム
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Nihon Parkerizing Co Ltd
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Nihon Parkerizing Co Ltd
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/78Pretreatment of the material to be coated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属材料、好ましくは、連続鋳造されたアル
ミニウム材料、の表面上に、保護化成被覆層を形成する
に当り、この化成被覆層と、その上に形成される塗料層
との密着性を向上せしめ得る方法を提供する。 【構成】 金属材料の表面上に、クロム/シリカ/燐酸
塩保護化成被覆層を形成する際、上記表面を上記化成被
覆の前に、(i)H2 TiF6 ,(ii)H2 SiF6
および(iii)ポリ{アルケニルフェノール}誘導体の少
なくとも1員を含む組成物をもって前処理し、それによ
って、上記化成被覆層の被覆重量を増大させて、前記化
成被覆層と、その上に塗布される塗料層との密着性を向
上させ、耐腐蝕性を向上させる。本発明方法は、特に連
続鋳造アルミニウム材料表面上に保護化成被覆層を形成
するときに有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属材料表面上に保護
化成被覆層を塗布する前に、この表面に、フルオロチタ
ン酸イオン、フルオロ硅酸イオン、および/又はポリ
{アルケニルフェノール}誘導体を含む前処理組成物を
塗布することにより、金属材料表面に改良された密着性
を有する、化成被覆重量の大きな、そして比較的厚い保
護化成被覆層を形成する方法に関するものである。本発
明方法は特にアルミニウム材料の表面に、より具体的に
は、連続鋳造されたアルミニウム材料の表面に、クロム
およびシリカ含有化成被覆層を形成するのに有用なもの
である。
【0002】
【従来の技術】金属材料表面に保護化成被覆を施すこと
が必要なことは、当業界において古くから認識されてい
る。このような化成被覆の重要な用途は、金属材料表面
の腐蝕を防止し、かつ当該表面を次に施される塗装のた
めの基層として働かせることにある。塗装された物品の
腐蝕性は、塗料の、保護化成被覆層に対する密着性、お
よび/又は保護化成被覆層の、金属基材に対する接着性
により、および、被覆され、かつ塗装された金属材料表
面の、濕気、塩水スプレー、および同様のテストに対す
る抵抗性により定まるものである。塗装の後に成形操作
が施される場合には、前記保護化成被覆は、成形工程の
間、満足できるレベルの塗料密着性を有していなければ
ならず、また、使用環境において、金属材料の耐腐蝕性
が満足できるレベルに保持されなければならない。
【0003】従来、金属材料、特に連続鋳造されたアル
ミニウム材料の表面に、保護化成被覆を施す方法の開発
において、しばしば困難に遭遇していた。これらの困難
は、保護基層被覆製品は、塗装された後に、満足できる
成形性と、密着性と、腐蝕特性を示すものでなければな
らないという要求、および先行技術の方法は、一般に密
着性の要求と耐腐蝕性の要求との間で妥協が求められて
いるという事実に由来する結果である、化成被覆層は平
方メートル当り75ミリグラム(以下mg/m2と記す)
より大きな重量を有することが、アルミニウム材料表
面、特に連続鋳造アルミニウム材料の表面について望ま
しく、それによって当該表面に対する適当な耐腐蝕性が
得られる。最良の耐腐蝕性を得るためには、化成被覆層
の重量を86〜130mg/m2 の範囲にすることが好ま
しく、より好ましくは、前記範囲の上半部分にあるもの
である。しかしながら、塗料の化成被覆層に対する好適
な密着性を得るためには、連続鋳造アルミニウム材料の
表面上の上記6価クロム保護化成被覆層の被覆重量を、
一般に、75mg/m2 未満に保持することが必要である
ことが見出されている。
【0004】米国特許第4,443,015号、第4,
457,790号、第4,517,028号、および第
4,963,596号のすべてには、金属材料の表面を
ポリ{アルケニルフェノール}誘導体、より具体的に
は、ポリ{4−ビニルフェノール}誘導体又は、ポリ
{4−ビニルフェノール}誘導体の酸塩の希薄溶液をも
って処理することが記述されている。これらの処理溶液
は、燐酸塩処理された、および/又は、化成被覆された
金属材料表面のための6価クロム化合物含有溶液の代替
物として使用されることが記述されている。またこれら
の特許の溶液は、金属材料表面の耐腐蝕性および塗料密
着特性の改良を目的として、燐酸塩処理剤、又はその他
の化成被覆処理剤に対する代替物として用い、これを非
被覆金属表面上に用いてもよい。
【0005】また、米国特許第4,647,316号
は、シリカ、又はシリケート、又はその混合物、および
燐酸塩を含む6価クロム保護化成被覆組成物、およびそ
れをもって金属材料表面を被覆する方法を記述してい
る。この米国特許には、保護化成被覆を施す前に、金属
材料表面に対し、前記米国特許に述べられたタイプの前
処理溶液を塗布することを示唆する記載、或はその動機
を与えるような記述は全く含まれていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、金属
材料表面、更に具体的には連続鋳造アルミニウム材料表
面の上に保護化成被覆層を形成する方法を提供すること
にあり、この被覆層は、従来使用されている化成被覆層
