制备和处理钢基底的方法
【专利说明】制备和处理钢基底的方法 发明领域
[0001] 本发明大体涉及调节组合物（conditioningcomposition)以及调节金属基底的 方法。
[0002] 发明背景
[0003] 在金属基底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 这样的基底的常规的技术包括这样的技术，其包括用磷酸根转化涂料和含铬洗液预处理金 属基底。然而，使用这样的磷酸根和/或含铬酸根的组合物引起了环境和健康方面的忧虑。
[0004] 因此，已经开发了无铬酸根和/或无磷酸根的预处理组合物，或者其包括处于这 样的水平的磷酸根，该水平足够低来避免常规的涂覆技术所引起的环境和健康方面的忧 虑。这样的组合物通常基于化学混合物，其与基底表面反应并结合到它上来形成保护层。例 如，基于IIIB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。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含磷酸根和/或铬的预处理组合物。
[0005] 令人期望的是提供一种处理金属基底的方法，其克服了前述的现有技术的至少一 些缺点，包括与使用铬酸根和/或高含量磷酸根有关的环境缺点。还令人期望的是提供处 理金属基底的方法，其赋予了耐腐蚀性，该耐腐蚀性等价于或者甚至优于通过使用常规的 磷酸根转化涂料所赋予的耐腐蚀性。还令人期望的是提供相关的经涂覆的金属基底。
【发明内容】
[0006] 在某些实施方案中，本发明涉及一种制备和处理基底的方法，其包括：(a)将该基 底的至少一部分与包含游离氟离子源的调节组合物接触；和（b)将包含IIIB族和/或IVB 族金属的预处理组合物沉积到与该调节组合物接触的该基底的至少一部分上。
[0007] 在其他方面，本发明涉及一种经涂覆的基底，其包括：第一处理的表面层，其包含 含有游离氟离子源的调节组合物；沉积在该第一处理的表面层的至少一部分上的第二处理 的表面层，其包含含有IIIB族和/或IV族金属的预处理组合物；和沉积在该第二处理的表 面层的至少一部分上的涂料组合物。
【具体实施方式】
[0008] 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，除了其中有明确的相反规定之外。此外，除了任何操作实施例或者其中另有指示之 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"约"修饰的。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 明的数字参数是约数，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 的数值和通过使用普通的四舍五入技术来解释。
[0009] 虽然阐明本发明宽的范围的数字范围和参数是约数，但是在具体实施例中所述的 数值是尽可能精确来报告的。然而，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。
[0010] 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（并包括端值）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。
[0011] 在本申请中，单数的使用包括复数和复数包含单数，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，但是在某些情况中可以明确使用 "和/或"。
[0012] 作为此处使用的，"包括"和类似术语表示"包括但不限于"。
[0013] 此处提及的金属离子和金属是包括在CAS元素周期表中这样的指定族中的那些 元素，如 Hawley 的 Condensed Chemical Dictionary，第 15 版（2007)中所不。
[0014] 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。在适用情况下，可以使用该金属本身。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。
[0015] 作为此处使用的，术语"调节组合物"指的是这样的组合物，其在与基底接触后活 化了表面，用于改进与随后的涂覆步骤的反应，其可以在某些实施方案中除去氧化物层和/ 或增加基底的表面积。
[0016] 作为此处使用的，术语"预处理组合物"指的是这样的组合物，其在与基底接触后， 与基底表面反应，并且化学地改变基底表面，和结合到其上来形成保护性层。
[0017] 除非另有指示，否则作为此处使用的，"基本上没有"表示具体的材料并非有意加 入组合物中，而仅仅是以痕量或者作为杂质存在。
[0018] 作为此处使用的，术语"完全没有"表示组合物不包含具体材料。即，该组合物包 含0重量％的这样的材料。
[0019] 在某些实施方案中，该制备和处理基底的方法包括：(a)将该基底的至少一部分 与包含游离氟离子源的调节组合物接触；和（b)将包含IIIB族和/或IVB族金属的预处理 组合物沉积到与该调节组合物接触的该基底的至少一部分上。
