KR20050112520A - Method and composition for creation of conversion surface - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 일반적으로 전환 표면을 형성할 수 있는 다른 금속 기질 뿐만 아니라 철 및 알루미늄 부분을 위한 인산-금속 화학흡착층의 생성 분야에 관련된다. 인-함유 용액은 금속 구성 요소와 접촉되어 전환 표면을 형성한다.The present invention generally relates to the field of producing phosphate-metal chemisorption layers for iron and aluminum parts as well as other metal substrates capable of forming conversion surfaces. The phosphorus-containing solution is in contact with the metal component to form the transition surface.
Description
관련 출원Related Applications
본 특허 출원은 미국 가특허출원 제 60/443,995호(2003년 1월 31일 출원) 및 미국 가특허출원 제 60/480,672호(2003년 6월 23일)에 대하여 우선권을 주장한다. 이 우선권들은 모두 참고문헌으로 첨부 되어있다. This patent application claims priority to US Provisional Patent Application No. 60 / 443,995, filed Jan. 31, 2003 and US Provisional Patent Application No. 60 / 480,672, issued June 23, 2003. These priorities are all attached as references.
발명의 기술 분야Technical field of invention
본원 발명은 일반적으로 특히, 전환 표면을 형성할 수 있는 다른 금속 기질뿐만 아니라 철 및 알루미늄 부분을 위한 인산-금속 화학흡착층(phosphate-metal chemisorbed layer)의 생성의 분야에 관련된다. The present invention generally relates in particular to the field of the production of phosphate-metal chemisorbed layers for iron and aluminum parts as well as other metal substrates capable of forming conversion surfaces.
발명의 배경기술Background of the Invention
철-인산 전환 표면의 생성은 다른 이점들 중에서도 높은 건조 윤활성을 나타내는 표면을 생성하는 것으로 잘 알려져 있다. 철 부분 또는 장치의 일부분 위에 철-인산 전환 표면을 생성하는 것은 전형적으로 인산처리 배쓰 공정(phosphatizing bath process)을 통하여 달성된다. 또한 이러한 배쓰는 관심 항목(item)의 표면 위에 인산의 증착 공정을 최적화하기 위하여 아연 원소를 전형적으로 함유한다. 배쓰 공정의 사용은 특별한 유형의 부분 또는 일부분, 즉, 표면이 원소에 노출되는 큰 항목을 코팅하기에 실용적이지만, 코팅을 수용하기 위하여 배쓰 공정은 처리되는 부분이 분해될 것을 요한다. The production of iron-phosphate conversion surfaces is well known to produce surfaces that exhibit high dry lubricity, among other advantages. Creating an iron-phosphate conversion surface on an iron portion or part of an apparatus is typically accomplished through a phosphatizing bath process. Such baths also typically contain a zinc element to optimize the deposition process of phosphoric acid on the surface of the item of interest. The use of the bath process is practical for coating a particular type of portion or portion, ie large items whose surfaces are exposed to elements, but the bath process requires that the portion to be treated be disassembled to accommodate the coating.
DeFalco에 부여된 미국 특허 제 5,540,788호는 윤활 액체 중의 인산처리 화합물(phosphatizing compound)을 전달함으로써 철 기질 위에 전환 표면을 형성함을 통하여 철-인 표면(iron-phosphorus surface)을 생성하는 공정을 개시한다. 이러한 방법은 완성된 기계 엔진위에 철/인산 표면을 생성하기 위한 전환 표면의 형성을 포함한다. 조성물은 윤활유를 통하여 가동 엔진으로 도입될 수 있다. 개시된 조성물은 인산의 공급원, 알칼리 금속 수산화물 및 반응성 NH2 그룹의 공급원을 포함한다. 특히, 반응성 NH2 그룹의 공급원은 설명된 고도의 발열 반응(exothermic reaction)의 결과로서 반응성 NH2 그룹을 제조한다. 테스트(testing)는 발열 반응에서 반응성 NH2 그룹의 공급원으로서 작용하는 동일한 화합물이 상이한 물리적 조건하에서 상이한 반응 경로를 따를 때 반응성 NH2 그룹을 생성하지 않음을 나타낸다. DeFalco 특허에서 제조된 반응성 NH2 그룹은 포스파미드(phosphamids)로서 가장 잘 설명된다. 이러한 특이적인 화학은 DeFalco 특허에서 설명되는 고도의 발열 반응의 결과로 생긴다. 높은 pH를 가지는 물리적 조건은 유리 암모니아의 제조하는 결과를 가져오는 것이 또한 주목된다. 포스파미드가 엔진에서 윤활 매개물과 순환할 때, 이러한 조성물에 대하여 특이적인 인산-철 전환 표면이 생성되었다.US Pat. No. 5,540,788 to DeFalco discloses a process for creating an iron-phosphorus surface by forming a conversion surface over an iron substrate by delivering a phosphatizing compound in a lubricating liquid. . This method involves the formation of a conversion surface to create an iron / phosphate surface on the finished machine engine. The composition may be introduced into the run engine through lubricating oil. The disclosed composition comprises a source of phosphoric acid, an alkali metal hydroxide and a source of reactive NH 2 groups. In particular, the source of reactive NH 2 group is to prepare a reactive NH 2 group as a result of the exothermic reaction (exothermic reaction) of the described high. Testing indicates that the same compound, which acts as a source of reactive NH 2 groups in the exothermic reaction, does not produce reactive NH 2 groups when following different reaction pathways under different physical conditions. Reactive NH 2 groups made in the DeFalco patent are best described as phosphamids. This specific chemistry results from the highly exothermic reaction described in the DeFalco patent. It is also noted that physical conditions with high pH result in the production of free ammonia. As the phosphamide circulates with the lubrication medium in the engine, a specific phosphate-iron conversion surface was created for this composition.
