KR20070118085A - 철 및 철 합금용 크롬 전환 코팅을 준비하기 위한 방법 - Google Patents

철 및 철 합금용 크롬 전환 코팅을 준비하기 위한 방법 Download PDF

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KR20070118085A
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크레익 에이 마트즈도르프
윌리암 씨. 제이알. 닉켈슨
제임스 엘. 그린
앤드류 에스. 스워츠
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더 유나이티드 스테이트 오브 아메리카 에즈 레프레센티 비 더 세크리터리 오브 더 네이비
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Abstract

내식성 및 점착 결합 강도를 개선시키기 위한 철 합금 코팅 방법이 제공된다. 상기 방법은, 수성액 1리터 당, 수용성 3가 크롬 화합물의 약 0.01-22 그램, 헥사플루오로지르코네이트 약 0.01-12 그램, 하나 이상의 헥사플루오로실리게이트 및/또는 테트라플루오로보레이트, 하나 이상의 수용성 2가 아연 화합물 및 수용성 시크너 및/또는 수용성 계면활성제의 0.0-10 그램을 포함하는, 수성액으로 철 및 강 등의 그의 합금을 처리하는 단계를 포함한다.
철, 철합금, 크롬, 코팅, 점착성, 내식성

Description

철 및 철 합금용 크롬 전환 코팅을 준비하기 위한 방법{PROCESS FOR PREPARING CHROMIUM CONVERSION COATINGS FOR IRON AND IRON ALLOYS}
발명의 기원
본 발명은 미국 정부의 고용인에 의해 행해졌으며 어떠한 로열티의 지급없이 공공의 목적으로 미국 정부에 의해 제조 및 사용될 수 있다.
계속 출원
본 출원은 2005년 출원된 계류중인 미국 특허 출원 NC-96,347호의 일부 계속 출원이다.
본 발명은 철 및 철 합금들용 지르코늄-크롬 전환 코팅을 준비하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 3가 크롬 화합물, 하나 이상의 헥사플루오로지르코네이트 및 선택적으로, 테트라플루오로보레이트 및/또는 헥사플루오로실리게이트, 아연 화합물, 계면활성제, 습윤제 및/또는 시크너를 포함하는 수성액의 효과적인 량으로 철 및 철 합금들을 사전처리하는 단계를 포함한다. 더 구체적으로, 본 발명은 합금들 결합 강도 및 내식성을 개선하도록 철 및 철 합금들을 보호하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 하나 이상의 수용성 3가 크롬 화합물의 효과적인 량, 수용성 알칼리 금속 헥사플루오로지르코네이트, 하나 이상의 수용성 알칼리 금속 테 트라플루오로보레이트 및/또는 헥사플루오로실리게이트, 하나 이상의 수용성 2가 아연 화합물, 및 수용성 시크너 및/또는 수용성 계면활성제의 효과적인 량을 포함하는, 수성액으로 철 및 그의 합금들을 처리하는 단계를 포함한다.
강 등의 철 합금들의 현재의 표면 준비는, 응용에 따라, 다양한 기계적 및 화학적 프로세스들을 포함한다. 페인트 등의 여러 가지 외부 코팅들의 점착 및 강의 내식성을 개선하도록 전통적으로 인산염피막 처리 코팅이 이용되고 있다. 예컨대, 인산염피막 처리 코팅들이 적용되기에 실제적이지 않을 때 점착성을 개선시키도록 그릿(grit) 연마를 이용하였다. 이 경우, "다이렉트-투-메탈" 프로세스로 언급되는 그릿-연마된 강에 원하는 페인트 프라이머가 직접 도포된다. 최적의 점착성 및 내식성을 위해 6가 크롬의 "린스"에 대한 그들의 의존성 때문에 많은 구성들이 인산염피막 처리 코팅과 같은 다이렉트-투-메탈 기술에 의존하고 있다. 다이렉트-투-메탈 코팅은 간단하고 화학적 코팅에 의존하지 않는 한편, 최적의 코팅 시스템을 제공하지 못한다. 화학적 사전처리가 없으므로 시스템의 전체 내식성이 감소한다. 이는 부분적으로 강 등의 철 합금을 페인팅하기 위해 거의 어디서나 비크롬산염 프라이머를 이용하기 때문이다. 또한, 그릿-연마는 페인트 점착에 대한 양호한 기계적 베이스를 부여하지만 노동 집약적이고 강 표면 전체에 걸쳐 그릿의 인가를 필요로 함으로써, 대량의 그릿들을 소모하게 되어 그들을 수거하여 재활용 또는 폐기하여야 하게 된다.
