含有钼的锆预处理组合物,用于处理金属基材的相关方法和相关的涂覆的金属基材的制作方法
【专利说明】含有钼的锆预处理组合物，用于处理金属基材的相关方法 和相关的涂覆的金属基材 发明领域
[0001] 本发明涉及预处理组合物和方法，其用于处理金属基材，包括亚铁基材例如冷轧 钢和电镀钢、或者铝合金。本发明还涉及涂覆的金属基材。
[0002] 发明背景
[0003] 在金属基材上使用保护性涂层来改进耐腐蚀性和油漆附着性是普遍的。用于涂覆 这样的基材的常规的技术包括这样的技术，其包含用磷酸盐转化涂料和含铬洗液预处理金 属基材。但是，使用这样的磷酸盐和/或含铬酸盐的组合物导致了环境和健康问题。
[0004] 结果，已经开发了无铬酸盐和/或无磷酸盐的预处理组合物。这样的组合物通常 基于化学混合物，其与基材表面反应和结合到它上来形成保护层。例如，基于IIIB族或者 IVB族金属化合物的预处理组合物最近已经变得更流行。这样的组合物经常包含游离氟的 源，即，在该预处理组合物中孤立的氟，而非键合到另一元素例如IIIB或者IVB族金属上的 氟。游离氟会蚀刻该金属基材表面，由此促进ΠΙΒ或者IVB族金属涂层的沉积。不过，这 些预处理组合物的耐腐蚀能力通常明显弱于常规的磷酸盐和/或含铬预处理剂。
[0005] 令人期望的是提供一种处理金属基材的方法，其克服了现有技术至少一些前述的 缺陷，包括与使用铬酸盐和/或磷酸盐有关的环境缺陷。还令人期望的是提供一种处理金 属基材的方法，其赋予了这样的耐腐蚀性，该耐腐蚀性等于或者甚至优于通过使用磷酸盐 转化涂层所赋予的耐腐蚀性。还令人期望的是提供相关的涂覆的金属基材。
【发明内容】
[0006] 在某些方面，本发明涉及一种涂覆金属基材的方法，其包括：用预处理组合物预处 理该金属基材，该组合物包含IIIB族和/或IVB族金属、游离氟离子和钼；和将涂料组合物 电泳沉积到该金属基材上，其中该涂料组合物包含?乙。
[0007] 在仍然的其他方面，本发明涉及一种涂覆金属基材的方法，其包括将涂料组合物 电泳沉积到金属基材上，其中该涂料组合物包含钇，和其中该金属基材包含处理的表面层， 其包含IVB族金属、游离氟离子和钼。
[0008] 在仍然的其他方面，本发明涉及一种用于处理金属基材的预处理组合物，其包含 ΠΙΒ族和/或IVB族金属、游离氟离子、钼和锂。
[0009] 在仍然的其他方面，本发明涉及一种预处理的金属基材，其包含在至少一部分的 该基材上的表面层，该表面层包含IIIB族和/或IVB族金属、游离氟离子、钼和锂。
[0010] 在仍然的其他方面，本发明涉及一种电泳涂覆的金属基材，其包含在该金属基材 表面上的处理的表面层，该表面层包含IIIB族和/或IVB族金属、游离氟离子和钼，和将涂 料组合物电泳沉积到至少一部分的该处理的表面层上，其中该涂料组合物包含钇。
【具体实施方式】
[0011] 在下面的【具体实施方式】中，应当理解本发明可以赋予不同的可选择的变化和步骤 次序，除了有明确的相反规定之处。此外，除了任何操作实施例或者另有指示之处外，表示 例如说明书和权利要求中所用的成分的量的全部数字被理解为在全部的情况中是用术语 "大约"修正的。因此，除非有相反的指示，否则下面的说明书和附加的权利要求中阐明的数 字参数是近似的，其可以根据本发明所寻求获得的期望的性能而变化。最起码，和并非打算 使用等价原则来限制权利要求的范围，每个数字参数应当至少按照所报告的有效数字的数 值和通过使用通常的四舍五入技术来解释。
[0012] 虽然阐明本发明宽的范围的数字范围和参数是近似的，但是在具体实施例中所述 的数值是尽可能精确来报告的。但是任何数值本质上包含了由它们各自的测试测量中存在 的标准偏差所必然形成的某些误差。
[0013] 同样，应当理解这里所述的任何数字范围目的是包括处于其中的全部的子范围。 例如范围"1-10"目的是包括在所述的最小值1和所述的最大值10之间（并包括其）的全 部子范围，即，具有最小值等于或者大于1和最大值等于或者小于10。
[0014] 在本申请中，单数的使用包括复数和包含单数的复数，除非另有明确规定。另外， 在本申请中，使用"或者"表示"和/或"，除非另有明确规定，即使在某些情况中可以明确使 用"和/或"。
[0015] 作为此处使用的，除非另有指示，否则"基本没有"表示具体的材料并非有目的加 入到组合物中，并且仅仅以痕量或者作为杂质而存在。作为此处使用的，术语"完全不含"表 示组合物不包含具体的材料。即，该组合物包含0重量百分比的这样的材料。
[0016] 本发明的某些实施方案提供了一种涂覆金属基材的方法，其包含：用预处理组合 物预处理该金属基材，该组合物包含IIIB族和/或IVB族金属、游离氟离子和钼；和将涂料 组合物电泳沉积到该金属基材上，其中该涂料组合物包含钇。