よりも大きな被覆重量を有し、かつ塗料に対し、従来使
用されている保護化成被覆層の密着性と同様の密着性を
示すという両方の効果を有するものである。
【0007】本願明細書において、請求の範囲および実
施例の記載、並びに特に表示した記載を除き、材料の
量、又は反応および/又は使用の条件を示すすべての数
値量は、用語「約」によって、本発明の最も広い範囲を
示すように改変されると理解すべきである。一般に、記
述された正確な数値限定の範囲内の実施が好ましい。
【0008】
【課題を解決するための手段】驚くべきことに、上記目
的は、金属材料の表面上に保護化成被覆を施す前に、当
該表面上に、特定前処理組成物を塗布する方法により達
成されることが見出されたのである。上記化成被覆はそ
れ自身従来の方法により、当該金属材料表面に施すこと
ができるものである。
【0009】本発明の前処理組成物は、金属材料表面を
実質的に被覆するのに必要な量の、(i)溶解されたフ
ルオロチタン酸イオン生成物質、(ii)溶解されたフル
オロ硅酸イオン生成物質、および(iii)溶解性又は分散
性ポリ{アルケニルフェノール}および/又はその誘導
体、から選ばれた少なくとも1員を含む、好ましくは本
質的に前記少なくとも1員からなる、より好ましくは、
前記少なくとも1員からなる、水性溶液である。
【0010】本発明の前処理溶液は、ポリ{アルケニル
フェノール}および/又はその誘導体を含むこと、が好
ましく、上記有機ポリマーおよびフルオロチタン酸イオ
ンおよび/又はフルオロ硅酸イオンの両方を含むことが
より好ましい。本発明の前処理溶液は、通常酸性である
ことが好ましいから、前記無機イオンは、対応する酸の
形で存在することが好ましいが、しかし、上記無機イオ
ンを生成する水溶性物質は、すべて満足して使用するこ
とができるものである。
【0011】本発明の実施に有用なポリ{アルキレンフ
ェノール}、又はその誘導体は下記化学式(I)のポリ
マー:
【化4】 〔但し、式(I)中、当該ポリマーの単位の各々におい
て、互いに独立に、R1〜R3 の各々は、互いに独立
に、水素原子、又は、1〜5個の炭素原子を有するアル
キル基を表わし、Y1 〜Y4 の各々は、互いに独立に、
水素原子、−CR45 6 基、−CH2 Cl基、アリ
ール基、1〜18個の炭素原子を有するアルキル基、又
は、下記式(II)の置換基Z:
【化5】 (但し、前記R4 〜R10の各々は、互いに独立に、水素
原子、アルキル基、アリール基、ヒドロキシ−アルキル
基、アミノ−アルキル基、メルカプト−アルキル基、又
はホスホ−アルキル基を表わし、かつR4 〜R10の各々
の鎖長は、当該化合物が不溶解性、又は不分散性になる
長さ未満である)を表わし、そして、nは2以上で、し
かし当該ポリマーが不溶解性、又は不分散性になる数値
未満の整数を表わす〕、並びにその酸塩、およびそれら
の混合物から選ばれる。
【0012】前処理組成物は、上記一般式の複数種のモ
ノマー単位を有するポリマーを包含すると解すべきであ
る。例えば、ポリマーは下記一般式(III):
【化6】 〔上式中、X、およびYは後に定義するものであり、
A,B,CおよびDの各々は、互いに独立に、0、又は
1以上であるか、しかし、当該ポリマーが使用条件下に
おいて水不溶性になる数未満の整数を表わす〕を有する
ものであってもよい。また上記式(III)において、A+
B+C+Dは少なくとも2でなければならず、また上記
に定義された置換基Zの合計量は、酸で中和されたとき
に、当該ポリマーが水溶性又は水分散性であるのに十分
な量でなければならない。水溶性、又は水分散性である
ために必要なモルパーセントとしての具体的量は、当該
ポリマーの分子量、およびポリマー中のR1 〜R10置換
基に依存して定まる。一般に、フェノール性基当りのア
ミノ基、又は置換基Zのモルパーセントは、モノマー単
位当りの1個のフェノール性基について10%から20
0%の間で変動することができ、また、それは一般に5
0%〜150%の範囲にある。
【0013】
【作用】本発明の前処理溶液(組成物)は、好ましく
は、水溶性又は水分散性ポリ{4−ビニルフェノール}
誘導体、又は、ポリ{4−ビニルフェノール}誘導体の
酸塩を含む安定な水溶性である。好ましいポリ{4−ビ
ニルフェノール}誘導体は下記一般式(IV):
【化7】 〔但し、上式中、各単位毎に互いに独立して、Xは水素
原子、又は、前記に定義した置換基Zを表わし、Yは水
素原子、前記置換基Z、−CR5 6 7 基、又は−C
2 Cl基を表わし、他の記号は前記規定の通りであ
る〕を有するポリマーからなる群から選ばれる。但し、
このポリマーにおいて、上記置換基Zは、当該化合物
(ポリマー)が、水分散性であるのに十分な合計量で存
在する。
【0014】特に好ましい前処理組成物は、有効量の、
3−{N−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)アミ
ノ}メチル−4−ヒドロキシスチレンの水溶性、および
/又は水分散性ポリマーを含む安定な水性組成物であ
る。
【0015】上記のような好ましい6価クロム保護化成
被覆組成物は、(i)6価クロム−含有成分、(ii)シ
リカ、シリケート、およびこれらの混合物からなる群か
ら選ばれた成分、および、必要により、しかし好ましく
は、(iii)3価クロム化合物、および必要により(iv)
燐酸塩成分を含むものである。特に好ましい態様におい
て、この保護化成被覆組成物は、6価クロム量対全クロ
ム量重量比が、約0.5:1.0〜約1.0:1.0の
割合の6価クロム成分(i)と、成分(ii)の全量対全
クロム量重量比が約1.0:1.0〜約3.0:1.0
の範囲にある、シリカ、シリケート、およびそれらの混