인산-함유 물질의 다양한 형태는 비-철(non-ferrous) 금속 뿐만 아니라 철 위에 원하는 전환 표면을 생성하는데 사용되어왔으며, 각각은 특이한 특성을 가지는 특이적인 표면을 생성하였다. 대부분의 노력은 철 기질위에 인-함유 코팅 증착에 초점을 두어 왔으며, 아연의 사용을 포함한다. 금속 기질 또는 금속 부분과 접촉될 때, 인산-금속 전환 표면을 생성하는 비용-효율적 조성물을 생성하는 것이 유리할 것이다. 만약 이러한 조성물이 철 표면의 전환에 유용하다면 유리할 것이다. 만약 이러한 조성물이 전환 표면을 형성할 수 있는 비-철 표면의 전환에 유용하다면 유리할 것이다. 만약 이러한 조성물이 알루미늄 합금을 포함하는 알루미늄 표면의 전환에 유용하다면 특히 유리할 것이다. 부식에 저항성을 띠며 건조할 때 조차 높은 윤활성 계수를 가지는 전환 표면을 생성하는 것이 유리할 것이다. 코팅될 단편들의 분해 없이 이러한 조성물을 전달하는 방법을 포함하는 것이 유리할 것이다. Various forms of phosphate-containing materials have been used to produce the desired conversion surfaces on iron as well as non-ferrous metals, each producing a specific surface with unique properties. Most efforts have focused on the deposition of phosphorus-containing coatings on iron substrates and include the use of zinc. When contacted with a metal substrate or metal part, it would be advantageous to create a cost-effective composition that produces a phosphate-metal conversion surface. It would be advantageous if such a composition was useful for the conversion of the iron surface. It would be advantageous if such a composition was useful for the conversion of non-ferrous surfaces that could form a conversion surface. It would be particularly advantageous if such a composition was useful for the conversion of aluminum surfaces comprising aluminum alloys. It would be advantageous to create a conversion surface that is resistant to corrosion and has a high lubricity coefficient even when dry. It would be advantageous to include a method of delivering such a composition without disassembly of the fragments to be coated.
철 구성 요소 이외에도, 개선된 비-철 구성 요소, 특히 알루미늄 구성 요소를 생성하기 위한 노력이 수없이 존재한다. 스노우 모빌(snow mobile)에서 통상적으로 발견되는 2-사이클 엔진, 잔디 깎는 기계(lawn mowers), 잡초-다듬이 기계(weed-trimmers), 모페드(moped), 선외 모터(outboard motors), ATV, 비포장 도로용 모터 사이클(dirt bikes), 휴대용 동력 사슬톱(chain saws) 등과 같은 개선된 알루미늄 구성 요소를 생성하기 위한 이러한 노력은 전환 표면의 생성에 대한 대항으로서 알루미늄 합금 조성물에 전형적으로 초점을 두어왔다. 예컨대, 독특한 실리콘-알루미늄 합금 조성물은 미국 특허 제 6,419,769호에 개시된다. 유사하게, 희토류 원소(rare earth element)는 미국 특허 제 5,284,532호에서 논의된 조성물과 같이, 강도를 위하여 알루미늄 합금에 첨가되어 왔다. In addition to iron components, there are numerous efforts to produce improved non-iron components, in particular aluminum components. 2-cycle engines commonly found in snow mobiles, lawn mowers, weed-trimmers, mopeds, outboard motors, ATVs, unpacked This effort to create improved aluminum components, such as road bikes, chain saws, and the like, has typically focused on aluminum alloy compositions as a counter to the creation of transition surfaces. For example, unique silicon-aluminum alloy compositions are disclosed in US Pat. No. 6,419,769. Similarly, rare earth elements have been added to aluminum alloys for strength, such as the compositions discussed in US Pat. No. 5,284,532.
전형적인 적용때문에 2-사이클 엔진은 종종 드물게 사용된다. 예컨대, 스노우 모빌은 한산기(off-season)동안 가동되지 않는다. 이는 응축(condensation) 및 부식 생성에 관련된 추가적인 문제점을 가져온다. 이러한 유형의 문제점을 피하기 위하여 부식 저해제가 종종 첨가된다. Because of typical applications, two-cycle engines are often rarely used. For example, snowmobiles do not run during off-season. This brings additional problems related to condensation and corrosion generation. Corrosion inhibitors are often added to avoid this type of problem.
알루미늄 합금 엔진은 엔진의 윤활성을 위한 윤활유를 포함한다. 윤활유는 강한 유막(high film strength)의 마모를 최소화하기 위하여 선택된다. 이는 금속-대-금속 접촉을 방해하며 피스톤 스커핑(piston scuffing)에 대한 보호를 제공한다. 작동 온도가 높을 때, 2-사이클 모터는 동력(power) 및 토크(torque)를 손실한다. 알루미늄 피스톤은 열로부터 팽창하고 마찰의 증가를 일으킨다. 다양한 특허(proprietary) 윤활유가 높은 작동 온도에서 작업 성능을 개선시키기 위하여 시장에 소개되어 왔다. ASTM D-4863 2-사이클 모터 윤활성 테스트는 350 ℃(662 °F)에서 토크 출력을 측정하며, 이는 작업 성능에 대한 기준이다. The aluminum alloy engine contains lubricant for lubricity of the engine. Lubricants are selected to minimize wear of high film strength. This prevents metal-to-metal contact and provides protection against piston scuffing. When the operating temperature is high, the two-cycle motor loses power and torque. Aluminum pistons expand from heat and cause an increase in friction. Various proprietary lubricants have been introduced on the market to improve working performance at high operating temperatures. The ASTM D-4863 two-cycle motor lubricity test measures torque output at 350 ° C. (662 ° F.), which is the basis for working performance.
