TWI229149B - Corrosion resistant surface treatment for structural adhesive bonding to metal - Google Patents

Description

1229149 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於製備結合、抗腐触之經塗覆金屬基材，其 可抗脫層，且在抗腐蝕塗層中並不含六價鉻。 【先前技術】 至屬對金屬之結構性結合及複合型組合廣用於航空森工 業中’且其最終之結構通常需要合理性的抗使用中所見之 極大壓力條件。為避免航空器結構受損，因此使金屬與金 屬結合及複合型組合必須可承受所遭遇之環境條件。最重 要的是複合結構之抗腐蝕及解積層。迄今為止，金屬與金 屬之黏著劑結合及複合型組合（沒有鉻酸鹽底塗）在執行上較 不滿意，因為聚合物黏著劑及鋁表面間之介面處之黏著劑 會黏著破壞。 轉化塗料已廣用於改善腐蝕抑制之金屬表面處理上。轉 化塗料係經由金屬及會使金屬表面轉化或改質成具有所需 官能基性質之薄膜之槽溶液間之化學反應塗佈。轉化塗料 尤其可用於金屬如鋼、鋅、鋁及鎂之表面處理。過去， 經澄明鉻酸鹽轉化塗料為鋁及鎂最成功之轉化塗料。然而， 過去所用之鉻酸鹽轉化塗料通常含有高毒二' y α〜㈡絡。使 用六價絡會造成製程之操作者可能之有毒作業狀、兄， 棄物之處理成本極高。 廢 因此極需要提供一種製備抗腐蝕 積層之結合金屬基材。 【發明内容】 85408 1229149 本發明係提供一種製備抗腐蝕、不含六價鉻且與黏著劑 滿意的結合在一起，而可在水性高溫環境中作用之金屬基 材之方法。 依據本發明之方法，金屬基材係在磷酸陽極化溶液中經 陽極處理。該經陽極處理之金屬基材隨後與不含六價鉻之 含三價鉻之酸性塗料溶液接觸，塗覆該經陽極處理之金 基材。施加無鉻酸鹽之底塗，且經塗覆之陽極處理金屬基 材可與另-經該處理之金屬基材黏著性結合，形成複合二 件。所得物件呈現極佳之結合及腐蝕性質。 【實施方式】 本發明係提供一種處理金屬基材（較好為鋁合金）之多步驟 方法，該金屬基材可藉由例如黏著劑結合在一起，幣 合物件。 y ?复 該方法包括⑴使金屬基材在磷酸陽極化溶液中經陽極處 理’及⑺使陽極處理之基材與不含六價鉻、含三價鉻之酸 性塗料溶液接觸，形成含三價鉻之經陽極處理金屬基材之 塗層。 金屬基材可藉由先前技藝已知之任. 订万式進行磷酸陽極 處理。適用之磷酸陽極處理法揭示於 %吴國專利第4,085,0 12 及4，127,45 1中，該二專利均在此提出供參考 之方法，金屬基材（較好為銘合金）係在鱗酸濃至 20wt%之磷酸陽極化溶液中，溫詹。 … 又為5〇1"至8〇卞下，且陽極 化電位為3至2 5伏特下進行陽極處理。 經陽極處理後，使基材與酸性▲= ""一炀鉻之溶液接觸，在 85408 1229149 金屬基材上形成含三價鉻之腐蝕塗層。該酸性水溶液包括 水溶性三價鉻化合物、水溶性氟化物化合物及鹼性試劑。 溶液中三價鉻之含量為0.2克/升至5克/升（較好為〇·5克/升s 2克/升）’氟化物化合物之含量為〇·2克/升至5克/升（較好為 0.5克/升至2克/升），且鹼性試劑之含量為使溶液<ρΗ維持 在3.0至5·0(較好為3.5至4.0)。適用之溶液揭示在美國專利 第5,304,257號中，該專利在此提出供參考。金屬基材可浸 在溶液中’以溶液噴佈，以溶液上漆等”遺後在：材二 佈適用之不含絡酸鹽之底塗。 依據本發明處理之金屬基材可如技藝中已知般黏著劑結 合在-起’形成複合物件。適用之黏著劑為先前技藝之塗 佈金屬基材及結合所用之方法中習知本 白知者。再度參考美國專 利第4,085,012及4，127,451號。依據本於 +奴明製造之複合物件 呈現極佳之結合強度及腐蝕性質，如下^ 卜利貫例之證明。 實例 由鋁合金6〇6 1之黏著劑結合金屬窄制 I備五張楔合龜裂試 驗樣品。將二張6，，\6，，\0.125，，之金屬伙、士 土屬泊凊潔且烘乾。隨後， 將該金屬箔浸在磷酸中且在下列條件下細σ 、！陽極處理： 陽極化溶液組成：7.5體積％之嶙酸 電壓：15V 度·室溫 時間：20分鐘 隨後回收經鱗酸陽極處理之金屬$ ^ 在下列條件 句、，白且烘乾 下將金屬箔浸在三價絡塗料溶液中： 85408 1229149 溶液組成：1份鉻化合物； 1份氟化物化合物；及 18份去離子水 三價鉻化合物··硫酸鉻 氟化物化合物··氟錘酸鉀 pH ： 3.8 溫度·室溫 時間：浸潰10分鐘 經三價鉻處理後立即以BR6757-1環氧底塗之不含絡充填 物處理該金屬箔，且在3 5 0 T下硬化9 0分鐘。隨後，使金屬 箔與Loctite Aerospace EA9689尼龍支撐之薄膜黏著劑結合 在一起’且在350T及6Opsi之壓力下硬化2小時。結合之樣 品在切割成5片楔合之龜裂樣品，用於測定結合品質。接著