合物からなる群から選ばれた成分(ii)と、燐酸塩が用
いられるときは、燐酸塩成分(iv)量対全クロム量重量
比が約0.1:1.0〜1.0:1.0の範囲にある燐
酸塩成分(iv)を含むものである。
【0016】本発明によって被覆されるべき金属材料表
面は、好ましくはアルミニウム材料表面であって、後に
これに反応性、水性プライマー被覆が被覆される。
【0017】本発明の方法によって、保護化成被覆の通
常の被覆重量、すなわち少なくとも86mg/m2 の被覆
重量において、より改良された塗料密着性が得られ、こ
れは連続鋳造アルミニウム材料に望ましいものである。
【0018】本発明方法を使用する通常の金属表面処理
操作において、初めに処理されるべき金属材料はその表
面からグリースおよび塵埃を除去するために、化学的、
又は物理的方法により清浄化され、水によりすゝぎ洗い
される。この目的に、特に適切な清浄剤組成物は、PA
RCOTM Cleaner305の商標により、Henkel
corp.のParker-Amchem ディビジョンから販売されてい
るアルカリ性洗浄剤である。清浄化された金属材料表面
は、次に、本発明の前処理組成物により処理される。
【0019】本発明は、広汎な範囲の金属材料表面に対
して有用である。好適な金属材料表面の例は、亜鉛、亜
鉛合金(これは主として亜鉛、並びに亜鉛被覆スチール
および亜鉛合金メッキ鋼板である)、鉄、および冷間圧
延された、研磨された、酸洗いされた、および熱間圧延
された鋼板、などの表面である。好適な金属材料表面
は、具体的にはアルミニウム材料表面でありより具体的
には連続鋳造アルミニウム材料の形状にあるものの表面
である。
【0020】本発明の方法に従って、金属材料の表面が
本発明の前処理組成物を含む溶液により処理される。
【0021】勿論、本発明の前処理組成物は、好ましく
はポリ{4−ビニルフェノール}ポリマーの誘導体を基
本とするものであることが認められるであろう。上述の
好ましい一般式(IV)を有する好適な誘導体は、例え
ば、マンニッヒ反応により製造し得るものである。例え
ばポリ{4−ビニルフェノール}ポリマーはホルムアル
デヒドおよび第二級アミンと反応することができ、その
生成物を有機又は無機酸により中和することができ、そ
れにより本発明の前処理組成物に使用するのに好適な水
溶性、又は水分散性溶液又はエマルジョンが得られる。
前処理組成物に好適なポリマー成分の調製に係る詳細
は、前述の米国特許第4,433,015号、第4,4
57,790号、第4,517,028号、および第
4,963,596号に記載されている。これら米国特
許の全開示は、本件明細書の記載と矛盾しない限り、本
件の開示に参照され、それに包含されるものである。
【0022】本発明方法に用いられる前処理組成物に含
まれるポリ{4−ビニルフェノール}の分子量は、二量
体(ダイマー)から、より通常の低分子量360のオリ
ゴマーを経て、高分子量30,000以上のポリマーに
至るまでの全範囲を包含することができる。分子量の上
限は、当該誘導体が水溶性、又は水分散性でなければな
らないという機能上の限定により定められる。
【0023】上記の一般式のポリマー誘導体は通常約2
00,000以下の分子量を有し、それは約700〜約
70,000の範囲内にあることが好ましい。これらの
誘導体に与えられた一般式において、nの通常の上限値
は約850以下であり、それは好ましくは約10〜約3
00の範囲内にある。同様に、R1 〜R10置換基の炭素
鎖の長さは通常は1〜18であり、この炭素鎖の長さは
約1〜12であることが好ましい。勿論、各例におい
て、nの値、および炭素鎖の長さは、また置換基Zの含
有パーセントは、所望値の水溶性および/又は水分散性
が得られるように選択され得るものと認められる。
【0024】前処理組成物のポリマー成分は種々の有機
溶剤に可溶性であり、また、エタノールのような有機溶
剤に溶解された前処理溶液として使用されてもよい。し
かし、実際的問題としては、この処理成分を、水溶液と
して塗布することが望ましい。上記化合物の所望の水溶
性又は水分散性を得るために、有機、又は無機酸を用い
てそのアミン成分を中和してもよい。この目的のための
通常の酸は、酢酸、くえん酸、しゅう酸、アスコルビン
酸、フェニルホスホン酸、クロロメチルホスホン酸、モ
ノ−、ジ−、およびトリ−クロロ酢酸、トリフルオロ酢
酸、硝酸、燐酸、フッ化水素酸、硫酸、ホウ酸、塩化水
素酸、ヘキサフルオロ硅酸、ヘキサフルオロチタン酸、
ヘキサフルオロジルコン酸、などであり、これらを単独
で、又は、組み合わせて使用する。好ましくは、H2
iF6 ,H2 ZrF6 ,H2 SiF6 ,HF,HB
4 、およびこれらの2種以上の混合物からなる群から
選ばれたフルオライド−含有酸が前処理組成物のポリマ
ー成分を中和するために用いられる。特に、H2 TiF
6 を用いて得られる結果が良好である。この中和され、
過剰に中和され、又は部分的に中和された上述のポリマ
ー成分に水を添加すると、金属材料処理に有用なポリマ
ーの、水溶性、又は水分散性溶液又はエマルジョンが得
られる。
【0025】上記溶液のpHは、0.5から12の範囲内
で変動させることができる。しかし、その実用上の目的
に対しては、上記溶液のpHは、溶液の安定性のために、
また処理された金属表面に最良の結果を得るために、一
般に1.0〜8.0の間に保持される。
【0026】本発明の実施において用いられる前処理組
成物のポリマー成分は、比較的希薄な濃度、例えば約
0.01重量%乃至約5重量%において用いることが好
ましい。実際的には、実用上の溶液中のポリマーの濃度
は0.1重量%〜1.0重量%であることが好ましい。
しかしながら同一の環境下において、例えば、この溶液