또한, 강 등의 철 합금들에 내식성 전환 코팅이 없는 경우, 강 부품들이 그릿 연마 또는 세정된 후, 페인트가 도포되기 전에 발생하는 "플래시 러스팅"의 문제가 있다. 플래시 러스트 발생을 억제하기 위한 요구조건들은 스케쥴에 막대한 부담이 되고 부품들에 대해 페인트 칠하기 전 몇 시간 동안 방치되도록 허용하지 않는다. 이는 부품들 또는 구성품들이 밤새 또는 주말 동안 방치되도록 허용하지 않고 따라서 특정의 시프트의 완료 전에 부품들이 페인트 칠 될 수 없는 경우 시프트가 끝날 때까지 작업이 완료될 수 없게 한다. 이는 통상적인 경우보다 덜 생산적인 것으로 되게 한다. 또한, 페인트칠 전에 선적 또는 이동될 필요가 있는, 처리되었지만, 페인트 칠 되지 않은 부품들 또는 구성품들에 대해 노동적이고 고비용이며 페인트 칠 이전에 벗겨져야 하는 보호 코팅을 필요로 되게 한다. 알루미늄 사전처리와 유사한 강 등의 철 합금들의 화학적 사전처리는 가능하지 않지만 바람직한 것이다. 이러한 코팅은 그릿-연마된 표면을 필요로 하지 않고 강 기판으로의 양호한 페인트 점착성을 부여하며 이로써 페인트된 강의 내식성을 증가시킨다. 또한, 상기한 철의 사전처리는 플래시 러스팅을 방지하며 철 부품들이 페인트 칠 되도록 요구되기 전에 그 부품들의 취급 시간을 연장하도록 허용하는 작용을 행한다. 이러한 사전처리는 단지 구성품 또는 강 부품들을 사전처리 용액의 탱크에 담그고, 합금 위에 용액을 분무하거나, 또는 합금에 용액을 문지르는 것에 의해 실시될 수 있다.
본 발명은 대기 온도 이상, 예컨대 약 120℉ 이상까지의 온도에서 철 및 그의 합금 상에 전환 코팅을 준비하기 위한 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 강 등의 철 합금 상에 그의 내식성 및 점착 결합 강도를 개선하도록 전환 코팅을 준비하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 3가 크롬 방법(TCP)은 약 2.5-5.5 및 바람직하게는 3.7-4.0의 pH를 가지며, 수성액 1리터 당, 수용성 3가 크롬 화합물의 약 0.01-22 그램, 알칼리 금속 헥사플루오로지르코네이트의 약 0.01-12 그램, 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로실리게이트 및 그의 임의 비율의 여러 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 플루오로화합물의 0.0-12 그램, 하나 이상의 수용성 2가 아연 화합물의 0.0-10 그램, 하나 이상의 수용성 시크너의 0.0-10 그램 및 바람직하게는 0.5-1.5그램, 및/또는 하나 이상의 수용성 비이온, 양이온 또는 음이온 계면활성제 또는 습윤제의 0.0-10 그램 및 바람직하게는 0.5-1.5그램을 가지는, 수성액을 포함한다.
따라서, 본 발명의 목적은 철 합금을 그의 점착성 및 내식성을 개선하도록 사전처리하기 위해 3가 크롬 화합물, 헥사플루오로지르코네이트, 및 테트라플루오로보레이트 및/또는 헥사플루오로실리게이트를 포함하는 수성액을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 강 등의 철 합금을 사전처리하기 위해 3가 크롬 염 및 헥사플루오로지르코네이트를 포함하는 2.5-5.5의 pH를 가지는 안정화 수성액을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 표면의 그릿-연마없이 실질적인 색상 변화를 가지며 양호한 점착성을 부여하는 강을 코팅하기 위한 사전처리 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 사전처리 방법은 다이렉트-투-메틸 방법에 의해 페인트된 강에 비해 페인트칠 된 강의 개선된 내식성을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 철 합금을 실온 이상의 온도에서 3가 크롬 화합물 및 헥사플루오로지르코네이트를 포함하는 약 3.7-4.0의 범위의 pH를 가지며 6가 크롬을 거의 포함하지 않는 안정화 수성액을 제공하는 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 목적들은 첨부된 도1-6(사진)과 결합하여 고려할 때 이하의 상세한 설명을 참조한다면 더욱 명백하게 될 것이다.
