涂覆镁基基底的方法 【技术领域】
本发明总体涉及涂覆基底, 并且更特别的是, 涉及对镁基基底进行电涂覆的方法。背景技术 镁和镁合金在诸如车身和部件之类的应用中提供低密度和高强度的结合。但是, 镁和镁合金在潮湿环境中易发生氧化和其它腐蚀反应。因此, 镁基基底经常涂覆有由电涂 覆涂料组合物形成的涂层, 该涂层可通过电沉积 ( 例如电涂覆 ) 而沉积在基底上以使氧化 和腐蚀反应最小化。
然而, 问题是镁经常溶解在电涂覆涂料组合物中, 特别是在电涂覆涂料组合物具 有小于 11 的 PH 值时。由于镁基基底可能得不到阴极保护, 所以在电涂覆涂料组合物中的 初始浸没期间, 镁基基底尤其有镁溶解的危险。镁溶解产生腐蚀产品, 例如 Mg2+, OH-, 和 H2, 这进一步提高电涂覆涂料组合物的 PH 值。
另外, 由 Mg2+ 和 OH- 形成的氢氧化镁可从电涂覆涂料组合物中沉淀出来并且导致 该组合物不适于连续的电涂覆。 对剩余电涂覆涂料组合物的上述污染以及必要更换在工业 规模上是高成本的并且浪费时间。
最后, 腐蚀产品和氢氧化镁也可导致设置在基底上的涂层的质量减少, 这可进而 加速该基底在潮湿环境中的氧化和其它腐蚀反应。
发明内容 一种涂覆镁基基底的方法, 包括应用电流的第一电势到所述镁基基底上, 上述应 用后, 将所述镁基基底浸没在电涂覆涂料组合物中, 上述浸没后, 在所述镁基基底和反电极 之间应用电流的第二电势以将所述电涂覆涂料组合物沉积在所述镁基基底上, 所述电流的 第二电势比所述电流的第一电势大。 该方法也包括固化所述电涂覆涂料组合物以形成固化 膜, 并且因此涂覆在镁基基底上。
在另一个实施例中, 一种涂覆镁基基底的方法, 包括应用大约 5V 的电流的第一电 势到所述镁基基底上, 上述应用后, 将所述镁基基底浸没在电涂覆涂料组合物中, 上述浸没 后, 在所述镁基基底和反电极之间应用大约 220 到 240V 的电流的第二电势以将所述电涂覆 涂料组合物沉积在所述镁基基底上。 该方法也包括固化所述电涂覆涂料组合物以形成固化 膜, 并且因此涂覆在镁基基底上。
一种电涂覆涂层系统, 包括镁基基底, 布置在所述镁基基底上的由电涂覆涂料组 合物形成的固化膜, 所述镁基基底由于在与所述电涂覆涂料组合物接触之前所应用的等于 或小于大约 40V 的电流的第一电势而带负电荷, 所述镁基基底在与电涂覆涂料组合物接触 时基本上没有镁溶解。
本发明的方法和系统都可以最小化在电涂覆过程中镁基基底的镁溶解, 因此, 所 述方法在制造过程中也可最小化对电涂覆涂料组合物的污染和替换, 进一步, 所述方法成 本有效并且能与传统的电沉积装置兼容。最后, 所述方法和系统在镁基基底上提供优良的
固化膜, 以防止基底在潮湿环境中发生氧化和其他腐蚀反应。
结合附图, 本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点在以下的最佳方式的详 细描述中是显然的, 这些最佳模式实现本发明。
本发明还提供了以下技术方案 :
技术方案 1. 一种涂覆镁基基底的方法, 所述方法包括如下步骤 :
应用电流的第一电势到所述镁基基底上 ;
在上述应用后, 将所述镁基基底浸没到电涂覆涂料组合物中 ;
在上述浸没后, 在所述镁基基底和反电极之间应用电流的第二电势, 以沉积所述 电涂覆涂料组合物到所述镁基基底上 ;
其中所述电流的第二电势比所述电流的第一电势大 ; 并且
固化所述电涂覆涂料组合物以形成固化膜, 并因此涂覆所述镁基基底。
技术方案 2. 如技术方案 1 所述的方法, 其中所述电流的第一电势小于或等于所述 电流的第二电势的大约四分之一。
技术方案 3. 如技术方案 2 所述的方法, 其中所述电流的第一电势小于或等于大约 40V。 技术方案 4. 如技术方案 1 所述的方法, 其中所述第一电势小于或等于大约 10V。
技术方案 5. 如技术方案 1 所述的方法, 其中应用在所述镁基基底和所述反电极之 间的所述电流的第二电势为从大约 220 至 240V。
技术方案 6. 如技术方案 1 所述的方法, 其中所述镁基基底是阴极。