を輸送又は貯蔵するためには、この前処理組成物の濃縮
物が好ましいと思われる。従って、30重量%以下のポ
リマー成分を含む溶液が好ましいものと思われる。経済
上の観点から、本発明に用いられる好ましい濃縮物は、
1〜30重量%のポリマー成分を含むものである。
【0027】金属材料表面に対する処理工程において、
本発明の処理溶液の塗布は、従来方法のいづれかにより
実施されてもよい。例えば前処理組成物を、スプレー塗
布法、ローラー塗布法、又はディッピング塗布法により
塗布してもよい。塗布される溶液の温度は、広い範囲に
わたって変動させてもよいが、しかし21℃〜71℃で
あることが好ましい。金属材料表面上に前処理組成物を
塗布した後、当該表面を、必要により水ですゝぎ洗いし
てもよい。しかし、一般に、すゝぎ洗いをしない方が、
より良好な結果を得ることができる。
【0028】次に、処理された金属材料表面を乾燥す
る。この乾燥は、例えば、空気の循環、又は赤外線オー
ブン乾燥により実施し得る。室温乾燥を用いることもで
きるけれども、一般には、所要乾燥時間を短縮するため
に、温度を上げて乾燥することが経済的には好ましい。
【0029】本発明に使用されるべき保護化成被覆組成
物は、(i)6価クロム含有成分、(ii)シリカ、シリ
ケート、およびそれらの混合物からなる群から選ばれた
成分、および必要により、しかし、好ましくは、(iii)
3価クロム含有成分、および必要により、(iv)燐酸塩
成分を含むものであり、好ましくは、実質的にそれらか
らなるものであり、より好ましくは、これらからなるも
のである。
【0030】本発明の燐酸塩成分およびクロム含有成分
は、最終化成被覆層の品質を損わない限り、どのような
形状において供給されてもよい。燐酸塩を、アルカリ金
属塩の形において添加することは、このような塩は被覆
層の品質を損うことがあるので、その添加量を最少にす
るべきであり、好ましくはその添加を避けるべきであ
る。燐酸塩および6価クロム成分は比較的溶解性の高い
2価又は3価の金属塩、熱的に安定なアンモニウム、又
はアミン塩(上記金属との複塩を含む)として、或は酸
の状態で添加されることが好ましい。好適な2価又は3
価金属塩は、例えば亜鉛、マンガン、クロム、ニッケ
ル、コバルト、および鉄の塩を包含する。6価クロム成
分は好ましくは、二クロム酸亜鉛、又は無水クロム酸
(CrO3 )として添加され、また燐酸塩成分は好まし
くは燐酸二水素亜鉛又は、燐酸として添加される。6価
クロムは、6価クロム対全クロム重量比が0.5:1.
0〜1.0:1.0の割合で有利に用いられ、好ましく
は6価クロム対全クロム重量比が0.52:1.0〜
0.75:1.0の割合で用いられる。燐酸塩が用いら
れるときは、この燐酸塩は、燐酸塩対全クロム重量比が
約0.1:1〜約5.0:1の割合で用いられることが
好ましく、上記重量比が約0.1:1〜約1.5:1の
割合で用いられることがより好ましい。
【0031】保護化成被覆用シリカ又はシリケートは、
水性組成物中に溶解し得るもの、又は、それに分散され
て少なくともコロイダルスケールで均一な分散液を形成
し得るものでなければならない。よって、それは微細に
粉砕された形状で用いられることが好ましい。ヒューム
ドシリカ、又は沈澱シリカの使用が好ましいが、しか
し、天然水晶の粉砕物、および硅藻土も、所望の分散液
が得られる場合には使用し得る。シリケートとしては、
モントモリロナイト、又は合成フルオロ硅酸塩、例えば
Laponiteの商品名で販売されているマグネシウ
ムフルオロ硅酸塩錯体のようなもの、を用いることがで
きる。
【0032】溶解性硅酸又はフルオロ硅酸のナトリウム
塩又はカリウム塩の使用は、それらが接着性の低いガラ
ス状被覆層を形成するので、あまり好ましくなく、従っ
て、水に不溶性で、しかし、溶液中にコロイド状に分散
し得るシリカ又はシリケートの使用が好ましい。所望に
より、互いに異なる形状のシリカおよび/又は異なるシ
リケートの混合物を使用してもよい。シリカ、シリケー
トおよびそれらの混合物からなる群から選ばれた成分
は、本発明において、当該成分対全クロム重量比が、約
0.5:1〜5.0:1の割合で用いられることが好ま
しく、上記重量比が約1.0:1〜約3.0:1の割合
で用いられることがより好ましい。
【0033】3価クロム化合物はクロム酸の水溶液に、
澱粉および熱を用いて、従来の方法、例えば米国特許第
3,706,603号(1972年12月10日、Ve
ssey他)に開示されている方法などにより部分的還
元を施すことにより調製することができる。勿論この部
分還元された溶液は、6価および3価のクロム化合物の
両方を含むものである。
【0034】本発明の実施において使用される化成被覆
組成物中に、上記成分に加えて、必要により、追加成分
を含ませてもよい。このような追加成分としては、例え
ば、亜鉛、マンガン、コバルト、ニッケル、および鉄の
ような2価および3価の金属カチオン、保護被覆層に特
定の色を与えるように調製された不活性着色剤、シリコ
ン化合物類、溶接性を改良するための、例えば、米国特
許第3,671,331号に開示されている粉末状金属
のような導電性材料、および樹脂成分を分散状態(通常
は、市販樹脂水性分散液として入手可能)に保持するた
めに有用な乳化剤などがある。
【0035】本発明に使用するための保護化成被覆組成
物は、通常、pHを規定する必要なしに用いることができ
る。前記成分が、2価および3価の金属塩の状態で、又
は酸として添加される場合、一般に2.5未満のpHが得
られる。これに対して、若し、成分がアンモニウム塩、
又はアミン酸として添加されるならば、上記よりも酸性
度の低いpH値が得られるであろう。