도1은 그릿 연마 없는, 강의 MIL-C-53022 프라이머의 사진이다.
도2는 그릿 연마 없이, TCP-P 코팅된 강의 MIL-C-53022 프라이머의 사진이다.
도3은 그릿 연마 없이, 아쿠아 젠 처리된 강의 MIL-C-53022 프라이머의 사진이다.
도4는 그릿 연마 처리된 강의 MIL-C-53022 프라이머의 사진이다.
도5는 그릿 연마 처리되어 TCP-P 코팅된 강의 MIL-C-53022 프라이머의 사진이다.
도6은 그릿 연마 처리되고 아쿠아 젠 처리된 강의 MIL-C-53022 프라이머의 사진이다.
본 발명은 지르코늄-크롬 전환 코팅 및 강 등의 그의 합금들을 그들의 점착 결합 및 상기 합금의 부식-저항 특성을 개선하도록 준비하기 위해 약 2.5-5.5 범위의 pH, 및 바람직하게는 약 2.5-4.5 또는 3.7-4.0 범위의 pH를 가진 수성액을 이용하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 예컨대 황산 크롬 등의 하나 이상의 수용성 3가 크롬 화합물의 약 0.01-22 그램 및 바람직하게 약 0.01-10 그램, 예컨대 5.0-7.0 그램, 하나 이상의 알칼리 금속 헥사플루오로지르코네이트 약 0.01-12 그램 및 바람직하게 약 1.0-8.0 그램, 예컨대 6.0-8.0 그램, 알칼리 금속 테트라플루오로보레이트, 알칼리 금속 헥사플루오로실리게이트 및 그의 임의 비율의 혼합물 및 조합물들로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 플루오로화합물의 약 0.0-12 그램 및 바람직하게는 약 0.01-1.2 그램, 예컨대 0.12-0.24 그램, 및 황산 아연 등의 하나 이상의 2가 아연 화합물의 약 0.0-10 그램 및 바람직하게는 0.001-10 또는 0.1-5.0 그램을 포함하는 수성액을 약 120℉ 이상까지의 범위의 온도들에서 사용함에 의해 사전처리 코팅을 준비하는 단계를 포함한다.
종래의 기계적 또는 화학적 기술들을 통해 강 기판 등의 철 합금을 세정 및 환원 또는 산처리(pickling)한 후에, 상기 용액은 실온에서 담금, 분무 또는 와이프-온 기술을 이용하여 알루미늄 전처리를 위해 이용되는 과정과 유사하게 기판에 인가된다. 용액 잔류 시간은 약 1.0-10분간이다. 이 용액으로, 1.0-10분간의 잔류 시간에 의해 색상 변화, 페인트 점착 및 부식 저항에 대한 최적의 막이 산출된다. 본 발명의 더 중요한 사항은, 상기 1.0-10분간의 잔류 시간에 의해 상기 수성액의 화학적 조성에 주로 의존하여 감청색에서 청백색 범위로 퇴적된 코팅에 대해 감지할 수 있을 정도의 색상 변화를 제공하게 된다. 계속해서 나머지 미반응 용액은 수도물 또는 탈이온수로 기판으로부터 행구어진다. 합금의 추가적 사후 처리는 불필요하다. 사전처리 코팅은 계속되는 페인팅 전에 완전 건조되도록 허용된다.
일부 방법들에서, 기판의 물리적 사이즈 등의 철 합금, 즉 강 기판의 물리적 특성에 따라, 용액 증발을 느리게 함에 의해 분무 및 와이프-온 도포 중에 최적 막 형성에 조력하도록 용액에 시크너를 첨가한다. 또한, 이로써 페인트 점착을 열화시키는 분말 퇴적의 형성을 감소시킨다. 또한, 시크너의 첨가는, 대면적 도포 중에 적절한 막 형성에 조력하게 되며 전 단계로부터의 처리 중에 기판 상에 남아 있는 행굼 물의 희석 효과를 감소시킨다. 이 과정의 특징에 의해 줄무늬를 갖지 않고 색상 및 부식 보호성이 개선된 막들을 산출하게 된다. 셀룰로오스 화합물 등의 수용성 시크너들은 1리터당 약 0.0-10 그램 및 바람직하게는 0.5-1.5 그램, 예컨대 수성액 1리터 당 약 1.0 그램의 범위의 량으로 수성액에 존재할 수 있다.
