[发明专利]防腐蚀和低摩擦涂料

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请基于并要求于2009年3月13日申请的美国临时专利申请号61/160,176的优先权，该专利申请通过引用以其整体结合到本文中。

背景领域

本发明涉及保护涂料及其涂覆的紧固件和其它表面，例如能够保护组装到一起的两种不同金属的一种或两种免受腐蚀或磨损(例如结构腐蚀或磨损)的此类涂料和紧固件，包括例如含有颜料例如金属颜料的此类涂料及其涂覆的紧固件以及其它构件。

涂料适用于许多不同金属和金属组合。它们特别适用于钛涂料。具体应用涉及通常用于飞机等铝结构的钛紧固件。它们可用于保护飞机钛紧固件和铝结构的一种或两种。

相关技术

通常做法是用高强度的钛或钛合金紧固件来组装铝结构或铝合金结构，例如飞机的铝结构或铝合金结构。已熟知由于存在于此类组件中的电化学偶联效应，电化作用往往导致铝元件或钛元件或两者的不合乎需要的腐蚀。已知在潮湿条件下铝与钛接触后易于受到电化诱导的腐蚀侵蚀。此外，这些结构的腐蚀敏感性随经常遇到的盐性或酸性恶劣环境而增加。当紧固件为例如通常用于航空业的过盈配合型时，该问题由于以下事实而进一步复杂化：紧固件上的涂层必须足够坚韧且粘附以经受压配运行(force fitting operation)。此类涂层还必须保持紧公差。

迄今已提出了大量减少或消除此类电化腐蚀的权宜之计，其中包括：用镉或铝镀敷紧固件；用钢紧固件代替钛紧固件；用有机涂料或无机涂料涂覆紧固件；在安装期间使用湿底漆(wet primer)或弹性体密封剂，用涂料例如铬酸锌型涂料涂覆紧固件或结构外部。发现一些化学试剂可作为有效的缓蚀剂，包括一些金属的磷酸盐、钼酸盐和硅酸盐例如硅酸钠以及锌盐包括钼酸锌、磷酸锌以及氧化锌。据认为此类材料通过多种机制防止腐蚀，例如在金属基材上形成非导电分子层，降低涂层的渗透性，在金属基材上形成耐化学化合物，或使涂料疏水以例如防止含水腐蚀材料接触到基材。

迄今所用的若干类型的涂料和缓蚀剂存在例如不能给予完全保护、韧度或粘性不足以及过于昂贵的问题。甚至那些最广泛用于航空业的涂料和缓蚀剂即镉镀层、有机涂料和无机涂料以及密封剂也不完全令人满意。有机型涂料和无机型涂料通常作为针对盐、湿气等钝化的物理屏障起作用而不提供实质的腐蚀保护。尽管镉镀敷紧固件和湿式安装方式在抑制铝结构腐蚀方面相当成功，但其具有其它不合乎需要的局限性，例如对与镉直接接触的钛和高强度钢的脆化作用。湿式安装强加不合需要的昂贵组件成本且导致生产适应性问题等。

铬酸盐已广泛用作缓蚀涂料例如涂料、密封剂和填缝胶中的缓蚀剂。航空航天工业常用的缓蚀剂包括六价铬的碱土金属盐和锌盐，其还可增强缓蚀组合物的粘合性能。含有铬酸锶的涂料中的化学缓蚀作用的一般理论是：在水存在下，在伽伐尼电位不同的两种材料之间，铬酸盐发生氧化反应。该反应通常将导致与紧固件(例如由耐腐蚀合金例如钛制成)接触的铝表面的氧化物层的积累。该氧化物层被动地抵御相互作用的材料之间的电化腐蚀的扩散。然而，此类铬酸盐可认为是有毒的，且在缓蚀涂料中持续使用铬酸盐可对健康和环境造成危害。

用于航空航天工业的机械锁紧内螺纹紧固件的以表面破坏形式的磨损(galling)也是常见的问题。此种磨损通常出现在滑动实心零件，其肉眼可见，通常为局部、糙化并在原表面上方产生凸出，且通常包括塑流或材料转移或两者。

概述

简而言之且大体上讲，本发明提供施用于飞机紧固件和其它构件及表面的不含铬酸盐的耐腐蚀涂料，但认为其与可比的含铬酸盐涂料同样有效防止腐蚀。