Очищающие композиции для металлических субстратов
Изобретение относится к композициям, предназначенным для нанесения на металлический субстрат и обеспечивающим очищение металла без формирования травильного шлама, а также эффективное увеличение адгезии к последующим слоям покрытия. Предложенные композиции содержат водный носитель, гидроксидный анион, фосфатный анион, азольное соединение или ингибитор коррозии, содержащий азольное соединение и по меньшей мере одно из группы, состоящей из ионов редкоземельных металлов, ионов щелочноземельных металлов, иона Li, иона K, иона Rb, иона Cs, иона Fr и/или ионов переходных металлов. Причем первая из указанных вариантов композиции не содержит анионов, отличных от гидроксидного и фосфатного, а вторая не содержит дополнительных компонентов, оказывающих значимое влияние на коррозионную стойкость металлического субстрата. Также предложены композиция, содержащая водный носитель, гидроксидный анион, фосфатный анион, азольное соединение, поливинилпирролидон и аллантоин, и композиция, состоящая из водного носителя, гидроксидного аниона в количестве от 0,05 до 25 г/1000 г раствора, фосфатного аниона и ингибитора коррозии, содержащего ион Li. 8 н. и 13 з.п. ф-лы.
Перекрестная ссылка на родственную заявку (заявки)
Для настоящего изобретения испрашивается приоритет и преимущества в соответствии с Предварительной заявкой на патент США №61/802,619, поданной 16 марта 2013 г. в Ведомство США по патентам и товарным знакам, полное содержание которой включено в настоящий текст посредством ссылки.
Предпосылки создания изобретения
Металлы, такие как алюминий, и их сплавы широко используются в аэрокосмической области, в коммерческих и частных областях применения. Однако эти металлы имеют склонность к быстрой коррозии в присутствии воды вследствие своего низкого окислительно-восстановительного (редокс) потенциала, что значительно ограничивает время полезной работы изделий, выполненных из этих металлов, и/или увеличивает стоимость их обслуживания. Эти металлы также могут иметь проблему, связанную с адгезией краски, поскольку поверхность металла при формовании в изделие обычно очень гладкая.
Окисление и разложение металлов, применяемых в аэрокосмической области, коммерческих и частных областях применения, представляют собой серьезную и затратную проблему. Для предотвращения окисления и разложения металлов, используемых в указанных областях, на поверхность металла можно наносить защитное покрытие. Это защитное покрытие может быть единственным покрытием, наносимым на металл, или же для дополнительной защиты поверхности металла могут наноситься также и другие покрытия. Для обеспечения надлежащей адгезии покрытий к поверхности субстрата и для обеспечения коррозионной стойкости металлического субстрата субстрат можно очищать перед нанесением покрытий. Типичные очистители могут включать щелочные очистители, которые удаляют жиры, масла, воски и грязь с поверхности металла. Можно также (или альтернативно) проводить кислотную очистку/травление для удаления оксидов металлов (например, ржавчины, травильного шлама и т.д.) и придания поверхности металла химической активности для последующей стадии нанесения финишного покрытия.
Традиционно применяемые очистители часто могут приводить к образованию травильного шлама при очистке поверхности, обуславливать плохую или недостаточную адгезию к последующим слоям покрытия, требовать проведения нескольких стадий и продолжительного времени для очистки субстрата, требовать осуществления коммерчески непривлекательных стадий, таких как дополнительная промывка, удаление оксидной пленки и/или стадия герметизации, и/или требовать использования растворов, имеющих повышенную температуру. Многостадийные процессы очистки увеличивают затраты на получение финишного покрытия и усиливают загрязнение окружающей среды. Поэтому было бы желательно получить щелочной очиститель металла, который не давал бы травильного шлама, эффективно усиливал бы адгезию к последующим слоям покрытия при нанесении финишного покрытия, не требовал бы нескольких стадий нанесения и/или который мог бы применяться при комнатной температуре.
Краткое описание изобретения
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция для нанесения на металлический субстрат содержит водный носитель, гидроксидный анион и/или фосфатный анион, и ингибитор коррозии, содержащий азольное соединение, ион редкоземельного металла, ион щелочноземельного металла и/или ион переходного металла.
Подробное описание изобретения
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения очищающая композиция для металлического субстрата содержит состав со щелочным метасиликатом. В некоторых вариантах осуществления композиция содержит гидроксид и/или фосфат и ингибитор коррозии, такой как, например, соль цинка и/или азольное соединение.
В настоящем изобретении перечисленные далее термины имеют приведенные ниже значения.
Термин "субстрат" в настоящем изобретении означает материал, имеющий поверхность. Применительно к нанесению конверсионного покрытия термин "субстрат" означает металлический субстрат, такой как алюминий, железо, медь, цинк, никель, магний и/или сплав любых из перечисленных металлов, включая (но не ограничиваясь только этим) сталь. Примеры субстратов включают алюминий и сплавы алюминия. Дополнительные примеры субстратов включают алюминиевые субстраты с высоким содержанием меди (т.е. субстраты, включающие сплав, содержащий и алюминий, и медь, где содержание меди в сплаве является высоким, например количество меди в сплаве составляет от 3 до 4%).
Термин "покрытие" и родственные ему термины при использовании в настоящем тексте в роли глагола означают процесс нанесения композиции, т.е. контакт субстрата с композицией, такой как контакт субстрата с конверсионным покрытием, грунтовкой и/или внешним слоем покрытия. Термин "покрытие" может применяться взаимозаменяемо с терминами "нанесение", "обработка" или "предварительная обработка", и может также применяться для описания различных форм нанесения или обработки, таких как покраска валиком, распыление и погружение, где субстрат контактирует с композицией в ходе указанных методов нанесения. В контакт может вступать весь субстрат или его часть. То есть композицию по настоящему изобретению можно наносить на по меньшей мере часть субстрата.