또한, 철 합금의 특징에 따라, 효과적인 소량의 하나 이상의 수용성 계면활성제 또는 습윤제가 약 0.0-10 그램 및 바람직하게는 0.5-1.5 그램, 예컨대 수성액 1리터 당 약 1.0 그램의 범위의 량으로 수성액에 첨가될 수 있다. 많은 수용성 계면활성제들이 종래 기술에 잘 알려져 있고 따라서 본 발명의 목적으로 비이온, 양이온 및 음이온 계면활성제들로 된 그룹에서 선택될 수 있다.
3가 크롬이 수용성 3가 크롬 화합물, 바람직하게는 3가 크롬 염으로서 첨가된다. 특히, 본 발명의 수성액 형성 시에, 상기 크롬 염은 수용액 형태로 상기 수 성액에 편리하게 첨가될 수 있으며 크롬의 원자가는 +3가이다. 예컨대, 바람직한 크롬 화합물들 중 일부는 Cr2(SO4)3,(NH4)Cr(SO4)2 또는 KCr(SO4)2 및 이 화합물들의 임의의 혼합물의 형태로 용액에 포함된다. 3가 크롬 염 농도의 바람직한 예는 수성액 1리터당 약 5.0-7.0 그램이다. 3가 크롬 화합물이 이들 바람직한 범위로 용액에 존재할 때 특히 양호한 결과들이 얻어지는 것으로 밝혀졌다.
일부 처리들에서, 알칼리 금속 테트라플루오로보레이트 및/또는 헥사플루오로실리케이트가 화합물들의 용해 한도들까지 리터 당 0.01 그램의 작은 량으로 수성액에 첨가될 수 있다. 예컨대, 플루오로실리케이트의 약 50% 중량 퍼센트가 플루오로지르코네이트의 중량에 기초하여 첨가된다. 즉, 플루오로지르코네이트 염의 리터 당 8.0 그램에 대해, 플루오로실리케이트의 리터당 약 4.0 그램이 용액에 첨가된다. 예컨대, 대안으로서 플루오로지르코네이트 염의 중량에 기초한 플루오로보레이트 염의 약 0.01-100 중량 퍼센트를 첨가한다. 예컨대, 플루오로보레이트 염의 약 1-10 중량 퍼센트가 플루오로지르코네이트 염의 중량에 기초하여 첨가될 수 있다. 특수 예는 포타슘 헥사플루오로지르코네이트의 리터 당 약 6.0-8.0 그램, 염기성 크롬 III 황산의 리터 당 약 5.0-7.0 그램, 2가 황산 아연의 리터 당 약 0.1-5.0 그램 및 포타슘 테트라플루오로보레이트 및/또는 헥사플루오로실리케이트의 리터 당 약 0.12-0.24 그램을 포함한다. 안정화 첨가제 즉, 플루오로보레이트 및/또는 플루오로실리케이트의 첨가의 중요한 결과는 pH가 약 2.5 및 5.5 사이에 유지되는 동안에는 상기 용액이 안정적이라는 것이다. 그러나, 일부 경우 상기 처리 용액 은, pH를 약 2.5-5.5 및 바람직하게는 2.5-4.5 또는 3.7-4.0의 범위로 유지하도록, 희석 산 또는 염기의 효과적인 량의 첨가에 의해 pH를 약간 조정할 필요가 있을 수 있다.
