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TW387020B - Non-chromated oxide coating for aluminum substrates - Google Patents

Non-chromated oxide coating for aluminum substrates Download PDF

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TW387020B
TW387020B TW082100282A TW82100282A TW387020B TW 387020 B TW387020 B TW 387020B TW 082100282 A TW082100282 A TW 082100282A TW 82100282 A TW82100282 A TW 82100282A TW 387020 B TW387020 B TW 387020B
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TW
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cobalt
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complex
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Application number
TW082100282A
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Matthias P Schriever
Original Assignee
Boeing Co
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Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A6 B6 五、發明説明（） 太發朗背景 1) 本發明領域 本瑗境品質發明偽屬於在金屬基體，例如鋁基體上生 成化學轉化塗層之領域。詳言之，本發明其一，像一種在 金颶基體上以化學生成氣化塗層（本發明人指其為w鈷轉 化塗靥”）之新型式。本發明對於空氣與水品質雒持有助 益，因而增進人類環境品質。 2) 相關技錢之敘述 一般而言，化學轉化塗層之化學生成偽使金屬表面轉 變成緊密附著之塗靥，其所有或部分偽由基體金屬之氣化 形式所構成。化學轉化塗層使其具有高的抗腐蝕性及對於 顔料具有強的鍵結親和力。對於以工業施用顔料（有機加 工）到金屬上一般需要使用化學轉化塗層，尤其是操作需 求高時為然。 雖然鋁保護其本身抗腐蝕偽藉天然氧化塗層之生成， 然而，保護並不完全。存有溼氣與電解質時，鋁合金，尤 其是高銅2000糸列鋁合金，如鋁2024-T3，較純鋁更快速 地腐蝕。 一般，有二種型式處理鋁使其生成有利轉化塗靥的方 法。第一種偽藉著陽極氣化（氣化），將鋁成分浸於化學 浴中，如浸於鉻酸或硫酸浴中，使電流通過鋁成分與化學 浴。在鋁成分表面所生成之轉化塗層使其具有抗腐蝕及對 有機加工有鍵結表面。 第二種型式的方法偽以化學産生轉化塗屨，一般傺指 冬紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A6 B6 五、發明説明（） 化學轉化塗靥，偽使鋁成分置於化學溶液中，如鉻酸溶液 中，但是在此過程中不使用電流。此化學溶液可採浸潰施 用，以手動施用或噴灑施用。在鋁成分之表面上生成之轉 化塗靥使其對於腐蝕具有抗性，及對有機加工具鍵結面。 本發明是有關此第二型式産生化學轉化塗層的方法。可採 浸潰施用，多種型式之手操作施用或噴灑施用化學溶液。 一種廣泛使用，在鋁基體上生成化學轉化塗層之鉻酸方法 偽由Ostrander等人，在美國專利第2,?96,370及2,796, 371之多個具體實施例中，陸軍方法說明書MIL-C-5541, ^Boeing加工説明書BAC5719中被出過。這些鉻酸化學轉 化浴含有六價鉻，氟與氡化物，其皆呈現明顯環境及健康 與安全之問題。典型鉻酸轉化浴之成分，如AL0DINE 1200 如下：CrU3-酪酸（六價鉻）；^『-氟化納；0。-四氟 硼化鉀；IUZrF6-六氟結酸鉀；IUFe(CN)s-氰化鐵鉀；及 HH〇3-硝酸（作為PH值之對照組）。 許多鋁結構部分，及鋪H,鋅Η *鋅與鎳Η，及銷部 ，雖然航空與航太工業使用鉻酸技術處理。鉻酸轉化薄膜 ,如在鋁基體上生成者，合乎168小時抗腐蝕標準，但其 主要作為顔料附著之表面基體。由於其相當薄並且為低塗 覆重量（40-150毫克/平方英呎），鉻酸轉化塗層在鋁基 體結構上並不造成形體壽命之減低。 然而，美國環保法規*尤其是加州及其它州急速地減 低六價鉻化合物在金屬加工過程之流放與排出量。因而， 必須以六價鉻化合物取代化學轉化法。