用于制造设置有不含铬vi且不含钴的钝化物的基底的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于制造设置有不含铬VI且不含钴的钝化物的基底的方法、设置有 这样的钝化物的基底及用于执行该方法的装置、以及适合用在前述方法中的用于钝化的水 性酸性组合物。
【背景技术】
[0002] 金属基底的钝化已经证明了其价值，然而，从健康和环保的角度来看，钝化溶液的 组分已成为一种风险。因而，通常不再使用铬（VI)组分，并且通常也不再期望例如钴和镍 等元素。
[0003] 美国专利4, 578, 122中公开了用于钝化的不含铬（VI)且不含钴的组合物。使用 在水性酸性溶液中的硝酸根离子和铬（III)化合物，另外添加活化金属离子，例如铁离子、 铝离子、镧离子或铈离子。一方面硝酸根离子与铬（III)离子的比率、以及另一方面硝酸根 离子与活化金属离子的比率应该不小于4:1。
[0004] 将来，由于健康或环境的原因或者使用的金属离子昂贵的原因，不再期望美国专 利4, 578, 122中所示的添加活化金属离子。
[0005] 公布的专利申请DE3213384公开了不含铬VI和钴的第一酸性钝化物和第二碱性 钝化物。然而，该两步钝化在抗腐蚀防护方面还不理想。
【发明内容】
[0006] 因此，本发明的目的是提供一种得到良好的抗腐蚀防护且避免对健康和环境不必 要的风险的钝化金属基底的方法。此外，本发明的目的是提出一种适用于执行该方法的用 于钝化金属基底的组合物和装置。
[0007] 本发明所基于的目的通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求21所述的水 性溶液、根据权利要求23所述的基底以及根据权利要求30所述的装置来实现。
[0008] 施加第一酸性钝化物和第二碱性钝化物来制造根据本发明方法的设置有不含铬 VI且不含钴的钝化物的金属基底，用于制造第二碱性钝化物的水性碱性组合物含有硅烷改 性的硅酸盐，所述硅烷改性的硅酸盐优选地包含化学键合至硅酸盐的硅烷。这两种钝化物 (酸性和碱性）的组合带来良好的抗腐蚀防护。
[0009] 第一酸性钝化物和第二碱性钝化物作为水性组合物施用，其构成将在下面说明。 结合本发明，钝化/钝化物的概念用于：用于钝化基底的水性组合物；或者用于相应的水性 组合物的施加以及用于施加在金属工件的表面上的涂层。利用酸性和碱性水性组合物处理 金属基底的表面使包含在该组合物中的化学成分沉积并且在基底的表面上形成涂层，即， 形成钝化物。该涂层或各个涂层提供了改善的抗腐蚀防护。
[0010] 第一酸性钝化物可以具有任意组成；然而，根据本发明，该组成优选不含铬VI和 钴。优选地，该组成也不含镍。第一酸性钝化物的特别优选的组成在下面进一步描述。
[0011] 根据本发明，涂覆有第一酸性钝化物的基底或工件涂覆有第二钝化物，第二钝化 物为碱性钝化物。第二碱性钝化物明显增加了抗腐蚀防护。通过施加在第一酸性钝化物上 的第二碱性钝化物，其酸性钝化层不含任何钒或钨的工件变得显著更耐腐蚀。然而，特别 地，如果第一酸性钝化物使用含钒和/或钨或其化合物的水性酸性组合物制成，则改善了 抗腐蚀防护。
[0012] 应用含硅酸盐的水性组合物作为覆盖第一酸性钝化物的第二碱性钝化物是本发 明的一个显著特征。以这种方式，将硅酸盐化合物施加在第一酸性钝化物上。典型的硅酸 盐化合物为水玻璃；然而，水性聚硅酸盐或胶态硅酸盐也非常适用于第二碱性钝化物。优选 地，第二碱性钝化物具有硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂和/或硅酸铵。也可以在工件上施加具有 硅酸盐化合物的混合物的第二碱性钝化物。可以使用胶态硅酸盐以及溶解的硅酸盐。硅烷 或硅氧烷连接至硅酸盐的硅烷改性或硅氧烷改性的硅酸盐（优选地，聚硅酸盐）也已被证 明非常适用于实现本发明。在存在水的情况下，多数硅酸盐形成碱性溶液或悬浮体。然而， 如果需要，可以通过添加苛性碱溶液（例如苛性钠溶液）来增强碱性。
