JPS629680B2 - - Google Patents

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JPS629680B2
JPS629680B2 JP9626078A JP9626078A JPS629680B2 JP S629680 B2 JPS629680 B2 JP S629680B2 JP 9626078 A JP9626078 A JP 9626078A JP 9626078 A JP9626078 A JP 9626078A JP S629680 B2 JPS629680 B2 JP S629680B2
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JP
Japan
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temperature
time
coating
anodized
composition
Prior art date
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Application number
JP9626078A
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Japanese (ja)
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JPS5429852A (en
Inventor
Edoin Buratsudorii Robaato
Reimondo Keisuraa Uiriamu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lockheed Martin Corp
Original Assignee
Lockheed Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Lockheed Corp filed Critical Lockheed Corp
Publication of JPS5429852A publication Critical patent/JPS5429852A/en
Publication of JPS629680B2 publication Critical patent/JPS629680B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • B05D7/16Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies using synthetic lacquers or varnishes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/08Anti-corrosive paints
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation
    • C25D11/04Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/18After-treatment, e.g. pore-sealing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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    • C25D11/02Anodisation
    • C25D11/04Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/18After-treatment, e.g. pore-sealing
    • C25D11/24Chemical after-treatment
    • C25D11/246Chemical after-treatment for sealing layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2202/00Metallic substrate
    • B05D2202/20Metallic substrate based on light metals
    • B05D2202/25Metallic substrate based on light metals based on Al
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2350/00Pretreatment of the substrate
    • B05D2350/30Change of the surface
    • B05D2350/33Roughening
    • B05D2350/40Roughening by adding a porous layer

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的には金属へ保護被覆を与えるた
めの方法に関するものであり、詳細には特に腐食
に対する保護について従来可能であつたよりも優
れた被覆がアルミニウムおよびアルミニウム合金
へ適用され、それによつて長寿命の最終製品が製
造されるような方法に関するものである。 アルミニウム基材に保護被覆、たとえばいわゆ
る“防食”塗装または下地塗装を適用する現行の
方法は、化学的表面処理方法に続く下地塗料の適
用に頼つている。例えばアルミニウム基材または
作業片を先ず陽極酸化し、次に封孔し、最後に下
地塗装がほどこされる多段階の別々に別れた工程
が必要である。換言すれば、層の積み重ねによつ
て最終的被覆をもたらし、それらの層の化学的/
機械的結合がその保護被覆の耐久性、したがつて
そのアルミニウム製品の使用寿命を左右する。こ
の積層被覆物を形成する全操作には可成りの時間
と労力がかかる。 本発明は、この技術における改良、およびその
目的のため、必要な封孔および下地塗装操作が同
時に行なわれる新規方法の提案、ならびにこのよ
うな同時操作を達成するための新規材料の調合に
関する。例えば、本発明の方法は完全操作のため
の時間と労力の実質的な節減を可能にする一方、
同時に塗料と酸化物フイルムとの合体結合によつ
てもたらされる、従来可能であつたよりも優れた
被覆を生成する。このことはその封孔操作中に酸
化物フイルムの小孔中へ可溶性樹脂を導入するこ
とによるためであると考えられる。それに引続い
て、その熱硬化性樹脂が硬化操作中に架橋されて
耐久性でかつ保護性の被覆を与える。 さらに詳細には、本明細書に提案される材料
は、その陽極被膜を1水和物(Al2O3・H2O)と
3水和物(Al2O3・3H2O)の形態へ封孔すると同
時に、それに水溶性有機樹脂を含浸させる。その
水溶性有機樹脂材料は、調節された時間/温度条
件で未封孔の陽極被膜へ適用された場合、厳しい
腐食環境に耐えうる樹脂含浸の封孔された陽極被
膜を提供する。そのような環境には、高度な湿分
および屡々塩分を含む大気にさらされる海岸地帯
の例があり、たとえば航空、海運、建築および自
動車工業で出会うような環境がある。 本発明の好ましい樹脂塗料材料は水溶性アクリ
ル樹脂から構成されるポリマーであり、そのアク
リル樹脂は種々のアクリル含有材料、たとえばア
クリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリル
アミド、メタクリルアミド、メタクリル酸、アク
リル酸、メタクリル酸エステルおよびアクリル酸
エステルのような材料から構成されていてもよ
い。最も好ましくは、その樹脂塗料材料は次の一
般式を有するものから選択される重合または共重
合されたモノマーから構成される: CH2=CH(A)−C(O)−O−R 上式中Aは水素、メチルまたはエチルであり;
Rは水素、1〜20個好ましくは2〜8個の炭素原
子のアルキル、1〜20個の好ましくは2〜8個、
さらに好ましくは2〜5個の炭素原子の水酸基置
換アルキル、1〜20個好ましくは2〜8個の炭素
原子の1級または2級アミノ置換アルキルで、そ
のアミノ基の置換分が1〜6個の炭素原子のアル
キルまたはヒドロキシアルキル基であるもの、1