本發明在不使用六 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） -5« (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝. 訂_ A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 價鉻化合物下，擬取代先前在鋁基體上生成轉化塗層所用 之鉻酸法。 太發明糖里 本發明其一像提出在金属基體上生成鈷轉化塗靥之法 ,使其具有抗腐蝕與顔料附箸之特性。本發明成為替代先 前技藝之鉻酸法。本方法包含之步驟為：（a)提供一鈷轉 化溶液，包括一含有可溶鈷（m六價複合物之水性溶液， 鈷U )六價 六價複合物 接艇足夠長時間，使鈷轉化塗層生成。此基體可為鋁或鋁 合金，及鋪H,鋅Μ ,鋅與鎳Η及銷。此鈷（B)六價複合 物可以[Co(HH3)6]X3之形式存在，其中，X為ci, Br,N〇3 ，CN.，SCN» P〇4，SO*, CaHeOa 或 COa。 本發明另一方面偽提出在金屬基體上生成轱轉化塗層 之化學轉化塗覆溶液，此溶液包括一含有可溶鈷（U)六價 複合物之水性溶液，鈷（11>六價複合物之濃度由約每升 〇.〇1莫耳溶液到鈷（m六價複合物與醋酸達飽和限度。鈷 轉化溶液可由浴裝置順序製備，包括之步驟為：（a>使鈷 (Π)鹽溶解；（b)隨後溶解硝酸金屬鹽，如Mg(N〇3)s*6 H2〇，Ca(H〇3)B*6Hs〇, NaH〇3, KH〇3，或 1^叩3;及（(：）之 後添加醋酸銨鹽β (c)本發明又一目的偽提出一種呈現抗腐独與顔料附 著特性之塗覆物品。此物品包含：（a)—金屬基體；及（b) 一在基體上生成之轱轉化塗層•此鈷轉化塗層包含最大體 |合物之濃度由約每升溶液0.01莫耳到鈷（皿） _酸達飽和之限度；及（b)使此基醱與溶液 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公缓） (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) •丨裝· 訂. -氣- A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 積百分比之氧化鋁AU〇3，及氧化鈷c〇0, C〇3(U及c〇2〇3。 画様簡秫 此處圖樣傺鋁合金測試片上塗層之掃瞄電子顯徹鏡影 像照片。第1-8圖為具有本發明鈷轉化塗層之合金2024-T3 測試Η的照片（30KV掃瞄電子翻撤鏡）。第1與第2圖顯 示於140°F下浸於典型鈷擎覆溶液25分鐘所生成之鈷轉化 塗層310。第3與4圖顯示於140°F下浸於典型鈷塗覆溶 液15分鐘所生成之鈷轉化塗層320。第5到8圔顯示於140 T下浸於典型鈷塗覆溶液20分鐘所生成之鈷轉化塗靥330 。塗靥310 ,塗層320與塗層330並不呈現任何明顯的差 異。 第1圖為顯示具有本發明鈷轉化塗層310之测試Η的 10,000倍放大照片。此照片乃由較高的角度所見到的氧化 塗層310之上表面縱視。氧化塗層310之頂端是多孔並且 狀似一層炒麵條。將此測試片浸於鈷轉化溶液25分鐘。白 色條紋長1徹米。由參考編號312所顯示之稍圓目標為氣 化塗靥表面上未經鑑定之雜質。 第2圔偽第1圖測試Η之50,000倍放大照Η。此照片 乃由較高的角度所見到的氧化塗層310之上表面的縱視。 第2圖為測試Η小面積之近距離更高倍放大。白色條紋長 1徼米。 第3圖像其它测試片之10,〇〇〇倍側視放大照片，係由 較高的角度所見本發明鈾轉化塗層320之斷面。测試片之 鋁基體斷面以參考編號322表示。此測試Η傜浸於塗覆於 (請先閱ΐϊφε面之注意事項再本頁) 裝- 訂 翥 制---Γ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） -1 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A6 B6 _ 五、發明説明（） 15分鐘。為了製作照片，將此测試片彎曲與斷裂使氣化塗 層320之斷面暴露出來。白色條紋像1徹米長。 第4圖傷第3圖測試片之50,000倍側視放大照片，僳 由較高的角度所見本發明鈷轉化塗靥320之斷面。第4圖 為测試片小面積之較高倍數。此测試Η之鋁基體以參考编 號322表示。白色條紋長度為1撤米。 第5圖偽其它測試片之10,000倍放大照片，呈現本發 明其它鈷轉化塗層。此照片乃由較高角度所見到的氧化塗 層330之上表面的縱視。氣化塗層330之頂部是多孔並且 狀似一層炒麵條。將此測試片浸於鈷轉化塗覆溶液20分鐘 。此白色條紋長度為1微米。在氧化塗層330表面上之稍 圓物體332為未經鑑定之雜質。 第6醒傺第5圖測試片之50,000倍放大照片。此照片 乃由較高角度所見到的氧化塗層330之上表面的縱視。第 6圖僳較高倍數之測試片的小面積近距離照片。白色條紋 偽1徹米長。 第7圖傷其它测試Η之10,000倍放大照Η,呈現本發 明黏轉化塗靥330在較高角度見到的斷面。本测試片鋁基 體以參考编號332標示。將此測試Η浸於塗覆浴中20分鐘 。為拍攝本照Η,將測試Η彎曲並斷裂使氣化塗層330之 截面暴露出來。白色條紋長度為1徹米。 