依據ASTM DW62試驗金屬箔。結果列於下表I中。 表 I 樣品# 起初龜裂長度 數小時之龜裂成長(英叶） 董不良模式 (英吋） 1小時 2小時 4小時 24小時 (%内聚力） 1 1.725 0.055 0.055 0.055 0.080 mn 2 1.515 0.050 0.050 0.050 0.075 100 3 1.485 0.043 0.065 0.065 0.088 100 4 1.515 0.050 0.070 0.070 0.145 100 5 1.610 0.058 0.058 0.058 0.091 100 平均 1.570 0.051 0.060 0.060 0.096 100 85408 1229149 損壞機構有下列三種。 •C/Α為黏著劑中之内聚力。此為黏著力不足之較佳模式。 顯示結合強度超過黏著劑之強度。黏著不良發生在黏著 d中，且不發生在黏著劑與底塗或底塗與金屬之介面處。 • A/P為對底塗之黏著。黏著不良之模式為可能與底塗發生 作用（指標，其可能影響黏著劑與底塗之結合強度。此 模式亦用作品質系統之檢视。 ^ •Γ矣為之金屬底塗，此為顯示製程並不滿意之機制。 ::可看出，所有實例均呈現顧Μ 式，其顯示極佳之，士人％ m… 強度。另夕卜’龜裂之成長可以與標 卞龜农成長速率相比較’且為可接受。 本發明可包厶Α讪泌斗、> 匕。/、他形式或依其他 精神或基本特徵。 進仃i_均不離其 限制用，本發明之所有相關之說明但非 古^ 乾圍係以附屬申請專利範圍指于，ΕΙ阶 有改變均在本範圍中 J靶圍扶不’且所 且其相對等之範圍亦均包含於其中。 85408 -10·

Claims (1)

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請專利範圍峙棒本妒3 拾、申請專利 1 · 一種在金屬基材上製備三價鉻塗層之方法，其包括之步驟 為： (a) 提供磷酸陽極化溶液； (b) 使金屬基材在磷酸陽極化溶液中進行陽極處理； (c) 提供含三價鉻之酸性塗料溶液；及 (d) 使經陽極處理之金屬基材與酸性溶液接觸，以於陽 極處理之金屬基材上形成含三價鉻之塗層。 2. —種在金屬基材上製備三價絡塗層之方法，其包括之步驟 為： (a) 提供磷酸陽極化溶液； (b) 使金屬基材在磷酸陽極化溶液中進行陽極處理； (c) 提供含三價鉻之酸性塗料溶液，其中該含酸性塗料 溶液之三價路包括水溶性三價路化合物、水落性氣化物化 合物及鹼性試劑；及 (d) 使經陽極處理之金屬基材與酸性溶液接觸，以於陽 極處理之金屬基材上形成含三價絡之塗層。 3 · —種在金屬基材上製備三價鉻塗層之方法，其包括之步驟 為·· (a) 提供磷酸陽極化溶液； (b) 使金屬基材在磷酸陽極化溶液中進行陽極處理； (c) 提供含三價鉻之酸性塗料溶液； (d) 使經陽極處理之金屬基材與酸性溶液接觸，以於陽 85408-930910.doc 1229149 極處理之金屬基材上形成含三價絡之塗層；及 (e)將黏著劑塗佈於塗覆之陽極處理金屬基材上，且使 其與另一塗覆之經陽極處理金屬基材結合，以形成複合物 件。 4· 一種在金屬基材上製備三價鉻塗層之方法，其包括之步驟 為： (a) 提供磷酸陽極化溶液； (b) 使金屬基材在磷酸陽極化溶液中進行陽極處理； (c) 提供含二價絡之酸性塗料溶液，其中該含酸性塗料 洛液之二價鉻包括水溶性三價鉻化合物、水溶性氟化物化 合物及驗性試劑； (d) 使經陽極處理之金屬基材與酸性溶液接觸，以於陽 極處理之金屬基材上形成含三價鉻之塗層；及 (e) 將黏著劑塗体於塗覆之陽極處理金屬基材上，且使 其與另一塗覆之經陽極處理金屬基材結合，以形成複合物 件。 5·如請求項丨、2、3及4中任一項之方法，其中該磷酸陽極化 落液之磷酸濃度在3wt%至2〇wt%之間。 6·如印求項5义方法，其中之陽極處理電位為^至以伏特。 7·如印求項6之方法’其中之陽極處理係在5〇下至8〇卞間之溫 度下進行。 8·如請求項5之方法，其中溶液之pH為 3.0至 5.0。 9. 如請求項5之方法’其中溶液之pH為 3·5至 4.5。 10. 如凊求項1、2、3及4中任一項之方法，其中之金屬基材為 85408-930910.doc 1229149 銘合金。 11.如請求項1、2、3及4中任一項之方法，其中經陽極處理之 金屬基材係浸在酸性塗料溶液中。 1 2.如請求項1、2、3及4中任一項之方法，其中經陽極處理之 金屬基材係以酸性塗料溶液喷佈。 85408-930910.doc