在铝基底上形成固化膜的涂层系统和方法与流程

本公开涉及涂层系统，且涉及在铝基底上形成固化膜的方法。

背景技术：

由金属形成的部件通常需要被防护以免于由于暴露于环境条件而引起的恶化。例如，由铝形成的部件可以涂覆有一个或多个膜或层以促进铝和所述一个或多个膜之间的附着力、并且为部件提供腐蚀防护。

技术实现要素：

一种在铝基底上形成固化膜(curedfilm)的方法，所述方法包括将溶胶—凝胶(sol-gel)涂层组合物形成在所述铝基底上，而不将转化涂层组合物沉积到所述铝基底上。所述方法还包括在沉积之后固化所述膜。

在一方面，沉积可包括将铝基底浸没在溶胶—凝胶涂层组合物中。在另一方面，沉积可包括浸没涂覆所述铝基底。另外，沉积可不包括经由化学反应将所述铝基底转化为包括所述铝基底的混合物的层。沉积可不包括经由电化学反应将所述铝基底转化为包括所述铝基底的混合物的层。

在另一方面，固化可包括在烤炉中持续烘烤膜10分钟至40分钟。在另一方面，固化可包括在室温下在空气中持续干燥膜5分钟至48小时。

在另一实施例中，方法包括清洁铝基底以形成清洁表面，在所述清洁表面上沉积由溶胶—凝胶涂层组合物形成的膜，而不在所述铝基底上沉积转化涂层组合物，以及固化所述膜。

在一个方面，清洁可包括喷淋洗涤所述铝基底。在另一方面，清洁可包括将所述铝基底浸没在碱性清洁剂中。在又一方面，所述方法还包括在清洁之后，利用酸对清洁表面进行酸洗以形成经制备的表面。

一种涂层系统，其包括具有一表面的铝基底，以及设置在所述表面上的并且与所述表面接触的固化膜。所述固化膜由溶胶—凝胶涂层组合物形成。所述涂层系统不具有由转化涂层组合物形成的层。

在一方面，所述涂层系统不具有由电沉积涂层组合物形成的层。所述固化膜可不具有包括经由所述铝基底和转化涂层组合物之间的化学反应而形成的包括所述铝基底的混合物的层。所述固化膜可不具有包括所述铝基底的混合物和转化涂层组合物的层。

在另一方面，所述溶胶—凝胶涂层组合物是溶胶—凝胶纳米复合的涂层组合物。在又一方面，所述溶胶—凝胶组合物是硅基的。在又一方面，所述溶胶—凝胶涂层组合物包括原硅酸四乙酯；极性的质子溶剂；和极性的非质子溶剂。

所述铝基底可由铝合金形成，且所述固化膜可具有从10微米至40微米的厚度。

本发明还提供了一种在铝基底上形成固化膜的方法，所述方法包括将由溶胶—凝胶涂层组合物形成的膜沉积在所述铝基底上，而不将转化涂层组合物沉积在所述铝基底上；以及在沉积之后，固化所述膜。

可选地，在实施例中，沉积包括将所述铝基底浸没在所述溶胶—凝胶涂层组合物中。

可选地，在实施例中，沉积包括浸没涂覆所述铝基底。

可选地，在实施例中，沉积不包括经由化学反应将所述铝基底转化为包括所述铝基底的混合物的层。

可选地，在实施例中，沉积不包括经由电化学反应将所述铝基底转化为包括所述铝基底的混合物的层。

可选地，在实施例中，固化包括在烤炉中持续烘烤所述膜10分钟至40分钟。

可选地，在实施例中，固化包括在环境温度下在空气中持续干燥所述膜5分钟至48小时。

本发明还提供了一种在铝基底上形成固化膜的方法，所述方法包括清洁所述铝基底以形成清洁表面；在经制备的表面上沉积由溶胶—凝胶涂层组合物形成的膜，而不在所述铝基底上沉积转化涂层组合物；以及固化所述膜。

可选地，在实施例中，清洁包括喷淋洗涤所述铝基底。

可选地，在实施例中，清洁包括将所述铝基底浸没在碱性清洁剂中。

可选地，在实施例中，所述方法还包括在清洁之后，利用酸对所述清洁表面进行酸洗，以形成经制备的表面。

本发明还提供了一种涂层系统，包括铝基底，其具有一表面；以及固化膜，其设置在所述表面上、并且与所述表面接触，其中，所述固化膜由溶胶—凝胶涂层组合物形成；其中，所述涂层系统不具有由转化涂层组合物形成的层。