Термин "конверсионное покрытие", также обозначаемый в настоящем тексте как "конверсионная обработка" или "предварительная обработка", означает обработку металлического субстрата, которая изменяет химический состав поверхности металла. Термины "конверсионная обработка" и "конверсионное покрытие" означают также такое нанесение на поверхность металла или такую обработку поверхности металла, при которых металлический субстрат контактирует с водным раствором, содержащим металлический элемент, отличный от металла, содержащегося в субстрате. Кроме того, термины "конверсионное покрытие" и "конверсионная обработка" относятся к водному раствору, содержащему металлический элемент, входящий в контакт с металлическим субстратом из другого элемента, при котором поверхность субстрата частично растворяется в данном водном растворе, что приводит к осаждению покрытия на металлическом субстрате (необязательно с помощью внешней побуждающей силы для нанесения покрытия на металлический субстрат).
Термин "металлат" в настоящем изобретении означает комплексный анион, содержащий металл, имеющий несколько лигандов в виде атомов или небольших групп.
Термин "метасиликат" в настоящем изобретении означает соль метакремниевой кислоты H2SiO3, такую как, например, метасиликат натрия, кальция и/или бария.
Термин "редкоземельный элемент" в настоящем изобретении означает элемент Группы IIIВ (или лантаноидной серии) периодической таблицы элементов или иттрий. Группа элементов, известных как редкоземельные элементы, включает, например, элементы 57-71 (т.е., La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu) и иттрий. В некоторых вариантах осуществления, однако, как указано ниже, термин «редкоземельный элемент» может означать La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu и Y.
Термин "ион металла из Группы IA" или "ион металла из Группы 1" в настоящем изобретении означает ион или ионы элементов из первого столбца периодической таблицы (за исключением Н). Группа элементов, идентифицируемая как Группа IA или Группа 1 (за исключением Н) известна также как щелочные металлы и включает, например, Li, Na, K, Rb, Cs и Fr.
Термин "ион металла из Группы IIА" или "ион металла из Группы 2" в настоящем изобретении означает ион или ионы элементов из второго столбца периодической таблицы. Группа элементов, идентифицируемая как Группа IIА или Группа 2, известна также как щелочноземельные металлы и включает, например, Be, Mg, Са, Sr, Ва и Ra.
Термин "переходный металлат" в настоящем изобретении означает металлатное соединение, содержащее переходный металл. Группа элементов, известных как переходные металлы, включает Sc, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Та, Db, Cr, Mo, W, Sg, Mn, Tc, Re, Bh, Fe, Ru, Os, Hs, Co, Rh, Ir, Mt, Ni, Pd, Pt, Ds, Cu, Ag, Au, Rg, Zn, Cd, Hg и Cn.
Термин "соль" в настоящем изобретении означает ионно-связанное неорганическое соединение и/или ионизированный анион и катион одного или больше неорганических соединений в растворе.
В настоящем изобретении термин "содержит" и его вариации, такие как "содержащий" и "содержат" не исключает присутствия других добавок, компонентов, чисел, ингредиентов и стадий.
Все описанные количества приведены в весовых процентах от общего веса композиции при 25°C и атмосферном давлении, если не указано иное.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция для нанесения на металлический субстрат может быть щелочной и содержать гидроксид, фосфат и/или метасиликат, и ингибитор коррозии, содержащий катион металла (такой как, например, катион цинка) и/или азольное соединение. Композиция может быть водной, т.е. композиция может дополнительно содержать водный носитель, например воду. Водный носитель может необязательно содержать один или больше органических растворителей. Неограничивающие примеры таких подходящих растворителей включают пропиленгликоль, этиленгликоль, глицерин, низкомолекулярные спирты и т.д. В случае его использования органический растворитель может присутствовать в композиции в количестве от 30 грамм растворителя на 12 литров композиции до 400 грамм растворителя на 12 литров композиции, а остальное количество носителя представляет собой воду. Например, в некоторых вариантах осуществления, органический растворитель может присутствовать в композиции в количестве от 100 грамм растворителя на 12 литров композиции до 200 грамм растворителя на 12 литров композиции, например 107 грамм растворителя на 12 литров композиции, а остальное количество носителя представляет собой воду. В некоторых вариантах осуществления, однако, водный носитель представляет собой главным образом воду, например, деионизованную воду. Водный носитель содержится в количестве, достаточном для создания в композиции описанных выше концентраций ионов металлов и азольных соединений.
В некоторых вариантах осуществления гидроксидный ион может присутствовать в композиции в количестве от 0,05 до 25 г/1000 г раствора, например от 18 до 20 г/1000 г раствора. В композициях, содержащих фосфат, фосфат может включать фосфат (PO4)3-, дигидрофосфат (H2PO4)- и/или пирофосфат (P2O7)4-, например фосфат (РО4)3- и/или пирофосфат (P2O7)4-. Фосфат может присутствовать в композиции в количестве от 50 г/1000 г раствора до 10 г/1000 г раствора, например от 70 г/1000 г раствора до 90 г/1000 г раствора. Другие неограничивающие примеры подходящих фосфатов включают органофосфаты, такие как Dequest™, доступный от Monsanto (St. Louis, МО).