윤활 기술 분야는 개선된 윤활제 및 첨가제를 위한 끊임 없는 연구로 특징된다. 모든 방식의 현대 엔진을 위한 윤활제의 만족스러운 작업 성능에 필수적인 첨가제는 세정력, 항산화 성질, 및 오염물의 현탁등을 포함하여 많은 역할을 한다. 윤활성을 개선하기 위한 노력으로, 다양한 합성유 및 다양한 첨가제가 연구되어 왔다. 또한 첨가제는 마모를 감소시키기 위하여 제안되어 왔다. 일 실시예는 2-행정 사이클 윤활제(two-stroke cycle lubricant)를 개시하는 미국 특허 제 6,242,394호 이다. 미국 특허 제 6,172,013호는 몰리브덴 및 지방족 또는 방향족 디카르복실릭 애시드의 첨가제의 사용을 통하여 강화된 마찰 계수 및 마모성을 가진 윤활유 조성물을 개시한다. 글리옥실릭 애시드 및 페놀의 첨가물이 알려져 있다. 예컨대, Adams의 미국 특허 제 5,281,346호는 카르복실릭 방향족 산의 알칼리 토금속 염 또는 알칼리 염을 포함하는 2-사이클 엔진 윤활제를 개시한다. The field of lubrication technology is characterized by constant research for improved lubricants and additives. Additives essential for the satisfactory working performance of lubricants for all types of modern engines play many roles, including cleaning power, antioxidant properties, and suspension of contaminants. In an effort to improve lubricity, various synthetic oils and various additives have been studied. Additives have also been proposed to reduce wear. One embodiment is US Pat. No. 6,242,394, which discloses a two-stroke cycle lubricant. U. S. Patent No. 6,172, 013 discloses lubricating oil compositions having enhanced coefficient of friction and wear through the use of additives of molybdenum and aliphatic or aromatic dicarboxylic acids. Additives of glyoxylic acid and phenols are known. For example, US Pat. No. 5,281,346 to Adams discloses a two-cycle engine lubricant comprising alkaline earth metal salts or alkali salts of carboxylic aromatic acids.
각각의 인산-함유 물질이 독특한 특성을 가지는 특이적 표면 조성물을 생성하는 원하는 윤활제 또는 표면을 생성하기 위하여 인산-함유 물질의 다양한 형태가 연구되어 왔다. 대부분의 노력은 기질위에 인-함유 코팅의 증착에 초점을 두어 왔으며 아연의 사용을 포함한다. 비-철 표면위에 인산-금속 전환 표면을 생성하는 비용-효율적 조성물을 생성하는 것이 유리할 것이다. 알루미늄 합금 엔진위에 인산-금속 전환 표면을 생성하는 것이 유리할 것이다. 만약 이러한 전환 표면이 작동하는 중의 엔진 또는 구성 요소 위에 생성될 수 있다면 유리할 것이다. 알루미늄 합금 엔진 위에 건조 윤활성, 효율성, 강도 및/또는 방출(emission) 제어를 개선하는 전환 표면을 생성하는 것이 유리할 것이다. 이러한 조성물을 코팅될 단편의 분해 없이 전환되는 부분으로 전달하는 방법을 포함하는 것이 유리할 것이다. 아연을 요하지 않는 조성물 및 방법을 생성하는 것이 유리할 것이다. Various forms of phosphoric acid-containing materials have been studied in order to produce the desired lubricants or surfaces for which each phosphoric acid-containing material produces specific surface compositions having unique properties. Most efforts have focused on the deposition of phosphorus-containing coatings on substrates and include the use of zinc. It would be advantageous to create a cost-effective composition that produces a phosphate-metal conversion surface on a non-ferrous surface. It would be advantageous to create a phosphate-metal conversion surface on an aluminum alloy engine. It would be advantageous if this conversion surface could be created on an engine or component during operation. It would be advantageous to create a conversion surface on the aluminum alloy engine that improves dry lubricity, efficiency, strength and / or emission control. It would be advantageous to include a method of delivering such a composition to the portion to be converted without disassembly of the fragment to be coated. It would be advantageous to produce compositions and methods that do not require zinc.
발명의 요약Summary of the Invention
본원 발명은 금속 구성 요소 위에 인-함유 전환 표면을 생성하는데 유용한 조성물 및 방법을 포함한다. 본원 발명의 조성물은 금속 표면위에 얇은 층을 생성하는데 유용하다. The present invention includes compositions and methods useful for creating phosphorus-containing conversion surfaces on metal components. The compositions of the present invention are useful for creating thin layers on metal surfaces.