【0036】保護化成被覆組成物は、所要成分を任意の
順序に混合して調製し、所望の重量比を有するものを得
ることができる。しかしながら、若し、6価クロムを部
分的に還元する際に加熱が行われるときには、シリカ又
はシリケート成分は、この部分還元の後に、添加される
ことが好ましく、これは、加熱が、シリカの望ましい性
状を低下させることがあるからである。硬化(キユア)
工程前には、金属材料表面との反応は、殆んどおこらな
いから、処理浴から沈澱した皮膜層の成分は、初期にお
いては、処理浴と同一の濃度を有している。従って、補
充組成物中の所要成分の濃度は、通常、実施組成物中の
それとほゞ同一である。この事実は処理浴のコントロー
ルを単純化し、かつ製品の均一性を改善するものであ
る。
【0037】本発明方法においては、塗布方法に応じて
広い範囲の濃度を用いることが可能である。実施組成物
は、例えば、約0.1%乃至約12%(重量)の全クロ
ム量を含むことができ、そして、通常、好ましくは、約
0.15%乃至約8.0%(重量)の全クロム量を含
む。
【0038】本発明による保護化成被覆方法は、アルミ
ニウム材料、特に、連続鋳造アルミニウム材料に応用す
る場合に特に有用なものであって、塗装された材料に対
する腐蝕保護性および成形性を改良するものである。し
かしながら、この組成物は亜鉛メッキ鋼板、および亜鉛
合金メッキ鋼板、冷間圧延鋼板、並びに他の鉄類金属お
よびその合金からなる材料の表面に塗布されてもよい。
【0039】金属材料表面に対する前記水性組成物の塗
布は十分な注意が払われている限り通常の方法のいづれ
かで施されてもよく、それによって、かなり均一な厚さ
を有する前記水性被膜が得られる。シート、又はストリ
ップのような偏平な表面に対しては、ローラー、又は絞
り機の使用により上記コントロールが最も容易に達成さ
れる。しかしながら、この組成物はミスト−オン技法の
ような適当な従来方法のいづれかによっても塗布するこ
とができる。
【0040】被覆重量は、0.01g/m2 のような少
量から、4g/m2 以上のような多量まで、変動させる
ことができる。通常、連続鋳造アルミニウム材料表面に
対する被覆重量は、少なくとも0.07g/m2 であ
る。アルミニウム材料表面に対する被覆重量は、0.1
1g/m2 乃至0.13g/m2 の間にあることが最も
好ましいが、鉄類表面に対しては、被覆重量は、通常、
約0.16g/m2 乃至約0.54g/m2 の間にあ
り、また、亜鉛合金表面に対しては、0.11g/m2
乃至約0.21g/m2 の間にある。
【0041】処理操作において、変動する加工条件は、
通常、得らるべき所望被覆重量に基いて定められる。保
護化成被覆組成物の所定の厚さの皮膜(フィルム)層
は、実施用組成物中の成分の全濃度によって定まる厚さ
を有するもので、この皮膜層は、実施用浴から金属材料
表面に塗布され、次に、加熱により硬化(キユア)され
る。この表面被覆層が、キユアされたとき、当該組成物
は、濃縮され、この組成物の成分と金属材料表面との間
に反応が行われ、それにより保護化成被覆層が形成され
る。実施用浴に対しては通常の大気温度が適当である。
しかしながら、実施用浴、および/又は金属材料表面
は、上記キユア(硬化)工程を強化するために、予備加
熱されてもよい。
【0042】浸漬塗布、又はロール−オン塗布に対して
は、約93℃以下の、又はそれ以上の金属温度が、処理
浴の劣化なしに用いられる。ミスト−オン塗布法につい
ては、より高い温度を用いることができる。キユア(硬
化)方法は、その液皮膜層がキユア工程間において、例
えば強い加熱空気流により、又は物理的接触により不当
に、崩壊しない限り、臨界的なものではない。しかしな
がらキユアの方法は、キユア温度に影響することがあ
る。例えば、赤外線オーブンを用いると、従来のオーブ
ンを用いたときに比して、より低いピーク金属温度でキ
ユアすることができる。通常の操作においては、高いオ
ーブン温度と、濕潤皮膜層を破損しないために十分な速
度の加熱された空気流を用いることが望ましい。実際的
立場からは、オーブン温度は金属の温度が約52℃と約
163℃の間になるようにするべきである。
【0043】最後に、キユアされた表面は、通常、例え
ば、反応性水性プライマーにより塗装され、次にトップ
コート層により塗装される。この塗料は、被覆された金
属材料表面に通常の手段のいづれかにより塗布される。
【0044】
【実施例】本発明は、下記実施例により更に理解される
であろう。しかし、この実施例は、本発明を説明するた
めのものであって、それを限定するものではない。
【0045】実施例1 本実施例は、本発明に好適に用いられる前処理組成物の
調製について述べる。378リットルの容量を有し、タ
ービン翼、窒素散布器、およびコンデンサーを具備して
いるステンレススチール製反応器中に、45kgのエチレ
ングリコールモノプロピルエーテルを装入した。50℃
への緩徐な加熱を開始し、十分に撹拌しながら約500
0の平均分子量を有する36kgのポリ{4−ビニルフェ
ノール}ポリマーを前記エーテル溶剤にゆっくり添加し
た。全量のポリマーを添加した後、反応器を閉じ、残留
ポリマーの溶解を促進するために80℃に加熱した。次
に反応器を40℃に冷却し、23kgのN−メチルアミノ
エタノールと、45kgの脱イオン水とを添加した。次に
1時間かけて、温度を40±2℃に保持しながら、2
4.6kgの37%ホルムアルデヒド水溶液を添加した。
次に反応器を40℃に3時間加熱し、143kgの60%
フルオロチタン酸(H2 TiF6 )水溶液を添加した。
次に全反応混合物を、脱イオン水で希釈して、固形分含
有率を20%に調整し、本発明方法の実施に使用する水
性前処理組成物の安定な溶液を得た。