또한, 상기 용액은 아연을 포함하지 않은 합성물 또는 다른 처리들에 비교할 때 합금의 색상 및 부식 보호성을 더욱 개선하도록 하나 이상의 2가 아연 화합물을 포함할 수 있다. 2가 아연 화합물의 량은 코팅에 부여되는 색상을 조정하도록, Zinc2+양이온의 리터당 약 0.001그램의 작은 량으로부터 리터당 10 그램, 예컨대 0.1-5.0 그램까지 변경될 수 있다. 2가 아연은 물에 용해된 염 등의 임의의 화학적 화합물에 의해 공급될 수 있고 상기 수성액에서 다른 성분들과 융화성이 있다. 요구되는 농도에서 수용성인 바람직한 2가 아연 화합물들은, 예컨대, 아세트산 아연, 텔루르화 아연, 테트라플루오로보레이트 아연, 몰리브덴산 아연, 헥사플루오로실리케이트 아연, 황산 아연 및 이들의 임의 비율의 화합물을 포함한다.
철 합금의 사전처리는 대기 온도, 예컨대 대략 실온에서 약 120℉ 까지 또는 그 이상 200℉ 까지의 범위의 용액의 온도를 포함하는 여러 가지 온도에서 실행될 수 있다. 그러나, 가열 장비를 필요로 하지 않는 실온이 바람직하다. 상기 코팅은, 예컨대, 오븐 건조, 강제 공기 건조, 적외선 램프 노출 등을 포함하는 알려진 임의의 방법으로 건조될 수 있다. 본 발명의 목적에 있어서, 용어 "철 합금"은 탄소 등의 비금속 및 작지만 효과적인 량의 여러 가지 다른 금속을 포함하는 강 등의 임의의 철 합금을 포함한다.
이하의 예들은 본 발명의 안정화 용액, 및 철 및 그의 합금에 대한 색상 인식, 개선된 점착 결합 및 부식 저항 코팅을 제공함에 있어서 상기 용액들을 사용하는 방법을 설명하고 있다.
예1
안정화 수성액은, 그 용액 1리터 당, 염기성 3가 황산 크롬 약 3.0 그램, 포타슘 헥사플루오로지르코네이트 약 4.0 그램 및 황산 아연 약 1.0 그램을 포함하는 내식성 및 색상 인식성의 코팅을 제공하도록 강을 사전처리하기 위해 약 3.4-4.0 범위의 pH를 가진다.
예2
안정화 수성액은, 그 용액 1리터 당, 염기성 3가 황산 크롬 약 3.0 그램, 포타슘 헥사플루오로지르코네이트 약 4.0 그램, 및 포타슘 테트라플루오로보레이트 약 0.0-0.12 그램을 포함하는 내식성 코팅을 형성하도록 강을 처리하게 된다.
예3
안정화 수성액은, 그 용액 1리터 당, 염기성 3가 황산 크롬 약 3.0 그램, 포타슘 헥사플루오로지르코네이트 약 4.0 그램, 포타슘 테트라플루오로보레이트 약 0.12 그램 및 2가 황산 아연 약 2.0 그램을 포함하는 내식성 및 색상 인식성의 코팅을 제공하도록 강을 처리하게 된다.
이하의 예들 및 표1 및 2의 데이터는 Mil-P-53022 에폭시 프라이머 및 4130 강 시험 쿠폰들을 이용한 코팅들의 페인트 점착 성능을 나타낸다. Mil-P-53022 프라이머들은 방어 시스템의 여러 부서에서 강에 대해 공통으로 사용된다. 표들의 데 이터로부터 상기 코팅들이 제어 코팅들에 비해 페인트 점착을 증가시키는 것은 명백하다. 통상 대기 온도 조건에서 사용되는, 합성물들 또는 용액들은 반응 속도를 증가시키도록 상승된 온도에서 인가될 수 있다.
예A
철 합금의 전환 코팅으로서 TCP/TCP-CC의 프로세스 데이터 및 예들이다. 전환 코팅은 다음과 같이 4130 강에 인가된다 :
4130 강으로 된 시험 쿠폰들은 10분간 140-160℉의 온도로 표준 알칼린 세정액(Turco HTC)에서 세정된다. 그 후, 상기 쿠폰들은 행구어지고 시험 용액으로 직접 담겨진다. 상기 용액은 염기성 황산 크롬 1리터당 약 6.0 그램 및 포타슘 헥사플루오로지르코네이트(TCP-P) 1리터당 8.0 그램의 수용액으로 되어 있다. 쿠폰들은 약 10분간 TCP-P에 담겨지고 제거된 후 탈이온수로 완전하게 행궈진다. 그 후, 상기 쿠폰들은 대기 온도 조건에서 랙에서 건조된다. 그 결과의 코팅들은 색상이 짙은 감청색이고, 실험실에서 쉽게 볼 수 있게 된다. 이는 코팅이 완전한 것임을 나타내는 방식으로 프로세서들이 알 수 있도록 처리 중에 품질 제어를 위한 중요한 표시이다.