본원 발명은 매개 용액(intermediate solution)의 구성 요소로서 [Y]H2PO4, [Y]2HPO4, 및 물 또는 다른 용제를 함유하는 인-함유 용액을 포함하는데, 여기서 Y는 양이온이다. 여기서 논의되는 다른 염 뿐만 아니라 [Y]H2PO4, [Y]2HPO4 또한 염 구성 요소로 일컬어진다. 염 구성 요소 중 양이온 부분은 바람직한 양이온이 되는 칼륨과 함께 어떠한 양이온이라도 될 수 있다. 이러한 경우에, 바람직한 구성 요소는 KH2PO4, K2HP04, 및 물이 될 것이다. 매개 용액은 캐리어 액체와 혼합된다. 캐리어 액체는 염을 캐리어 액체안에서 적어도 부분적으로 분산된 상태로 유지시킬 수 있는 액체이다. 매개 용액에 사용되는 물 또는 다른 용제는 이후 대부분 제거되어 염은 인-함유 용액을 생성하기 위한 캐리어 액체 안에 적어도 부분적으로 분산된 및/또는 부분적으로 용해된 상태로 남는다. 생성된 인-함유 용액은 금속 기질과 접촉되는 곳에 배치될 때 금속 기질위에 인산-금속층을 생성할 수 있다.The present invention includes phosphorus-containing solutions containing [Y] H 2 PO 4 , [Y] 2 HPO 4 , and water or other solvents as components of an intermediate solution, wherein Y is a cation. [Y] H 2 PO 4 , [Y] 2 HPO 4 as well as other salts discussed herein are also referred to as salt components. The cationic portion of the salt component may be any cation with potassium being the preferred cation. In this case, preferred components would be KH 2 PO 4 , K 2 HP0 4 , and water. The intermediate solution is mixed with the carrier liquid. Carrier liquids are liquids capable of maintaining salts at least partially dispersed in the carrier liquid. The water or other solvent used in the medium solution is then mostly removed so that the salt remains at least partially dispersed and / or partially dissolved in the carrier liquid to produce a phosphorus-containing solution. The resulting phosphorus-containing solution may produce a phosphate-metal layer on the metal substrate when placed in contact with the metal substrate.
염을 위한 바람직한 양이온 그룹은 알칼리 금속 또는 그룹 1A 원소이다. 오르토인산(orthophosphoric acid)이 기술되어 왔지만, 본원 발명은 또한 파이로인산(pyrophosphoric acid)을 포함하는데, 파이로인산은 응축된 동족체(analogs)이며, 오르토인산의 유도체이며, 오르토인산과 균등하다. 오르토인산을 파이로인산으로 응축시키는 공정을 통하여, PO4 3-는 P207 2- 또는 다른 응축된 인산이 되는 것이 알려진다. 그러므로 [Y]H2PO4, [Y]2HPO4 및 [NH4]2HP04는 파이로인산에 대한 전구물질이다. 그러므로 파이로인산 형태의 사용은 오르토인산 형태의 정의 안에 포함되며, 이는 [Y]H2P04, [Y]2HP04 및 [NH4]2HP04 및 유가한 형태로 표현될 수 있다.Preferred cation groups for salts are alkali metals or group 1A elements. Although orthophosphoric acid has been described, the present invention also includes pyrophosphoric acid, which is a condensed analog, a derivative of orthophosphoric acid, and is equivalent to orthophosphoric acid. Through the process of condensing orthophosphoric acid with pyrophosphoric acid, it is known that PO 4 3- becomes P 2 O 7 2- or other condensed phosphoric acid. Therefore [Y] H 2 PO 4 , [Y] 2 HPO 4 and [NH 4 ] 2 HP0 4 are precursors to pyrophosphoric acid. The use of the pyrophosphate form is therefore included within the definition of the orthophosphoric acid form, which can be expressed in [Y] H 2 P0 4 , [Y] 2 HP0 4 and [NH 4 ] 2 HP0 4 and valuable forms.
유리하게는, 인-함유 용액은 본질적으로 아연이 없다. 약간의 아연이 용액중에 존재할 수 있지만, 예컨대, 아연이 미가공 물질 내에 존재할 때, 아연은 첨가되지 않거나 도금에 유익한 양으로 존재한다. 그러므로 인-함유 용액은 본질적으로 아연이 없는 것으로 간주된다. 유익하게는, 용액 또한 실질적으로 할로겐이 없다. Advantageously, the phosphorus-containing solution is essentially free of zinc. Some zinc may be present in solution, but, for example, when zinc is present in the raw material, zinc is not added or present in an amount beneficial for plating. The phosphorus-containing solution is therefore considered to be essentially zinc free. Advantageously, the solution is also substantially free of halogen.
인-함유 용액의 또 다른 바람직한 실시예는 [Y]H2PO4, [Y]2HPO4, 및 물 또는 다른 용제의 매개 용액에 [NR4]2HPO4의 첨가를 포함한다. [NR4] 중의 R은 알킬 그룹, 수소, 또는 모두의 조합이 될 수 있다. 그러므로 이는 아민 인산 뿐만 아니라 암모늄도 포함한다. 용액이 암모늄 화합물 또는 아민 화합물을 사용하여 제조될 때, 용액 중의 질소는 본질적으로 모두 암모늄 또는 아민 이온의 형태이다. 기껏해야 무시할 수 있는 양의 유리 암모니아가 존재하므로, 용액은 실질적으로 암모니아가 없다.Another preferred embodiment of the phosphorus-containing solution includes the addition of [NR 4 ] 2 HPO 4 to a mediated solution of [Y] H 2 PO 4 , [Y] 2 HPO 4 , and water or another solvent. R in [NR 4 ] can be an alkyl group, hydrogen, or a combination of both. Therefore it includes ammonium as well as amine phosphoric acid. When the solution is prepared using an ammonium compound or an amine compound, the nitrogen in the solution is essentially all in the form of ammonium or amine ions. At best, there is a negligible amount of free ammonia, so the solution is substantially free of ammonia.