〜20個好ましくは2〜8個の炭素原子のメルカプ
ト置換アルキル、20個まで好ましくは8個までの
炭素原子のアルキルチオアルキレン、およびオキ
シラン環を有する8個までの炭素原子の基で最も
好ましくはグリシジルのように3個の炭素原子の
ものでよい。 上記に規定したモノマーのうち最も好ましいも
のはアクリルおよびメタクリル系のものである。 酸の好適な例はアクリル酸およびメタクリル酸
である。アルキルエステルの好適な例は、アルキ
ル基がメチル、エチル、プロピル、イソプロピ
ル、ブチル、3級ブチル、ペンチル、ヘキシル、
エチルヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル等
であるアクリルまたはメタクリル酸のエステルで
あり;水酸基置換アルキルの好適な例はヒドロキ
シルエチル、ヒドロキシプロピル、ヒドロキシブ
チル、ヒドロキシルペンチル、ヒドロキシヘキシ
ル、ヒドロキシルオクチル、ヒドロキシデシル、
ヒドロキシルドデシル、等であり;アミノアルキ
ルの好適な例はアミノメチル、アミノエチル、オ
ミノプロピル、アミノブチル、アミノペンチル、
アミノヘキシル、アミノオクチル、アミノデシ
ル、アミノドデシルで、そのアミノ基が1級また
は2級アミノであり、そのアミノ基の置換基が1
〜6個好ましくは1〜4個の炭素原子のアルキル
基であるものであり;メルカプトアルキルの好適
な例はメチルメルカプト、エチルメルカプト、プ
ロピルメルカプト、ブチルメルカプト、ペンチル
メルカプト、ヘキシルメルカプト、オクチルメル
カプト、デシルメルカプト、ドデシルメルカプ
ト、等であり;同様にアルコキシアルキルおよび
アルキルチオアルキル基はメトキシメチル、エト
キシメチル、エトキシエチル、メチルチオメチ
ル、エチルチオエチル等である。 その重合樹脂はホモポリマーであつてもよい
が、その最終塗料材料に改良された耐食性、割れ
にくさ、接着性、光沢性、たわみ性、耐久性、硬
度、流れ性および耐溶剤性といつたような種々の
性質を与えるように、モノマー混合物を利用する
のが最も望ましい。 ポリマーは、乳化または溶液重合で有機溶剤中
でアゾ触媒を用いて行なうような既知の重合法に
よつて製造することができる。 好ましい重合性モノマー混合物は、主要量すな
わち約75〜約99重量%のアクリルまたはメタクリ
ル酸エステル(前述の式中のRがアルキルであ
る)および少量、すなわち合計で100重量%にな
るように約1〜約25重量%の酸(Rが水素であ
る)を含有するものである。 さらに、エチレン系不飽和基を有するその他の
共重合性モノマー、たとえば酢酸ビニル、塩化ビ
ニル等の如き脂肪族ビニル、またはスチレン、ビ
ニルスチレン、3・5−ジメチルスチレン、パラ
−t−ブチルスチレン、α−メチルスチレン等の
如き芳香族ビニルが、0.1〜約15重量%の少量、
前述したモノマー混合物中へ添加されてもよい。 塗料材料は好ましくは塩基性のPH、さらに好ま
しくは8〜9のPHを有し、好ましくは水可溶化剤
を含有し、その量は重合体材料によつて変化させ
ることができる。好ましくは、水可溶化剤は樹脂
の約1部から20部或は40部までの範囲の量で使用
される。アミン、アンモニアまたはアルカリ金属
の如き任意の可溶化剤を使用してもよいことは認
められるべきであり、その処理温度が高いために
高沸点のものが使用される。最も好ましくは、そ
の水可溶化剤は窒素含有物質で、たとえばジエチ
ルエタノールアミンのようなアルコール系アミ
ン;2アミノ−2メチル−1プロパノール;ジエ
タノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチ
ルプロパノールアミン、ジメチルイソプロパノー
ルアミン、ジメチルブタノールアミン、N−ベン
ジルエタノールアミン、2−〔2−(ジメチルアミ
ン)エトキシ〕エタノール;1−〔2−(ジメチル
アミン)エトキシル〕−2−プロパノール等であ
る。 塗料材料はまた架橋に有効な量の浴安定窒素含
有架橋剤、たとえば尿素型、メラミン型、ベンゾ
グアナミンを含有していてもよく、好ましくはメ
ラミン型を含有する。種々のメラミン類が使用す
ることができるが、最も好ましいのは置換メラミ
ン類、たとえばポリメチロールメラミンのポリア
ルキルエーテルで、それぞれのアルキル基が1〜
4個の炭素原子を含むもので、最も好ましいのは
ヘキサメトキシメチルメラミンである。 良好な架橋剤の選択の基準は、塗料材料がもた
らされる高温度で安定性を有すること、およびそ
の材料に添加される耐食性顔料に対して合理的に
安定であること、およびアクリル樹脂塗料材料に
良好な架橋性を与えることができることである。 使用される架橋剤の量は、その架橋剤中の官能
基の数が、アルキル樹脂中に存在する官能基の数
に実質的に等しくなるように、樹脂中に存在する
カルボン酸基の数に匹敵する。 低い架橋温度にするために、アクリル樹脂塗料
材料へ熱硬化触媒を添加することが望ましい。好
ましい触媒はフリーデル−クラフツ酸触媒であ
り、窒素含有架橋剤に基いて約1〜約15%の量で
添加される。これらの触媒は樹脂と架橋剤との間
の縮合反応を誘起する。使用してもよい好適な酸
触媒は、パラトルエンスルホン酸、ドデシルコハ
ク酸、n−ブチル酸ホスフエート、燐酸等であ
る。 不安定性をもたらすことがある樹脂の加水分解
またはその他の反応を抑制する遊離ラジカル抑制
剤を添加することが望ましいことも見出されてい
る。これらの抑制剤は塗料材料(アクリル樹脂お
よび架橋剤を一緒にしたもの)の約1〜約10重量
%の量で添加してよい。好適な抑制剤はグアイア
コール、ハイドロキノン等である。 さらに、その塗料組成物は最終塗膜に実質的に
改良された耐食性を与える種々の材料を含有して
もよい。これらの材料は周期表の−B族の水溶
性金属塩である。好適な耐食性材料はクロム酸
塩、重クロム酸塩、モリブデン酸塩、タングステ
ン酸塩等であり、たとえばクロム酸ストロンチウ
ム、クロム酸カルシウム、クロム酸亜鉛、クロム
酸カリ、クロム酸ナトリウム、重クロム酸ナトリ
ウム、タングステン酸カリ、モリブデン酸ナトリ
ウム、珪クロム酸鉛およびクロム酸と重クロム酸
のアンモニウム塩である。さらに、前述したモリ
ブデン酸およびタングステン酸の錯塩、および上
述の水可溶化用アミン類、たとえばジメチルエタ
ノールアミンが使用されてもよい。 アクリル樹脂は、低分子樹脂、すなわち約
10000より小さく、さらに好ましくは約5000より
も小さい分子量(数平均)を有し、かつ150より
小さく、好ましくは100よりも小さい酸価を有す
るものであることがまた好ましい。 好ましい配合物は次の成分から成るものであ
る。 配合A成分 重量部 アクリル酸エチル(71.4%)、アクリル酸
(12.9%)およびメタクリル酸メチル
(15.7%)の重合物のアクリル樹脂を、
アセトン、イソプロパノール溶剤中に入
れたもの(70重量%) …………1.25 ヘキサメトキシメチルメラミン …………1 水可溶化剤(ジメチルエタノールアミン)
…………1.1 クロム酸ストロンチウム …………2.5 パラトルエンスルホン酸(水中25%)
…………0.24 水 …………9.5 充填剤、顔料、染料、着色料、レベリング剤等
の如き他の成分をその塗料材料へ添加してもよい
ことは認められるべきである。これらの成分は、
被覆された製品が使用されるべき用途にしたがつ
て添加することができる。 未封孔の陽極被膜を同時に封孔および含浸する
工程は、新らしく陽極酸化された未封孔状態のア
ルミニウム基材表面を、前述の材料の1つが入つ
た処理容器中に浸漬することによつて行なわれ
る。ここで提案されている新規な水溶性樹脂材料
は、1%未満から70%を超えるまでの濃度範囲で
有用である。その浴は76.6℃〜93.3℃(170〜210
〓)、にゲル化または樹脂の沈でんまたは分離を
起すこと無く無期限に維持することができる。PH
を塩基性PH、好ましくは約7.5〜約9.0、さらに好
ましくは約8.2に調整することによつて、優れた
安定性を維持するPH調整を簡単に行うことができ
る。時間と温度は、温度が高くなる程時間は短か
くなる関係を有する。陽極被膜は酸化物の水和に
よつて未封孔の状態から封孔された状態へ変化
し、次の反応にしたがつて金属酸化物1水和物お
よび金属酸化物3水和物の構造的特性を有する。 (1) Al2O3+H2O→2AlO(OH) →Al2O3・H2O (2) 2AlO(OH)+2H2O →Al2O3・3H2O 陽極被膜の封孔/含浸に続いて、その陽極酸化
