Предварительная обработка магниевых подложек

Изобретение относится к предварительной обработке магниевых подложек перед нанесением на их поверхность защитного и/или декоративного покрытия. Предложена водная композиция для обработки магниевых подложек, включающая а) соединение, содержащее по меньшей мере четыре фосфорнокислые группы, (b) растворимую соль щелочно-земельного элемента, (с) источник фторида. При этом в композиции (а) может являться фитиновой кислотой или её солью, (b) - солью кальция, а источник фторида может быть выбран из группы, состоящей из HF, NH₄F и NH₄HF₂. Техническим результатом является подавление окисления поверхности магниевых подложек и стимуляция адгезии. 7 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композициям для предварительной обработки магниевых подложек перед нанесением защитного и/или декоративного покрытия.

Предшествующий уровень техники

Магний является очень привлекательным металлом в конструировании. Он имеет более высокое отношение прочности к массе, чем у алюминия и стали, что делает его пригодным в конструировании различных устройств, таких как автомобили и бытовая электроника. Однако магний при отсутствии защиты окисляется и проявляет относительно плохую адгезию для наносимых впоследствии покрытий. Для решения этих проблем магний, как правило, предварительно обрабатывают перед нанесением покрытия соединением хрома, таким как хромовая кислота, для подавления окисления и стимуляции адгезии. Соединения хрома, хотя и являются эффективными, тем не менее, нежелательны из-за своей токсичности и сопутствующих проблем утилизации отходов. Таким образом, необходима замена хрома в предварительной обработке магниевых подложек.

Изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает композицию для обработки магниевых подложек перед нанесением покрытия на поверхность магниевой подложки. Композиция включает соединение, имеющее по меньшей мере четыре фосфорнокислые группы, и растворимую соль щелочно-земельного элемента.

Изобретение также обеспечивает способ обработки магниевой подложки путем обеспечения контакта магниевой подложки с композицией, описанной выше.

Изобретение также обеспечивает бытовое электронное устройство, содержащее поверхность, выполненную из магния или магниевого сплава, обработанную способом по изобретению.

Подробное описание изобретения

Как применяется в настоящей заявке, если ясно не указано иное, все численные значения, выражающие величины, диапазоны, количества или проценты, нужно понимать как обозначаемые термином «примерно», даже если этот термин не указан явно. Любой численный диапазон, приведенный в настоящей заявке, предназначен для включения всех субдиапазонов, относящихся к нему. Множественное число охватывает единственное число, и наоборот.

Соединение, имеющее по меньшей мере 4 фосфорнокислые группы, может быть натуральным материалом, таким как фитиновая кислота с 6 фосфорнокислыми группами, или может быть синтетическим материалом, таким как те, которые получают путем реакции полиола, содержащего по меньшей мере 4 гидроксильных группы, такого как пентаэритритол, дипентаэритритол или сорбитол, со стехиометрическим количеством фосфорной кислоты (1 моль полнола/4 моля фосфорной кислоты). Помимо фосфорной кислоты, которая образует фосфатные сложные эфиры, могут быть использованы также органические фосфониевые кислоты.

Соль щелочно-земельного элемента может быть солью кальция или стронция, такой как кальция нитрат, стронция нитрат и кальция хлорид, растворимой в композиции для обработки.

В композиции для обработки может присутствовать источник фторида, который может быть получен из фтороводородной кислоты, аммония фторида, натрия фторида, аммония гидрофторида, и натрия гидрофторида, который обеспечивает источник свободного фторида, или может происходить из комплексной металлической фторидной соли, такой как тетрафтороборная кислота или гексафтороциркониевая кислота.

Вышеупомянутые ингредиенты, как правило, добавляют в воду при перемешивании при низком сдвиговом усилии до получения раствора водной композиции для предварительной обработки. Композиция, содержащая по меньшей мере 4 фосфорнокислых группы, обычно присутствует в количестве от 0,01 масс. % до 20 масс. %, как правило, от 0,1 до 2 масс. %, а соль щелочно-земельного элемента присутствует в количестве от 0,01 масс. % до 5 масс. %,, как правило, от 0,1 до 1 масс. %. Содержание в массовых процентах приведено в расчете на общую массу водной композиции для предварительной обработки. Фторид присутствует в количествах от 0 до 500 частей на миллион (ч./млн.), как правило, от 10 до 40 ч./млн.

Необязательные ингредиенты, такие как сурфактанты и пеногасители, могут присутствовать в композиции, и если они присутствуют, то их количество составляет от 0,01 до 5 масс. % в расчете на массу водной композиции для предварительной обработки.