또 다른 실시예는 [X] C2H302의 첨가를 포함하는데, 여기서 C2H302 - 이온은 아세테이트 그룹이며, 그리하여 매개 용액은 적어도 [Y]H2P04, [Y]2HP04, [X]C2H302 및 물 또는 다른 용제를 함유한다. 바람직한 실시예는 NH4 또는 K 또는 다른 그룹 IA 원소로서 X 를 포함한다. R이 수소, 알킬 그룹 또는 모두의 조합인 [NR4]2HPO4는 또한 이러한 혼합물에 첨가될 수도 있다. 이러한 매개 용액은 캐리어 액체와 조합되며, 물 또는 다른 용제는 인-함유 용액을 생성하기 위하여 대부분 제거된다. 비록 휘발성은 요구되는 특성은 아니지만, 바람직하게는 알코올과 같은 용제는 열의 첨가를 통하여 캐리어 액체와 혼합된 매개 용액으로부터 제거될 수 있는 충분한 휘발성을 가진다. 화합물을 사용하여 인-함유 용액이 제조될 때, 암모늄 화합물은 NHx 그룹을 함유하는 이러한 화합물로서 정의되고, 인-함유 용액 중의 질소는 본질적으로 모두 암모늄 이온의 형태이다. 또한 아민 이온도 여기에 포함된다. 기껏해야 무시할 수 있는 양의 유리 암모니아가 존재한다. 더욱이, 혼합물은 유리하게도 과잉량의 열을 생성하지 않고 생성된다, 즉, 고도의 발열 반응이 수행되지 않는다.Another embodiment includes the addition of [X] C 2 H 3 0 2 , wherein C 2 H 3 0 2 - ions are an acetate group, so that the intermediate solution is at least [Y] H 2 P0 4 , [Y] 2 HP0 4 , [X] C 2 H 3 0 2 and water or other solvents. Preferred embodiments include X as NH 4 or K or other group IA element. [NR 4 ] 2 HPO 4 , wherein R is hydrogen, an alkyl group, or a combination of both, may also be added to this mixture. This intermediate solution is combined with a carrier liquid and water or other solvents are mostly removed to produce a phosphorus-containing solution. Although volatility is not a required property, preferably solvents such as alcohols have sufficient volatility to be removed from the intermediate solution mixed with the carrier liquid through the addition of heat. When a phosphorus-containing solution is prepared using the compound, ammonium compounds are defined as such compounds containing NH x groups, and the nitrogen in the phosphorus-containing solution is essentially all in the form of ammonium ions. Amine ions are also included here. At best there is a negligible amount of free ammonia. Moreover, the mixture is advantageously produced without producing excess heat, ie no exothermic reaction is carried out.
바람직한 실시예에서, 인-함유 용액은 약 6.0 내지 8.0의 pH를 가진다. In a preferred embodiment, the phosphorus-containing solution has a pH of about 6.0 to 8.0.
본원 발명의 인-함유 용액은 수성 또는 친수성 환경과 같은 다양한 유형의 환경에서 사용될 수 있다. 친수성 환경의 경우에, 캐리어 액체 내에서의 분산을 촉진시키기 위하여 캐리어 액체 및 분산제를 포함하는 것이 유리하다. 캐리어 액체는 금속 부분 또는 금속 기질과 접촉하도록 배치되는 윤활 액체일 수 있고, 또는 바람직한 실시예에서, 캐리어 액체는 모터유(motor oil)과 같이 윤활 액체와 고도로 혼화될 수 있는 별개의 친수성 액체이다. 캐리어 액체의 한 가지 특성은 인-함유 용액의 염이 캐리어 액체 안에서 적어도 부분적으로 가용성(soluble)이라는 것이다. The phosphorus-containing solution of the present invention can be used in various types of environments, such as aqueous or hydrophilic environments. In the case of a hydrophilic environment, it is advantageous to include a carrier liquid and a dispersant to promote dispersion in the carrier liquid. The carrier liquid may be a lubricating liquid disposed to be in contact with the metal part or metal substrate, or in a preferred embodiment, the carrier liquid is a separate hydrophilic liquid that can be highly miscible with the lubricating liquid, such as motor oil. One property of the carrier liquid is that the salt of the phosphorus-containing solution is at least partially soluble in the carrier liquid.
특정 환경에서, 캐리어 액체는 윤활 액체와 같은 표적 액체(target fluid)의 양이다. 표적 액체는 인-함유 용액을 처리되는 금속과 접촉되도록 의도되는 대부분의 액체로 간주되는 액체이다. 인-함유 용액은 고속 전단 믹서(high speed shear mixer) 또는 다른 수단과 같이 물리적 혼합을 사용하여 표적 액체를 통해 분산될 수 있다. 이러한 경우에, 표적 액체는 캐리어 액체로 기능한다. In certain circumstances, the carrier liquid is the amount of the target fluid, such as a lubricating liquid. Target liquids are liquids that are considered to be most liquids intended to contact the phosphorus-containing solution with the metal to be treated. The phosphorus-containing solution can be dispersed through the target liquid using physical mixing, such as a high speed shear mixer or other means. In this case, the target liquid functions as a carrier liquid.