【0046】実施例2〜5および比較例1〜9 10cm×30cmの寸法を有する1群のアルミニウム供試
パネルを、強アルカリ性洗剤(PARCO(商標)30
5,Henkel Corp.のParker-Amchem ディビジョンの製
品)をスプレー法により11.1℃(52°F)の溶液
温度で清浄化した。この清浄化工程の次に、温水ですゝ
ぎ洗いを施した。清浄化されたパネルの各々に、下記表
1に示された、互いに異なる前処理水溶液を塗布した。
この前処理溶液をパネルに、スプレーおよび絞り法によ
り塗布した。
【0047】
【表1】
【0048】表1の註 註1…この前処理組成物は、米国特許第4,433,0
15号の実施例1に記載されている方法に従って調製さ
れたものである。 註2…この前処理組成物は、前記実施例1において調製
されたものである。 註3…これは従来の市販前処理溶液、PARCOLEN
E(商標)71(HenkelCorp.(Madison Heights, Michi
gan) のParker+Amchemディビジョンから入手可能)で
ある。この溶液は、無機酸の混合物を含有しているが、
しかし、フルオロチタン酸、又はフルオロ硅酸を含有し
ていない。 註4…これらの前処理溶液は表1に記載の酸を、表示の
pHを得るのに十分な含有量で含むものである。
【0049】供試パネル上の前記前処理溶液が乾燥した
後に、この処理されたパネルを、BONDERITE
(商標)1415A(これは6価および3価のクロム
と、燐酸塩とおよびシリカとを含有する従来の市販クロ
メート化剤組成物である)により処理し、パネル上に保
護化成被覆層を形成した。次に、各パネルを、赤外線オ
ーブン中で、ピーク金属温度71℃で乾燥した。次に、
各パネルに、水性プライマー(1PLY 4920,P
PG Corp.の製品)による塗装を施した。この塗
装されたパネルに強制空気流オーブン中で、216℃
(これはピーク金属温度121℃に等しい)において1
0秒間のキユアを施した。次に、この乾燥され、キユア
された塗装パネルを、従来のトップコート剤(1LW
40842,PPG Corp.の製品)で被覆し、強
制空気流オーブン中において、216℃のピーク金属温
度が得られるように、空気温度260℃において22秒
間キユアした。
【0050】このパネルを被覆重量測定に供し、供試パ
ネルの化成被覆層の重量をmg/m2の単位で測定した。
次に、このパネルを、T−曲げ試験に供し、1Tおよび
2T、並びに、2Tにおける細かな亀裂発生を試験し
た。このT−曲げ試験方法は「コイル被覆試験の標準実
施法」D3794,ASTM標準規格年報、米国試験材
料協会、に記載されている。このT−曲げ試験は、金属
成形に類似した条件下において、保護被覆層と、その上
に塗布された塗料層との接着性を測定する方法である。
【0051】次に、全供試パネルを、冷間衝撃試験およ
び室温衝撃試験に供した。こゝで行われた衝撃試験は、
「有機被覆の、急速変形(衝撃)効果に対する抵抗の標
準試験方法」D2794,ASTM標準規格年報、米国
試験材料協会、に記載されている。これら両ASTM試
験方法の内容は、上記資料に記載されている通りであ
る。T−曲げ、および衝撃試験の各々の後に、パネル性
能を0級から10級までに評価表示した。10級は塗料
の剥離が全くなかったことを示し、0級は、塗料が完全
に剥離したことを示す。同様の方式により耐2T亀裂性
も0級から10級までに評価表示した。10級は、塗料
層に亀裂が全く生じなかったことを示し、0級は、塗料
層の100%に亀裂が生じたことを示す。これらの等級
評価から得られた結果を、表1の各例に示す。
【0052】表1に示されているように、試験されたパ
ネルのすべてが、満足できる耐衝撃性を有していた。実
施例2〜5のアルミニウムパネルにおいては、本発明に
係る水性前処理組成物により処理されたものであって、
他の供試パネル(但し、従来の前処理溶液(比較例1,
2)で処理された2種のパネルのうちの1つ(比較例
1)で、実質的に低被覆量(すなわち他が0.111g
/m2 であるのに対し、これは0.067g/m2 )を
有するものを除く)のいづれよりも、良好なT−曲げ試
験結果が得られた。上述したような低被覆重量は、実際
の使用において、また、こゝでは示されていない他のタ
イプの実験室腐蝕試験において、低下した腐蝕抵抗に導
くことが知られている。同一の従来の前処理組成物によ
る被覆処理重量が高い場合、表1の比較例3に例示され
ている低いT−曲げ試験結果から明らかなように、かな
り低い密着性を示す。
【0053】本発明の組成物による最良の結果は上記実
施例1により製造され、ポリ{4−ビニルフェノール}
およびフルオロチタン酸イオンの両方を含む本発明の水
性前処理組成物(表1の実施例3)によって得られてい
る。本発明による前処理組成物により処理された他の3
枚のパネル(すなわち実施例2,4および5のパネル)
は、本発明とは異なる前処理組成物を用いた場合(但
し、上述の低被覆重量処理の場合(比較例1)を除く)
のすべてよりもすぐれたT−曲げ試験結果を示した。実
施例2に用いた前処理溶液、ポリ{4−ビニルフェノー
ル}ポリマーを含むものであるが、しかし、フルオロチ
タン酸又はフルオロ硅酸を含んでいない。また、実施例
4および5のパネルに用いられた前処理溶液は、上記好
ましい酸を含むが、しかしポリマーを含まないものであ
る。これら実施例2,3,4、および5の結果は、本発
明の方法により、金属材料表面を処理することにより明
瞭にすぐれた結果が得られることを立証するものであ
る。
【0054】実施例6,7および8、および比較例10
〜15 実施例6〜8および比較例10〜15は、前処理および