Катион металла в ингибиторе коррозии (когда он включен в состав) может включать различные катионы металлов, имеющие способность ингибировать коррозию. Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла может включать редкоземельный элемент, такой как, например, La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. В некоторых вариантах осуществления редкоземельный элемент включает La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu и/или Y. Например, в некоторых вариантах осуществления редкоземельный элемент включает Се, Y, Pr и/или Nd, и в некоторых вариантах осуществления редкоземельный элемент включает Се, Pr и/или Nd. Другие подходящие катионы металлов включают катионы металлов Группы IA или Группы II (т.е., щелочные металлы и щелочноземельные металлы) или катионы переходных металлов (например, Zn). В некоторых вариантах осуществления, например, катион металла может включать ион редкоземельного металла, ион щелочноземельного металла, ион переходного металла, ион Li, ион K, ион Rb, ион Cs и/или ион Fr. В некоторых вариантах осуществления, например, катион металла может включать Се, Y, Pr, Nd, Zr, Zn, Li, K и/или Mg. В некоторых вариантах осуществления ион металла может представлять собой Cr, однако в других вариантах осуществления композиция может практически не содержать хрома. В настоящем изобретении термин "практически" используется как аппроксимирующий термин, а не количественную степень. Кроме того, термин "практически не содержит хрома" используется как аппроксимирующее выражение для обозначения того, что количество хрома в композиции ничтожно, так что если хром вообще присутствует в композиции, то только в качестве случайной примеси.
Катион металла может присутствовать в композиции в концентрации от 0,01 грамм на литр композиции до 25 грамм на литр композиции, например от 0,05 грамм на литр композиции до 25 грамм на литр композиции. Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла может присутствовать в композиции в концентрации от 0,05 грамм на литр композиции до 16 грамм на литр композиции. В некоторых вариантах осуществления, например, катион металла может присутствовать в композиции в концентрации от 0,1 грамм на литр композиции до 10 грамм на литр композиции. Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла может присутствовать в композиции в концентрации от 1 грамм на литр композиции до 5 грамм на литр композиции. Верхний предел содержания иона металла может зависеть от растворимости соли, применяемой в качестве источника иона металла. Например, когда катион металла включает катион редкоземельного металла или катион переходного металла, катион редкоземельного металла или катион переходного металла может присутствовать в концентрации от 0,01 грамм на литр композиции до 25 грамм на литр композиции, или от 0,05 грамм на литр композиции до 10 грамм на литр композиции. Например, когда катион металла представляет собой катион Zn, катион Zn может присутствовать в композиции в количестве 0,08 г/л. Когда катион металла включает катион щелочного металла или щелочноземельного металла, катион щелочного металла или щелочноземельного металла может присутствовать в концентрации от 0,05 грамм на литр композиции до 16 грамм на литр композиции, или от 1 грамм на литр композиции до 5 грамм на литр композиции. Как описано более детально ниже, катион металла может присутствовать в композиции в форме соли металла, в этом случае указанные в настоящем тексте количества отражают количество соли в композиции.
Как отмечалось выше, катион металла может присутствовать в композиции в форме соли (т.е. соль металла может служить источником катионов металла в композиции), содержащей анион и катион металла в качестве катиона в соли. Анион в соли может представлять собой любой подходящий анион, способный образовывать соль с редкоземельными элементами, щелочными металлами, щелочноземельными металлами и/или переходными металлами. Неограничивающие примеры анионов, подходящих для образования соли со щелочными металлами, щелочноземельными металлами, переходными металлами и редкоземельными элементами, включают карбонаты, гидроксиды, нитраты, галогениды (например, Cl-, Br-, I- или F-), сульфаты, фосфаты и силикаты (например, ортосиликаты и метасиликаты). Однако, композиция согласно вариантам осуществления настоящего изобретения содержит по меньшей мере один гидроксид и/или фосфат. Например, соль металла может включать карбонат, гидроксид, галогенид, нитрат, сульфат, фосфат и/или силикат (например, ортосиликат или метасиликат) Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Та, Db, Cr, Mo, W, Sg, Mn, Tc, Re, Bh, Fe, Ru, Os, Hs, Co, Rh, Ir, Mt, Ni, Pd, Pt, Ds, Cu, Ag, Au, Rg, Zn, Cd, Hg и/или Cn. В некоторых вариантах осуществления, например, соль металла может включать карбонат, гидроксид, галогенид, нитрат, сульфат, фосфат и/или силикат (например, ортосиликат или метасиликат) Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd и/или Hg. Например, в одном варианте осуществления соль металла может включать карбонат, гидроксид, галогенид, нитрат, сульфат, фосфат и/или силикат (например, ортосиликат или метасиликат) Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Mo, W, Mn, Tc, Re, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Zn, Cd и/или Hg. В некоторых вариантах осуществления, например, соль металла может включать карбонат, гидроксид, галогенид, нитрат, сульфат, фосфат и/или силикат (например, ортосиликат или метасиликат) иона редкоземельного металла, иона щелочноземельного металла, иона переходного металла, иона Li, иона K, иона Rb, иона Cs и/или иона Fr. Например, в некоторых вариантах осуществления соль металла может включать карбонат, гидроксид, галогенид, нитрат, сульфат, фосфат и/или силикат (например, ортосиликат или метасиликат) Се, Y, Pr, Nd, Zr, Zn, Li, Na, K и/или Mg. В некоторых вариантах осуществления, например, соль металла может представлять собой карбонат, гидроксид, галогенид, нитрат, сульфат, фосфат и/или силикат (например, ортосиликат или метасиликат) Се, Y, Pr, Nd, Zr, Zn, Li, K и/или Mg.
В некоторых вариантах осуществления, например, катион металла представляет собой цинк и присутствует в виде соли. Соль цинка может представлять собой фосфат цинка, фторид цинка и/или им подобные. В некоторых вариантах осуществления катион цинка присутствует (и когда присутствует в виде соли, то соль присутствует) в композиции в количестве от 0,1 г/1000 г раствора до 12 г/1000 г раствора.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления композиция может содержать по меньшей мере две соли металла, и эти по меньшей мере две соли металла могут содержать разные анионы и/или катионы. Например, указанные по меньшей мере две соли металла могут содержать разные анионы, но одинаковые катионы, или могут содержать разные катионы, но одинаковые анионы.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения соль содержит метасиликатный анион и описанный выше катион металла. Например, метасиликат может включать соль щелочного металла или щелочноземельного металла с метакремниевой кислотой. В некоторых вариантах осуществления, например, метасиликат может включать метасиликат Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba и/или Ra. Например, в некоторых вариантах осуществления, метасиликат может включать метасиликат Li, Na, К, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr и/или Ba. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления метасиликат включает метасиликат Na, Ca и/или Ba. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиции, включающие метасиликат, имеют щелочной pH.