본원 발명은 시스템에서 인-함유 용액을 사용하여 금속 부분 또는 금속 기질 위에 전환 표면을 생성하는 공정을 포함한다. 시스템은 인-함유 용액과 접촉될 수 있는 금속 부분만큼 단순하거나 또는 엔진에서와 같이 일련의 부분의 복합체일 수 있는데, 여기서 인-함유 용액은 적어도 시스템 부분과 접촉되게 된다. 부분이 인-함유 용액 또는 인-함유 용액을 함유하는 표적 액체와 적어도 부분적으로 접촉되는 곳에서, 인산-금속층 표면은 인-함유 용액에 의하여 접촉되는 금속 기질의 표면 위에 전환 표면 또는 인산-금속층을 가지는 전환된 금속 기질을 생성하면서 형성된다. 사용되는 인-함유 용액의 양은 전환 표면을 생성하기에 효과적인 양이다. 부분과 접촉하는 표적 액체의 바람직한 실시예는 윤활 액체 또는 인산처리 배쓰를 포함한다. 본 공정의 결과로서 생성되는 전환 표면은 금속 부분안에 함유된 금속 및 인-함유 용액에 특이적인 특성 및 조성물을 가진다. 금속 부분이 철을 포함할 때, 인산-철 표면이 철 표면위에 생성된다. 금속 부분이 알루미늄을 포함할 때, 알루미늄-인산 표면이 생성된다. 금속이 니켈을 함유할 때, 인산-니켈 표면이 생성된다. 유사한 결과가 크롬과 몰리브덴에서도 관찰된다. The present invention includes a process for creating a conversion surface on a metal part or metal substrate using a phosphorus-containing solution in a system. The system may be as simple as a metal part that may be in contact with the phosphorus-containing solution or may be a composite of a series of parts as in an engine, where the phosphorus-containing solution is in contact with at least the system part. Where the portion is at least partially in contact with the phosphorus-containing solution or the target liquid containing the phosphorus-containing solution, the phosphate-metal layer surface forms a conversion surface or a phosphate-metal layer on the surface of the metal substrate contacted by the phosphorus-containing solution. The branches are formed while producing a converted metal substrate. The amount of phosphorus-containing solution used is an amount effective to produce the conversion surface. Preferred embodiments of the target liquid in contact with the portion include a lubricating liquid or a phosphate bath. The resulting conversion surface as a result of this process has properties and compositions specific to the metals and phosphorus-containing solutions contained within the metal parts. When the metal part comprises iron, a phosphate-iron surface is created on the iron surface. When the metal part comprises aluminum, an aluminum-phosphate surface is created. When the metal contains nickel, a phosphate-nickel surface is produced. Similar results are observed for chromium and molybdenum.
철 금속 구성 요소에 유용한 것 이외에도, 본원 발명은 알루미늄 2 사이클 엔진과 같은 비-철 구성 요소위에 인-함유 전환 표면을 생성하는데 유용한 조성물 및 방법을 포함한다, 본원 발명의 조성물은 금속 표면 위에 얇은 층을 생성하는데 유용하다. In addition to being useful for ferrous metal components, the present invention includes compositions and methods useful for creating phosphorus-containing conversion surfaces on non-ferrous components, such as aluminum two cycle engines. Useful for generating
한 가지 바람직한 실시예는 윤활 점성을 가지는 오일을 상당량 가지는 윤활 조성물 또는 윤활제를 포함한다. 인-함유 용액의 양을 오일에 첨가하여, 이에 의해 금속 구성 요소와 접촉되게 되는 금속 구성 요소 위에 전환 표면을 생성할 수 있는 윤활 조성물을 생성한다. One preferred embodiment includes a lubricating composition or lubricant having a substantial amount of oil with lubricating viscosity. The amount of phosphorus-containing solution is added to the oil, thereby producing a lubricating composition that can create a conversion surface over the metal component that is to come into contact with the metal component.
본원 발명의 또 다른 실시예는 접촉 구역내의 비-철 금속 구성 요소를 활성 인 용액과 접촉시킴으로써 비-철 금속 구성 요소 위에 비-철 금속-인산 전환 표면을 형성하는 방법을 포함한다. 접촉 구역은 금속 구성 요소의 표면 부분에 제한될 수 있으며, 전체 금속 구성 요소를 포함할 수 있다. 활성 인 용액은 고도의 발열 반응을 생성하기 위하여 고안된 조건하에서 인-함유 산을 알칼리 금속 수산화물 염 및 암모늄/아민 화합물과 혼합함으로써 제조되고, 이에 의하여 활성 인 용액을 제조한다. 암모늄/아민 화합물은 암모늄 또는 아민 중 하나를 함유하며 발열 반응에서 상호작용할 수 있다. 수산화 암모늄 및 파라텅스텐산 암모니아(ammonia paratungstate)는 이러한 암모늄의 두가지 예이다.Another embodiment of the present invention includes a method of forming a non-ferrous metal-phosphate conversion surface over a non-ferrous metal component by contacting a non-ferrous metal component in a contacting zone with an active phosphorus solution. The contact zone may be limited to the surface portion of the metal component and may include the entire metal component. Active phosphorus solutions are prepared by mixing phosphorus-containing acids with alkali metal hydroxide salts and ammonium / amine compounds under conditions designed to produce a highly exothermic reaction, thereby preparing an active phosphorus solution. Ammonium / amine compounds contain either ammonium or amines and can interact in an exothermic reaction. Ammonium hydroxide and ammonia paratungstate are two examples of such ammonium.
상세한 설명details
활성 인 용액이 철 위에 전환 표면을 제조하는데 유용한 것으로서 개시되었던 반면, 새로운 연구는 활성 인 용액이 적절한 캐리어 안에서 알루미늄의 표면에 옮겨질 때, 활성 인 용액은 알루미늄 위에 전환 표면을 생성하는데 사용될 수 있음을 나타낸다.Whereas active phosphorus solutions have been disclosed as useful for preparing transition surfaces on iron, new studies have shown that when the active phosphorus solution is transferred to the surface of aluminum in a suitable carrier, the active phosphorus solution can be used to create a transition surface on aluminum. Indicates.