化成被覆処理条件を変動させたときの効果を示すもので
ある。こゝに使用されたパネルは、アルミニウム合金タ
イプ3105材であった。こゝに用いられた一般的操作
は、前記実施例2〜5、比較例1〜9と同様であった。
但し、1Tおよび2T、T−曲げ試験のみが行われた。
【0055】前処理および化成被覆処理は下記の通り。 (1)前処理 比較例10〜12:前処理なし 比較例13〜15:前処理剤として前記PARCOLE
NE71(商標)を使用した。 実施例6〜8 :前処理剤として上記実施例1の製品
を使用した。 (2)化成被覆処理 比較例10,13、実施例6:化成被覆処理剤として、
前記BONDERITE 1415A(商標)を使用し
た。 比較例11,14、実施例7:化成被覆処理剤として、
BONDERITE1402W(商標)を使用した。こ
れは、前記BONDERITE 1415A(商標)と
同一の成分を含むが、その含有割合が異なる。 比較例12,15、実施例8:上記BONDERITE
1415A(商標)およびBONDERITE 14
02W(商標)と同一成分を含むか、燐酸塩を含まない
組成物を、化成被覆処理剤として使用した。 (註:商標BONDERITEを有するすべての製品
は、Henkel Corp.MadisonHeights, Michigan, のParke
r+Amchemディビジョンから商業的に入手可能であ
る)。 これら実施例および比較例の結果を表2に示す。
【0056】
【表2】
【0057】表2の註 註5: RARCOLENE 71(商標) 註6: 実施例1の組成物 註7: BONDERITE 1415A(商標) 註8: BONDERITE 1502W(商標) 註9: 註7,8の処理剤と同一成分を含む組成物 但し、燐酸塩を含まず 註10:比較例13〜15、および実施例6〜8におけ
る前処理被覆層重量は0.11g/m2 であった。 註11:比較例10〜15および実施例6〜8のすべて
において、化成被覆層重量は、0.11g/m2 であっ
た。
【0058】上述の本発明の好ましい態様が、上述の本
発明の目的を、達成するように十分に適合されたもので
あることは明白であるが、本発明は、前記特許請求の範
囲の適切な範囲、および公正な意味を逸脱しない範囲で
改変し得るものであると理解すべきである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年1月19日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【化1】 〔上式中、当該ポリマーの単位の各々において、互いに
独立に、R1 〜R3 の各々は、互いに独立に、水素原
子、又は、1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を表
わし、Y1 〜Y4 の各々は、互いに独立に、水素原子、
−CR4 5 OR6 基、−CH2 Cl基、アリール基、
1〜18個の炭素原子を有するアルキル基、又は下記式
(II)の置換基Z:
【化2】 (但し、R4 〜R10の各々は、互いに独立に、水素原
子、アルキル基、アリール基、ヒドロキシ−アルキル
基、アミノ−アルキル基、メルカプト−アルキル基、又
はホスホ−アルキル基を表わし、かつR4 〜R10の各々
の鎖長は、当該化合物が不溶解性、又は不分散性になる
長さ未満である)を表わし、そして、nは、2以上でし
かし当該ポリマーが不溶解性、又は不分散性になる数値
未満の整数を表わす〕並びに、その酸塩、およびそれら
の混合物、からなる群から選ばれた少なくとも1員を含
む、水性前処理組成物を、前記金属材料表面を被覆する
のに有効な量で塗布する工程、 (B)前記工程(A)において前記金属材料表面に塗布
された前記前処理組成物層を乾燥する工程、および (C)前記金属材料表面上の、前記工程(B)において
乾燥された前記前処理組成物層上に、(i)6価のクロ
ムを含有する成分、および(ii)シリカ、シリケート、
およびその混合物、からなる群から選ばれた1成分を含
有する保護化成被覆組成物を、前記金属材料表面に形成
される保護化成被覆層の量を少なくとも0.075g/
2 にするのに有効な量だけ塗布する工程、を含む、金
属材料表面に保護化成被覆層を形成する方法。
【化3】 〔上式中、当該ポリマーの各繰り返えし単位の各々にお
いて、互いに独立に、Xは、水素原子、又は前記式(I
I)の置換基Zを表わし、Yは水素原子、前記式(II)
の置換基Z、−CR4 5 OR6 基、又は−CH2 Cl
基を表わし、そしてnは前記規定の通りである〕から選
ばれ、このポリマーは、少なくとも部分的に酸中和され
ている、請求項1に記載の方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】本発明の実施に有用なポリ{アルキレンフ
ェノール}、又はその誘導体は下記化学式(I)のポリ
マー:
【化4】 〔但し、式(I)中、当該ポリマーの単位の各々におい
て、互いに独立に、R1〜R3 の各々は、互いに独立
に、水素原子、又は、1〜5個の炭素原子を有するアル
キル基を表わし、Y1 〜Y4 の各々は、互いに独立に、
水素原子、−CR45 OR6 基、−CH2 Cl基、ア
リール基、1〜18個の炭素原子を有するアルキル基、
又は、下記式(II)の置換基Z:
【化5】 (但し、前記R4 〜R10の各々は、互いに独立に、水素
原子、アルキル基、アリール基、ヒドロキシ−アルキル
基、アミノ−アルキル基、メルカプト−アルキル基、又
はホスホ−アルキル基を表わし、かつR4 〜R10の各々
の鎖長は、当該化合物が不溶解性、又は不分散性になる
長さ未満である)を表わし、そして、nは2以上で、し
かし当該ポリマーが不溶解性、又は不分散性になる数値