第8圖偽第7圖測試Η侧視50,000倍放大照片，呈現 本發明鈷轉化塗層330在較高角度見到的斷面。第8圖偽 較高倍數之測試片的小面積近距離照Η。測試片鋁基體以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>甲4規格（210 X 297公發） - ,C.. ' h ------------------------裝------#------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（） 考编號332標示。白色條紋長度為1徹米。 較佳具體實施例之敘述 本發明人開發出二類鈷轉化塗層。第一類鈾轉化塗層 傺由未封閉條件下之氧化結構所構成，適用於儸重顔料之 附著。第二類鈷轉化塗靥偽由封閉條件下之氣化結構所構 成，適用於偏重暴露金屬抗腐蝕的要求。 有相當多的實驗研究致力於達成本發明。許多多價之 化合物被研究，單獨使用或與饑，酸或氟混合使用。這些 化合物為釩酸鹽，鉬酸鹽，銪酸鹽，高鐵酸鹽與多種硼酸 鹽。而在鋁合金基體上進行薄膜沈積含有這些元素之化合 物業己達成，然而並未能提供任何適宜之保護腐蝕及顔料 附著之效用。 然而，當鋁基體浸於加熱到180°F之簡單鈷U ) (CoaM 水性溶液中時可見到腐独保護作用明顯地增加。此項發現 導致条列鈷（I)與鈷U)(Coat)反應之研究，此詳載於 copending application Serial Ho. 07/525,800 filed May 17, 1990 中。 在該項發明中，由含有鈷（I)鹽，如CoXa(X=Cl, Br, N〇3, CN, SCN, P〇4, SO*, CaH3〇2, C〇3)之水性溶液抽氣 數小時，在氫氣化銨（氨）存在下，相關之銨鹽NfUX生成鈷 (班）六氨鉻物配位複合物，例如， (l)4CoXa+4NH4X+20NH3 〇a 4[Co(HH3)B]X3+ 水 上逑一般反應（1)在 copending application Serial No. 07/525,800 filed May 17, 1990 中有詳竈敘述。使 (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂. 霄 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） —9— A6 B6_ 五、發明説明（） 用氬氧化銨（氛）偽用來産生3價的氨絡物。由該文獻，對 鈷（M)六氨絡複合物作進一步研究發現，若以醋酸銨 CH3COOMH4取代氫氣化銨會産生明顯的加工效果，即 (2) 4CoXa+4HH4X+20NH3C00NH4 0» 4[Co(NH3)G]Xa+ 20CHSC00H + 水 其中，X=C1, Br*, N〇3, CN，SCN, P〇4, SO*, CsH3〇2, CO 3 〇 此醋酸緩衝条統並不需因高度氨蒸發速率而需添加 N1K0H到氫氣化銨中以便經常地調整PH值。此外，醋酸緩 衝之轱氨絡物複合物溶液之最適操作範圍是PH6.0到PH7.0 。醋酸緵衝糸統比氫氣化銨糸統所生成之氧化塗層在顔料 附著及抗腐蝕方面有更佳之改進。氣化塗層重量可易於製 成由20到240rag/fta。由生寧可塑性立場，完金不存有氨 氣具有更明顯的優點。要注意的是列於式子（2>之X反應 劑皆連續進行測試，在鋁基體上産生可加工之轉化塗靥。 然而，有關塗覆施行及外觀方面，硝酸具有最佳的結果。 由環境的立場，以镳化物及硫氰酸鹽較佳。 鈷化學反瞜之重要一面是鈷（Π)複合物有強烈氧化成 軲（BI )複合物的傾向，即 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (3) [Co(NH3)s)][Co(NH3)6]34 + e- 據發現鋁合金基體（如鋁2024-T3 )浸於含有上述鈷 U)複合物之水性溶液中畤，在鋁合金上生成亮的虹彩塗 層，優良之抗腐蝕特性。這些塗層在顔色強度上可 與傳轉化塗靥比擬。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 上述鈷複合物並不新穎，軲（M)複合物之典型用途是 在像片顯影工業上作為氧化劑使彩色相片之清晰度增強。 例如，8丨33〇的1^6在美國專利4,088,486中提出鈷（111)氛 絡物複合物之照相用途。 然而，令人意外的是*這些鈷（m)六氛絡複合物能在 鋁基體上生成氧化結構。目前，對於氧化物生成之正確反 應之反應機構並不金然了解；由於希望不受限於任何理論 ,此氧化物生成據信是以上述（3)化學平衡方程式進行。 鈷（II)六氨絡複合物之氣化能力據倍和觀察到之氣化薄膜 (傺指‘‘黏轉化塗層" > 在鋁基體上生成有鼷。氣化結構 之生成以儀器分析（鑽分析與電子顯徽鏡）塗層而證實。 第1-8圖照Η關示本發明鈷轉化塗層之外觀。 另外有關氣化塗層之顔色調和的進一步改良是反應式 (2)中以硝酸金屬鹽，如 Mg(N〇3)2*6Hs〇, Ca(N〇3)s*6 Hs〇, HaN〇3, KN〇3，或 L〖H〇3 代替銨鹽 NH*X,即： ¢4) 4CoX8+2Mg(N〇3)a * 6Ha〇+24CH3COOHH4 〇a 4[Co(NH3)B]X3N03+2(CH3C00)3Mg+20CH3C00H + 水 其中，X=C1, Br, N〇3, CN, SCN, P〇4, S〇4, CsH3〇s, CO 3 〇 然而，較佳之反應據發現應包含如下之硝酸鈷： (5) 4Co(H〇3)2 * 6Ha〇+2Mg(N〇3)2 * 6Ha0+24CHaC00NH4 〇a 4[Co(NH3)6](N03)3+2(CH3C00)2Mg+20CH3C00H + 水 很明顯地，實驗期間有許多參數之初反應式在最佳浴 化學與氣化塗層薄膜之單一生成的觀點而言是相當重要的 (諳先閲一?^面之注意事項再塡寫本頁)
