一種抗腐蝕處理的製作方法

2023-06-25 05:13:46

專利名稱：一種抗腐蝕處理的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁/鋅合金表面的抗腐蝕處理。
雖然不局限於此，但本發明特別是涉及具有鋁/鋅合金塗層鋼帶的抗腐蝕處理。
鋅、鋁和/或鋁和鋅的組合體是廣泛地使用於表面塗層，特別而並不排除用於鋼的抗腐蝕保護。但是在實際中，當鋅或鋁/鋅塗層暴露在大氣中時，由於其與溼氣反應，分別容易產生白色腐蝕(白鏽)或黑色腐蝕(黑鏽)。儘管這種腐蝕仍使塗層鋼的整個服役壽命可能保持不變，但是其對表面外觀是有害的，並且通常使塗層鋼基體在市場上不可接受。再者形成的腐蝕產物通常影響塗飾操作。在這裡抗這種腐蝕的能力被稱為溼堆積(wet stack)性能。
為了阻止在塗層表面腐蝕的形成，通常用鉻酸鹽處理表面，使其具有抗腐蝕性能，並且這種處理通常稱為鉻酸鹽鈍化。但是，鉻酸鹽對操作人員具有很大的毒性，並且由於它的高毒性對鉻的殘液處理非常困難。再者，由於鉻酸鹽所引起的使處理塗層變黃現象在各市場中被認為是不可接受的產品標誌。
為了克服伴隨鉻酸鹽鈍化所出現的各種問題，已經使用了磷酸鹽塗層。但是已經發現磷酸鹽的抗腐蝕性能遠不如上述的鉻酸鹽處理。
授予Kobe Steel有限公司的美國專利4,385,940公開了一種在鍍鋅鋼上防止白鏽的抗腐蝕處理，其包括在鍍鋅鋼板表面上施加一種含有濃度為10～200g/l(以鉬計算)鉬酸或鉬酸鹽的酸性溶液並通過加入有機酸或無機酸使pH值調為1～6的步驟。儘管該份美國專利所述的對鍍鋅鋼的抗腐蝕處理效果很好，但是發現在使用上述溶液處理的鋁/鋅合金表面的抗腐蝕性在某些條件下低於鉻酸鹽處理基體，並且處理的表面將產生不希望有的變色程度。另外，當放置超過24小時時，已經觀察到鉬酸鹽處理的這種材料的表面從淡黃色/藍色轉變為深綠色。
在以亨凱爾公司的名字申請的國際申請PCT/US 97/00012(WO 97/27001)公開了一種對鋁/鋅合金表面的抗腐蝕處理，它是基於使用了含有磷酸根陰離子和鉬陰離子和/或含有不低於+6氧化態的鉬化合物的溶液。
本發明的一個目的是提供一種對鋁/鋅合金表面進行抗腐蝕的另一種處理的方法。
根據本發明將提供一種對鋁/鋅合金表面進行抗腐蝕處理的方法，其包括的步驟為(ⅰ)在表面形成含有5～40g/l的鉬、2～19％體積的磷酸，和一種表面浸蝕劑的溶液的塗覆層；和(ⅱ)乾燥塗層以形成一乾燥的塗層，在此乾燥塗層中載有至少10mg/m2的鉬和至少15mg/m2的磷。
2～19％體積磷酸的量等於每升溶液中含有9.1～86.9g/l的磷。
本申請人在實驗室和戶外試驗中發現載有上述鉬和磷的塗層呈現出很好的抗腐蝕性並且與現有技術的塗層相比具有更低程度的顏色變化。
儘管不希望局限於在本段中下述的註解，但是本申請人認為載有上述鉬和磷的塗層呈現出很好的抗腐蝕性，是由於上述抗腐蝕處理在表面最初形成了一層磷酸鋅並隨後在這一層上形成一層磷酸鉬。
本申請人發現上述載有鉬和磷的塗層可以達到很好的抗腐蝕性，而不必如國際申請PCT/US 97/00012(WO 97/27001)所述的條件那樣，必須保證溶液中的鉬具有不低於+6的氧化態和在溶液中使用還原劑才能達到很好的抗腐蝕性。
在任意給定的情況下，為使獲得的產品載有至少10mg/m2的鉬和至少15mg/m2的磷，所需的鉬和磷酸的數量取決於各種因素，如Al/Zn合金中Zn的濃度、溶液的pH值和最終塗層的厚度。