未満の整数を表わす〕、並びにその酸塩、およびそれら
の混合物から選ばれる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】
【作用】本発明の前処理溶液(組成物)は、好ましく
は、水溶性又は水分散性ポリ{4−ビニルフェノール}
誘導体、又は、ポリ{4−ビニルフェノール}誘導体の
酸塩を含む安定な水溶性である。好ましいポリ{4−ビ
ニルフェノール}誘導体は下記一般式(IV):
【化7】 〔但し、上式中、各単位毎に互いに独立して、Xは水素
原子、又は、前記に定義した置換基Zを表わし、Yは水
素原子、前記置換基Z、−CR4 5 OR6 基、又は−
CH2 Cl基を表わし、他の記号は前記規定の通りであ
る〕を有するポリマーからなる群から選ばれる。但し、
このポリマーにおいて、上記置換基Zは、当該化合物
(ポリマー)が、水分散性であるのに十分な合計量で存
在する。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属材料の表面に改良された密着性を有
    する保護化成被覆層を形成するための下記工程: (A)前記金属材料表面に、(i)溶解されたフルオロ
    チタン酸イオン生成物質、(ii)溶解されたフルオロ硅
    酸イオン生成物質、および(iii)溶解、又は分散された
    下記一般式(I)のポリマー: 【化1】 〔上式中、当該ポリマーの単位の各々において、互いに
    独立に、R1 〜R3 の各々は、互いに独立に、水素原
    子、又は、1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を表
    わし、Y1 〜Y4 の各々は、互いに独立に、水素原子、
    −CR4 5 6 基、−CH2 Cl基、アリール基、1
    〜18個の炭素原子を有するアルキル基、又は下記式
    (II)の置換基Z: 【化2】 (但し、R4 〜R10の各々は、互いに独立に、水素原
    子、アルキル基、アリール基、ヒドロキシ−アルキル
    基、アミノ−アルキル基、メルカプト−アルキル基、又
    はホスホ−アルキル基を表わし、かつR4 〜R10の各々
    の鎖長は、当該化合物が不溶解性、又は不分散性になる
    長さ未満である)を表わし、そして、nは、2以上でし
    かし当該ポリマーが不溶解性、又は不分散性になる数値
    未満の整数を表わす〕並びに、その酸塩、およびそれら
    の混合物、からなる群から選ばれた少なくとも1員を含
    む、水性前処理組成物を、前記金属材料表面を被覆する
    のに有効な量で塗布する工程、 (B)前記工程(A)において前記金属材料表面に塗布
    された前記前処理組成物層を乾燥する工程、および (C)前記金属材料表面上の、前記工程(B)において
    乾燥された前記前処理組成物層上に、(i)6価のクロ
    ムを含有する成分、および(ii)シリカ、シリケート、
    およびその混合物、からなる群から選ばれた1成分を含
    有する保護化成被覆組成物を、前記金属材料表面に形成
    される保護化成被覆層の量を少なくとも0.075g/
    2 にするのに有効な量だけ塗布する工程、を含む、金
    属材料表面に保護化成被覆層を形成する方法。
  2. 【請求項2】 前記工程(A)において使用される、前
    記溶解又は分散されたポリマーが、下記式(IV)のポリ
    マー: 【化3】 〔上式中、当該ポリマーの各繰り返えし単位の各々にお
    いて、互いに独立に、Xは、水素原子、又は前記式(I
    I)の置換基Zを表わし、Yは水素原子、前記式(II)
    の置換基Z、−CR5 6 7 基、又は−CH2 Cl基
    を表わし、そしてnは前記規定の通りである〕から選ば
    れ、このポリマーは、少なくとも部分的に酸中和されて
    いる、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記工程(C)において用いられる保護
    化成被覆組成物が、追加成分として、(iii)全クロム量
    に対し、1.0:1.0以下の重量比の燐酸塩成分を更
    に含む、請求項1、又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 清浄化されたアルミニウム材料表面に改
    良された密着性を有する保護化成被覆層を形成するため
    の下記工程: (A)前記アルミニウム材料表面にH2 TiF6 により
    少なくとも部分的に中和された3−{N−メチル−N−
    (2−ヒドロキシエチル)アミノメチル}−4−ヒドロ
    キシスチレンのポリマーを含む安定な水性前処理組成物
    を、前記アルミニウム材料を被覆するのに十分な量で被
    覆する工程、 (B)前記工程(A)において前記アルミニウム材料表
    面に塗布された前記前処理組成物層を乾燥する工程、並
    びに (C)前記工程(B)の後に、前記金属材料表面に形成
    された、前処理組成物層上に、下記成分: (i)6価クロム含有成分、 (ii)シリカ、シリケート、およびこれらの混合物から
    なる群から選ばれた一成分、および (iii) 3価クロム含有成分、を含む保護化成被覆組成
    物を、前記アルミニウム材料表面上に、少なくとも0.
    11g/m2 の被覆量の保護化成被覆層を形成するに有
    効な量で塗布する工程、を含む、アルミニウム材料表面
    に保護化成被覆層を形成する方法。
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