Isli— -裝. 訂. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 五、發明説明（） A6 B6 。這些參數為：化學反應劑的選擇，化學反應劑的濃度， 浴裝置的順序，PH值控制；溫度；與浸漬時間。 朴.星皮_黼的癍播 關於反應劑的選擇，有許多鈷鹽可作為鈷之複合。鈷 (E)鹽中可在水溶液中運作者為：硝酸鈾，Co(N〇3)2· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ,CoCls · 6H8〇 ;硫酸軲，CoS〇4 ;醋酸鈷， 4Η2〇 ;及硪酸黏 2C〇C〇3 · Co(0H)e · Ha〇。 中任一皆可與醋酸銨與硝酸金屬鹽，如 Mg(N〇3)a*6Ha〇, Ca(M〇3)2*6H*0, NaN〇3, ΟΙ)!*,或 LiN〇3相反應。 在此一提的是，鋁與鋁合金之較佳反應劑是Co(N03)s •6H2〇, Ms(H〇3)s*6Ha〇 與 CH3C00NH* ,因鈷氨絡物複合 物與硝酸鹽生成最適塗覆操作結果。 此外，若其在水中有最低溶解度，可使用其它鈷u> 鹽。所需要的最低溶解度在20t!每升水中約為0.01莫耳鈷 (I )鹽。 較佳之化學添加劑為氣化劑，較佳為過氧化氳Hs〇Sd 氧化劑的功能是氧化溶液中的鈷（π)離子成為鈷（m)離子 。流入槽中之空氣流是作為氧化劑，因而在作業上，過氣 化氫之存在並非必要的。過氧化氫增加溶液中鈷U)離子 之氧化速率，並且在該溶液中作為商業施用本發明使作業 時間縮短之用途。 因而較佳之化學反應劑及添加物如下·· 硝酸鈷， Co(N〇3) 2 · 6Hs〇 6H2〇,氣化鈷 Co(CHaCOO)a 前述鈷（I )鹽 (請先閲讀背面之注意事項再f本頁) •丨裝 訂· H I 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） A6 B6 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 醋酸銨 （：113(：001^4與1^4{：2113〇2 硝酸鎂 Mg(N〇3)* · 6H2〇 過氣化氫 H2〇8 (氣化劑） 化舉濃麽.PH倌控制.溫庶.菸潯清_ P3 關於化學濃度，可所使用之溶解的鈷U)鹽濃度由每 升終溶掖0.01莫耳到所使用黏U)鹽達飽和限度。較佳為 所使用溶解的鈷（I)鹽濃度由約每升終溶液0.04莫耳到每 升〇·15契耳。黏（I)六氛絡物配位複合物的濃度可由每升 終溶液0.01奠耳到所使用之黏U)六氨絡物配位複合物達 飽和的度。較佳為，鈷（I )六氨絡配位複合物之濃度可 由每的0.04莫耳到每升終溶液0.15奠耳。 紗 - 所溶解之硝酸金屬鹽濃度可由約每升終溶液0.03到 0.25莫耳，較佳為所使用之溶解硝酸金屬鹽濃度可由每升 終溶液0.05莫耳到每升終溶液0.2莫耳。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 醋酸銨之濃度可由約每升終溶液0.06到6.0莫耳。較 佳為，所使用之溶解銨醋酸銨鹽濃度可由約每升終溶液 0.15莫耳到每升終溶液0.7莫耳；醋酸銨之組成過量並不 會産生不利。所生成之醋酸濃度可由約毎升終溶液0.05到 5.0莫耳。較佳為所生成之醋酸濃度可由每升終溶液0.125 莫耳到每升終溶液0.6荚耳。 浴之PH值可由約5.0到9.0, 6.0到7.0較佳，以6.5最 佳，浴溫可由68T到160T ;上述160T會使鈷U )六氨絡 複合物逐漸分解。最適溫度為140士 5卞。浸漬時間可由約 —13— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） A6 B6 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3分鐘到60分鐘，最適浸漬時間為20 土 5分鐘。 龄住浴餺備醑序 1. 不銹銅槽中裝入空氣攢拌鉛錘及加熱線圈，去離子 水溫為68T到90T下裝到3/*滿。空氣攪拌開始産生小氣 泡。（此槽可配備濾器單位以移除任何加工過程之固體雜 質（塵，鋁淤泥，等）。 2. 加入一定量鈷（I)鹽（Co(H〇3)B · 6Ha〇較佳）並完 金溶解。不綉銷桶可用來盛溶解畤懸浮於水中之鈷鹽顆粒 。鈷鹽對醋酸銨鹽之最佳莫耳比率由約1到6 (見上述反 應組成平衡式（4))。