[0013] 已经证明在水性组合物中使用聚硅酸锂以钝化金属基底特别有利于制造第二碱 性钝化物。在第一酸性钝化物上施加聚硅酸锂的水性组合物或聚硅酸锂与其他水玻璃（硅 酸钠和/或硅酸钾）或胶态硅溶胶的混合物带来特别改善的抗腐蚀防护。同时，在使用聚 硅酸锂来制造第二碱性钝化物的情况下，在根据本发明进行钝化的金属基底的表面上避免 了通过钠水玻璃或钾水玻璃的水性组合物进行钝化时常见的灰雾（grayishhaze)的形成。
[0014] 根据本发明，用于第二碱性钝化物的水性碱性组合物包含硅烷或硅氧烷。硅烷或 硅氧烷的添加进一步增加了防腐蚀保护。优选地，使用乙烯基硅烷和/或氨基硅烷来制造 第二碱性钝化物；然而，以上和下面提到的硅烷的环氧硅烷和硅氧烷也适用。具体地，单独 地或以与硅酸盐组合的混合物的形式的烷基烷氧基硅烷（在此为单烷基烷氧基硅烷、二烷 基烷氧基硅烷或三烷基烷氧基硅烷）适用于在已经通过酸性水性组合物处理的金属工件 上建立耐腐蚀涂层。可以使用不同硅烷化合物的混合物。甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅 烷、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基）3-氨基丙基 甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三 乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷以及3-巯基丙基三甲氧基硅烷是特别 适合的硅烷化合物。优选地，硅烷被化学键合至硅酸盐。
[0015] 基于第二碱性钝化物的水性组合物的总量，可以以lwt%至最高达99wt%的量使 用硅烷或硅氧烷。然而，具有仅少量（例如最高达20wt%)的硅烷的水性组合物已经呈现 出明显提高的抗腐蚀防护。
[0016] 根据本发明，使用水性碱性组合物来制造第二碱性钝化物，该水性碱性组合物含 有：硅酸盐以及硅烷和/或硅氧烷；或者硅酸盐与硅烷或相应的硅氧烷的混合物；或者硅酸 盐组分和硅烷组分的相应化合物（即，硅烷改性的硅酸盐）或来自硅酸盐和硅氧烷组分的 化合物（即，硅氧烷改性的硅酸盐）。在此硅烷或相应的硅氧烷通常例如通过水解作为共价 侧链链接至一种或多种硅酸盐。这些硅烷改性或硅氧烷改性的硅酸盐在第一酸性钝化物上 产生优异的抗腐蚀防护；这种抗腐蚀防护远超过简单的酸性钝化层或碱性钝化层的效果。 可以通过NMR光谱在金属基底上检测到硅烷改性或硅氧烷改性的硅酸盐。具体地，可以检 测到硅-碳键（SiC键）。同时，第二碱性钝化物形成用于其他涂层（例如颜色涂层或包含 润滑剂或其他添加剂的涂层）的优异的基底，这进一步提高了经涂覆的表面的用途。如果 结合该发明提及或描述了硅烷改性的硅酸盐，那么一般也意指且包括硅氧烷改性的硅酸盐 的使用。
[0017] 根据本发明的另一优选实施方案，第二碱性钝化物可以通过部分水解或优选地完 全水解的硅酸盐与硅烷或相应的硅氧烷化合物来制造。一方面，由于在水性溶液中硅酸盐 与硅烷或相应的硅氧烷的共同水解，形成硅烷改性或相应的硅氧烷改性的硅酸盐。另一 方面，在工厂中可以去除水解释放的乙醇，使得可以让