Азольное соединение может включать циклические соединения, содержащие 1 атом азота, такие как пирролы, 2 или больше атомов азота, такие как пиразолы, имидазолы, триазолы, тетразолы и пентазолы, 1 атом азота и 1 атом кислорода, такие как оксазолы и изоксазолы, и 1 атом азота и 1 атом серы, такие как тиазолы и изотиазолы. Неограничивающие примеры подходящих азольньгх соединений включают 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазол (СAS: 1072-71-5), 1Н-бензотриазол (СAS: 95-14-7), 1Н-1,2,3-триазол (СAS: 288-36-8), 2-амино-5-меркапто-1,3,4-тиадиазол (СAS: 2349-67-9), также называемый 5-амино-1,3,4-тиадиазол-2-тиолом, и 2-амино-1,3,4-тиадиазол (CAS: 4005-51-0). В некоторых вариантах осуществления, например, азол включает 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазол. Азольное соединение присутствует в композиции в количестве, эффективно ингибирующем коррозию, например, от 0,5 г/л композиции до 15 г/л композиции. В одном варианте осуществления, например, азольное соединение может присутствовать в композиции в количестве 0.7 г/л композиции. Например, 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазол может присутствовать в композиции в количестве от 1 г/л композиции до 12 г/л композиции, и в некоторых вариантах осуществления от 10 г/л композиции до 15 г/л композиции, или 12 г/л композиции. В некоторых вариантах осуществления 1Н-бензотриазол может присутствовать в количестве от 0,5 г/л композиции до 5 г/л композиции, например 1 г/л композиции.
Композиция может дополнительно содержать галогенидный ион. Подходящие галогенидные ионы включают хлоридные ионы, фторидные ионы, иодидные ионы и бромидные ионы. Например, в некоторых вариантах осуществления галогенидный ион представляет собой фторидный ион. Галогенидный ион может присутствовать в композиции в форме соли с описанными выше катионами металлов. Например, в некоторых вариантах осуществления фторидный ион содержится в виде соли ZnF. В некоторых вариантах осуществления галогенидный ион может присутствовать в композиции (и когда галогенидный ион присутствует в форме соли, соль может присутствовать в композиции) в количестве от 0,2 г/1000 г раствора до 1,5 г/1000 г раствора.
В некоторых вариантах осуществления композиция может содержать другие компоненты и/или добавки, такие как, но не ограничиваясь только ими, карбонаты, поверхностно-активные вещества, хелаторы, загустители, аллантоин, поливинилпирролидон, 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазол, галогениды, усилители адгезии, такие как усиливающие адгезию силаны (например, силаны, содержащие аминную и/или гидроксильную функциональную группу; или алкоксид циркония и/или силановый связывающий агент) и спирты. В некоторых вариантах осуществления добавка включает поверхностно-активное вещество, которое может присутствовать в растворе в количестве от 0,015 г/1000 г раствора до 60 г/1000 г раствора. Поверхностно-активные вещества, которые могут применяться в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, включают поверхностно-активное вещество Dynol 604 и Carbowet® DC01 (оба коммерчески доступны от Air Products, офис в Allentown, РА), и Triton Х-100 (доступно от The Dow Chemical Company, Midland MI).
В некоторых вариантах осуществления поливинилпирролидон используется как добавка и может присутствовать в композиции в количестве от 0,01 г/1000 г раствора до 5 г/1000 г раствора, например от 0,02 г/1000 г раствора до примерно 1 г/1000 г раствора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция может содержать гидроксид калия, фосфат калия, пирофосфат калия, поливинилпирролидон, аллантоин, фосфат цинка и поверхностно-активное вещество (например, поверхностно-активное вещество Carbowet® DC01 от Air Products). Гидроксид калия может присутствовать в композиции в количестве 19,4 г/12000 г композиции, фосфат калия может присутствовать в количестве 57,6 г/12000 г композиции, пирофосфат калия может присутствовать в количестве 27,6 г/12000 г композиции, поливинилпирролидон может присутствовать в количестве 0,23 г/12000 г композиции, аллантоин может присутствовать в количестве 0,33 г/12000 г композиции, фосфат цинка может присутствовать в количестве 0,8 г/12000 г композиции, и поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве 49 г/12000 г композиции. Композиция может дополнительно содержать воду в количестве, достаточном для получения в сумме 12000 г композиции и/или для получения композиции, имеющей приведенные в настоящем тексте концентрации гидроксида калия, фосфата калия, пирофосфата калия, поливинилпирролидона, аллантоина, фосфата цинка и поверхностно-активного вещества.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция может содержать гидроксид натрия, фосфат натрия, фосфат цинка, поливинилпирролидон, аллантоин и поверхностно-активное вещество (например, поверхностно-активное вещество Carbowet® DC01 от Air Products). Гидроксид натрия может присутствовать в композиции в количестве 19 г/12000 г композиции, фосфат натрия может присутствовать в количестве 75 г/12000 г композиции, фосфат цинка может присутствовать в количестве 1 г/12000 г композиции, поливинилпирролидон может присутствовать в количестве 0,23 г/12000 г композиции, аллантоин может присутствовать в количестве 0,33 г/12000 г композиции, и поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве 49 г/12000 г композиции. Композиция может дополнительно содержать воду в количестве, достаточном для получения в сумме 12000 г композиции и/или для получения композиции, имеющей приведенные в настоящем тексте концентрации гидроксида натрия, фосфата натрия, фосфата цинка, поливинилпирролидона, аллантоина и поверхностно-активного вещества.