[0017] 本发明的预处理组合物的某些实施方案涉及一种用于处理金属基材的预处理组 合物，其包含ΠΙΒ族和/或IVB族金属、游离氟离子和钼。锂也可以包括在该预处理组合 物中。在某些实施方案中，该预处理组合物可以基本上不含磷酸盐和/或铬酸盐。用该预 处理组合物处理金属基材产生了良好的耐腐蚀性。在该预处理组合物中包括钼和/或钼与 锂的组合可以在钢和钢基材上提供改进的腐蚀性。
[0018] 本发明的某些实施方案涉及用于处理金属基材的组合物和方法。用于本发明的合 适的金属基材包括那些，其经常用于汽车车体，汽车零件和其他制品例如小金属零件（包 括紧固件，即，螺母，螺栓，螺杆，销子，钉子，夹子，按钮等）的组装。合适的金属基材具体的 例子包括但不限于冷轧钢，热轧钢，用锌金属、锌化合物或者锌合金涂覆的钢，例如电镀锌 钢，热浸镀锌钢，镀锌钢，和锌合金电镀的钢。同样可以使用铝合金，镀铝钢和铝合金电镀的 钢基材。其他合适的非铁金属包括铜和镁，以及这些材料的合金。此外，通过本发明方法处 理的金属基材可以是基材的切割边缘，其是在它的其余表面上处理和/或涂覆的。根据本 发明的方法处理的金属基材可以处于例如金属片或者制作的零件的形式。
[0019] 打算用本发明的方法处理的基材可以首先清洁来除去油脂、脏物或者其他异物。 这通常是使用中等或者强碱性清洁剂来进行的，例如是市售的和通常用于金属预处理方法 的。适用于本发明的喊性清洁剂的例子包括Chemkleen 163, Chemkleen 166M/C，Chemkleen 490MX,Chemkleen 2010LP,Chemkleen 166HP,Chemkleen 166M,Chemkleenl66M/Chemkleen 171/11，其每个市售自PPG Industries，Inc。这样的清洁剂经常在水冲洗之后和/或之前。
[0020] 在某些实施方案中，在该预处理步骤之前，基材可以与预冲洗溶液接触。预冲洗溶 液通常可以使用某些增溶的金属离子或者其他无机材料（例如磷酸根或者简单的或者复 杂的氟离子或酸）来增强预处理的金属基材的腐蚀保护。可以用于本发明的合适的非铬预 冲洗溶液公开在属于PPG Industries，Inc.的美国专利申请2010/0159258A1中，并且在此 引入作为参考。
[0021] 本发明的某些实施方案涉及处理金属基材的方法，具有或者不具有任选的预冲 洗，其包含将该金属基材与包含IIIB和/或IVB族金属的预处理组合物接触。作为此处使 用的，术语"预处理组合物"指的是这样的组合物，其通过与基材接触，而与基材表面反应和 化学改变了基材表面，并且结合到其上来形成保护层。
[0022] 该预处理组合物可以包含载体，经常是含水介质，这样该组合物处于IIIB或者 IVB族金属化合物在载体中的溶液或者分散体的形式。在这些实施方案中，溶液或者分散体 可以通过任何的多种已知技术来与基材接触，例如浸涂或者浸没，喷涂，间歇喷涂，浸涂随 后喷涂，喷涂随后浸涂，刷涂或者辊涂。在某些实施方案中，该溶液或者分散体当施涂到金 属基材上时处于60-185 °F (15-85°C)的温度。例如，该预处理方法可以在环境温度或者室 温进行。接触时间经常是10秒-5分钟，例如30秒-2分钟。
[0023] 作为此处使用的，术语"IIIB和/或IVB族金属"指的是CAS元素周期表的IIIB 族或者IVB族的元素。在可应用之处，该金属本身可以使用。在某些实施方案中，使用IIIB 族和/或IVB族金属化合物。作为此处使用的，术语"IIIB和/或IVB族金属化合物"指的 是这样的化合物，其包括至少一种CAS元素周期表的IIIB族或者IVB族的元素。
[0024] 在某些实施方案中，该预处理组合物中所用的IIIB和/或IVB族金属化合物是 锆、钛、铪、钇、铈的化合物或者其混合物。合适的锆化合物包括但不限于六氟锆酸，其碱金 属和铵盐，碳酸铵锆，硝酸氧锆，硫酸氧锆，羧酸锆和羧酸羟基锆，例如氢氟锆酸，乙酸锆，草 酸锆，乙醇酸铵锆，乳酸铵锆，柠檬酸铵锆及其混合物。合适的钛化合物包括但不限于氟钛 酸及其盐。合适的铪化合物包括但不限于硝酸铪。合适的钇化合物包括但不限于硝酸钇。 合适的铈化合物包括但不限于硝酸铈。
[0025] 在某些实施方案中，该IIIB和/或IVB族金属在预处理组合物中的存在量是 50-500份/百万份（"ppm"）金属，例如75-250ppm，基于该预处理组合物中全部成分的总 重量。ΠΙΒ和/或IVB族金属在预处理组合物中的量可以处于所述值之间，包括所述的值。
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