TCP-P 코팅된 4130 강에 더하여, 4130의 제어 세트들이 상기한 용액에서의 세정(Turco HTC)에 의해 준비된다. 상기 강 패널 또는 쿠폰들의 서브세트가 직접 금속 페인팅을 위해 표준의, 평균 프로파일 1.0-1.5 밀을 생성하도록 알루미나 그릿(grit) 매체로 연마한다. 그 후, 상기 강 쿠폰들은 Mil-C-53022 프라이머로 두께 약 1.0밀로 페인트칠 된다. 쿠폰들 중 하나의 서브세트가 프라이머 전에 아쿠아 젠 "워시 프라이머"로 페인트칠 된다. 상기 아쿠아 젠은 코팅 시스템의 점착성 촉진 및 내식성 개선을 위해 사용되는 산업 표준 코팅이다. 상기 페이트칠 된 쿠폰들은 페인트 경화를 위해 대기 온도 조건에서 14일간 방치된다. 경화 후에, 상기 쿠폰들은 페인트 점착 및 페인트 부식 시험을 받게 된다. 표1은 페인트 점착 결과를 나타내고 있다. 4 및 5의 평가는 합격으로 간주되고, 0-3의 평가는 실패로 된다. 데이터에 의해 나타낸 바와 같이, TCP-P 코팅은 강이 그릿 연마된 여부와 관계없이 4130 강에 양호한 페인트 점착성을 제공한다. 또한, TCP-P 코팅은 DoD 장비에서 통상적으로 이용되는 두 개의 제어 패널들에 비해 더 양호한 전체적 성능을 나타내고 있다. 이 시험에서, TCP-P 코팅은 아쿠아 젠 처리에 대해 양호한 대안으로 되며, 프라이머 만으로는 페인트 점착성이 매우 불량한 경우에도, 그릿 연마없이 Mil-C-53022 프라이머와 함께 우수한 성능을 나타내고 있다. 도1-6(사진)은 표1에 나타낸 각 코팅 시스템에 대한 7일의 습-테이프 점착성의 예들을 나타내고 있다.
표1
코팅 및 페인트 점착성 결과들
그릿 연마 코팅 시스템 페인트 점착 결과
건조 1일 습함 4일 습함 7일 습함
안함 Mil-C-53022 프라이머 만 4 4 0 0
안함 아쿠아 젠+Mil-C-53022 프라이머 5 4 3 3
안함 TCP-P+Mil-C-53022 프라이머 5 4 4 4
실시함 Mil-C-53022 프라이머 만 5 5 5 3
실시함 아쿠아 젠+Mil-C-53022 프라이머 4 4 3 1
실시함 TCP-P+Mil-C-53022 프라이머 5 5 5 4
예B
전환 코팅은 다음과 같이 4130 강에 인가된다 :
예A와 동일한 과정에 의해 시험 쿠폰들이 준비된다. 합성물(TCP-CC) 용액은 염기성 황산 크롬 1리터당 3.0 그램, 포타슘 헥사플루오로지르코네이트 1리터당 6.0 그램, 포타슘 테트라플루오로보레이트 0.18 그램 및 황산 아연 1리터당 2.0 그램으로 되어 있다.
표2는 표1의 결과들에 비교한 상기 코팅된 쿠폰들의 페인트 점착 결과를 나타내고 있다. 데이터에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 TCP, 즉 색상 변화 합성물(TCP-CC)로 형성된 코팅들은 점착 촉진제로서 TCP-P와 같이 실행된다.