鈷鹽最佳濃度約為每升終溶液0.077 莫耳。所使用的量是侬銘鹽對醋酸銨之莫耳比率而定，其 將産生呈現高顔料附著特性之氧化塗層。 3. 現在，加入苯量硝酸金靥鹽（Μ8(Ν〇3)β·6Η*0較佳 )。此添加物之濃度可由不添加到每升終溶液2.5莫耳。 然而，最佳的量為每升終溶液0.10莫耳可使轉化塗層達最 佳顔色清晰度。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4. 現在加入醋酸銨並溶解之。最佳鈾鹽濃度約為每升 終溶液0.077莫耳，最佳醋酸銨的濃度約為每升終溶液 35.6克（0.46莫耳）。醋酸銨鹽的濃度在鈷鹽對醋酸銨鹽 之莫耳比率逹1比6時最佳。保持適度之空氣攢拌。 5. 槽中充入最終量之去離子水。在室溫下維持2-3小 時攪拌此溶液，之後，加入一定量過氣化氫Η2〇3 (以30體 積百分比較佳）。較佳之量約為每升終溶液0.03到0.1莫 耳H2〇s (約3到10毫升H2〇a (30體積百分比））。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 6. 使此溶液維持在較佳為68-90T至少另外2小時， 使鈷複合反應（如上述反應式（4))生成最適操作量之鈷 (ffl)複合物，溶液由白色到褐色/紅色，較佳為溶液於68 -90T持續另外8小時。為了生成更大量鈷（M)後合物使 鈷轉化塗層加工有效實施，之後，加熱此溶液到140±5T (此為最適操作溫度）。轱轉化塗層加工期間使用中度空 氣攪拌此溶液。 7. 選擇地，第二個不銹銅桶槽（作為氧化封閉步驟之 用）裝上攪拌鉛錘及加熱管，並且盛a/4去離子水。此後 黏轉化塗層的步驟偽作為抗腐蝕之促進劑。加入反需反應 物時，使此槽保持未加熱。 8. 加人某量硫酸鎳，HiS〇4*6H*0 ,及某量硝酸鎂 Με(Ν〇3)2 · 6Ha〇到封閉的槽中，並且溶解之。每升終溶液 之硫酸錁的較佳量約為20克（0.076莫耳）。較佳量之硝 酸鎂約為每升終溶液20克（ 0.078莫耳）。為了溶解需作 攪拌。 9. 封閉之槽之後加入終量的去離子水並且加熱到200 士5卞。並不需要作另外的空氣攪拌。 較佳宗伞加τ腑席 較佳之完全加工順序可彙總如下： 加丁醣庠菝程 以便璩最滴顔料附箬 (1)若需要預先清理之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） (諳先閲請脅面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂· _丨
I A6 B6 五、發明説明（） (2)若需要掩蔽並且整理之 (3) 以鹺清理並沖洗之 (4) 去氣化並且冲洗之 (5)生成氣化塗層；於140士 5T下15〜20分鐘 (6)浸漬洗滌：68-140T (7)乾燥之-140°F最大 (請先閲讀背面之注意事項再本頁) 加丁毈庠琉猓 Μ便矮菊丨蕞女抗腐紳件 (1)若需要預先清理之 (2)若需要掩蔽並整理之 (3) 以鹼清理並冲洗之 (4) 去氧化並且沖洗之 (5)生成氣化塗層；於140 士 5°F下15〜20分鐘 (6)浸漬洗滌：68-140T (7)若需要封閉之 (8)室溫下洗滌最少3分鐘 (9)乾燥之-最高140卞 i裝· 訂_ .線. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 鼸於h沭琉稈所薩泮意者 所有切削與製造完成之後才可進行鈷轉化塗覆。元件 若有可能截留，不要進行鹼清洗浸漬或浸漬去氧化；在進 行钴轉化處理前要用手清洗與手操作步驟得到一不被裂水 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A6 B6 五、發明説明（） 的表面。不破裂水之表面是一在低於100T溫度下噴灑或 於清水中浸漬洗滌雒持至少30秒連續水膜之表面。 雖然在加工中洗滌與乾燥是需要的，以便完金排除各 溶液避免與程序中下一溶液之操作互相干擾。元件必須由 一步驟到另一步驟加工，不得延誤致無法使元件乾燥。當 需要處理溼元件時，要穿戴乾淨之乳膠橡膠手套。轉化塗 覆之後，僅以乾燥纖維手套處理乾燥元件。需要元件夾之 加工条统，接艇之數目與位置需維持最低，以便作最適機 械支持之需。 爾先渣拥 若元件是油脂的或油的，可依Boeing加工説明書BAC 5408進行蒸氣去脂，乳膠清理依Boeing加工説明書BAC 5763,溶劑清理依Boeing加工說明書BAC 5750。具有開啓 之密接表面或點焊接頭的元件，若溶液之截留有可能，需 在清洗之後浸於冷水（或熱與冰水）中2分鐘。 描猫趨憨拥 不需要鈾轉化塗層之區域需以掩蔽劑掩蔽之。不相類 似之金屬插入物（除了鉻，鎳或鈷合金或顔料，CRES或鈦 之外）及非鋁塗覆之漿焰噴灑區需予以掩蔽。 鹼洗纏 可依Boeing加工說明書BAC 5749作鹺洗滌與清洗，除 了元件有開啓之密接表面或點焊接頭外，在各例中，洗滌 至少需10分鐘，並且需攪拌及用多倍浸漬時間（最少4倍 時間），接著，若要防止溶液截留以手噴灑清洗。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） -17- (請先閲^C面之注意事项再塡寫本頁)