Значение рН композиции для обработки может варьироваться от 1 до 10, как правило, от 1 до 5, и его можно регулировать с помощью гидроксида натрия или калия.

Помимо магния, сплавы магния, такие как магниево-цинковые и магниево-алюминиевые сплавы, можно подвергать предварительной обработке в соответствии с изобретением. Кроме того, подложки, содержащие более одного металла, такие как также содержащие алюминиевые поверхности и стальные поверхности, такие как металлические поверхности, связанные с автомобилями, могут быть приведены в контакт с водными композициями для предварительной обработки из настоящего изобретения. Хотя такие металлические поверхности могут нуждаться в предварительной обработке другими композициями для защиты поверхности и адгезии к покрытиям, наносимым впоследствии, композиции настоящего изобретения не оказывают отрицательного влияния на свойства этих металлов.

Можно обеспечивать контакт водных композиций для предварительной обработки с магниевой подложкой обычными средствами, такими как методики распыления, нанесения щеткой, нанесения валиком или погружения. Температура композиции обычно составляет от 20 до 49°С, как правило, от 20 до 37°С, а время контакта составляет от 5 секунд до 20 минут, как правило, от 1 до 5 минут.

Перед контактом магниевую подложку, как правило, очищают физическими или химическими средствами, с последующим промыванием водой. После контакта подвергнутую предварительной обработке подложку удаляют из области обработки и промывают водой и сушат, как правило при 27-49°С в течение 1-5 минут.

На предварительно обработанную подложку затем наносят защитное и/или декоративное покрытие, такое как порошковое покрытие, нанесенная электроосаждением анионная или катионная краска, и жидкая краска, нанесенная не-электрофоретическими методиками, такая как краска на основе органического растворителя или краска на основе воды, или с высоким содержанием твердых частиц.

Примеры

Изобретение далее иллюстрировано следующими не ограничивающими примерами. Все части являются массовыми, если не указано иное.

Пример 1 (Сравнительный)

Панели из магниевого сплава AZ31B-H24 получали от Metalmart International (Коммерс, Калифорния) для тестирования. Панели очищали и обезжиривали в течение 2 минут при 120°F (49°С) в щелочной очищающей жидкости, и промывали деионизированной водой в течение 30 секунд. Щелочная очищающая жидкость содержала 1,25 масс. % Chemkleen 2010LP (PPG Industries, Inc., Кливленд, Огайо) и 0,13 масс. % Chemkleen 181 ALP (PPG Industries, Inc.) в деионизированной воде.

Композицию для обработки очищенных и обезжиренных панелей готовили путем добавления 122 г раствора фитиновой кислоты (40-50 масс. % в воде, Acros-Organics) к 10,8 л деионизированной воды. Значение рН в ванне доводили до 2 с применением гидроксида калия (45 масс. % в воде). Номинальный уровень фитиновой кислоты в ванне составил 0,5 масс. %.

Панели погружали в композицию на 2 минуты при комнатной температуре, промывали деионизированной водой в течение 30 секунд, и сушили горячим воздухом (130°F [54°C]).

Пример 2 (Сравнительный)

В этом примере проводили обработку в соответствии с процедурой, описанной в Примере 1.

Композицию для обработки готовили путем добавления 122 г раствора фитиновой кислоты и 9,5 г порошка аммония бифторида (Fischer Chemicals) к 10,8 л деионизированной воды. Значение рН в ванне доводили до 2,5 с применением гидроксида калия (45 масс. % в воде). Номинальные уровни фитиновой кислоты и свободного фторида составили 0,5% и 100 ч./млн., соответственно.

Пример 3 (Сравнительный)

В этом примере проводили обработку в соответствии с процедурой, описанной в Примере 1.

Композицию для обработки готовили путем добавления 122 г раствора фитиновой кислоты и 19,1 г порошка аммония бифторида к 10,8 л деионизированной воды. Значение рН в ванне доводили до 2,5 с применением гидроксида калия. Номинальные уровни фитиновой кислоты и свободного фторида составили 0,5% и 200 ч./млн., соответственно.

Пример 4

В этом примере проводили обработку в соответствии с процедурой, описанной в Примере 1.

Композицию для обработки готовили путем добавления 122 г раствора фитиновой кислоты и 100 г порошка кальция хлорида дигидрата (Fischer Chemicals) к 10,8 л деионизированной воды. Значение рН в ванне доводили до 2 с применением гидроксида калия. Номинальные уровни фитиновой кислоты и кальция составили 0,5% и 0,25%, соответственно.