された金属は、水中ですすぎ洗いされ、次に硬化
目的のために好ましくは93.3℃〜260℃(200〜
500〓)に調節された乾燥炉中に置く。この工程
は1〜60分位の時間を必要とし、時間と温度は逆
の関係を有する。硬化が航空機工業向けの部材の
ためのものである場合には、通常148.8℃(300
〓)より高い温度は使用されない。ときとして、
その部材を硬化操作に先立つて乾燥させ、それに
よつて同時封孔/含浸段階後のすすぎ洗い段階を
省略することが望ましい場合がある。 上記はアルミニウム基材の調整および陽極酸化
の普通の段階にしたがつた代表的処理手順を述べ
たものである。陽極酸化のためのこのような調製
には(イ)脱脂、(ロ)アルカリ洗浄、および(ハ)操作(イ)

(ロ)および(ハ)のそれぞれのあとの中間水すすぎ洗い
による脱酸を含んでいる。陽極酸化は電解液、お
よびクロム酸、硫酸および変性硫酸型の、それに
限定されるわけではないが、陽極被膜を発達させ
るに必要な工程変数を使用して行い、続いてその
直後に水ですすぎ洗いする。アルミニウムおよび
アルミニウム合金の洗浄および仕上げの論議につ
いては、参考のためにここに記載する、
American Society for Metals出版のMetals
Handbook、第8版(1964年)、第2巻611−634
ページを参照されたい。 アルミニウムおよびアルミニウム合金部材、特
に7075−T6に対して、本発明にしたがつて腐食
抑制塗膜を適用する特定的実施例を以下に記載す
る。 実施例 1 (1) 前記部材をトリクロルエチレンまたは1−1
−1トリクロルエタン材料を使用して気相脱脂
し、次にその脱脂器中に乾燥するまで放置し
た。 (2) その脱脂した部材を20〜25重量%の活性アル
カリ度、約37.5g/の濃度を有しかつ約76.6
℃(約170〓)に維持されている、PH11.8〜13
の抑制アルカリ洗浄剤中で約18分間洗浄した。 (3) 次にその部材を外気温度の水〔約20℃(約70
〓)〕で約90秒間すすぎ洗いした。 (4) その部材を66゜ボーメ硫酸127.3〜172.3g/
(17〜23オンス/ガロン)(重量)、重クロム
酸ナトリウム22.5〜37.5g/(3〜5オン
ス/ガロン)(重量)、および2フツ化アンモニ
ウム4.5〜6.0g/(0.6〜0.8オンス/ガロ
ン)(重量)から成り、かつ室温〔約20℃(約
70〓)〕に維持されたアルミニウム酸化物除去
剤中で約8分間酸化物を除去した。 (5) 次にその部材を外気温の水で約2分間すすぎ
洗いした。 (6) 次にその部材を約30分間、15%66゜ボーメ硫
酸中で6〜24ボルト(DC)で12.9〜16.1アン
ペア/dm2(12〜15アンペア/平方フイート)
でかつ約20℃(約70〓)に維持して陽極酸化し
た。 (7) その陽極酸化した部材を外気温の水で約2分
間すすぎ洗いした。 (8) 次にその部材を、水2部対“配合A”1部に
希釈しかつ79.4±2.8℃(175±5〓)に維持し
た水溶性有機樹脂塗料材料、「配合A」中に約
1時間浸漬した。 (9) その部材が同時に封孔および下地塗装される
この浴に続いて、その部材を外気温で60±5分
間空気乾燥した。 (10) 最後にその部材を乾燥空気炉中で15分間146
±2.8℃で硬化させた。 実施例 2 塗装されるべき部材を実施例1における(1)から
(7)までの段階にしたがつて調製した。 (8) 次にその部材を、実施例1に記載した樹脂−
含有水溶性組成物を82.2±2.8℃(180±5〓)
に維持した浴によつて約30分間封孔および下地
塗装した。 (9) この浴に続いて、その部材を実施例1の段階
9および10におけると同じように空気乾燥およ
び硬化させたが、しかしながらその硬化はこの
場合には123.8±2.8℃(255±5〓)で約30分
間行なわれた。 実施例 3 本実施例においては塗装されるべき部材を実施
例1と同じ段階(1)から(5)までに従つて調製した。 (6) 次にその部材を、クロム酸29.9〜52.4g/
(4〜7オンス/ガロン)(重量)中で、約48ボ
ルト(DC)、1.07アンペア/dm2(1アンペ
ア/平方フイート)(最小)で、約37.7℃(100
〓)に維持した操作で約48分間陽極酸化した。 次にその部材を実施例1と同じ段階(7)から(10)ま
での段階に従つて処理した。 実施例 4 本実施例においては塗装されるベき部材を実施
例3と同じ段階(1)から(6)までの段階に従つて調製
した。 外気温の水で約2分間すすぎ洗いしたのちに、
その部材を実施例2と同じ段階(8)から(10)までの段
階に従つて処理した。 実施例2の試験片について、6.5〜7.2のPH範囲
内で、35℃で操作された塩分5%の霧中で環境塩
噴霧試験を実施した。これらの試験片を9000時間
曝したのち、腐食による浸蝕のきざしは認められ
なかつた。試験した他の実施例のものでもそれに
匹敵する結果が得られた。 これらのすべての試験から、特定範囲の高温度
での封孔によつて、腐食による浸蝕に対する最大
の保護が達成されることが結論された。 上記のそれぞれの場合における塗装されたアル
ミニウム部材は、封孔および有機室下地塗装の別
別の工程から従来得られたよりも優れた、アルミ
ニウムおよびアルミニウム合金に対する腐食保護
が上記の方法によつて与えられることを示してい
た。このことは従来の如く連続した別々の工程と
して陽極酸化され、封孔し、そしてクロム酸亜鉛
およびエポキシ下地塗装された成分と、本明細書
に記載したように処理された成分とを、両者とも
に同じ腐食環境へ同じ長時間もたらすことによる
比較試験によつて決定された。塩分5%噴霧に
3900時間曝したのち試験部材を検査すると、先行
技術のすべての部材は腐食欠陥を示したが、一方
本明細書に記載の処理による部材はいずれも腐食
のきざしを示さなかつた。 さらに、陽極被膜の封孔および下地塗装の同時
操作を行なう費用は、封孔および下地塗装を別々
の操作で行なう費用よりも相当に小さいことが見
出された。このことは主として下地塗料塗装操作
中に必要な手作業労働を入れる必要が無いことに
よつている。本発明の方法はアルミニウムおよび
アルミニウム合金に対して有用であり、この場合
それらの合金はアルミニウムおよび周期表の他の
元素から構成されている。それについては参照の
ためここに記載するMetals Handbook、第8版
(1961年)、(American Society for Metals出
版)917ページを参照されたい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates generally to a method for providing protective coatings to metals, and more particularly to methods for providing protective coatings on aluminum and aluminum alloys, which provide superior coatings for protection against corrosion than previously possible. The present invention relates to a method that can be applied to a product, thereby producing a long-life end product. Current methods of applying protective coatings to aluminum substrates, such as so-called "anticorrosive" paints or basecoats, rely on chemical surface treatment methods followed by the application of a basecoat. For example, a multi-step, separate process is required in which the aluminum substrate or workpiece is first anodized, then sealed, and finally a base coat applied. In other words, the stacking of layers results in the final coating, and the chemical/