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция может содержать гидроксид натрия, фосфат натрия, поливинилпирролидон, аллантоин, DMTZ (2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазол) и поверхностно-активное вещество (например, поверхностно-активное вещество Carbowet® DC01 от Air Products). Гидроксид натрия может присутствовать в композиции в количестве 19 г/12000 г композиции, фосфат натрия может присутствовать в количестве 75 г/12000 г композиции, поливинилпирролидон может присутствовать в количестве 0,23 г/12000 г композиции, аллантоин может присутствовать в количестве 0,33 г/12000 г композиции, DMTZ может присутствовать в количестве 12 г/12000 г композиции, и поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве 49 г/12000 г композиции. Композиция может дополнительно содержать воду в количестве, достаточном для получения в сумме 12000 г композиции и/или для получения композиции, имеющей приведенные в настоящем тексте концентрации гидроксида натрия, фосфата натрия, поливинилпирролидона, аллантоина, DMTZ и поверхностно-активного вещества.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция может содержать гидроксид калия, фосфат калия, пирофосфат калия, поливинилпирролидон, аллантоин, катехин фиолетовый (КФ), ZnF и поверхностно-активное вещество (например, поверхностно-активное вещество Carbowet® DC01 от Air Products). Гидроксид калия может присутствовать в композиции в количестве 19,4 г/12000 г композиции, фосфат калия может присутствовать в количестве 57,6 г/12000 г композиции, пирофосфат калия может присутствовать в количестве 27,6 г/12000 г композиции, поливинилпирролидон может присутствовать в количестве 0,921 г/12000 г композиции, аллантоин может присутствовать в количестве 0,8 г/12000 г композиции, КФ может присутствовать в количестве 0,0123 г/12000 г композиции, ZnF может присутствовать в количестве 0,3 г/12000 г композиции, и поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве 49 г/12000 г композиции. Композиция может дополнительно содержать воду в количестве, достаточном для получения в сумме 12000 г композиции и/или для получения композиции, имеющей приведенные в настоящем тексте концентрации гидроксида калия, фосфата калия, пйрофосфата калия, поливинилпирролидона, аллантоина, КФ, ZnF и поверхностно-активного вещества.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция может содержать гидроксид натрия, фосфат натрия, поливинилпирролидон, аллантоин, ZnF, фосфат цинка и поверхностно-активное вещество (например, поверхностно-активное вещество Carbowet® DC01 от Air Products). Гидроксид натрия может присутствовать в композиции в количестве 19 г/12000 г композиции, фосфат натрия может присутствовать в количестве 74 г/12000 г композиции, поливинилпирролидон может присутствовать в количестве 0,23 г/12000 г композиции, аллантоин может присутствовать в количестве 0,33 г/12000 г композиции, ZnF может присутствовать в количестве 1 г/12000 г композиции, фосфат цинка может присутствовать в количестве 0,8 г/12000 г композиции, и поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве 49 г/12000 г композиции. Композиция может дополнительно содержать воду в количестве, достаточном для получения в сумме 12000 г композиции и/или для получения композиции, имеющей приведенные в настоящем тексте концентрации гидроксида натрия, фосфата натрия, поливинилпирролидона, аллантоина, ZnF, фосфата цинка и поверхностно-активного вещества.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция может содержать гидроксид натрия, фосфат натрия, пирофосфат натрия, фосфат цинка, AMTZ (2-амино-5-меркапто-1,3,4-тиадиазол), цистин и поверхностно-активное вещество (например, поверхностно-активное вещество Carbowet® DC01 от Air Products). Гидроксид натрия может присутствовать в композиции в количестве 19 г/12000 г композиции, фосфат натрия может присутствовать в количестве 57,6 г/12000 г композиции, пирофосфат натрия может присутствовать в количестве 27,6 г/12000 г композиции, фосфат цинка может присутствовать в количестве 0,8 г/12000 г композиции, AMTZ может присутствовать в количестве 3 г/12000 г композиции, цистин может присутствовать в количестве 3 г/12000 г композиции, и поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве 49 г/12000 г композиции. Композиция может дополнительно содержать воду в количестве, достаточном для получения в сумме 12000 г композиции и/или для получения композиции, имеющей приведенные в настоящем тексте концентрации гидроксида натрия, фосфата натрия, пирофосфата натрия, фосфата цинка, AMTZ, цистина и поверхностно-активного вещества.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция может содержать гидроксид натрия, фосфат натрия, полифосфат натрия, фосфат цинка, цистин и поверхностно-активное вещество (например, поверхностно-активное вещество Carbowet® DC01 от Air Products). Гидроксид натрия может присутствовать в композиции в количестве 19 г/12000 г композиции, фосфат натрия может присутствовать в количестве 57.6 г/12000 г композиции, пирофосфат натрия может присутствовать в количестве 27,6 г/12000 г композиции, фосфат цинка может присутствовать в количестве 1,5 г/12000 г композиции, цистин может присутствовать в количестве T г/12000 г композиции, и поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве 49 г/12000 г композиции. Композиция может дополнительно содержать воду в количестве, достаточном для получения в сумме 12000 г композиции и/или для получения композиции, имеющей приведенные в настоящем тексте концентрации гидроксида натрия, фосфата натрия, пирофосфата натрия, фосфата цинка, цистина и поверхностно-активного вещества.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция может содержать гидроксид натрия, фосфат натрия, Start Right® (водоулучшающее средство, доступное от United Pet Group, Inc., Madison, WI) и поверхностно-активное вещество (например, поверхностно-активное вещество Carbowet® DC01 от Air Products). В некоторых вариантах осуществления любое подходящее водоулучшающее средство можно использовать вместо Start Right®. Например, смесь аллантоина и поливинилпирролидона можно использовать как водоулучшающее средство, и в некоторых вариантах осуществления данная смесь может включать 0,33 г аллантоина и 0,22 г поливинилпирролидона на 12 л композиции. Гидроксид натрия может присутствовать в композиции в количестве 19 г/12000 г композиции, фосфат натрия может присутствовать в количестве 75 г/12000 г композиции, водоулучшающее средство (например, Start Right®) может присутствовать в количестве 1,8 г/12000 г композиции, и поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве 49 г/12000 г композиции. Композиция может дополнительно содержать воду в количестве, достаточном для получения в сумме 12000 г композиции и/или для получения композиции, имеющей приведенные в настоящем тексте концентрации гидроксида натрия, фосфата натрия, водоулучшающего средства (например, Start Right®) и поверхностно-активного вещества.