可选地，在实施例中，所述涂层系统不具有由电沉积涂层组合物形成的层。

可选地，在实施例中，所述固化膜不具有包括经由所述铝基底和转化涂层组合物之间的化学反应形成的所述铝基底的混合物的层。

可选地，在实施例中，所述固化膜不具有包括经由所述铝基底和转化涂层组合物之间的电化学反应形成所述铝基底的混合物的层。

可选地，在实施例中，所述溶胶—凝胶涂层组合物是溶胶—凝胶纳米复合的涂层组合物。

可选地，在实施例中，所述溶胶—凝胶涂层组合物是硅基的。

可选地，在实施例中，所述溶胶—凝胶涂层组合物包括原硅酸四乙酯；极性质子溶剂；和极性非质子溶剂。

可选地，在实施例中，所述铝基底由铝合金形成。

可选地，在实施例中，所述固化膜具有从10微米到40微米的厚度。

结合附图，通过以下关于实行本公开的最佳模式的详细说明，本公开的上述特征和优势以及其它特征和优势将显而易见。

附图说明

图1是涂层系统的透视图的示意性图示。

图2是图1的涂层系统的横截面视图的示意性图示。

图3是在铝基底上形成固化膜的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中，相同的附图标记指示相同的元件，涂层系统10在图1和图2中总体地示出。涂层系统10可适用于铝基底12需要免于受到由暴露于环境条件(例如，湿度、盐分、污垢等)所引起的腐蚀的防护的应用。更具体地，涂层系统10可用于需要腐蚀防护的部件，而不需要使用附着力促进膜、基底层、和/或由转化涂层组合物形成的防护性膜。另外，涂层系统10可不具有由电沉积涂层组合物形成的层，即e-coat。也就是说，对于涂层系统10，沉积在铝基底12上且由溶胶—凝胶涂层组合物形成的固化膜14取代由转化涂层组合物形成的层以及由电沉积涂层组合物形成的层，如下文更详细地所述。

因此，涂层系统10可用于汽车应用，例如但不限于，车辆框架和支撑结构、车辆部件和车辆装具。例如，涂层系统10可用于由铝形成的车辆空间框架。可替代地，涂层系统10可用于非汽车应用，例如但不限于，宇航和航空部件、建筑应用、包装、化学处理装备、食品和饮料加工装备、电力输送应用、家电、家具、医疗设备，以及工业车辆。

现在参考图3，在铝基底12上形成固化膜14(图2)的方法16包括在铝基底12上沉积18由溶胶—凝胶涂层组合物形成膜，而不在铝基底12上沉积转化涂层组合物。也就是说，由溶胶—凝胶涂层组合物形成的固化膜12消除或取代了由转化涂层组合物形成的层。

更具体地，方法16不包括利用转化涂层组合物处理铝基底12，所述转化涂层组合物例如但不限于可从connecticut，rockyhill的henkel公司商业获得的商品名为的转化涂层组合物。如本文使用，术语“转化涂层组合物”指的是适用于经由化学反应或电化学反应将铝基底12转化为防护层的涂层组合物，所述防护层包括在铝基底12的表面22处的铝基底12的混合物。也就是说，转化涂层组合物通常将铝基底12的表面22转化为防护层。然而，对于方法16，沉积18可不包括经由化学反应将铝基底12转化为包括铝基底12的混合物的层。类似地，沉积18可不包括经由电化学反应将铝基底12转化为包括铝基底12的混合物的层。其它转化涂层组合物可包括磷酸锌或氧化锆。然而，方法16可包括利用磷酸锌或氧化锆处理铝基底12。

替代地，沉积18可包括将铝基底浸没在溶胶—凝胶涂层组合物中，以利用溶胶—凝胶组合物涂覆铝基底12。例如，沉积18可包括在容纳溶胶—凝胶涂层组合物的箱体中浸没涂覆铝基底12。