[0020] 用于本发明的合适的金属基底包括经常用于下面的那些：汽车体组件，汽车零件， 摩托车，车轮，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）， 工业结构和部件例如器具，包括清洗机、干燥机、制冷机、炉子、洗碗机等，农业装置，草地和 花园用装置，空气调节单元，热栗单元，草地设备和其他制品。合适的金属基底具体的例子 包括但不限于冷乳钢，热乳钢，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，镀铝钢和镀有铝合金的钢基 底。其他合适的有色金属包括铜和镁以及这些材料的合金。此外，通过本发明的方法处理 的金属基底可以是基底的切割边缘，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底可以处于例如金属片或者制作的零件的形式。
[0021] 与在预处理组合物沉积之前没有用调节组合物调节的基底相比，在预处理组合物 沉积到金属基底之前，将该金属基底与调节组合物接触导致了该基底的改进的耐腐蚀性。
[0022] 在某些实施方案中，待根据本发明的方法处理的基底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。适用于本发明的碱性清洁剂的例子包括Chemkleen 163， Chemkleen 166M/C, Chemkleen 490MX, Chemkleen 2010LP, Chemkleen 166HP, Chemkleen 166M，Chemkleen 166M/Chemkleen 171/11，和 UTEC 812,其每个市售自 PPG Industries， Inc。这样的清洁剂经常是在水冲洗之前和/或之后。
[0023] 如上所述，在某些实施方案中，本发明包括：（a)将该基底的至少一部分与包含游 离氟离子源的调节组合物接触。在某些实施方案中，将裸露的基底与本发明的调节组合物 接触。
[0024] 经常地，该调节组合物可以包含载体，经常是含水介质，以使得该调节组合物处于 游离氟离子源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 以通过任何多种已知技术来与基底接触，例如浸涂或者浸渍，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 底上时处于50-200 °F，例如75-125 °F的温度。例如该预处理工艺可以在环境或者室温进 行。接触时间经常是15秒-10分钟，例如30秒-2分钟。
[0025] 在某些实施方案中，该调节组合物的pH低于7,例如在某些实施方案中是2. 5-5。 该调节组合物的pH可以通过改变存在于该组合物中的溶解的络合金属氟离子的量来调 整。在其他实施方案中，该调节组合物的pH可以使用例如任何酸或者碱（根据需要）来调 整。在某些实施方案中，该调节组合物的pH是通过加入碱性材料来保持的，其包括水溶性 和/或水可分散性碱，例如氢氧化钠，碳酸钠，氢氧化钾，氢氧化铵，氨和/或胺例如三乙胺， 甲基乙基胺或者其组合。
[0026] 如前所述，本发明的调节组合物包含游离氟离子源。在某些实施方案中，该游离氟 离子源可以是溶解的络合金属氟离子，其中该金属离子包括IIIA族金属，IVA族，IVB族金 属或者其组合。该金属可以以离子形式提供，其可以在适当的pH下容易地溶解在含水组合 物中，这是本领域技术人员公知。该金属可以通过加入该金属的特定化合物例如它们的可 溶性酸和盐来提供。溶解的络合金属氟离子的金属离子能够在施用到金属基底后转化成 金属氧化物。在某些实施方案中，该溶解的络合金属氟离子源包括H 2TiF6, H2ZrF6, H2HfF6， H2SiF6, H2GeF6, H2SnF6或者其组合。
[0027] 在其他实施方案中，该游离氟离子源可以是氟化物酸或氟化物盐。合适的例子包 括但不限于氟化铵，氟化氢铵，氢氟酸，氟硅酸，氟锆酸，氟钛酸，铵和碱金属的氟硅酸盐，氟 错酸盐，氟钛酸盐，氟化错，氟化钠，氟化氢钠，氟化钾，氟化氢钾等。
[0028] 在某些实施方案中，该调节组合物的游离氟离子源的存在量是 10-5000ppm( "ppm"）金属，例如100-2000ppm，基于该调节组合物中全部成分的总重量计。 游离氟离子在该调节组合物中的量可以是处于所述值之间，包括所述值。
[0029] 在某些实施方案中，该调节组合物是与预处理组合物相容的。作为此处使用的， 术语"相容"当涉及调节组合物来使用时，预期当基底根据本发明的方法处理时，从含有该 调节组合物的浴到含有该预处理组合物的浴中会存在带入，和表示了如果发生这样的带入 时，该调节组合物所含成分和它们在其中所存在的浓度，不会干扰覆盖率（总膜重量）为至 少10mg/m 2,例如至少100mg/m2的IIIB族和/或IV族金属膜在该金属基底上的沉积。在 某些实施方案中，该包含游离氟离子源的调节组合物是与该预处理组合物相容的，特别是 在其中控制了含有预处理组合物的浴中氟离子的水平的实施方案中。
[0030] 在某些实施方案中，配制该调节组合物来补充该预处理组