표2
TCP-CC의 페인트 점착 결과
그릿 연마 코팅 시스템 페인트 점착 결과
건조 1일 습함 4일 습함 7일 습함
안함 TCP-CC+Mil-C-53022 프라이머 5 5 4 NA
실시함 TCP-CC+Mil-C-53022 프라이머 5 5 5 NA
본 발명의 수용액을 준비함에 있어서, 수용성 계면활성제가 3가 크롬 용액 1리터 당 약 0-10 그램 및 바람직하게는 0.5-1.5 그램의 범위의 량들로 3가 크롬 용액에 첨가될 수 있다. 상기 계면활성제는 표면 장력을 감소시킴에 의해 양호한 습윤성을 제공하도록 수성액에 첨가되어 완전한 커버리지, 및 철 합금 기판 상에 더 균일한 막을 보증하게 된다. 상기 계면활성제는 비이온, 양이온, 및 음이온 계면활 성제들로 된 그룹에서 선택된 하나 이상의 수용성 화합물을 포함한다. 잘 알려져 있는 수용성 계면활성제들 중 일부는 모노카르복실 이미도아졸린, 알킬 황산 나트륨 염(DUPONOL®), 트리데실옥시 폴리(알킬렌옥시 에탄올), 에톡실레이티드 또는 프로폭실레이티드 알킬페놀(IGEPAL®), 알킬설포나미드, 알카릴 설포네이트, 팔미틱알카놀 아미드(CENTROL®), 옥틸페닐 폴리에톡시 에탄올(TRITON®), 소르비탄 모노팔미테이트(SPAN®), 도데실페닐 폴리에틸렌 글리콜 에테르(예컨대, TERGITROL®), 알킬 피롤리돈, 폴리알콕시레이티드 패티 산 에스테르, 알킬벤젠 설포네이트 및 그의 혼합물들을 포함한다. 알려진 다른 수용성 계면활성제들은 알킬페놀 알콕실레이트, 바람직하게는 노닐페놀 에톡실레이트, 및 패티 아민을 가진 에틸렌 산화물의 첨가 생성물을 포함하며; 화학 기술의, 3차 Ed, 키르크-오스머스의 인사이클러페디어에서 죤 윌레이 및 솝스에 의해 발행된, "계면활성제 및 세제 시스템" 발간물을 참조하기 바란다.
큰 표면들이 담겨지도록 허용되지 않을 때 또는 수직 표면에 분무되는 경우, 충분한 접촉 시간 동안 표면 상에 수성액을 보유하도록 시크닝 제들이 첨가된다. 사용되는 시크너들은, 예컨대 수성액 1리터 당 약 0-10 그램 및 바람직하게는 0.5-1.5 그램의 범위의 충분한 농도의 효과적인 량으로 3가 크롬 용액에 첨가될 수 있는 무기 및 유기 수용성 시크너들로 알려져 있다. 일부 바람직한 시크너들의 특정한 예들은, 예컨대 하이드록시프로필 셀룰로오스(예컨대, 클루셀), 에틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 또는 메틸 셀룰로오스 및 그의 혼합물들 등의 셀룰로오스 화합물들을 포함한다. 다른 수용성 무기 시 크너들로는 콜로이달 실리카, 벤토나이트 등의 클레이, 녹말, 아라비아 고무, 트래거캔스 고무, 한천 및 여러 가지 조합들을 포함한다.
종래의 기술을 통해 코팅될 철 합금 표면을 준비한 후에, 상기 용액은 담금, 분무 또는 와이프-온 기술에 의해 인가될 수 있다. 상기 TCP 용액은 65℃ 이상까지 상승된 온도 범위에서 사용될 수 있고 코팅들의 내식성을 더욱 개선하도록 담금에 의해 최적으로 인가될 수 있다. 용액 잔류 시간은 약 1-60분, 및 바람직하게는 80℉에서 5-15분이다. 잔류 후에, 나머지 용액은 수도물 또는 탈이온수로 기판에서 완전하게 행구어진다. 양호한 성능을 위해 퇴적된 막의 다른 화학적 처리들은 불필요하다. 그러나, 강 산화 용액의 인가는 추가된 내식성을 가진 막을 산출할 수 있게 된다. 3가 크롬으로 된 막에 형성된 6가 크롬으로 인해 추가적 내식성이 제공된다고 생각된다. 수성액들은 담금 탱크를 대체하도록 설계된 분무 탱크 장치로부터 분무될 수 있다. 또한, 이 개념은 활성 화학 체적을 약 1000 갤론에서 약 30-50 갤론으로 감소시킨다. 본 발명의 다른 특징은 상기 방법이 황산, 크롬, 붕소-황산 합성물로 제조된 알려져 있는 다른 코팅들보다 양호하거나 또는 적어도 동등한 내식성을 가진 코팅들을 제공하는 것이다.