Mechanical bonding determines the durability of the protective coating and thus the service life of the aluminum product. The entire operation of forming this laminated coating requires considerable time and effort. The present invention relates to improvements in this technology and to that end the proposal of a new method in which the necessary sealing and priming operations are carried out simultaneously, as well as the formulation of new materials to accomplish such simultaneous operations. For example, the method of the invention allows substantial savings in time and effort for complete operation, while
At the same time, the combined bonding of paint and oxide film produces a better coating than was previously possible. This is thought to be due to the introduction of soluble resin into the small pores of the oxide film during the pore sealing operation. Subsequently, the thermoset resin is crosslinked during a curing operation to provide a durable and protective coating. More specifically, the material proposed herein has its anodic coating in the form of monohydrate (Al 2 O 3 .H 2 O) and trihydrate (Al 2 O 3 .3H 2 O). At the same time, it is impregnated with a water-soluble organic resin. The water-soluble organic resin material provides a resin-impregnated sealed anodic coating that can withstand harsh corrosive environments when applied to an unsealed anodic coating under controlled time/temperature conditions. Examples of such environments are coastal areas exposed to highly humid and often saline atmospheres, such as those encountered in aviation, shipping, construction, and the automobile industry. Preferred resin coating materials of the present invention are polymers composed of water-soluble acrylic resins, which acrylic resins are composed of various acrylic-containing materials, such as acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide, methacrylamide, methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid It may be composed of materials such as esters and acrylates. Most preferably, the resin coating material is composed of polymerized or copolymerized monomers selected from those having the following general formula: CH2 =CH(A)-C(O)-O-R in which A is hydrogen, methyl or ethyl;
R is hydrogen, alkyl of 1 to 20, preferably 2 to 8 carbon atoms, 1 to 20, preferably 2 to 8;
More preferably hydroxyl-substituted alkyl of 2 to 5 carbon atoms, primary or secondary amino-substituted alkyl of 1 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 8 carbon atoms, and the amino group has 1 to 6 substitutions. is an alkyl or hydroxyalkyl group of carbon atoms, 1
mercapto-substituted alkyl of up to 20 preferably 2 to 8 carbon atoms, alkylthioalkylene of up to 20 preferably up to 8 carbon atoms, and groups of up to 8 carbon atoms with an oxirane ring, most preferably glycidyl It can be one with 3 carbon atoms, such as . Among the monomers defined above, the most preferred are acrylic and methacrylic. Suitable examples of acids are acrylic acid and methacrylic acid. Preferred examples of alkyl esters include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, tertiary butyl, pentyl, hexyl,
esters of acrylic or methacrylic acid such as ethylhexyl, octyl, decyl, dodecyl; preferred examples of hydroxy-substituted alkyl are hydroxylethyl, hydroxypropyl, hydroxybutyl, hydroxypentyl, hydroxyhexyl, hydroxyoctyl, hydroxydecyl,
hydroxydodecyl, etc.; preferred examples of aminoalkyl are aminomethyl, aminoethyl, ominopropyl, aminobutyl, aminopentyl,
aminohexyl, aminooctyl, aminodecyl, aminododecyl, the amino group is primary or secondary amino, and the substituent of the amino group is 1