많은 엔진은 철인 반면에, 2-사이클 엔진은 알루미늄으로 만들어지는 경향이 있다. 또한 본원 발명은 이러한 엔진 위의 전환 표면의 생성에 유용하다. 본원 발명의 인-함유 용액은 부분으로 액체 순환을 통하여 사용되는 동안 엔진에 도입될 수 있다. Many engines are iron, while two-cycle engines tend to be made of aluminum. The present invention is also useful for the generation of conversion surfaces on such engines. The phosphorus-containing solution of the present invention may be introduced into the engine during use through liquid circulation in parts.
알루미늄-인산 전환 표면은 알루미늄 부분 또는 엔진이 본원 발명의 인-함유 용액 또는 활성 인 용액과 접촉하는 그 위에서 생성된다. 이 둘 중 하나의 용액을 가지고, 이러한 전환 표면은 배쓰 공정에서 또는 원위치(in situ)에서 제조될 수 있다. 용액에서의 전형적인 전기-증착과 달리, 본원 발명의 인-함유 용액은 아연을 이용하지 않는다. 인-함유 용액은 알루미늄 부분 위에 알루미늄 전환 표면을 생성하기 위해 표적 액체를 사용하여 접촉되도록 전달될 수 있다. 바람직한 표적 액체의 예는 동력화된 운송 수단 또는 다른 장치의 일부로서의 2-사이클 알루미늄 엔진 내의 윤활유이다. 인-함유 용액은 윤활 조성물을 생성하기 위하여 윤활유와 조합된다. 윤활 점성을 가진 오일의 상당량 및 인-함유 초기 용액의 양을 포함하는 윤활 조성물은 알루미늄 부분 또는 금속 구성 요소 위에 전환 표면을 생성할 수 있다. 인-함유 용액처럼, 활성 인 용액은 또한 활성 인 용액을 알루미늄 엔진에 접촉시킴으로써, 바람직하게는 표적 액체를 사용함을 통하여 접촉으로 전달됨으로써 알루미늄 부분 위에 전환 표면을 생성하는데 유용하다. An aluminum-phosphate conversion surface is produced on which the aluminum portion or engine is in contact with the phosphorus-containing solution or the active phosphorus solution of the present invention. With a solution of either of these, the conversion surface can be produced in a bath process or in situ. Unlike typical electro-deposition in solution, the phosphorus-containing solution of the present invention does not use zinc. The phosphorus-containing solution can be delivered in contact with the target liquid to create an aluminum conversion surface over the aluminum portion. Examples of preferred target liquids are lubricants in two-cycle aluminum engines as part of motorized vehicles or other devices. The phosphorus-containing solution is combined with the lubricating oil to produce a lubricating composition. A lubricating composition comprising a significant amount of oil with lubricating viscosity and an amount of phosphorus-containing initial solution can create a transition surface over the aluminum portion or metal component. Like the phosphorus-containing solution, the active phosphorus solution is also useful for contacting the active phosphorus solution with an aluminum engine, preferably by contacting through the use of a target liquid, to create a conversion surface over the aluminum portion.
윤활 조성물을 위하여, 시험에 사용되는 양의 예는 윤활 조성물 중의 인의 약 0.01 중량% 내지 약 0.5 중량%의 양을 포함한다. 바람직한 실시예는 인의 0.3 중량%이다. 증가된 양의 인은 물론 효과적이다. 매우 비용-효율적인 용액이 인의 낮은 중량%를 가지고 제조될 수 있음이 뛰어나다. For the lubricating composition, examples of the amount used in the test include an amount of about 0.01% to about 0.5% by weight of phosphorus in the lubricating composition. A preferred embodiment is 0.3% by weight of phosphorus. Increased amounts of phosphorus are of course effective. It is excellent that very cost-effective solutions can be prepared with low weight percent of phosphorus.
인-함유 용액은 엔진으로부터 유래되는 이점을 위하여 엔진 위에 전환 표면을 생성하는데 사용되는 반면, 본원 발명의 공정은 금속 부분 또는 금속 기질 위에 본원 발명의 인-함유 용액을 사용하여 전환 표면을 생성하는 것을 포함한다. 예컨대, 항공기 구성 요소는 종종 알루미늄으로 만들어진다. 항공기 구성 요소 위에 전환 표면을 적용시키는 것은 마찰 계수를 감소시킬 수 있다. 금속 모터 또는 금속 부분을 포함하는 모터보트 엔진, 잔디 깎기 기계 또는 다른 장치는 본원 발명의 전환 표면으로부터 이익을 얻는다. 전환 표면을 생성하는 비용-효율적인 방식을 만들어냄으로써, 폭넓은 범위의 장치에 대한 적용이 경제적으로 실행가능하게 되었다. 이러한 공정은 또한 비-철 구성 요소 위에 활성 인 용액과 함께 사용된다. Phosphorus-containing solutions are used to create the conversion surface on the engine for the benefit derived from the engine, whereas the process of the present invention is directed to producing the conversion surface using the phosphorus-containing solution of the invention on a metal part or metal substrate. Include. For example, aircraft components are often made of aluminum. Applying the transition surface over the aircraft components can reduce the coefficient of friction. Motorboat engines, lawn mowers, or other devices that include metal motors or metal parts benefit from the conversion surface of the present invention. By creating a cost-effective way of creating a conversion surface, applications for a wide range of devices have become economically viable. This process is also used with solutions that are active on non-ferrous components.