본 발명이 다수의 특정 예들에 의해 설명되었지만, 첨부된 특허청구의 범위에 특정된 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 다른 변화 및 변경들이 행해질 수 있음은 명백하다.

Claims (20)

  1. 약 2.5-5.5 범위의 pH를 가지며, 용액 1리터 당, 3가 크롬 화합물의 약 0.01-22 그램, 헥사플루오로지르코네이트 약 0.01-12 그램, 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로실리게이트 및 그의 혼합물들로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 플루오로화합물의 약 0.0-12 그램, 하나 이상의 2가 아연 화합물의 약 0.0-10 그램, 하나 이상의 수용성 시크너의 0.0-10 그램 및 하나 이상의 수용성 계면활성제의 0.0-10 그램을 포함하는, 수성액으로 철 및 철 합금들을 처리하는 단계를 포함하는, 내식성 및 점착 결합 강도를 개선하도록 철 및 철 합금들 상에 지르코늄-크롬 전환 코팅을 준비하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수성액의 pH는 약 3.7-4.0의 범위이고 상기 철 합금은 강인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 3가 크롬은 약 0.01-10 그램 범위의 수용성 화합물이고, 상기 헥사플루오로지르코네이트는 약 0.01-8.0 그램 범위의 수용성 화합물이고, 상기 플루오로화합물들은 약 0.01-1.2 그램 범위의 수용성 화합물인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 시크너는 약 0.5-1.5 그램 범위이고 상기 계면활성제는 약 0.5-1.5 그램 범위인 방법.
  5. 약 3.7-4.0 범위의 pH를 가지며; 용액 1리터 당, 3가 크롬 염의 약 0.01-10그램, 알칼리 금속 헥사플루오로지르코네이트 약 0.01-8.0 그램, 알칼리 금속 테트라플루오로보레이트, 알칼리 금속 헥사플루오로실리게이트 및 그의 혼합물들로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 플루오로화합물의 약 0.01-1.2 그램, 하나 이상의 2가 아연 화합물의 약 0.001-10 그램, 하나 이상의 수용성 시크너의 0.5- 약 1.5 그램 및 하나 이상의 수용성 계면활성제의 0.5- 약 1.5 그램을 포함하는, 수성액으로 철 및 철 합금들을 처리하는 단계를 포함하는, 내식성 및 점착 결합을 개선하도록 철 및 철 합금들 상에 지르코늄-크롬 전환 코팅을 준비하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 철 합금은 강인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 시크너는 셀룰로오스 화합물인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 크롬 염은 3가 크롬 황산인 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 알칼리 금속 지르코네이트는 포타슘 헥사플루오로지르코네이트인 방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 3가 크롬 염은 약 5.0-7.0 그램 범위이고, 상기 헥사 플루오로지르코네이트는 약 0.01-8.0 그램의 범위이고, 상기 테트라플루오로보레이트는 약 0.12-0.24 그램의 범위인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 시크너는 수용성 알킬 셀룰로오스 화합물인 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 아연 화합물은 아세트산 아연인 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 크롬 염은 3가 황산 크롬이고 상기 2가 아연 화합물은 황산 아연인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 계면활성제는 수용성 비이온, 음이온 및 양이온 계면활성제들로 구성된 그룹에서 선택되는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 황산 아연은 약 0.001-10 그램의 범위의 량으로 상기 수성액에 존재하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 아연 화합물은 약 0.1-5.0 그램의 범위의 2가 황산 아연인 방법.
  17. 제5항에 있어서, 상기 크롬 염은 5.0-7.0 그램의 범위의 량으로 상기 수성액 에 존재하는 3가 황산 크롬이고, 알칼리 금속 테트라플루오로보레이트 및 헥사플루오로실리게이트의 혼합물은 약 0.5-1.5 그램의 범위의 량으로 상기 수성액에 존재하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 아연 화합물은 약 0.001-10 그램의 범위의 량으로 상기 수성액에 존재하는 2가 황산 아연인 방법.
  19. 청구항2의 방법에 의해 얻어진 코팅된 철 합금.
  20. 청구항6의 방법에 의해 얻어진 코팅된 철 합금.
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