~6 alkyl groups, preferably 1 to 4 carbon atoms; preferred examples of mercaptoalkyl are methyl mercapto, ethyl mercapto, propyl mercapto, butyl mercapto, pentyl mercapto, hexyl mercapto, octyl mercapto, decyl Mercapto, dodecylmercapto, etc.; likewise alkoxyalkyl and alkylthioalkyl groups are methoxymethyl, ethoxymethyl, ethoxyethyl, methylthiomethyl, ethylthioethyl, and the like. The polymeric resin, which may be a homopolymer, provides the final coating material with improved corrosion resistance, crack resistance, adhesion, gloss, flexibility, durability, hardness, flowability and solvent resistance. Most preferably, mixtures of monomers are utilized to provide a variety of properties such as: The polymers can be prepared by known polymerization methods such as emulsion or solution polymerization in organic solvents using azo catalysts. Preferred polymerizable monomer mixtures include a major amount, about 75 to about 99 weight percent, of an acrylic or methacrylic ester (wherein R in the above formula is alkyl) and a minor amount, about 1 to about 100 percent by weight. ~25% by weight acid (R is hydrogen). Furthermore, other copolymerizable monomers having ethylenically unsaturated groups, such as aliphatic vinyls such as vinyl acetate, vinyl chloride, etc., or styrene, vinylstyrene, 3,5-dimethylstyrene, para-t-butylstyrene, α - small amounts of vinyl aromatics, such as methylstyrene, from 0.1 to about 15% by weight;
It may also be added to the monomer mixtures described above. The coating material preferably has a basic PH, more preferably a PH of 8 to 9, and preferably contains a water solubilizer, the amount of which can vary depending on the polymeric material. Preferably, the water solubilizer is used in an amount ranging from about 1 part to 20 or 40 parts of resin. It should be appreciated that any solubilizing agent may be used, such as amines, ammonia or alkali metals, and those with high boiling points are used because of the high processing temperatures. Most preferably, the water solubilizer is a nitrogen-containing substance, such as an alcoholic amine such as diethylethanolamine; 2-amino-2methyl-1-propanol; diethanolamine, triethanolamine, dimethylpropanolamine, dimethylisopropanolamine, dimethyl These include butanolamine, N-benzylethanolamine, 2-[2-(dimethylamine)ethoxy]ethanol; 1-[2-(dimethylamine)ethoxyl]-2-propanol. The coating material may also contain a crosslinking effective amount of a bath-stable nitrogen-containing crosslinker, such as the urea type, melamine type, benzoguanamine, preferably the melamine type. Although a variety of melamines can be used, most preferred are substituted melamines, such as polyalkyl ethers of polymethylolmelamine, in which each alkyl group is
Containing 4 carbon atoms, the most preferred is hexamethoxymethylmelamine. Criteria for the selection of a good crosslinking agent are that it be stable at the high temperatures to which the coating material will be subjected, and that it be reasonably stable to the corrosion-resistant pigments added to the material, and that it be suitable for acrylic resin coating materials. It is possible to provide good crosslinking properties. The amount of crosslinking agent used depends on the number of carboxylic acid groups present in the resin such that the number of functional groups in the crosslinking agent is substantially equal to the number of functional groups present in the alkyl resin. Comparable. It is desirable to add a thermosetting catalyst to the acrylic resin coating material in order to achieve a low crosslinking temperature. A preferred catalyst