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция может содержать гидроксид натрия, фосфат натрия, поливинилпирролидон, аллантоин, DMTZ, первое поверхностно-активное вещество (например, Dynol 604) и второе поверхностно-активное вещество (например, поверхностно-активное вещество Carbowet® DC01 от Air Products). Гидроксид натрия может присутствовать в композиции в количестве 19 г/12000 г композиции, фосфат натрия может присутствовать в количестве 75 г/12000 г композиции, поливинилпирролидон может присутствовать в количестве 0,23 г/12000 г композиции, аллантоин может присутствовать в количестве 0,23 г/12000 г композиции, DMT может присутствовать в количестве 12 г/12000 г композиции, первое поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве 25 г/12000 г композиции, и второе поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве 25 г/12000 г композиции. Композиция может дополнительно содержать воду в количестве, достаточном для получения в сумме 12000 г композиции и/или для получения композиции, имеющей приведенные в настоящем тексте концентрации гидроксида натрия, фосфата натрия, поливинилпирролидона, аллантоина, DMTZ, и первого и второго поверхностно-активных веществ.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения металлический субстрат (например, субстрат из алюминия или сплава алюминия) может представлять собой поверхность, проконтактировавшую с композицией по некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Неограничивающие примеры подходящих субстратов включают алюминиевые, цинковые, железные и/или магниевые субстраты. Дополнительные неограничивающие примеры подходящих металлических субстратов включают алюминиевые сплавы с высоким содержанием меди, такие как Aluminum 2024.
В некоторых вариантах осуществления металлический субстрат может быть предварительно обработан до контакта металлического субстрата с описанными выше композициями. В настоящем изобретении термин "предварительная обработка" означает модификацию поверхности субстрата перед дальнейшей обработкой. Такая модификация поверхности может включать различные операции, включая (но не ограничиваясь только этим) очистку (для удаления примесей и/или грязи с поверхности), удаление оксидных пленок и/или нанесение раствора или покрытия, как известно в данной области техники. Предварительная обработка может давать одно или больше преимуществ, таких как получение более однородной исходной металлической поверхности, улучшение адгезии предварительно обработанного субстрата к последующим слоям покрытия и/или модификация исходной поверхности таким образом, чтобы улучшить нанесение последующей композиции.
В некоторых вариантах осуществления металлический субстрат можно подготавливать, сначала обрабатывая металлический субстрат растворителем перед контактом металлического субстрата с композицией. В настоящем изобретении термин "обработка раствором" означает промывку, смачивание, обрызгивание или погружение субстрата в растворитель, который помогает удалить чернила, масла и т.д., которые могут находиться на поверхности металла. В альтернативном варианте металлический субстрат можно подготавливать путем обезжиривания металлического субстрата с использованием общеизвестных методов обезжиривания, перед контактом металлического субстрата с композицией.
Металлический субстрат может представлять собой заранее обработанный растворителем металлический субстрат. Так, металлический субстрат может быть заранее обработан путем очистки металлического субстрата щелочным очистителем, таким как композиция по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
В некоторых вариантах осуществления металлический субстрат может быть заранее обработан путем механического удаления оксидных пленок перед нанесением композиции на металлический субстрат. Неограничивающим примером типичного механического удаления оксидных пленок является придание поверхности равномерной шероховатости с использованием шкурки Scotch-Brite или похожего приспособления.
В некоторых вариантах осуществления металлический субстрат может быть заранее обработан путем смачивания металла растворителем перед нанесением композиции на металлический субстрат. Неограничивающие примеры подходящих растворителей включают метилэтилкетон (МЭК), метилпропилкетон (МПК), ацетон и т.п.
Дополнительные необязательные процедуры подготовки металлического субстрата включают использование блескообразователя для поверхности, такого как травильный раствор или слабокислотный протравитель, или удалителя ржавчины.
Металлический субстрат можно промывать водопроводной водой или дистиллированной/деионизованной водой между всеми стадиями предварительной обработки, и можно хорошо промывать дистиллированной/деионизованной водой и/или спиртом после контакта с композицией по некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Однако, как отмечалось выше, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения некоторые из описанных выше процедур предварительной обработки и промывок могут не требоваться перед или после нанесения композиции согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
После надлежащей предварительной обработки (при необходимости) металлического субстрата, можно затем вводить композицию согласно вариантам осуществления настоящего изобретения в контакт с по меньшей мере частью поверхности металлического субстрата. Металлический субстрат можно вводить в контакт с композицией с помощью любой известной методики, такой как погружение, распыление или нанесение кистью, роликом и т.п. В случае нанесения распылением можно использовать общеизвестные методики распыления (автоматические или ручные) и оборудование, применяемое для распыления. В других вариантах осуществления композицию можно наносить с использованием системы электроосаждаемого покрытия.
