마그네슘 및 마그네슘 합금용의 매우 가시적인 비­크롬산염전환 코팅을 형성하는 방법 document_id A220623068415

마그네슘 및 마그네슘 합금은 이들의 경량 및 내구력으로 인해, 많은 경량 성분 및 엄격한 적용을 받는 많은 중요한 성분의 제조에 특히 유용하며, 예를 들어 항공기의 이차 구조 엘리먼트 뿐만 아니라 운반체 및 전자 장치용 성분을 제조하는데 유용하다. 마그네슘 및 마그네슘 합금의 중대한 단점 중 하나는 이들이 부식에 민감하다는 것이다. 위험한 화학 조건에의 노출은 마그네슘 부화 표면을 빠르게 부식시킨다. 부식은 미적으로 좋지 않고 내구력을 감소시킨다. 금속 표면의 내부식성을 향상시키는데 종종 사용되는 방법은 페인팅이다. 금속 표면이 두꺼운 페인트 층에 의해 부식제와의 접촉으로부터 보호될 때, 부식이 방지된다. 그러나, 많은 유형의 페인트가 마그네슘 및 마그네슘 합금 표면에는 잘 결합되지 않는다. 크롬산염 용액을 이용한 금속 외면의 화학적 전환에 기초한 방법이 마그네슘 및 마그네슘 합금 표면을 처리하여 내부식성 및 페인트 부착을 증가시키는데 유용한 것으로 당 분야에 널리 공지되어 있다. 예를 들어 미국특허 2,035,380호 또는 미국특허 3,457,124호 참조. 코팅제를 함유한 크롬산염은 대부분 착색되어 있으며 매우 뚜렷이 보인다. 그러나, 처리된 마그네슘 부화 표면의 내부식성은 -크롬산염 코팅제로 코팅된 다른 금속 기질과 매우 다르게- 통상적으로 매우 낮으며, 크롬산염 용액이 환경 친화적이지 못할 뿐 아니라 살아 있는 생물에게 위험하다는 것은 이들 방법의 명확한 단점들이다. 비-크롬산염 전환 코팅을 이용한 여러 가지 금속 표면 처리 방법이, 예를 들어 미국특허 5,292,549호, 미국특허 5,750,197호, 미국특허 5,759,629호 및 미국특허 6,106,901호에 개시되어 있다. 실란 용액은 환경 친화적이며 처리된 금속 표면이 양호한 내부식성을 지니도록 한다. 용액으로부터의 실란은 처리되는 금속 표면과 결합하여 층을 형성하며, 여기에 일반적으로 사용되는 페인트 또는 접착제와 같은 중합체가 추가로 도포될 수 있다. 참조 미국특허 5,750,197호. 미국특허 6,777,094호는 마그네슘 및 마그네슘 합금위에 실란 전처리를 제공하는 것을 교시한다. 개시된 처리방법이 양호한 페인트 부착 및 부식 보호를 제공하나, 코팅이 투명하며 특수한 온-라인 조절 방법이 요구된다. 현재 많은 비-크롬산염 처리 기술은 pH 조정을 위해 화학원소 주기율표의 IV족 금속, 예컨대 티탄, 지르코늄 또는 하프늄, 플루오라이드 이온 및 무기산 공급원을 기초로 한다. 예를 들어, 미국특허 3,964,936호는 지르코늄, 플루오라이드, 질산 및 붕소를 이용하여 알루미늄용의 균일한 무색 투명한 전환 코팅을 제공하는 것을 기술하고 있다. 미국특허 4,148,670호는 지르코늄, 플루오라이드 및 포스페이트를 포함하는 투명한 전환 코팅을 교시한다. 미국특허 4,273,592호는 지르코늄, 플루오라이드 및 C1-7 폴리히드록시 화합물을 포함하는 코팅제에 관한 것이며, 이 때 조성물에는 본질적으로 포스페이트 및 붕소가 존재하지 않는다. 