is a Friedel-Crafts acid catalyst, which is added in an amount of about 1 to about 15% based on the nitrogen-containing crosslinker. These catalysts induce a condensation reaction between the resin and the crosslinker. Suitable acid catalysts that may be used are para-toluenesulfonic acid, dodecylsuccinic acid, n-butyric acid phosphate, phosphoric acid, and the like. It has also been found desirable to add free radical inhibitors to inhibit hydrolysis or other reactions of the resin that can lead to instability. These inhibitors may be added in amounts of about 1 to about 10% by weight of the coating material (acrylic resin and crosslinker combined). Suitable inhibitors are guaiacol, hydroquinone, and the like. Additionally, the coating composition may contain various materials that provide substantially improved corrosion resistance to the final coating. These materials are water-soluble metal salts of group -B of the periodic table. Suitable corrosion-resistant materials are chromates, dichromates, molybdates, tungstates, etc., such as strontium chromate, calcium chromate, zinc chromate, potassium chromate, sodium chromate, sodium dichromate. , potassium tungstate, sodium molybdate, lead silicate, and ammonium salts of chromic acid and dichromic acid. Furthermore, the aforementioned complex salts of molybdic acid and tungstic acid, and the aforementioned water-solubilizing amines, such as dimethylethanolamine, may be used. Acrylic resin is a low molecular weight resin, i.e. approximately
It is also preferred to have a molecular weight (number average) of less than 10,000, more preferably less than about 5,000, and an acid number of less than 150, preferably less than 100. A preferred formulation consists of the following ingredients: Composition A Component Weight Parts : An acrylic resin made from a polymer of ethyl acrylate (71.4%), acrylic acid (12.9%) and methyl methacrylate (15.7%).
In acetone, isopropanol solvent (70% by weight) …………1.25 Hexamethoxymethylmelamine …………1 Water solubilizer (dimethylethanolamine)
…………1.1 Strontium chromate …………2.5 Paratoluenesulfonic acid (25% in water)
…0.24 Water …9.5 It should be recognized that other ingredients such as fillers, pigments, dyes, colorants, leveling agents etc. may be added to the coating material. These ingredients are
It can be added according to the application for which the coated product is to be used. The process of simultaneously sealing and impregnating an unsealed anodic coating is accomplished by immersing a freshly anodized unsealed aluminum substrate surface into a treatment vessel containing one of the aforementioned materials. It is carried out with The new water-soluble resin materials proposed herein are useful at concentrations ranging from less than 1% to more than 70%. The bath is 76.6℃~93.3℃ (170~210℃
〓), can be maintained indefinitely without gelation or precipitation or separation of the resin. PH
By adjusting the pH to a basic pH, preferably about 7.5 to about 9.0, more preferably about 8.2, the pH can be easily adjusted to maintain excellent stability. Time and temperature have a relationship such that the higher the temperature, the shorter the time. The anodic coating changes from an unsealed state to a sealed state due to hydration of the oxide, and as a result of the next reaction, the structure of metal oxide monohydrate and metal oxide trihydrate changes. It has certain characteristics. (1) Al 2 O 3 +H 2 O→2AlO(OH) →Al 2 O 3・H 2 O (2) 2AlO(OH)+2H 2 O →Al 2 O 3・3H 2 O Sealing/impregnation of anode coating Following, the anodized metal is rinsed in water and then heated preferably at 93.3°C to 260°C (200°C to 200°C) for curing purposes.