A6 B6 五、發明説明（） 去氯北 必須依Boeing加工說明書BAC 5765進行洗滌與去氣化 ，不冏之處為若溶液有可能截留在元件，此元件需使用上 述方法之“鹼洗滌w進行清洗。鑲品需以下列方法去氣化 » * a.依Boeing加工說明書BAC 5765,溶液37，38或39去 氧化。 b·依Boeing加工說明書BAC 5748,第1[型，第I類乾 燥磨蝕的噴縳品。 詳細之溶液配方如傷本發明專利之範圍： (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本買) •I裝- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 成分 硝酸鈾 JoOKhh · 6H2〇 每升終溶液裝配 22.5克（約0,077莫耳） 控制限度 20-25g/L (六水合） 硝酸鎂，Mg(N〇3)a · 6Ha〇 26.4克（約0.10莫耳） 24-28g/L 醋酸銨，ΗΗ«(^Η3〇2 35.6克（約0.46莫耳） 33-38g/L 過氧化氫·Η»08(30體積％) 5毫升（約0.05莫耳） 水 平衡 溫度 140 士 5eF PH值 6.0-7.0 要説明的是上述配方中，過氣化氫112〇2是用來將2價 鈷鹽轉變成3價鈷六氨絡複合物。而單是溶液之空氣冒泡 訂.
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） A6 B6 五、發明説明（） (吹氣）就足以使黏（I)鹽轉變成鈷（M)複合檄。此程序 將消耗時間，完金之轉化需耗數天。 如上所述，為了製備最具抗腐蝕特性（168小時，鹽 噴灑抗腐蝕，偽依ASTM B117進行测試）之鈷轉化塗層， 需進行鈷轉化塗層之封閉步驟。為達此項目的，有多種封 閉溶液很有用。此敘述於copending application Serial No. 07/621,132 filed Hovember 30, 1990中，關於溶液 穩定性及浴簡化之另外改良，列示於下 (請先閲面之注意事項再填寫衣頁) 成分 每升終溶液裝配 控制限度 硫酸錁， 20克 18-22克/升 NiS〇4 · 6Hs〇(六水合） (約0.076莫耳） 硝酸鎂 20克 Mg(H〇3)3 * 6HaO (約0.078莫耳） 18-22g/L 水 平衡 PH值 5.0-6.5 操作溫度 200土 5°F PH倌捽制》溫彦瓛潯清時間 i裝. 訂· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 據發現PH值，溫度與浸漬時間三組參數對於鈷轉化塗 層之特性很重要。 較佳之PH值維持在6.0到*7.0，雖然塗層亦可在PH5.0 到9.0間製備，較佳之PH值範圍的維持傺定期添加小量 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公笼） -- —19 一 A6 B6 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> NH4CaH3〇2,低於PH 5.0時塗層易於失去其顔色光澤致呈 現幾乎無色之外觀。PH值為6.5時，塗層具有良好之抗腐 蝕特性及可接受之顔料附著特性。 連續操作溫度為140 士 5卞會得到最佳之塗覆外觀與特 性。 浸漬時間較溶液濃度更易受溫度及PH值之影響。120-130T時之浸漬時間超過30分鐘對於生成適宜之轉化塗靥 是需要的。130到140T之溫度，於15到20分鐘一致輿良好 功能之轉化塗層會産生。增加PH值（高於7.0)也將浸漬時 間降低到5〜10分鐘然而，最佳之塗層是在PH 6.5之範圍 産生。 氣化塗靥分析 經濟部中央標準屬員工消費合作社印製 為了對本發明鈷轉化塗層之特徵了解，使用Perkin-E1 me「式550表面分析器作ESCA表面分析，使用相同儀器作 鑽氣化縱切面圖。（ESCA即電子顯徹鏡之化學分析（亦為 習知之XPS或X射線光電子光譜）），此項分析顯示黏轉化 塗層由氧化物之混合物組成，即氣化鋁AU〇3佔最大百分 比，及氧化鈷C〇0, C〇3〇4與C〇a〇3。“最大體積一詞”傺 指此氧化物之體積超過任何存在之其它氣化物的體積，但 是，“最大體積”一詞並不意味此氣化物的體積超過體積 之 50% 〇 此項數值顯示較低部分之氧化塗層（即次於鋁基體者 ) >其最大體積百分比是Αΐ2〇3。氧化塗層中間部分者為 C〇0, Co〇4，C〇a〇3及Α12〇3。此項數值顯示頂部之氣化塗 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公楚 ) — 20_ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A6 B6 五、發明説明（） 層，最大體積百分比是C〇3〇4與C〇2〇3之混合物。 本發明鈷轉化塗層之另外特性可參考上述第卜8圖及 第1-8圖之敘述。第1與2圖呈現浸於典型軲轉化塗靥溶 液25分鐘所生成之鈷轉化塗層310。