用纳米晶氧化锌层涂布金属表面的方法、用于此目的的含水组合物以及这类涂布表面的用图_2

文档序号:9528841阅读:来源:国知局
1:0· 0001 至 1:0. 8、1:0· 001 至 1:0. 4 或 1:0. 03 至 1:0. 1范围内。
[0029] 任选,并且特别是在低含量时,掺杂剂可导致氧化锌晶体具有外来原子或/和缺 陷或/和为混合晶体。当限制或提高掺杂剂含量时,其也可呈现为除氧化锌之外的单独的 相,例如在柱状氧化锌晶体之间的拱肩中,例如图7中所示。为简单起见,在本申请中提到 的是"氧化锌[...]"代替"氧化锌[...]或/和含锌混合氧化物(Zinkmischoxid)[...] ", 即使也涵盖"含锌混合氧化物[...]"。掺杂剂可有助于改善氧化锌或含锌混合氧化物的性 质,如结晶度、晶体性质、电性质、电化学性质(如在腐蚀期间的溶解速率)或/和涂层的性 质。
[0030] 4.)用于pH调节或/和用于稳定化含水组合物的试剂:可以对含水组合物添加或 /和包括在其中的碱性试剂特别包括伯、仲或/和叔胺或/和氨基化合物(如六亚甲基四 胺)、氨基羧酸及其衍生物(如乙二胺四乙酸EDTA)、碱金属氢氧化物或/和盐、氨、铵化合 物或/和有机酸的其它盐。这里特别优选的是碳量低或根本没有碳量的化合物。或者或除 此之外,可以将至少一种酸(如弱有机酸,如柠檬酸、乙酸、葡糖酸)或/和至少一种酸的盐 添加到含水组合物中或/和使之包括在其中。
[0031] 优选地,至少一种用于调节pH或/和用于稳定化的试剂的总用量在0. 001至60 g/L范围内(基于各自所添加或/和所含的相应化合物),特别优选在0. 01至45g/L、0. 1 至30g/L、0. 2至15g/L、0. 5至8g/L或1至3g/L所添加或/和所含的化合物范围内。
[0032]用于pH调节或/和稳定化的试剂一方面可有助于提供受控的沉积,且另一方面可 有助于(在许多实施方案中)使根据本发明的涂层达到较高的结晶程度,这特别可用X射 线衍射来确定。
[0033] 5.)粘结剂:仅在一些变化形式中添加粘结剂。这里可能的粘结剂分别可包括至 少一种聚合物/共聚物,例如基于丙烯酸酯、环氧化物、离聚物、聚碳酸酯、聚酯、聚醚或/和 聚氨酯,任选有一定量的交联剂,硅烷/硅烷醇/硅氧烷/聚硅氧烷一其中在含水组合物中 出自硅烷、硅烷醇或/和硅氧烷,聚硅氧烷或/和硅酸酯(如硅酸烷基酯)或/和水玻璃。 添加粘结剂可有助于使以此制备的涂层具有较高的抗腐蚀性并任选提高阻隔性。
[0034] 所有粘结剂的总用量可在0. 001至10g/L总量范围内(基于所添加或/和所含 有的相应化合物),特别优选在〇· 01至8g/L、0. 05至6g/L、0. 1至4g/L、0. 2至2. 5g/L 或0. 25至1. 5g/L所添加或/和所含有的化合物范围内。
[0035] 6.)添加剂:在许多含水组合物中,使用至少一种添加剂。可能的添加剂分别特别 包括至少一种润湿剂、杀生物剂、消泡剂、络合剂或/和助流剂一除非已经存在于先前提到 的物质组之一中,特别是至少一种表面活性剂,其中低碳或/和无碳化合物是特别优选的。
[0036] 所有添加剂的总用量可以在0.001至10g/L总量范围内(基于所添加或/和所含 有的相应化合物),特别优选在〇· 01至8g/L、0. 05至6g/L、0. 1至4g/L、0. 2至2. 5g/L 或0. 25至1. 5g/L所添加或/和所含有的化合物范围内。
[0037] 在根据本发明的方法中,含水组合物可优选含有至少一种用于含水组合物的pH 调节试剂或/和稳定化试剂4.)、至少一种粘结剂5.)或/和至少一种添加剂6.)。
[0038] 优选根据本发明的含水组合物含有以下物质,其中含锌化合物的量表示为元素锌 的量,且其余化合物以物质的量表示,化合物2.a)或化合物2.b)的量是必需的: a) 0或0. 001至100g/L的含锌化合物2.a),和 b) 0或0. 001至300g/L的无锌化合物2.b),以及 0或0. 0001至50g/L的掺杂剂, 0或0. 0001至60g/L的用于pH调节或/和用于稳定化含水组合物的试剂, 0或0. 001至10g/L的粘结剂,或/和 0或0.001至10g/L的添加剂,无锌化合物2.b)的使用也使锌从含锌金属表面中侵蚀 出并且被含水组合物吸收。