Place it in a drying oven adjusted to 500 〓). This step requires a time of about 1 to 60 minutes, and time and temperature have an inverse relationship. If the curing is for parts for the aircraft industry, the temperature is usually 148.8°C (300°C).
〓) Higher temperatures are not used. Sometimes,
It may be desirable to dry the component prior to the curing operation, thereby eliminating the rinsing step after the simultaneous sealing/impregnation step. The above describes a typical processing procedure that follows the usual steps of preparing and anodizing an aluminum substrate. Such preparation for anodizing involves (a) degreasing, (b) alkaline cleaning, and (c) manipulation.
,
Includes deacidification by intermediate water rinsing after each of (b) and (c). Anodization is performed using an electrolyte and process variables necessary to develop an anodic coating, including but not limited to chromic acid, sulfuric acid, and modified sulfuric acid types, followed immediately by a water rinse. Wash. For discussion of cleaning and finishing aluminum and aluminum alloys, please refer to the following for reference:
Metals published by the American Society for Metals
Handbook, 8th edition (1964), Volume 2, 611-634
Please refer to the page. Specific examples of applying corrosion inhibiting coatings in accordance with the present invention to aluminum and aluminum alloy components, particularly 7075-T6, are described below. Example 1 (1) The above member was treated with trichlorethylene or 1-1
-1 trichloroethane material was used for vapor phase degreasing and then left in the degreaser until dry. (2) The degreased material has an active alkalinity of 20 to 25% by weight, a concentration of about 37.5 g/
Maintained at ℃ (approximately 170〓), PH11.8~13
for approximately 18 minutes in a suppressive alkaline detergent. (3) Next, soak the component in water at outside temperature [approx. 20°C (approx. 70°C)]
〓)〕 for about 90 seconds. (4) 66° Baume sulfuric acid 127.3~172.3g/
(17-23 oz/gal) (wt), sodium dichromate 22.5-37.5 g/(3-5 oz/gal) (wt), and ammonium difluoride 4.5-6.0 g/(0.6-0.8 oz/gal) ) (weight), and at room temperature [approximately 20℃ (approximately
The oxide was removed for approximately 8 minutes in an aluminum oxide remover maintained at 70°C. (5) The part was then rinsed with water at ambient temperature for approximately 2 minutes. (6) The part is then heated at 6 to 24 volts (DC) in 15% 66° Baume sulfuric acid for approximately 30 minutes at 12.9 to 16.1 amps/dm 2 (12 to 15 amps/sq ft).
The temperature was maintained at approximately 20°C (approximately 70°C) during anodization. (7) Rinse the anodized part with water at ambient temperature for approximately 2 minutes. (8) The material was then diluted in 2 parts water to 1 part ``Formulation A'' and maintained at 79.4±2.8°C (175±5〓). Soaked for 1 hour. (9) Following this bath in which the part was simultaneously sealed and primed, the part was air dried for 60±5 minutes at ambient temperature. (10) Finally, place the part in a dry air oven for 15 minutes.
Cured at ±2.8°C. Example 2 The parts to be painted are from (1) in Example 1.
It was prepared according to the steps up to (7). (8) Next, the member was made of the resin described in Example 1.