После контакта металлического субстрата с композицией можно необязательно высушить металлический субстрат на воздухе. Однако субстрат не требует обязательной сушки, и в некоторых вариантах осуществления сушку не проводят. Промывка не требуется, но при желании может осуществляться.
В некоторых вариантах осуществления металлический субстрат можно сначала подготавливать путем механической абразивной обработки, после чего проводят влажную протирку для удаления пыли. Затем субстрат можно необязательно сушить на воздухе перед дальнейшим нанесением покрытия. Однако, субстрат не требует обязательной сушки, и в некоторых вариантах осуществления сушку не проводят. После этого наносят композицию на металлический субстрат и необязательно сушат, например в отсутствие повышенной температуры (выше комнатной). Однако, сушка не является необходимой стадией, и в некоторых вариантах сушку не проводят. Субстрат не требует обязательной промывки, и металлический субстрат можно далее покрывать конверсионными покрытиями, грунтовками и/или внешними слоями покрытия, получая субстрат с финишным покрытием.
Когда композицию наносят на металлический субстрат путем погружения, время погружения может варьироваться от нескольких секунд до нескольких часов, например менее 30 минут или трех минут или меньше. Когда композицию наносят на металлический субстрат путем распыления, композицию можно вводить в контакт с по меньшей мере частью субстрата, используя обычные методы нанесения покрытия распылением. Время пребывания, в течение которого композиция остается в контакте с металлическим субстратом может варьироваться от нескольких секунд до нескольких часов, например менее 30 минут или трех минут, или меньше.
Композиции покрытия можно также наносить с использованием других известных в данной области методик, таких как нанесение помазком. И снова, время пребывания, в течение которого композиция остается в контакте с металлическим субстратом может варьироваться от нескольких секунд до нескольких часов, например менее 30 минут или трех минут или меньше.
После контакта металлического субстрата с композицией металлический субстрат необязательно можно сушить на воздухе, и затем промывать водопроводной водой или дистиллированной/деионизованной водой. В альтернативном варианте после контакта металлического субстрата с композицией металлический субстрат можно промыть водопроводной водой или дистиллированной/деионизованной водой, и затем высушить на воздухе (при желании). Однако субстрат не нуждается в обязательной сушке, и в некоторых вариантах осуществления сушку не проводят. Кроме того, как отмечалось выше, субстрат не нуждается в обязательной промывке, и на металлический субстрат можно затем наносить конверсионные покрытия, грунтовки и/или внешние слои покрытия для получения субстрата с финишным покрытием. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления эту последующую промывку можно не проводить.
В некоторых вариантах осуществления композицию по некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения можно наносить на металлический субстрат на 1-10 минут (например, 3-5 минут), и поверхность металлического субстрата можно поддерживать во влажном состоянии, нанося композицию повторно. Затем композицию необязательно сушат, например без нагрева выше комнатной температуры, в течение 5-10 минут (например, 7 минут) после последнего нанесения композиции. Однако субстрат не нуждается в обязательной сушке, и в некоторых вариантах осуществления сушку не проводят. Например, в некоторых вариантах осуществления для промывки субстрата можно использовать растворитель (например, спирт), что позволяет опустить стадию сушки. После стадии сушки (если она проводится) металлический субстрат можно далее обрабатывать конверсионным покрытием, например редкоземельным конверсионным покрытием, таким как конверсионное покрытие с церием или иттрием. Примеры таких покрытий включают примеры с содержанием солей церия и/или иттрия. В дополнение в редкоземельным покрытиям можно использовать любые подходящие конверсионные покрытия, такие как, например, покрытия, способные формировать осажденный слой при изменении pH. Неограничивающие примеры химии таких покрытий включают покрытия с трехвалентным хромом, такие как Alodine 5900 (доступно от Henkel Technologies, Madison Heights, MI), цирконием, такие как Alodine 5900 (доступно от Henkel Technologies, Madison Heights, MI), золь-гельные покрытия, такие как продающиеся под торговым названием DesoGel™ (доступно от PRC-DeSoto International, Inc., Sylmar, CA), кобальтовые покрытия, ванадатные покрытия, молибдатные покрытия, перманганатные покрытия и т.п., а также комбинации, такие как (но не ограничиваясь только ими) Y и Zr. Конверсионное покрытие (например, редкоземельное конверсионное покрытие) можно наносить на металлический субстрат на 5 минут. Субстрат не обязательно промывать, и на металлический субстрат можно затем наносить грунтовки и/или внешние слои покрытия, получая субстрат с финишным покрытием.
Несмотря на то, что частные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны выше в иллюстративных целях, квалифицированным специалистам в данной области будет понятно, что могут быть сделаны многочисленные вариации деталей настоящего описания, не выходящие за рамки объема настоящего изобретения, определенного в формуле изобретения, и ее эквивалентах. Например, хотя в настоящем тексте были описаны варианты осуществления для гидроксида или фосфата и т.п., в соответствии с настоящим раскрытием можно использовать один или больше таких компонентов, или любых из упомянутых других компонентов.
Хотя различные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны в терминах «содержащий» или «включающий», варианты осуществления, «состоящие главным образом из» или «состоящие из» также находятся в рамках объема настоящего изобретения. Например, хотя настоящее изобретение описывает композицию, включающую ингибитор коррозии и гидроксид и/или фосфат, композиция и/или раствор, состоящие главным образом из ингибитора коррозии и гидроксида и/или фосфата, или состоящие из ингибитора коррозии и гидроксида и/или фосфата, также находятся в рамках объема настоящего изобретения. Аналогичным образом, хотя здесь описан ингибитор коррозии, содержащий или включающий ион металла, ингибиторы коррозии, состоящие главным образом из иона металла или состоящие из иона металла, также находятся в рамках объема настоящего изобретения. Таким образом, как описано выше, композиция может состоять главным образом из ингибитора коррозии и гидроксида и/или фосфата. В этом контексте «состоящая главным образом из» означает, что любые дополнительные компоненты в композиции не оказывают значимого влияния на коррозионную стойкость металлического субстрата, включая композицию или щелочной pH композиции. Например, композиция, состоящая главным образом из ингибитора коррозии и гидроксида и/или фосфата, не содержит анионов, отличных от гидроксидного и/или фосфатного.