優選Al/Zn合金中含有25～75重量％的鋁。
更優選Al/Zn合金是富鋁的。
優選在步驟(ⅰ)中形成的表面塗層厚度為3～5μm。
表面塗層可以通過任何適當的方法形成。
例如可以通過使用輥式塗敷機使溶液施加在Al/Zn合金表面以形成塗層。
此外，塗層也可以通過首先將鋁/鋅合金表面浸漬在液浴中或將溶液噴塗在表面以形成厚度大於5μm的塗層，並然後使用輥刷器或其它適當的方法將過剩的溶液去除。
可以在任何適當的溫度下將溶液施加在鋁/鋅合金表面。
優選溶液的應用溫度低於35℃。
當最初將溶液施加在鋁/鋅合金表面時，優選溶液的pH值低於3。
當最初將溶液施加在鋁/鋅合金表面時，更優選溶液的pH值低於2.6。
優選溶液中的鉬具有+6的氧化態。
在步驟(ⅰ)中形成的塗層可以在步驟(ⅱ)中通過任何適當的能保證塗層徹底乾燥的方法而進行乾燥。
優選在步驟(ⅱ)中包括在至少60℃的溫度下，將在步驟(ⅰ)中形成的塗層進行乾燥。
優選在步驟(ⅱ)中形成的乾燥塗層具有20～100納米的厚度。
更優選乾燥塗層的厚度為30～50納米的厚度。
優選乾燥塗層中承載的鉬量至少為13mg/m2。
優選塗層中承載的磷量至少為20mg/m2。
更優選塗層中承載的磷量至少為35mg/m2。
優選鋁/鋅合金是在鋼帶上的塗敷層。
優選塗層是連續的。
優選溶液中含有5～30g/l的鉬。
優選溶液中至少含有13.5g/l的鉬。
優選溶液中含有少於20g/l的鉬。
優選鉬是以鹽加入的。
優選鉬鹽是鉬酸銨。
其它適當的鉬鹽包括鈉和鉀的鉬酸鹽。
優選磷酸是濃磷酸。「濃」一詞可以理解為其中至少有80％體積的是酸和低於20％體積的是水的水溶液。
優選溶液含有2～10％體積的磷酸。
更優選溶液含有至少3％體積的磷酸。
最優選溶液含有至少4％體積的磷酸。
優選磷酸是正磷酸。
優選表面浸蝕劑是含有氟的化合物如氟化鈉。
優選溶液中含有至少0.3g/l的氟。
更優選溶液中含有至少0.5g/l的氟。
溶液中可以含有其它的組分。
優選的溶液中可以含有高達5g/l的釩。
根據本發明還提供了一種按上述抗腐蝕處理的鋁/鋅合金表面。
根據本發明還提供了一種用於上述抗腐蝕處理的溶液，其含有5～40g/l的鉬、2～19％體積的磷酸和一種浸蝕劑。
優選溶液中的鉬具有+6的氧化態。
優選溶液中含有5～30g/l的鉬。
更優選溶液中含有高於13.5g/l的鉬。
更優選溶液中含有少於20g/l的鉬。
為了研究本發明的性能，本申請人使用了表1所列的各種處理溶液對鋁/鋅合金試片進行了一系列溼堆積實驗室試驗。
為了模擬工業生產線所要求的條件，通過將試片浸漬在處理溶液中4秒鐘而將處理溶液施加在試片上，並然後旋轉表面以去除過剩的溶液。然後通過使用對流空氣乾燥機將在試片上的塗層進行徹底地乾燥。
在試樣2～8中所使用的處理溶液中的鉬、釩、磷和氟是分別以鉬酸銨、釩酸銨、正磷酸和氟化鈉的形式加入的，正磷酸是81％或85％的正磷酸水溶液。
處理溶液的pH值在1.5～2.2之間。
試樣2～8的乾燥塗層的厚度為20～100納米。試樣2～4的乾燥塗層分別承載有10mg/m2以上的鉬和35mg/m2的磷。試樣5的乾燥塗層分別承載有10mg/m2的鉬和17mg/m2的磷。
溼堆積試驗是在40℃下進行4個星期。
每一個試片的顏色和抗腐蝕性以及溼堆積試驗的結果列於表1中。