미국특허 6,083,309호는 지르코늄과 같은 IV족 금속과 함께 하나 이상의 비-플루오로 음이온을 포함하나 플루오라이드가 상기 특정 수준으로 공정 및 조성물로부터 특수하게 제외된 코팅제를 언급한다. 이러한 전환 코팅제의 주요 결함은 역시 코팅제가 모두 투명하고 무색이거나 대개 무색이기 때문에 색채 및 가시성이 부족하다는 것이다. 최근에 개시된 매우 가시적인 비-크롬산염 전환 코팅제는 화학원소 주기율표의 IV족 금속 및 플루오라이드에 추가하여 임의의 특수한 색채 제공 성분, 예컨대 미국특허 6,464,800호에 기재된 알리자린 염료 및 미국특허 6,485,580호에 기재된 과망간산 및 이의 수가용성 염도 포함한다. 과망간산은 이의 색채 효과가 지나치게 강하고 불순물을 회피하거나 제거하기 어렵기 때문에 바람직하지 않다. 그러나, 과망간산 또는 이의 임의의 염을 함유하는 조성물의 주된 결함은 마그네슘 부화 표면과 접촉시의 낮은 안정성에 있으며, 따라서 이것은 하나 이상의 격리제의 첨가 및 화학물질의 광범한 사용을 필요로 한다. 처리 용액(process solution)에 유기 염료를 첨가하는 것은 일반적으로 코팅 비용을 높이고, 구성을 복잡하게 하며, 측광법과 같은 광학방법에 의해 처리 용액을 조절하는 것을 어렵게 한다. 추가로, 화학원소 주기율표의 IV족 금속에 기초한 비-크롬산염 전환 코팅의 한가지 중요한 단점은 형성된 전환 코팅이 플루오로중합체 코팅에 매우 잘 부착하지 못하는 것이다. 일반적으로 양극처리 코팅 또는 포스페이트 코팅이, 종종 PTFE 코팅에 앞서, 마그네슘 부화 표면에 대해 전처리 코팅으로서 사용된다. 양극처리 코팅 또는 포스페이트 코팅은 또한 금속 슬라이딩 성분상에 MoS2 또는 흑연 함유 코팅과 같은 자가-윤활 코팅제를 도포하기 전에 딥-드로잉(deep-drawing) 또는 단조(forging)와 같은 기술을 수행함에 있어서 전처리 코팅과 같이 사용된다. 양극처리 코팅 및 대부분의 포스페이트 코팅은 마그네슘 부화 표면상에서 매우 잘 보인다. 그러나, 당업자에게 널리 공지되어 있는 대로, 두꺼운 결정질 포스페이트 전환 코팅은 종종 충분한 내부식성 및 페인트 부착을 나타내는 마그네슘 표면상에 층을 형성하는데 실패한다. 마그네슘 부화 표면에 대한 양극처리 기술을 제공하는 것은 복잡하고 값비싼 장치를 요구한다. 마그네슘 및 마그네슘 합금을, 마그네슘 부화 표면 분야에서 통상적으로 사용되는 페인트 코팅, 분말 코팅, e-피막, 플루오로중합체 함유 코팅, MoS2를 함유하는 코팅 또는 흑연 유사 전환 코팅과 같은 자가-윤활층 및 접착제층과 적어도 동일한 내부식성 및 적어도 동일한 부착을 지니는 매우 가시적인 코팅층을 형성할 수 있게 하는 복잡하지 않고 안정한 조성물로 처리하는 방법이 매우 이로울 것이다. 플루오로실리콘산 및 임의로 pH 조정제를 함유하는 수성 조성물이 알루미늄, 알루미늄 합금, 강철 및 아연 표면에 눈에 보이지 않게 투명하며 대개 심지어 무색인 코팅을 형성하거나 코팅을 전혀 형성하지 않지만, 동일한 조성물 또는 개질된 조성물이 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 표면에는 광택이 없는 비-금속 외형을 지니는 매우 가시적인 회색 또는 검정색의 틈새 없는 코팅을 형성하는 것이 발견되었다.