第3與4圖呈現浸漬 典型的鈾轉化塗層溶液15分鐘後生成之黏轉化塗層320。 第5〜8圖呈現浸漬於典型的鈷轉化塗層溶液20分鐘生成 之鈷轉化塗靥330。比較第1-8圖，塗層310 ,塗靥320 與塗層330並未呈現任何明顯的結構差異。鈷轉化塗層的 頂部表面，如第1, 2, 5與6圖所示，有相似之麵條狀 ,故提供了適當之表面區域及孔隙使顔料易於附著。頂部 表面之下，塗靥變得更稠密與固體（並非多孔的）。 茸它方法：> 掄用 上述配方關示了浸漬施用所製備之銘轉化塗覆。相同 的原理，可採手施用及噴灑施用去製備轉化塗覆。 本專利，說明書及其它上述文獻一併列在此供參考。 對於熟習本技藝人士，本發明可以任何不背離本發明之精 神或基本特性去作不同形式之具體化。本發明上述之詳細 具體實施例僅作為說明而不擬作為限制本發明範圍，本發 明是以申請專利範圍為準而非以前述實施之敘述為準，任 何與本申請專利相同者均應列於本申請專利範圍所請項者 〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） (請先間讀背面之注意事項再塡寫本頁)

Claims (1)

  1. 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 申請專利磁鼠 第821002S2號專利申請案之申請專利範圍修正本 -修正曰期：88年12月 1. 一種在金屬基體上生成鈷轉化塗餍的方法，此方法包括 之步驟如下： (a) 提供一種鈷轉化溶液，包括含有可溶之鈷（I )六氨 合物之複合物的水性..溶液，該鈷（®〉六氨合物之複 合物係藉由鈷（H)鹽與金雇硝酸鹽及醋酸銨反應製 得，該鈷（H)六氨合物之複合物的濃度由每升溶液 0.01冥耳直至鈷U )六氨合物之複合物之飽和限度 ;及 (b) 使該基體舆該溶液接觸足夠長時間，使該鈷轉化塗 層生成。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該鈷（E )六氧合 物之複合物係K [Co(NH3)6]X3之形式存在，其中，X為 選自下列之組成群中之一或多個：Cl，Br，N〇3，CN， SCN，1/3 P.〇4，1/2 S〇4，CaH3〇a 及 1/2 C03 〇 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該鈷（m)六氨合 物之複合物的濃度係由每升溶液0.04莫耳到每升溶液 0.15莫耳。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該鈷轉化溶液之 PH值 5.0到 9.0。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該鈷轉化溶液之 溫度為 20-721C (68-160T )。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，係使該基髏與該 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
    經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 申請專利磁鼠 第821002S2號專利申請案之申請專利範圍修正本 -修正曰期：88年12月 1. 一種在金屬基體上生成鈷轉化塗餍的方法，此方法包括 之步驟如下： (a) 提供一種鈷轉化溶液，包括含有可溶之鈷（I )六氨 合物之複合物的水性..溶液，該鈷（®〉六氨合物之複 合物係藉由鈷（H)鹽與金雇硝酸鹽及醋酸銨反應製 得，該鈷（H)六氨合物之複合物的濃度由每升溶液 0.01冥耳直至鈷U )六氨合物之複合物之飽和限度 ;及 (b) 使該基體舆該溶液接觸足夠長時間，使該鈷轉化塗 層生成。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該鈷（E )六氧合 物之複合物係K [Co(NH3)6]X3之形式存在，其中，X為 選自下列之組成群中之一或多個：Cl，Br，N〇3，CN， SCN，1/3 P.〇4，1/2 S〇4，CaH3〇a 及 1/2 C03 〇 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該鈷（m)六氨合 物之複合物的濃度係由每升溶液0.04莫耳到每升溶液 0.15莫耳。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該鈷轉化溶液之 PH值 5.0到 9.0。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該鈷轉化溶液之 溫度為 20-721C (68-160T )。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，係使該基髏與該 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