技术方案 7. 如技术方案 1 所述的方法, 进一步包括在应用所述电流的第一电势之 前预处理所述镁基基底。
技术方案 8. 如技术方案 1 所述的方法, 还包括在所述固化之前清洗所述镁基基 底。
技术方案 9. 一种涂覆镁基基底的方法, 所述方法包括如下步骤 :
应用大约 5V 的电流的第一电势至所述镁基基底上 ;
在上述应用后, 将所述镁基基底浸没到电涂覆涂料组合物中 ;
在上述浸没后, 在所述镁基基底和反电极之间应用从大约 220 至 240V 的电流的第 二电势, 以沉积所述电涂覆涂料组合物到所述镁基基底上 ; 和
固化所述电涂覆涂料组合物以形成固化膜, 并且因此涂覆所述镁基基底。
技术方案 10. 如技术方案 9 所述的方法, 其中所述镁基基底是阴极。
技术方案 11. 一种电涂覆涂层系统, 包括 :
镁基基底 ; 和
布置在所述镁基基底上的由电涂覆涂料组合物形成的固化膜 ;
其中在接触所述电涂覆涂料组合物之前所述镁基基底由于所应用的小于或等于 大约 40V 的电流第一电势而带负电荷 ;
其中所述镁基基底在与所述电涂覆涂料组合物接触时基本上没有镁溶解。
技术方案 12. 如技术方案 11 所述的电涂覆涂层系统, 其中, 所述镁基基底基于 100 重量份的所述镁基基底包括至少 1 重量份的镁。
技术方案 13. 如技术方案 11 所述的电涂覆涂层系统, 其中所述电涂覆涂料组合物
是可阴极沉积的。
技术方案 14. 如技术方案 13 所述的电涂覆涂层系统, 其中所述固化膜具有 0.05 至 2 密耳的涂膜厚度。
技术方案 15. 如技术方案 11 所述的电涂覆涂层系统, 其中所述镁基基底是车身。
技术方案 16. 如技术方案 11 所述的电涂覆涂层系统, 其中所述镁基基底是车辆的 部件。 附图说明
图 1 示出了电涂覆涂层系统的示意性横截面示图, 该电涂覆涂层系统包括镁基基 底和设置在镁基基底上的固化膜。 具体实施方式
对镁基基底进行涂覆的方法和电涂覆涂层系统在此被公开。 所述方法和系统对需 要保护涂层的应用是有益的, 上述应用例如但不限于, 车身和部件。然而, 需要意识到本发 明的所述方法和系统对需要被涂覆基底的其它应用也是有益的, 这些应用例如建筑和农业 装置, 器具, 金属家具, 金属屋顶, 食物分级容器, 电开关设备, 紧固件, 印刷电路板, 轮子, 以 及供暖、 通风和冷却装置。
参照图 1 中整体由 10 表示的电涂覆涂层系统描述所述方法。特别地, 一种对镁基 基底 12 进行涂覆的方法, 包括应用电流的第一电势到所述镁基基底 12 上, 和应用第一电势 后, 将所述镁基基底 12 浸没在电涂覆涂料组合物中。
所述镁基基底 12 可传导电荷和可由任何合适的镁基材料形成, 例如, 所述镁基基 底 12 可由金属形成。所述镁基基底 12 可为镁合金, 例如但不限于, 铝镁合金和铝锰镁合 金。合适的镁合金可包括具有初生相和一个或多个次生相的微观结构, 初生相是镁中的固 溶体, 而一种或多种次生相包括合金成分。例如, 所述次生相可包括, 例如铝、 钙、 锶、 锰、 锌 和它们的组合的合金成分。
基于所述镁基基底 12 是 100 重量份, 所述镁基基底 12 可包括至少 1 重量份的镁。 例如, 所述镁基基底 12 基于 100 重量份的所述镁基基底 12 通常可包括多达大约 10 重量份 的所述合金成分, 其中余量是镁。 镁基基底 12 的合适例子包括 AM50 镁合金和 AZ91 镁合金。
在将所述镁基基底 12 浸没在电涂覆涂料组合物之前, 所述电流的第一电势可通 过任意合适的方法应用在所述镁基基底 12 上。例如, 所述第一电势可通过附连到电源的传 递元件直接应用在所述镁基基底 12 上, 传递元件为例如, 传送器、 臂、 电线、 或者弹簧夹。为 了应用的简单, 电流可为直流。
所述电流的第一电势可选择为在涂覆期间最小化所述镁基基底 12 的镁溶解, 该 涂覆期间即, 浸没在电涂覆涂料组合物中并由电涂覆涂料组合物沉积期间, 更多细节在下 面描述。 也就是说, 并不意在受限于理论, 认为是所应用的电流第一电势控制电涂覆涂料组 合物中的所述镁溶解。所述电流的第一电势在将镁基基底 12 浸没在所述电涂覆涂料组合 物中之前被应用到该镁基基底 12 以保护所述镁基基底 12。 更特别地, 所述电流的第一电势 在所述镁基基底尚没有得到负极和 / 或涂层保护时保护镁不溶解。
