鋼和鐵基材上的高溫轉化涂層的制作方法
【專利說明】鋼和鐵基材上的局溫轉化涂層
[0001] 相關申請的交叉引用 本申請要求于2013年3月6日提交的名為"High Temperature Conversion Coating on Steel and Iron Substrates (鋼和鐵基材上的高溫轉化涂層)"的美國臨時專利申請序 號61/773, 393的權益，所述申請通過引用以其全文并入本文。
[0002] 發(fā)明背景 在鐵和鋼的熱加工中顯著的成本是由于在形成或乳制過程中表面連續(xù)的氧化所引起 的產率損失。在這些操作的許多階段中，通過機械或高壓水方法故意敲去氧化鐵（也稱為 污垢），以防止"乳制污垢"或"壓制污垢"缺陷。成品的產率損失不僅發(fā)生在除垢中，還發(fā) 生在儲藏條件下。在很多情況中，將板材、卷材、管材、長的產品和型材儲存在未受保護的環(huán) 境中。當將這些產品留在所述環(huán)境中時，形成低溫氧化鐵（鐵銹），導致另外的產率損失。
[0003] -個用于減少基材（例如含鐵基材）上污垢和鐵銹的方法是在基材的表面上形成 轉化涂層，例如磷酸鐵涂層。低溫轉化涂層常常在60°C下通過以下形成：使5%轉化涂層組 合物溶液反應，以形成25mg/英尺2 (在浴中30秒后）的磷酸鐵，所述磷酸鐵保護基材防止 氧化鐵并提供潤滑表面，用于下游操作和/或有助于將涂層附著于表面。通常必須使用浸 沒罐或噴涂系統形成這些低溫涂層，所述噴涂系統包括一長串的噴涂區(qū)域，以積累有效量 的涂層。
[0004] 需要用于在不需要浸沒的情況下以高溫和高轉化率在含鐵表面上有效地形成轉 化涂層的方法和組合物。
[0005] 發(fā)明概述 因此，本發(fā)明提供用于在高溫下在含鐵基材上形成轉化涂層的方法和組合物。
[0006] 在一方面，本發(fā)明提供在含鐵基材上形成轉化涂層的方法，所述方法包含使含鐵 基材的表面與包含磷的液體組合物接觸，其中含鐵基材的表面處于至少400 °F的溫度下。 在另外的實施方案中，含鐵基材的表面處于至少1100 T的溫度下。在此外的實施方案中， 含鐵基材的表面所處溫度范圍為約400 °F -約1500 °F。在此外的實施方案中，含鐵基材的 表面所處溫度范圍為約600 °F -約1200 °F。
[0007] 在另一個方面中，且依照上述，本發(fā)明包括一種方法，其中在使基材與包含磷的液 體組合物接觸后，在少于20毫秒內形成轉換涂層。
[0008] 在另外的實施方案，且依照任何上述，用于形成轉化涂層的液體組合物包含約 4. 0-95. 0% 磷酸。
[0009] 在此外的實施方案中，且依照任何上述，液體組合物進一步包含約0. 0-10. 0%磷 酸鈉酯。
[0010] 在此外的實施方案中，且依照任何上述，液體組合物進一步包含約〇. 0-10. 〇%磷 酸鉀酯。
[0011] 在此外的實施方案中，且依照任何上述，液體組合物進一步包括以下一個或多個 的任何組合：（i)水5. 0-96. 0%，（ii)氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化銨0. 0-1. 0%，（iii)氯酸 鈉或氟化鈉〇. 01-5. 0%，（iv)磺酸鈉、磺酸鉀或磺酸銨0. 01-5. 0%，（v)胺聚乙二醇醚或十二 烷基硫酸銨、十二烷基硫酸鈉或十二烷基硫酸鉀0. o-l. 〇%，胺聚乙二醇醚或十二烷基硫酸 銨、十二烷基硫酸鈉或十二烷基硫酸鉀0. 0-1. 0% ; (Vi)聚乙二醇醚或五亞乙基二醇單十二 烷基醚〇· 0-1. 0%。
[0012] 在此外的實施方案中，且依照任何上述，液體組合物進一步包含加速劑、陰離子表 面活性劑、非離子表面活性劑或它們的一些組合。
[0013] 在此外的實施方案中，且依照任何上述，液體組合物進一步包含溶解的二價錳陽 離子。
[0014] 在另一方面，且依照任何上述，通過將液體組合物噴涂施用于所述含鐵基材的表 面完成液體組合物和含鐵基材表面之間的接觸。
[0015] 在另一實施方案中，且依照任何上述，以約50-約100mg/英尺2的涂層重量形成 轉化涂層。
[0016] 在另一方面中，本發(fā)明包括通過使所述含鐵基材的表面與包含磷的液體組合物接 觸在含鐵基材上形成轉化涂層的方法，其中在至少400 °F或至少1100 T的溫度下施用液體 組合物。
[0017] 在又一方面中，本發(fā)明提供通過使基底的表面與包含磷的液體組合物接觸在基材 上形成轉化涂層的方法，其中基材的表面處于至少400 °F的溫度下。
[0018] 數個附圖的簡述 當結合以下示例性實施方案和附圖閱讀時，將更好理解前文概述和以下本發(fā)明某些實 施方案的詳述。