Пример 5

В этом примере проводили обработку в соответствии с процедурой, описанной в Примере 1.

Композицию для обработки готовили путем добавления 122 г раствора фитиновой кислоты, 40 г порошка кальция хлорида дигидрата, и 22 г раствора тетрафтороборной кислоты (50 масс. % в воде, Riedel-de Haen) к 10,8 л деионизированной воды. Значение рН в ванне доводили до 3 с применением гидроксида калия. Номинальный уровень фитиновой кислоты составил 0,5%, кальция - 0,1%, тетрафтороборной кислоты - 0,1%, а свободного фторида 20 ч./млн.

Пример 6 (Сравнительный)

В этом примере проводили обработку в соответствии с процедурой, описанной в Примере 1.

Композицию для обработки готовили путем добавления 18,2 г гексафтороциркониевой кислоты (45 масс. % в воде), 20 г меди нитрата (2 масс. % в воде) и 15 г Chemfos AFL (PPG Industries, Inc.) к 18,2 л воды. Значение рН доводили до 4,7 с Chemfil Buffer (щелочной буферный раствор, PPG Industries, Inc.). Уровень циркония составил примерно 200 ч./млн., меди - 20 ч./млн., а свободного фторида - 50 ч./млн.

Пример 7 (Сравнительный)

В этом примере проводили обработку в соответствии с процедурой, описанной в Примере 1.

Композицию для обработки готовили путем добавления 18,2 г гексафтороциркониевой кислоты (45 масс. % в воде), 20 г меди нитрата (2 масс. % в воде) и 15 г Chemfos AFL (PPG Industries, Inc.) к 18,2 л воды. Использовали ванну с рН 2. Уровень циркония составил примерно 200 ч./млн., меди - 20 ч./млн., а свободного фторида - 50 ч./млн.

Перед анализом все панели окрашивали посредством электроосаждения с применением катодной эпоксидной краски Powercron 6000СХ от PPG Industries. Краску наносили с применением напряжения примерно 200 В, затем краску отверждали в течение 25 минут при 350°F (177°С).

В Таблице 1 внизу показаны результаты применения различных составов для ванн для нанесения покрытия изученной подложки в соответствии с изобретением. Результаты анализа с соляным туманом NSS и циклической коррозией GMW14872 показывают сильное повышение устойчивости к коррозии по сравнению с покрытием с одной фитиновой кислотой или стандартным циркониевым покрытием с применением новых составов для ванн, описанных выше.

В то время как частные варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше с целью иллюстрации, для специалиста в данной области техники понятно, что многочисленные вариации деталей настоящего изобретения могут быть использованы без отделения от изобретения, определенного в формуле изобретения.

Хотя различные варианты осуществления описаны как «включающие», варианты осуществления, состоящие по существу или «состоящие из» также находятся в пределах объема настоящего изобретения.

1. Водная композиция для обработки магниевых подложек перед нанесением на их поверхность покрытия, включающая:

(а) соединение, содержащее по меньшей мере четыре фосфорнокислые группы,

(b) растворимую соль щелочно-земельного элемента,

(с) источник фторида.

2. Композиция по п.1, в которой (а) является фитиновой кислотой или её солью.

3. Композиция по п.1, в которой источник фторида выбран из группы, состоящей из HF, NH₄F и NH₄HF₂.

4. Композиция по п.1, в которой (b) является солью кальция.

5. Способ обработки магниевой подложки, включающий обеспечение контакта магниевой подложки с композицией по п.1.

6. Способ обработки магниевой подложки, включающий обеспечение контакта магниевой подложки с композицией по п.2.

7. Способ обработки магниевой подложки, включающий обеспечение контакта магниевой подложки с композицией по п.3.

8. Способ обработки магниевой подложки, включающий обеспечение контакта магниевой подложки с композицией по п.4.

9. Способ по п.5, в котором после контакта магниевой подложки на подложку наносят защитное покрытие.

10. Способ по п.9, в котором защитное покрытие включает покрытие на основе органического растворителя, порошковое покрытие или электроосажденное покрытие.

11. Бытовое электронное устройство, содержащее поверхность, выполненную из магния или магниевого сплава, обработанную способом по п.5.

12. Бытовое электронное устройство, содержащее поверхность, выполненную из магния или магниевого сплава, обработанную способом по п.9.