在一个例子中, 所述电流的第一电势可小于或等于大约 40 伏。在其它的例子中,所述电流的第一电势可小于或等于大约 10V, 更特别地, 所述电流的第一电势可小于或等于 大约 5V。 在上述电压下, 例如小于等于大约 40 伏的电压, 所述镁基基底 12 在进入所述电涂 覆涂料组合物期间受到保护。因此, 所述第一电势可被称为防溶解电势。
需要意识到的是, 所述方法也可包括在应用所述电流的第一电势之前预处理所述 镁基基底 12。预处理可包括, 例如, 预清洗, 清洗, 修整和 / 或密封所述镁基基底 12。更特 别地, 在将转化涂层应用到镁基基底 12 之前, 所述镁基基底 12 可被清洁, 例如, 可用无机磷 酸盐涂层对所述镁基基底 12 进行预处理, 例如磷酸锌或磷酸铁。
为浸没作准备, 所述电涂覆涂料组合物可被提供在容器中, 该容器具有合适的尺 寸以接受所述镁基基底 12、 足够量的所述电涂覆涂料组合物和传送装置。 例如, 所述容器可 为构造成浸没设置在传送器上的白车身或者车辆部件的浸涂槽。对于交通车辆应用, 所述 3 容器可容纳大约 360m 的所述电涂覆涂料组合物。所述容器可包括构造为应用电流的第二 电势的反电极, 如下面更具体地描述的。
所述镁基基底 12 可通过任意合适的方法浸没在所述电涂覆涂料组合物中。例如, 所述镁基基底 12 可被传送通过、 浸入、 接触和 / 或没入在所述电涂覆涂料组合物中。如本 文中所用, 术语 “浸没” 指的是与所述电涂覆涂料组合物的至少初始接触。所述镁基基底 12 也可完全地浸没在所述电涂覆涂料组合物中。因此, 如前面的描述, 所述镁基基底 12 在应 用了所述电流的第一电势之后被浸没。 对于交通车辆应用, 所述镁基基底 12 可被传送通过所述电涂覆涂料组合物, 以提 供在所述容器中足够的停留时间以产生具有足够的厚度和抗腐蚀性的涂层, 更多的细节在 下面描述。例如, 所述镁基基底 12 被浸没在所述电涂覆涂料组合物中的停留时间可以是从 大约几秒到大约 3 分钟, 更典型地从大约 1 分钟到大约 2.5 分钟。
所述电涂覆涂料组合物可为现有技术中已知的任意合适的电涂覆涂料组合物。 例 如, 所述电涂覆涂料组合物可为环氧基的或丙烯酸基的。 进一步, 所述电涂覆涂料组合物可 包括聚氨酯, 尿素, 三聚氰胺 - 甲醛, 苯酚 - 甲醛, 尿素 - 甲醛, 和 / 或丙烯酰胺 - 甲醛交联 剂。 附加地, 所述电涂覆涂料组合物还可包括分散在去离子水中的聚合物固体物, 并且所述 聚合物固体物可包括, 例如, 一种或多种树脂和 / 或色素。通常, 所述电涂覆涂料组合物可 归类为阴极电涂覆涂料组合物。
浸没之后, 电流的第二电势被应用到所述镁基基底 12 和所述反电极之间, 以将所 述电涂覆涂料组合物沉积到所述镁基基底 12 上, 所述电流的第二电势比所述电流的第一 电势高。在一个例子中, 所述电流的第一电势可小于或等于所述电流的第二电势的大约四 分之一。
所述应用到所述镁基基底 12 和所述反电极之间的电流的第二电势可从大约 220 到 240V。一般地, 所述第二电势可根据沉积在所述镁基基底 12 上涂层的期望涂膜厚度选 择。因此, 所述电流的第二电势可被称为沉积电势。
特别地, 在所述镁基基底 12 已经浸没到所述电涂覆涂料组合物之后, 所应用的电 流第二电势可从第一电势 ( 例如, 小于或等于大约 40V) 增加到大约 220 至 240V。所述镁基 基底 12 可为阴极, 并且电吸引所述电涂覆涂料组合物。更特别地, 所应用的从大约 220 到 240 伏的第二电势导致所述电涂覆涂层材料粘结到所述镁基基底 12 上。即, 由于带有相反 电荷的材料相互吸引, 带负电荷的镁基基底 12 吸引带正电荷的电涂覆涂料组合物, 所述电
涂覆涂料组合物然后沉积在所述镁基基底 12 上以形成具有期望厚度的涂膜。一旦所述电 涂覆涂料组合物达到期望的厚度, 吸引力变小并且沉积完成。