[0019] 圖1為浸入轉化涂層溶液的鋼板樣品的照片。
[0020] 圖2顯示浸入的鋼板樣品的EDS結果。
[0021 ] 圖3顯示浸入100%轉化涂層溶液的鋼板樣品的SEM圖像。
[0022] 圖4顯示浸入25%轉化涂層溶液的鋼板樣品的SEM圖像。
[0023] 圖5顯示浸入5%轉化涂層溶液的鋼板樣品的SEM圖像。
[0024] 發(fā)明詳述 注意到，除非上下文另外清楚規(guī)定，否則用于本文和所附權利要求中的單數形式"一個 (a)"、"一個（an)"和"該（the)"包括復數對象。因此，例如提及"聚合酶"指的是一種試 劑或這些試劑的混合物，且提及"該方法"包括提及本領域技術人員公知的等價步驟和方法 等。
[0025] 除非另外限定，否則本文使用的全部技術和科學術語均與本發(fā)明所屬領域的普通 技術人員通常所理解的具有相同的含義。本文提及的全部出版物均以引用方式并入本文， 用于描述和公開出版物中描述的裝置、組合物、制劑和方法的目的，并且它們可結合本文描 述的發(fā)明使用。
[0026] 在提供值的范圍的情況中，應理解的是，在所述范圍的上限與下限之間的各中間 值（下限單位的十分位，除非上下文另外清楚規(guī)定）或另外說明的值或所說明范圍內的中 間值均包括在本發(fā)明內。可獨立歸入更小范圍的這些更小范圍的上限和下限也包括在本發(fā) 明內，其服從所說明范圍內任何值定排除的界限。在所說明范圍包括所述界限之一或兩者 的情況中，排除這些所包括的界限的任一或兩者的范圍也包括在本發(fā)明中。
[0027] 在以下描述中，闡述許多具體的細節(jié)，以提供對本發(fā)明的更為徹底的了解。然而， 對本領域技術人員將顯而易見的是，可在沒有一個或多個這些具體細節(jié)的情況下實施本發(fā) 明。在其它實例中，沒有描述本領域技術人員公知的公知特點和程序，以避免模糊本發(fā)明。
[0028] 用于本文的術語"包含"旨在表示組合物和方法包括所述要素，但不排除其它。當 將"基本上由……組成"用于限定組合物和方法時，應該表示排除對于組合物或方法具有任 何實質重要性的其它要素。"由……組成"將表示排除超過要求保護的組合物的痕量元素 其它成分和基本方法步驟的事物。通過這些轉換術語各自限定的實施方案在本發(fā)明的范圍 內。因此，預期所述方法和組合物可包括另外的步驟和組分（包含）或備選地包括無關緊 要的步驟和組合物（基本由……組成），或備選地，僅預期所述方法步驟和組合物（由…… 組成）。
[0029] 全部數值名稱，例如pH、溫度、時間、濃度和分子量，包括范圍，均為近似值，其通過 〇. 1的增量變化（+)或（_)。應理解，雖然不總是明確說明，但所有數值名稱都在術語"約" 之后。除"X"的較小增量，例如"X+0. 1"或"X-0. 1"之外，術語"約"還包括精確值"X"。還 應理解，雖然不總是明確規(guī)定，但本文所述試劑僅為示例性的和本領域已知的那些的等價 物。
[0030] I.發(fā)明綜述 本發(fā)明涉及用于通過在高溫下（即400 °F或以上）通過使液體組合物接與基材表面接 觸，在基材表面形成轉化涂層的組合物和方法。
[0031] 在一些方面中，本發(fā)明提供用于在高溫下在含鐵基材或鋼基材上形成轉化涂層的 方法。在另外的方面中，通過使基材表面與含磷的液體組合物接觸，使得在基材表面上形成 磷酸鹽涂層來形成轉換涂層。在具體實施方案中，由于將液體組合物施用于基材表面時所 處的高溫，所述接觸立即形成磷酸鹽涂層。
[0032] 在另外的實施方案中，基材（或至少基材的表面）處于高溫。在其它實施方案中， 液體組合物處于高溫。在另外的實施方案中，基材表面和液體組合物兩者均處于高溫。在 此外的實施方案中，基材和液體組合物處于相同的、基本上相同的或不同的高溫下，但其中 那些高溫為400 °F或更高的溫度。
[0033] 本文將進一步詳細討論，液體組合物可進一步含有表面活性劑、加速劑和可用于 形成轉化涂層的其它成分。
[0034] II.形成轉化涂層的方法 在一方面中，本發(fā)明涉及在400 °F或更高溫度下在基材上形成轉化涂層的方法。雖然 經常將低溫轉化涂布法（即，在約140-212 °F的溫度下施用轉化涂層組合物）用于使用轉 化涂層涂布表面，但這種低溫轉化涂布法通常需要在浸浴中至少30秒，以積累有效防護涂 層。
[0035] 相反，本發(fā)明方法在高溫下形成轉化涂層，導致在與轉化組合物接觸后基材表面 上的轉化涂層的瞬時形成。本文使用的"瞬時形成"或"瞬時地"形成涂層表示轉化涂層在基 材與涂層組合物接觸的幾毫秒內形成。在示例性實施方案中，轉化涂層在基材與涂層組合 物接觸后的少于20米毫秒內形成。在進一步的示例性實施方案中，轉化涂層在