[0039] 优选含锌化合物(包括锌离子)与固体总量的重量比在80至100重量%、85至 99重量%、90至98重量%或95至97重量%范围内。优选含锌化合物中的锌(包括锌离 子)与固体总量的重量比在40至80重量%或50至60重量%范围内。
[0040] 在特别优选的变化形式中,根据本发明的含水组合物含有以下物质,其中含锌化 合物的量表示为元素锌的量,其余化合物以物质的量表示,且化合物2.a)或化合物2.b)的 量是必需的: a) 0或0. 001至80g/L的含锌化合物2.a),或 a) 20至100g/L的含锌化合物2.a),和 b) 0或0. 01至240g/L的无锌化合物2.b),以及 c) 以下组分中的至少一种: 0.001至30g/L掺杂剂, 0. 001至40g/L的用于pH调节或/和用于稳定化含水组合物的试剂, 0. 001至6g/L的粘结剂,或/和 0.001至6g/L的添加剂。
[0041] 在另一特别优选的实施方案中,根据本发明的组合物含有以下物质: 0. 3至20g/L的含锌化合物2.a),或 35至100g/L的含锌化合物2.a),和 0或0. 3至60g/L的无锌化合物2.b),以及 0或0. 4至10g/L的掺杂剂, 0或0. 01至20g/L的用于pH调节或/和用于稳定化所述含水组合物的试剂, 0或0. 3至2. 5g/L的粘结剂,或/和 0或0.2至2. 5g/L的添加剂。
[0042] 在另一特别优选的实施方案中,根据本发明的组合物含有以下物质: 1至3g/L的含锌化合物2.a),和 0或1至10g/L的无锌化合物2.b),以及 0或0. 8至5g/L的掺杂剂(基于金属含量), 0或2至6g/L用于pH调节或/和用于稳定化含水组合物的试剂, 0或0. 5至1. 5g/L粘结剂,或/和 0或0. 25至1. 5g/L添加剂。
[0043] 还用对应于独立物质权利要求的含水组合物实现所述目标。
[0044] 还用根据方法权利要求至少之一制备的纳米晶氧化锌层或/和使用根据独立物 质权利要求的含水组合物实现所述目标。
[0045] 根据本发明的含水组合物的固体及活性物质的浓度(总浓度)通常在10至800 g/L范围内。活性物质为不是固体或通常以溶解的形式存在但可参与化学反应的物质。浓 缩物的总浓度通常可以在200至750g/L范围内,特别是400至700g/L。可由这些通过稀 释(特别是用水)来制备浴组合物。优选仅使用水而不使用有机溶剂稀释浓缩物。浓缩物 的稀释因数优选在1. 1至25范围内,特别优选在1.5至16、2至10或3至6范围内。特别 对于流涂来说,含水组合物中要调节的固体及活性物质的量主要取决于要涂布的基材的类 型、相应设备以及湿膜厚度,后者通常与设备有关。
[0046] 在许多实施方案中,根据本发明的组合物用于金属带或线圈(特别是带式涂布工 艺)。现在使用的许多带式设备的带速度在10至200m/min范围内。带行进得越快,根据 本发明的组合物与金属表面之间的反应就必须越快,以便不需要太长的设备区段。施加组 合物与完成其干燥之间的反应时间可以从几分之一秒到约60秒。对于较快的带式设备来 说,这可特别使含水组合物反应性不足,并因此需要较强的酸性或较强的碱性,从而具有较 强的侵蚀作用。优选在带或线圈的涂布期间pH处于2至13范围内。用于在带式设备中涂 布的含水组合物的所有固体及活性物质的浓度通常处于200至800或300至650g/L范围 内。
[0047] 在许多实施方案变化形式中,对金属带或金属板施加含水组合物的湿膜并进行干 燥(在干燥或不冲洗工艺中)。干燥借助于根据本发明的组合物例如通过热氧化过程进行 的反应用于形成层。干燥通常是在流涂或喷涂之后进行的,并且优选使用例如来自热镀锌 工艺的废热。对于流涂或喷涂来说,可具体使根据本发明的组合物适于带式设备中的慢速 或快速处理,例如通过合适地调节浓度、采用合适的喷涂速率及合适的pH。那么,无论是湿 膜还是干膜都不用水进行冲洗,使得侵蚀出金属表面的阳离子及化合物不被去除而是经干 燥而结合到涂层当中。