溶胶—凝胶涂层组合物可以是溶胶—凝胶纳米复合的涂层组合物。溶胶—凝胶涂层组合物可以是硅基的。例如，溶胶—凝胶涂层组合物可包括原硅酸四乙酯(tetraethylorthosilicate)；极性质子溶剂；和极性非质子溶剂。另外，由溶胶—凝胶涂层组合物形成的固化膜14可以是透明的。此外，溶胶—凝胶涂层组合物可为铝基底12提供优异的耐腐蚀性、与后续涂层(例如底涂层和/或清涂层)的附着力，以及优异的对紫外线的防护性。合适的溶胶—凝胶涂层组合物可从california，sunnyvale的adveniraenterpriseinc.公司以及california，petaluma的covalmolecularcoatings公司商业获得。

现在参考图3，方法16还包括在沉积18之后固化20膜。例如，固化20可包括在烤炉中持续烘烤膜10分钟至40分钟。可替代地，固化20可包括在空气中在环境温度下持续干燥膜5分钟至48小时。也就是说，固化20可在室温下发生，且可消除在烤炉中对膜的烘烤。因此，方法16可可用于尺寸不适于烤炉烘烤的大型部件。

在另一实施例中，方法16包括清洁铝基底12以形成清洁表面。例如，清洁可包括喷淋洗涤铝基底12以移除油或污垢。可替代地或另外地，清洁可包括将铝基底12浸没在碱性的清洁剂中。

对于这一实施例，在清洁之后，方法16可包括利用酸来酸洗清洁表面以形成经制备的表面。酸洗可剥离形成在铝基底12上的任何氧化铝层。用于酸洗清洁表面的水性酸的适合实例包括体积浓度为10％的硝酸，以及体积浓度为20％的硫酸。进一步，方法16包括将由溶胶—凝胶涂层组合物形成的膜沉积18在经制备的表面上并固化20膜，而不在铝表面12上沉积转化涂层组合物。

在又一实施例中，方法16可不包括酸洗清洁表面。也就是说，对于这一实施例，方法16包括清洁铝基底12以形成清洁表面，在清洁表面上沉积18由溶胶—凝胶涂层组合物形成的膜而不在铝基底12上沉积转化涂层组合物，以及固化20膜。具体地，对于包括硅基溶胶—凝胶涂层组合物的实施例，硅基溶胶—凝胶涂层组合物可通过al—o—si共价键形成在铝基底12上。如此，可以不必通过酸洗清洁表面剥离形成在铝基底12上任意的氧化铝层。而是，al—o—si共价键可替代地直接形成在氧化铝层上，并将溶胶—凝胶涂层组合物结合到铝基底12。

再次参考图2，涂层系统10包括具有表面22的铝基底12，以及设置在表面22上并与其接触的固化膜14。铝基底12可由纯铝形成，或可由铝合金形成。固化膜14由溶胶—凝胶组合物形成，且可具有从10微米至40微米的厚度，例如从10微米至20微米，其中，1微米等于1×10^-6米。

涂层系统10不具有由转化涂层组合物形成的层。也就是说，固化膜14可不具有包括经由铝基底12和转化涂层组合物之间的化学反应形成的铝基底12的混合物的层。类似地，固化膜14可不具有包括经由铝基底12和转化涂层组合物之间的电化学反应形成的铝基底12的混合物的层。可替代地或另外地，涂层系统10可不具有由电沉积涂层组合物形成的层，即e-coat。

方法16和涂层系统10具有成本效益。也就是说，方法16消除了附着力促进层(即转化层)的施加，并且消除了电沉积层(即e-coat)施加至铝基底12的表面22。因此，由溶胶—凝胶涂层组合物形成的固化膜14取代由转化涂层组合物形成的层，以及由电沉积涂层组合物形成的层。另外，对于一些实施例，方法16可消除酸洗和/或烤炉烘烤。如此，方法16简化了对于需要防护免于腐蚀和恶化的铝基底12的部件的制造过程。

另外，由凝胶—溶胶涂层组合物形成的固化膜14相对于紫外辐射是本征稳定的，并可因此抵抗由于暴露于阳光而引起的恶化。进一步，因为固化膜14可以是透明的，所以固化膜14可增强涂层系统10的美观性。

尽管已经详细地描述了用于实行本公开的最佳模式，但是本领域技术人员将会意识到在所附权利要求书的范围内实施本公开的各种替代设计和实施例。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年3月11日提交的美国临时专利申请no.62/306,902的权益，上述申请的内容通过引用的方式整体并入本文。