用于金属基材的碱性清洗组合物的制作方法
【专利说明】用于金属基材的碱性清洗组合物
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月16日向美国专利商标局提交的申请号为61/802, 619的 美国临时申请的优先权以及权益，其中全部内容引入本文作为参考。
【背景技术】
[0003] 诸如铝以及它们的合金之类的金属在航天、工业、以及私营工业中具有许多应用。 然而，这些金属由于它们的氧化还原（氧化还原作用）电位低，在水存在下容易快速腐蚀， 因此严重限制由这些金属制造物品的使用期限、和/或使保养费用增加。这些金属还有涂 料粘附问题，因为当形成物品时金属表面通常非常光滑。
[0004] 用于航天、工业、以及民间行业的金属的氧化以及降解是严重的以及要花很多钱 才能解决的问题。为防止用于这些应用的金属氧化以及降解，防护涂层涂布于该金属表面。 此防护涂层可以是涂布于该金属的仅有的涂层、或者可以涂布其它的涂料以进一步保护该 金属表面。为了提供涂料对于该基材表面的适当粘附力以及向金属基材提供耐腐蚀性，在 涂料涂布之前，可以清洗该基材。一般清洗剂可以包括碱性基清洗剂，其除去润脂油、油类、 蜡以及从金属表面除去污垢。此外或者可替换的是进行可以酸清洗/蚀刻以除去金属氧化 物（例如锈、污迹等）以及使得金属表面呈化学活性用于紧接着的涂漆步骤。
[0005]当基材清洗时，常规的清洗剂常常产生污迹，为随后的涂料提供差的或者不足的 粘附力，需要商业上不引人注意的步骤，比如额外的清洗、还原和/或密封步骤，和/或需要 利用高温溶液。分步清洗过程增加的金属表面处理成本以及增加环境污染。因此，需要不 产生污迹的碱性金属清洗剂，其有效增加随后的涂料在金属涂漆过程中的粘附力，不需要 分步涂布、和/或可以在室温下涂布。
【发明内容】
[0006] 按照本发明的实施方案，涂布至金属基材的组合物包含含水载体、氢氧化物阴离 子和/或磷酸阴离子、以及包含唑类化合物、稀土离子、碱土金属离子、和/或过渡金属离子 的缓蚀剂。
[0007] 发明详述
[0008] 按照本发明的实施方案，用于金属基材的清洗组合物包含碱性偏硅酸盐配方。在 一些实施方案中，该组合物包含氢氧化物和/或磷酸盐、以及缓蚀剂比如锌盐和/或唑类 化合物。
[0009] 如本文所用，以下术语具有下列含义。
[0010] 该术语"基材"如本文所用，指具有表面的材料。就涂布转化涂料而言，该术语 〃基材〃指金属基材比如铝、铁、铜、锌、镍、镁、和/或这些金属任一合金，包括而不限于钢。 一些作例证的基材包括错以及错合金。额外的作例证的基材包括高含铜量错基材（即，包 括合金的基材，合金包含错以及铜二者，其中在该合金里铜的数量多，例如铜在该合金里的 量是3-4%)。
[0011] 该术语〃涂布〃以及类似术语，如果在本申请作为动词使用，则指涂布组合物的 过程，即，使基材接触组合物，比如用转化涂料、底漆和/或面漆接触基材。该术语〃涂布 〃可与术语〃涂覆/施用〃互换使用，〃处理/处置〃或者〃预处理/预处置〃，以及也可 以用以表明各种形式的涂布或者处理，比如涂刷、喷涂和浸涂，其中基材通过上述涂布方 式与组合物接触。可以接触基材全部或者一部分。换言之，本发明组合物可以涂布于基材 的至少一部分。
[0012] 该术语〃转化涂布〃，在本申请中也称为〃转化处理〃或者〃预处理〃，指金属基 材处理，引起金属表面化学性质改变为不同的表面化学性质。该术语〃转化处理〃以及〃 转化涂布"也指涂布或者处理金属表面，其中金属基材和具有与在基材内所包含金属不同 的元素金属的水溶液接触。另外，该术语〃转化涂布〃以及〃转化处理〃指水溶液具有金 属元素与不同元素的金属基材接触，其中该基材表面部分溶于该水溶液，导致涂料沉淀在 金属基材上（任选利用外部的驱动力将该涂料沉积在金属基材上）。
[0013] 该术语〃金属酸盐（metallate)"，如本文所用，指包含连接至几个原子或者小基 团的金属的配位阴离子。
[0014] 该术语〃偏硅酸盐〃，如本文所用，指偏硅酸H2Si03的盐，比如，举例来说，偏硅 酸钠、钙、和/或钡。
[0015] 该术语〃稀土元素〃如本文所用，指元素周期表IIIB族元素（或者镧系）或者钇。 被称为稀土元素的元素族包括，例如元素57-71 (即，La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy， Ho, Er，Tm，Yb以及Lu)以及钇。在一些实施方案中，然而，如下记载，该术语稀土元素可 以指La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho, Er，Tm，Yb，Lu以及Y。
[0016] 该术语"IA族金属离子〃或者"1族金属离子〃如本文所用，指该周期表第一行元 素的离子或者多个离子（H除外）。通过IA族或者1族确定的元素组（除氢外）又名碱金 属，并且包括，例如，Li，Na，K，Rb，Cs，以及Fr。