[0048] 任选地,在干燥之前或之后及任选在干燥之前和之后及任选在进一步冷却之后, 可以或者在流涂或喷涂后用水进行另外的冲洗(冲洗工艺),以便尤其洗掉过量的盐。
[0049] 在根据本发明的方法中,根据本发明的含水组合物可用于在金属表面上形成抗腐 蚀涂层,该涂层具有高含量的氧化锌晶体或/和由氧化锌晶体或者基本上由氧化锌晶体构 成。
[0050] 根据本发明制备的纳米晶氧化锌层的涂层组成可在宽限度内变化一不依赖于选 定的施加类型,如A)、B)或/和C)。特别地,其特征可在于其含有: 75至100重量%氧化锌,和 0或0. 001至30重量%掺杂元素,和 0或0.001至15重量%碳,和 0或0.001至25重量%硅。
[0051] 在特别优选的变化形式中,根据本发明的纳米晶氧化锌层含有以下物质: 80至100重量%氧化锌,和 0或0. 001至20重量%掺杂元素,和 0或0.001至10重量%碳,和 0或0.001至20重量%硅。
[0052] 在另一特别优选的实施方案中,根据本发明的纳米晶氧化锌层含有以下物质: 85至100重量%氧化锌,和 0或0. 001至15重量%掺杂元素,和 0或0.001至5重量%碳,和 0或0. 001至10重量%硅。
[0053] 在另一特别优选的实施方案中,根据本发明的纳米晶氧化锌层含有以下物质: 90至100重量%氧化锌,和 0或0. 001至10重量%掺杂元素,和 0或0.001至3重量%碳,和 0或0.001至5重量%硅。
[0054] 在另一特别优选的实施方案中,根据本发明的纳米晶氧化锌层含有以下物质: 95至100重量%氧化锌,和 0或0. 001至5重量%掺杂元素,和 0或0.001至3重量%碳,和 0或0.001至5重量%硅。
[0055] 在另一特别优选的实施方案中,根据本发明的纳米晶氧化锌层含有以下物质: 98至100重量%氧化锌,和 0或0. 001至2重量%掺杂元素,和 0或0.001至2重量%碳,和 0或0.001至2重量%硅。
[0056] 在这里所列出的根据本发明的氧化锌层的所有组成中分别必须含有氧化锌,其任 选作为含锌混合氧化物也含有掺杂元素、碳或/和硅。任选地,少量的碳和硅也可充当掺杂 元素。
[0057] 在根据本发明的方法中,优选形成更弱或更强结晶的氧化锌层,特别优选强结晶 氧化锌层。这种涂层的氧化锌量可在75重量%至100重量%、80至99重量%、90至98重 量%、94至96重量%或97至100重量%范围内。优选纳米晶氧化锌层中的氧化锌总量是 结晶形成的。特别优选纳米晶氧化锌层中的氧化锌总量是由结晶氧化锌形成的,其晶型可 见于SEM照片。在X射线衍射研究中证实,氧化锌通常不是X射线无定形的,而是以结晶形 式存在。另一方面,经检查的所有氧化锌层显示出所制备的氧化锌或含锌混合氧化物有明 显的结晶形成。特别优选所制备的氧化锌或含锌混合氧化物在氧化锌或含锌混合氧化物的 晶格中具有高结晶程度或/和缺陷少。特别当添加高掺杂剂量时制备含锌混合氧化物。然 而,为简化起见,在本申请中通常提到的是"氧化锌",即使每当没有具体给出有关含水组合 物的组成或涂层的组成时,该氧化物有时是混合氧化物。任选地,甚至可以有含在其中的其 它无机相的部分,如碳化物、碳、尖晶石、金属磷酸盐、钼酸盐、钒酸盐或/和钨酸盐。
[0058] 在所述方法的特别优选的变化形式中,可形成纳米晶氧化锌层,其具有一定量的 至少一种腐蚀抑制剂、至少一种硅烷/硅烷醇/硅氧烷/聚硅氧烷、至少一种聚硅氧烷、至 少一种有机聚合物/共聚物、至少一种硅酸盐或/和至少一种添加剂。可能的腐蚀抑制剂 例如可来源于掺杂添加剂并且性质上例如是无机或有机金属的,或/和添加的腐蚀抑制剂 或/和氮化合物,如唑或/和胺。
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