表1
從表1清楚地表明，與鋁/鋅合金的鉻酸鹽處理的試片試樣1相比，根據本發明的處理試片樣品3～5具有可比較的顏色，並且試樣2～3具有可比較的抗腐蝕性，以及與處理試片6～8和未處理的鋁/鋅合金試片試樣9相比明顯具有更好的抗腐蝕性。
申請人也在鋁/鋅合金帶上用申請人在Ptkembla，澳大利亞的工業生產線上產生的樣品2,3和4進行了試驗。溶液2和3各用二種方法，即噴射塗刷器和輥式塗敷機進行塗層，然後通過熱空氣(噴射塗刷器時)和感應加熱(輥式塗敷機時)而乾燥塗層。溶液4是使用噴射塗刷器施行，並用熱空氣乾燥塗層。每種溶液的生產運行至少生產3噸。每次生產運行的樣品都在40℃進行溼堆積。4周以後，抗腐蝕結果與表1所列的結果相符。尤其是，由溶液3和4的生產運行中所取的樣品沒有顏色變化。
雖然本發明參考了具體的實施例來敘述，但是那些熟悉本領域的技術人員能夠意識到本發明也可以其它許多實施方案來實施。
權利要求
1．一種對鋁/鋅合金表面進行抗腐蝕處理的方法，其包括的步驟(ⅰ)在表面形成含有5～40g/l的鉬、2～19％體積的磷酸和一種表面浸蝕劑的溶液的塗覆層；和(ⅱ)乾燥塗層以形成一乾燥的塗層，該乾燥塗層載有至少10mg/m2的鉬和至少15mg/m2的磷。
2．根據權利要求1的處理方法，其中鋁/鋅合金含有25～75％重量的鋁。
3．根據權利要求2的處理方法，其中鋁/鋅合金是富鋁的。
4．根據前面的任何一項權利要求的處理方法，其中步驟(ⅰ)包括在低於35℃的溫度下將溶液施加在鋁/鋅合金表面以形成表面塗層。
5．根據前面的任何一項權利要求的處理方法，其中當溶液最初施加在鋁/鋅合金表面時，溶液的pH值小於3。
6．根據權利要求5的處理方法，其中當溶液最初施加在鋁/鋅合金表面時，溶液的pH值小於2.6。
7．根據前面的任何一項權利要求的處理方法，其中溶液含有5～30g/l的鉬。
8．根據前面的任何一項權利要求的處理方法，其中溶液至少含有13.6g/l的鉬。
9．根據前面的任何一項權利要求的處理方法，其中溶液含有低於20g/l的鉬。
10．根據前面的任何一項權利要求的處理方法，其中溶液中的鉬具有+6的氧化態。
11．根據前面的任何一項權利要求的處理方法，其中溶液含有2～10％體積的磷酸。
12．根據前面的任何一項權利要求的處理方法，其中溶液至少含有4％體積的磷酸。
13．根據前面的任何一項權利要求的處理方法，其中表面浸蝕劑是一種含氟的化合物，並且溶液至少含有0.3g/l的氟。
14．根據權利要求13的處理方法，其中溶液至少含有0.5g/l的氟。
15．根據前面的任何一項權利要求的處理方法，其中溶液會有至多5g/l的釩。
16．採用前面的任何一項權利要求的抗腐蝕處理方法所處理的一種鋁/鋅合金表面。
17．一種用於權利要求1～14中任意一項的抗腐蝕處理方法中的溶液，該溶液含有5～40g/l的Mo、2～19％體積磷酸和浸蝕劑。
全文摘要
本發明公開了一種對鋁/鋅合金表面進行抗腐蝕處理的方法。該處理方法包括在合金表面形成一層含有5～40g/l的Mo、2～19%體積磷酸和浸蝕劑的溶液塗層的步驟。該處理還包括乾燥塗層以形成載有至少10mg/m
文檔編號C23F11/08GK1309725SQ99808562
公開日2001年8月22日 申請日期1999年5月28日 優先權日1998年5月28日
發明者香農·馬裡西克 申請人:Bhp鋼鐵有限公司