    ABCD 、申請專利範圍 鈷鹎化溶液接觸約3分鐘到60分鐘。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，真中該鈷（I)鹽.的濃度 由每升终溶液0.04莫耳到每升终溶液0.15冥耳，該金屬 硝酸鹽之濃度由每升終溶液0.03到0.2莫耳，及該醋酸 銨之濃度由每升终溶液0.15到0·7其耳。 8. 如申請專利範圍第7項+方法，其中該鈷（I)鹽係在 20¾ (68卞）下，於每并水中之最低溶解度為〇.〇1莫耳 鈷（I )鹽者。 9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該'黏（I )鹽係CoX, ，其中，X係選自下列組成群中之一或多個：Cl, Br, N0a，CN，SCN，1/3 P0«，1/2 SO*， CsH3〇s 與 1/2 C03 〇 10·如申請專利範圍第7項之方法，其中該金靥硝酸鹽係選 自下列之组成群：Mg(N03)* · 6H2〇，Ca(N〇3)8. ♦ 6Ha〇 ，NaN03，〇03或 LiN〇3 ° 11.如申請專利範圍第7項之方痒，其中該鈷轉化溶液係 Μ浴裝置順序製備之，其包含之步驟如下： U)溶解該鈷（I )鹽； 經济部中央標準局具工消費合作社印製 (b) 隨後溶解該金靥硝酸鹽；及 (c) 之後加上醋酸銨。 12·如申請專利範圍第7項之方法，其中，氧化剤係加到 該鈷轉化溶液中以便氧化溶液中之鈷（I)離子成為鈷 (皿）離子。 13 ·如申請專利範圍第12項之方法，其中，該氧化劑係過 2 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家揉率（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央樣準局身工消費合作杜印製 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 — ·' —....... 氧化氫（H2〇2〉。 , 14·如申請專利範圍第1項之方法厂其包含之額外步驟為 使該塗覆之基體與包括硫酸錁（NiSCU ♦ 6H2〇)與硝酸鎂 (Mg(N〇3)* * 6HsC〇之水性封閉溶液接觸。 15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該金屬基體為鋁 或鋁合金。 16. —種在金屬基體上生成鈷轉化塗層之化學轉化塗覆溶 液，該溶液包括：含有可溶之鈷（I)六氨合物之複合 物的水性溶液，該鈷U)六氨合物之複合物係藉由鈷 U>鹽與金屬硝酸鹽及醋酸銨反應製得，該鈷（I〉六 氨合物之複合物.的濃度由每升溶液0·01莫耳直至鈷 (I )六氨合物之複合物之飽和限度。 17. 如申請專利範圍第16項之溶液，其中，該鈷U )六氨 合物之複合物係M[Co(NH3〉s]X3之形式存在，其中，X 為選自下列之组成群中之一或多値：C1，Br，N〇3，CN ，SCN，1/3 Ρ〇ι，1/2 SO*，C»H3〇a 及，1/2 C03 ° 18. 如申請專利範圍第16項之溶液，其中，該鈷（H )鹽之 濃度由每升终溶液0.01冥耳到所用之鈷（1 )鹽達飽和 限度，該金靥硝睃鹽之濃度由每升终溶液〇· 到2.5 莫耳，及該醋酸銨之濃度由每升终溶液〇. 06到6·〇莫 耳。 19. 如申請專利範圍第18項之溶液，其中該鈷U)鹽係在 20*0 (68 °F)下，於每升水中之最低溶解度為0·01冥耳 鈷（I >鹽者。 本纸涑尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公釐）-3 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A8 B8 C8 — , D8 六、申請專利範圍 20.如申請專利範圍第18項之溶液，其中該鈷（I )鹽係CoXa ，其中，X係選自下列組成群中''之一或多個：Cl , Br ，N03，CN，SCN，1/3 P0*，1/2 SO«，CaH3 08與1/2 CO a 〇 21·如申請專利範圍第18項之溶液，其中該金屬硝酸鹽係選 自下列之組成群：Mg(m)s ♦ 6HS0，Ca(N03)a · 6Hs〇 ，NaNCU，〇03或 LiN03。 22. 如申請專利範圍第16項之溶液，其中該鈷轉化溶液係 K浴裝置順序製備之，其包含之步驟如下： U)溶解該鈷（H )鹽； (b) 隨後溶解該金屬硝酸鹽；及 (c) 之後加上賭酸銨。 23. 如申請專利範圍第16項之溶液，其中，該溶液之PH值 5.0到 9.0 〇 24. 如申請專利範圍第16項之溶液，其中，該溶液之溫度 為 20-72^0 (68-160°F )。 25. 如申請專利範圍第16項之溶液，其中，氧化劑係加到 該钴轉化溶液中以便氧化溶液中之鈷（I)離子成爲鈷 (皿）離子。 26. 如申請專利範圍第25項之溶液，其中，該氧化劑係過 氧化氫（H2〇a) 〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4 (請先閲請背面之注意事項再填寫本頁)
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