[0017] 该术语〃IIA族金属离子〃或者〃2族金属离子〃如本文所用，指来自周期表第二 行元素的离子或者多个离子。标识为族ΠΑ或2族的元素族或者又名碱土金属，以及包括， 例如，Be，Mg，Ca，Sr，Ba以及Ra。
[0018] 该术语〃过渡金属酸盐"，如本文所用，指包含过渡金属的金属酸盐化合物。被称 为过渡金属的元素族包括Sc，Ti，Zr，Hf，Rf，V，Nb，Ta，Db，Cr，Mo, W，Sg，Mn，Tc，Re，Bh，Fe， Ru，0s，Hs，Co,Rh，Ir，Mt，Ni，Pd，Pt，Ds，Cu，Ag，Au，Rg，Zn，Cd，Hg以及Cn。
[0019] 该术语〃盐"，如本文所用，指离子键无机化合物和/或在溶液中一种或多种无机 化合物离子化的阴离子以及阳离子。
[0020] 如本说明书所用，该术语〃包含〃以及该术语变体，比如〃包含〃以及〃包含〃 不是要把其它的添加剂、组分、整体成分（integers ingredients)或者步骤排除。
[0021] 本申请公开的全部数量是按在25°C以及一个大气压压力下占该组合物总重量的 重量百分数给出，除非另有说明。
[0022] 按照本发明实施方案，涂布至金属基材的组合物可以是碱性的以及包含氢氧化 物、磷酸盐和/或偏硅酸盐、以及包含金属阳离子（比如，举例来说，锌阳离子）和/或唑类 化合物的缓蚀剂。该组合物可以是含水的，也就是说，该组合物可以进一步包含含水载体、 例如水。该含水载体可以任选地包含一种或多种有机溶剂。上述溶剂的非限制性适合实例 包括丙二醇、乙二醇、甘油、低分子量醇等。如果使用，则该有机溶剂在该组合物含量可以 为30克溶剂每12公升的组合物至400克溶剂每12公升的组合物，及该载体的余量是水。 例如，在一些实施方案中，该有机溶剂在该组合物含量可以为100克溶剂每12公升的组 合物至200克溶剂每12公升的组合物，例如107克溶剂每12公升组合物，该载体的余量是 水。然而，在一些实施方案中，该含水载体主要是水，例如，去离子水。该含水载体的提供 数量足够为该组合物提供如上所述金属离子以及唑类化合物的浓度。
[0023] 在一些实施方案中，该氢氧化物离子在该组合物中含量可以为0. 05_25g/1000g 溶液，例如18_20g/1000g溶液。在具有磷酸盐的组合物中，该磷酸盐可以包含磷酸盐 (P〇4)3，磷酸二氢盐（Η2Ρ04)，和/或焦磷酸盐（P207)4，例如，磷酸盐（P04)3和/或焦磷酸 盐（P207)4。在该组合物中该磷酸盐含量可以为50g/1000g溶液至10g/1000g溶液，例如 70g/1000g溶液至90g/1000g溶液。磷酸盐其它非限制性适合实例包括有机的磷酸盐，比如 从Monsanto (St. Louis，M0)获得的Dequest?。
[0024] 在该缓蚀剂（如果包括）中金属阳离子可以包含具有抑制腐蚀特性的各种金属 阳离子。例如，在一些实施方案中，该金属阳离子可以包含稀土元素、比如，举例来说，La， Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho,Er，Tm，Yb，Lu。在一些实施方案中，该稀土元素包含 La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho,Er，Tm，Yb，Lu和 / 或Y。例如，在一些实施方案中， 该稀土元素包含Ce，Y，Pr和/或Nd，以及在一些实施方案中，该稀土元素包含Ce，Pr和/ 或Nd。其它的合适的金属阳离子包括ΙΑ族或者IIA族金属阳离子（即，该碱金属以及碱 土金属）或者过渡金属阳离子（例如，Ζη)。在一些实施方案中，例如，该金属阳离子可以 包含稀土离子、碱土金属离子、过渡金属离子、Li离子、Κ离子、Rb离子、Cs离子和/或Fr 离子。在一些实施方案中，例如，该金属阳离子可以包含Ce，Y，Pr，Nd，Zr，Zn，Li，K和/或 Mg。在一些实施方案中，该金属离子可以是Cr，然而，在其它的实施方案中，该组合物可以 基本上无铬。如本文所用，该术语〃基本上〃作为近似化术语使用而不作为程度术语使用。 另外，该术语"基本上无铬"作为近似化术语使用以表示在该组合物中铬的数量可以忽略 不计的，以至于如果铬在组合物中真的存在的话，则它是附带的杂质。
[0025] 该金属阳离子在组合物中的浓度可以为O.Olg每公升的组合物至25g每公升的组 合物，例如，0.05g每公升的组合物至25g每公升的组合物。例如，在一些实施方案中，该金 属阳离子在组合物中的浓度可以为〇. 〇5g每公升的组合物至16g每公升的组合物。在一些 实施方案中，例如，该金属阳离子在组合物中的浓度可以为〇.lg每公升的组合物至l〇g每 公升的组合物。例如，在一些实施方案中，该金属阳离子在组合物中的浓度可以为l