В настоящем изобретении, если прямо не указано иное, все численные значения, такие как выражающие значения, диапазоны, количества или проценты, могут читаться как предваряемые словом «примерно», даже если данный термин не присутствует в явном виде. Кроме того, применение слова «примерно» отражает неопределенность, связанную с измерениями, значимыми цифрами и взаимозаменяемостью, как будет понятно квалифицированному специалисту в данной области, для которого предназначено настоящее описание. Все приведенные в настоящем тексте числовые диапазоны включают все входящие в них поддиапазоны. Множественное число включает единственное, и наоборот. Например, там, где в настоящем изобретении описано соединение, формирующее комплексы с металлом, может применяться смесь таких соединений, формирующих комплексы с металлом. Где приводятся диапазоны, любые крайние точки приведенных диапазонов и/или числа из приведенных диапазонов можно комбинировать в объеме настоящего изобретения. Термины «включая» и т.п. означают «включая, но не ограничиваясь только этим». Аналогично, в настоящем изобретении термины "на", "нанесенный на" и "сформированный на" означают на поверхности, нанесенный на поверхность или сформированный на поверхности, но необязательно в контакте с поверхностью. Например, слой покрытия, «сформированный на» субстрате, не исключает наличия одного или больше других слоев покрытия той же или другой композиции, расположенных между сформированным слоем покрытия и субстратом.
Хотя числовые диапазоны и параметры, приведенные в настоящем тексте, могут быть приблизительными, числовые значения, указанные в частных примерах, приведены максимально точно. Однако любое числовое значение неизбежно содержит определенные погрешности, являющиеся результатом стандартного отклонения, присущего соответствующим измерительным приборам. Слово «содержащий» и его вариации, при использовании в настоящем описании и формуле изобретения, не ограничивают и не исключают возможности каких-либо вариаций и дополнений.
1. Композиция, предназначенная для нанесения на металлический субстрат, содержащая:
водный носитель,
гидроксидный анион,
фосфатный анион и
азольное соединение,
причем она не содержит анионов, отличных от гидроксидного и фосфатного.
2. Композиция по п. 1, дополнительно содержащая поверхностно-активное вещество.
3. Композиция по п. 1, дополнительно содержащая добавку, включающую поливинилпирролидон, аллантоин, поверхностно-активное вещество, хелаторы, загустители, 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазол, силан и/или спирт.
4. Композиция по п. 1, практически не содержащая хромата.
5. Композиция по п. 1, в которой азольное соединение включает циклическое соединение, содержащее 1 атом азота, циклическое соединение, содержащее 2 или больше атомов азота, циклическое соединение, содержащее 1 атом азота и 1 атом кислорода, и/или циклическое соединение, содержащее 1 атом азота и 1 атом серы.
6. Композиция по п. 1, в которой азольное соединение представляет собой пиррол, пиразол, имидазол, триазол, тетразол, пентазол, оксазол, изоксазол, тиазол и/или изотиазол.
7. Композиция по п. 1, в которой азольное соединение представляет собой 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазол, 1Н-бензотриазол, 1Н-1,2,3-триазол, 2-амино-5-меркапто-1,3,4-тиадиазол и/или 2-амино-1,3,4-тиадиазол.
8. Композиция по п. 1, дополнительно включающая цинк.
9. Композиция для нанесения на металлический субстрат, содержащая:
водный носитель,
гидроксидный анион,
фосфатный анион и
ингибитор коррозии, содержащий азольное соединение и по меньшей мере одно из группы, состоящей из ионов редкоземельных металлов, ионов щелочноземельных металлов, иона Li, иона K, иона Rb, иона Cs, иона Fr и/или ионов переходных металлов,
причем она не содержит дополнительных компонентов, оказывающих значимое влияние на коррозионную стойкость металлического субстрата.
10. Изделие, содержащее субстрат и композицию по п. 1, нанесенную на по меньшей мере часть поверхности субстрата.
11. Изделие по п. 10, в котором субстрат включает алюминий.
12. Изделие по п. 10, дополнительно имеющее покрытие на композиции.
13. Изделие по п. 12, в котором указанное покрытие включает грунтовочное покрытие и/или внешний слой покрытия.
14. Изделие, содержащее субстрат и композицию по п. 9, нанесенную на по меньшей мере часть поверхности субстрата.
15. Способ производства изделия, включающий стадию, на которой на по меньшей мере часть субстрата наносят композицию по п. 1.
16. Способ по п. 15, дополнительно включающий предварительную обработку субстрата перед нанесением композиции.
17. Способ по п. 15, дополнительно включающий нанесение покрытия на по меньшей мере часть нанесенной композиции.
18. Способ по п. 17, в котором указанное покрытие включает грунтовочное покрытие и/или внешний слой покрытия.
19. Способ производства изделия, включающий стадию, на которой на по меньшей мере часть поверхности субстрата наносят композицию по п. 9.
20. Композиция, предназначенная для нанесения на металлический субстрат, содержащая:
водный носитель,
гидроксидный анион,
фосфатный анион,
азольное соединение,
поливинилпирролидон и
аллантоин.
21. Композиция, предназначенная для нанесения на металлический субстрат, по существу состоящая из:
водного носителя,
гидроксидного аниона в количестве от 0,05 до 25 г/1000 г раствора,
фосфатного аниона и
ингибитора коррозии, содержащего ион Li.