Containing water-soluble composition at 82.2±2.8℃ (180±5〓)
The holes were sealed and a base coat was applied for about 30 minutes in a bath maintained at a constant temperature. (9) Following this bath, the part was air dried and cured as in steps 9 and 10 of Example 1, except that the cure was now 123.8±2.8°C (255±5°C). ) and lasted approximately 30 minutes. Example 3 In this example, the parts to be painted were prepared following the same steps (1) to (5) as in Example 1. (6) Next, the material was mixed with 29.9 to 52.4 g of chromic acid/
(4 to 7 ounces/gallon) (by weight) at approximately 48 volts (DC), 1.07 amps/ dm2 (1 amp/sq. ft.) (minimum), and approximately 37.7 degrees Celsius (100
Anodic oxidation was performed for approximately 48 minutes with operation maintained at 〓). The part was then processed according to the same steps (7) to (10) as in Example 1. Example 4 In this example, the parts to be painted were prepared according to the same steps (1) to (6) as in Example 3. After rinsing with water at outside temperature for about 2 minutes,
The part was processed according to the same steps (8) to (10) as in Example 2. Environmental salt spray tests were conducted on the specimens of Example 2 in a 5% salinity fog operated at 35° C. within the PH range of 6.5 to 7.2. After exposing these specimens for 9000 hours, no signs of erosion due to corrosion were observed. Comparable results were obtained with other examples tested. From all these tests it was concluded that maximum protection against corrosion attack was achieved by sealing at a certain range of high temperatures. The painted aluminum parts in each of the above cases are provided with better corrosion protection against aluminum and aluminum alloys by the method described above than was conventionally obtained from the separate steps of sealing and organic undercoating. It showed that. This means that components that are conventionally anodized, sealed, and zinc chromate and epoxy primed as successive separate steps and components that have been treated as described herein. Determined by comparative tests by exposure to the same corrosive environment for the same extended period of time. For spraying 5% salt
Upon inspection of the test members after 3900 hours of exposure, all prior art members showed corrosion defects, whereas none of the members treated herein showed any signs of corrosion. Furthermore, it has been found that the cost of performing the anodic coating sealing and basecoating operations simultaneously is significantly less than the cost of performing the sealing and basecoating operations in separate operations. This is primarily due to the lack of manual labor required during the basecoating operation. The method of the invention is useful for aluminum and aluminum alloys, where those alloys are composed of aluminum and other elements of the periodic table. See the Metals Handbook , 8th edition (1961), (published by the American Society for Metals), page 917, which is hereby incorporated by reference.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 アルミニウムおよびアルミニウム合金部材を
保護被覆する方法において、 上記被覆すべき部材を陽極酸化し、 この陽極酸化した部材に、水溶性アクリル重合
体又は共重合体と窒素系架橋剤とを含む水性被覆
組成物を、76.6℃〜93.3℃の範囲の温度で60〜30
分間で施し、この時間と温度は温度が高くなる程
時間は短くなる関係にあり、それによつて上記組
成物で陽極酸化部材を水和により封孔し、同時に
陽極酸化部材を下塗りして、後の硬化処理で架橋
することができる表面被覆を与え、次いで 封孔、下塗りした部材を93.3℃〜260℃の範囲
の温度で、60〜1分間で硬化し、この時間と温度
は温度が高くなる程時間は短くなる関係にある ことを特徴とする、上記保護被覆方法。 2 被覆組成物の適用を、部材を組成物中に79.4
℃の温度を保ちながら1時間浸漬することによつ
て行う、特許請求の範囲第1項に記載の方法。 3 被覆組成物の適用を、部材を組成物中に82.2
℃の温度を保ちながら30分間浸漬することによつ
て行う、特許請求の範囲第1項に記載の方法。 4 架橋剤がヘキサメトキシメチルメラミンであ
る、特許請求の範囲第3項に記載の方法。 5 架橋剤が、各アルキル基が1〜4個の炭素原
子を含むポリメチロールメラミンのポリアルキル
エーテルである、特許請求の範囲第1項に記載の
方法。 6 被覆組成物に対しフリーデルクラフツ触媒
を、93.3℃〜260℃の温度に60〜1分間曝したと
き完全に硬化するのに充分な量で加え、その条件
で硬化を行い、然もその時間と温度は温度が高く
なる程時間は短かくなる関係にある、特許請求の
範囲第1項に記載の方法。 7 被覆組成物が、クロム、モリブデンおよびタ
ングステンの水溶性金属塩を含む腐食抑制剤を含
む、特許請求の範囲第1項に記載の方法。
[Claims] 1. A method for protectively coating aluminum and aluminum alloy members, wherein the member to be coated is anodized, and the anodized member is coated with a water-soluble acrylic polymer or copolymer and a nitrogen-based crosslinking agent. and at a temperature ranging from 76.6°C to 93.3°C.
This time and temperature are in a relationship that the higher the temperature, the shorter the time.Therefore, the anodized member is sealed with the above composition by hydration, and at the same time, the anodized member is undercoated. A curing process provides a surface coating that can be crosslinked, and then the sealed and primed parts are cured for 60 to 1 minute at temperatures ranging from 93.3°C to 260°C, with the time and temperature increasing at higher temperatures. The above-mentioned protective coating method is characterized in that the heating time is shortened. 2 Application of the coating composition to the component in the composition 79.4
The method according to claim 1, which is carried out by soaking for 1 hour while maintaining a temperature of .degree. 3 Applying the coating composition to the component in the composition 82.2
The method according to claim 1, which is carried out by soaking for 30 minutes while maintaining a temperature of .degree. 4. The method according to claim 3, wherein the crosslinking agent is hexamethoxymethylmelamine. 5. The method of claim 1, wherein the crosslinking agent is a polyalkyl ether of polymethylolmelamine in which each alkyl group contains 1 to 4 carbon atoms. 6 Add a Friedel-Crafts catalyst to the coating composition in an amount sufficient to cause complete curing when exposed to temperatures between 93.3°C and 260°C for 60 to 1 minute, and cure under these conditions, but for that period of time. 2. The method according to claim 1, wherein the relationship between and and temperature is such that the higher the temperature, the shorter the time. 7. The method of claim 1, wherein the coating composition comprises a corrosion inhibitor comprising water-soluble metal salts of chromium, molybdenum and tungsten.
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