所述方法也包括固化所述电涂覆涂料组合物以形成固化膜 14 并且因此涂覆所述 镁基基底 12。即, 在所述镁基基底 12 从所述电涂覆涂料组合物出来之后, 所述镁基基底 12 可被加热, 例如, 烘烤, 以交联所述聚合物并允许所述电涂覆涂料组合物的脱气。固化温度 可根据所述电涂覆涂料组合物的组成和期望的制造时间以及成本选择。
应当意识到的是, 所述方法也可包括固化前清洗所述镁基基底 12。即, 所述镁基 基底 12 可被清洗, 以在所述电涂覆涂料组合物被固化之前从所述镁基基底 12 去除任意未 沉积的电涂覆涂料组合物。更特别地, 一旦所述电涂覆涂料组合物沉积在所述镁基基底 12 上, 由于所述电涂覆涂料组合物的绝缘作用沉积逐渐变慢。当所述镁基基底 12 从所述电涂 覆涂料组合物出来时, 固体物可附着在所述镁基基底 12 上并且需要清洗以在所述镁基基 底 12 上提供美观的外表。上述被清洗的固体物可返回到所述电涂覆涂料组合物。
在其它的实施例中, 一种涂覆镁基基底 12 的方法, 包括应用大约 5V 的电流的第一 电势至所述镁基基底 12 上, 和, 应用所述第一电势后, 将所述镁基基底 12 浸没至所述电涂 覆涂料组合物中。浸没后, 在所述镁基基底 12 和反电极之间应用从大约 220 至 240 伏的电 流的第二电势, 以沉积所述电涂覆涂料组合物至所述镁基基底 12 上。即, 所述镁基基底 12 可为阴极并且吸引带正电荷的电涂覆涂料组合物以沉积在所述镁基基底 12 上。所述方法 也包括固化所述电涂覆涂料组合物以形成所述固化膜 14 并且因此涂覆所述镁基基底 12。 现在参考附图, 电涂覆涂层系统整体如图 1 中标记 10 所示。所述电涂覆涂层系统 10 包括所述镁基基底 12。在一个例子中, 所述镁基基底 12 可为车身。即, 所述镁基基底 12 可为不包括装饰和动力总成部件的白车身。可选择地, 所述镁基基底 12 可为车辆的部件, 例如, 车身板, 门板, 行李箱盖, 或车顶。
所述电涂覆涂层系统 10 也包括布置在所述镁基基底 12 上的且由所述电涂覆涂料 组合物形成的所述固化膜 14。所述电涂覆涂料组合物可以是可阴极沉积的。换句话说, 所 述电涂覆涂料组合物可带正电荷以沉积在带负电荷的镁基基底 12( 即, 阴极 ) 上。进一步, 由所述电涂覆涂料组合物形成的所述固化膜 14 可具有 0.05 至 2 密耳的涂膜厚度。如本文 中所用, 1 密耳相当于 0.0254 毫米。
所述镁基基底 12 在接触所述电涂覆涂料组合物之前, 因为所应用的小于或等于 大约 40V 的电流的第一电势而带负电荷。进一步, 所述镁基基底 12 在接触所述电涂覆涂料 组合物时基本上没有镁溶解。并不意在受理论的限制, 由于镁的平衡电势大约是 -2.4V 的 NHE( 标准氢电极 ), 并且在所述电涂覆涂料组合物中的所述反电极的开路电势通常不大于 正 1V 的 NHE, 所以在所述镁基基底 12 和所述反电极间的所述第一电势足以最小化 ( 如果不 是基本上阻止 ) 任何所述镁基基底 12 在所述电涂覆涂料组合物中的阳极镁溶解。进一步, 所述第一电势足以最小化 ( 如果不是基本上阻止 ) 在所述镁基基底 12 和其它钢或铝合金 部件之间的任何电化学效应。因此, 所述电涂覆涂层系统 10 中的所述镁基基底 12 由于所 述第一电势的所述应用而没有电化学腐蚀。此外, 所述固化膜 14 不是关于所述镁基基底的 阳极, 并且不会在潮湿环境中被电化学腐蚀牺牲消耗。
本发明的所述方法和系统在电涂覆期间最小化镁基基底 12 的镁溶解。因此, 所述 方法也在制造期间最小化对电涂覆涂料组合物的污染与替换。 所述方法成本有效并且与传
统的电极沉积装置兼容。最后, 所述方法和系统在镁基基底 12 上提供优良的固化膜, 以防 止所述基底在潮湿环境中发生氧化和其它的腐蚀反应。
实现本发明的最佳模式已经进行了具体的描述, 本发明所属领域的技术人员应当 认识到实践本发明的各种变形设计和实施例的类似技术, 都在所附权利要求的范围内。