전환 표면은 부분 또는 구성 요소의 알루미늄 합금을 전환 표면을 생성할 수 있는 활성 인 용액 또는 인-함유 용액의 양과 접촉시킨 결과로써 생성된다. 인-함유 용액을 사용하여 생성된 전환 표면은 인산 알루미늄 및 산화 알루미늄을 포함한다. 알루미늄 표면에 대한 인-함유 용액의 첨가는 알루미늄 구성 요소 위에 전환 표면으로서 AlP04, 인산 알루미늄, 및 Al203, 산화 알루미늄의 반응 생성물을 형성하는 결과를 가져온다. 적외선 및 X-선 테스팅 기술을 사용하는 테스트 수행은 이러한 화학종의 존재를 확증한다. 다른 알루미늄 화학종은 또한 알루미늄 표면의 알루미늄 합금 조성물 및 부 반응에 따라 다르게 제조된다.The conversion surface is created as a result of contacting the aluminum alloy of the part or component with the amount of active phosphorus solution or phosphorus-containing solution capable of producing the conversion surface. The conversion surface produced using the phosphorus-containing solution includes aluminum phosphate and aluminum oxide. The addition of the phosphorus-containing solution to the aluminum surface results in the formation of the reaction product of AlPO 4 , aluminum phosphate, and Al 2 O 3 , aluminum oxide as conversion surfaces on the aluminum component. Test runs using infrared and X-ray testing techniques confirm the presence of these species. Other aluminum species are also prepared differently depending on the aluminum alloy composition and side reactions of the aluminum surface.
실시예 1: Example 1:
바람직한 제형(formulation)의 일 실시예는 다음의 양을 가지는 인-함유 용액을 포함한다 One embodiment of the preferred formulation includes a phosphorus-containing solution having the following amounts
1.597 몰 KH2PO4 1.597 mol KH 2 PO 4
0.693 몰 K2HP04 0.693 mol K 2 HP0 4
0.315 몰 [NH4]2HP04 0.315 mol [NH 4 ] 2 HP0 4
및 물. And water.
본 실시예에서, 확인된 염은 혼합시키고, 염을 적어도 부분적으로 용해시키기 위하여 충분한 양의 물에 용해시킨다. 상기 나타난 테스트는 55.6 몰의 물을 사용하였다. 이러한 경우에 이는 KH2PO4 2.9 몰%, K2HP04 1.2 몰%, K2HP04 0.5 몰% 및 물 95.3 몰%을 가지는 매개 용액을 생성한다. 이후 매개 용액을 캐리어 액체와 혼합한다. 이후 매개 용액과 캐리어 액체와의 혼합물로부터 물을 제거하여 본원 발명의 인-함유 용액을 제조한다. 생성된 본원 발명의 인-함유 용액은 용액안에 무시할 수 있는 양의 물이 남아있기 때문에 실질적으로 건조하거나 물이 없는 것을 의미한다. 바람직하게는 물은 인-함유 용액의 약 0.1 wt% 수준으로 제거된다. 더 많은 물이 인-함유 용액의 기능성을 변화시키지 않고 남을 수 있지만, 0.1 wt% 가 바람직한 제품 사양으로서 선택되었음을 유념한다.In this example, the identified salts are mixed and dissolved in a sufficient amount of water to at least partially dissolve the salts. The test shown above used 55.6 moles of water. In this case this produces an intermediate solution having a KH 2 PO 4 2.9 mol%, K 2 HP0 4 1.2% mol, K 2 HP0 4 0.5% by mole and 95.3 mole% water. The intermediate solution is then mixed with the carrier liquid. The water is then removed from the mixture of the medium solution and the carrier liquid to prepare the phosphorus-containing solution of the present invention. The resulting phosphorus-containing solution of the present invention means that it is substantially dry or free of water because there is a negligible amount of water left in the solution. Preferably the water is removed to a level of about 0.1 wt% of the phosphorus-containing solution. While more water may be left without changing the functionality of the phosphorus-containing solution, it is noted that 0.1 wt% was chosen as the preferred product specification.
0.16 내지 16 몰%의 K 또는 다른 양이온을 가지는 인-함유 용액을 평가하였다. 비록 비용 효과성 또는 효율성의 정도가 다르다 하여도 이 범위 밖의 용액 또한 효과적일 것이다. Phosphorus-containing solutions with K or other cations of 0.16 to 16 mol% were evaluated. Solutions outside this range will also be effective, although the cost effectiveness or degree of efficiency may vary.
인-함유 용액의 pH는 구성 요소 비율의 조작을 통하여 제어될 수 있다. 생성되는 H2PO4- 및 HP04 2-이온 비율을 조작함으로써, 인-함유 용액은 약 6.0 내지 약 8.0의 바람직한 pH 범위에서 생성될 수 있다. 예컨대, pH 6에 대한 비율은 대략 15.8 이다. pH 8에 대한 비율은 약 0.0158이다. 비록 전체 범위가 중성이라 하더라도 테스트 결과는 pH 7에 대하여 제어되었으며, 그 결과는 바람직하였다. 모의 실험을 통하여, pH를 조작하는 유일한 수단으로서 비율을 사용하여 지시된 pH를 달성하기 위해 다음의 양을 고려한다.The pH of the phosphorus-containing solution can be controlled through manipulation of the component proportions. By manipulating the resulting H 2 PO 4- and HP0 4 2- ion ratios, the phosphorus-containing solution can be produced in the preferred pH range of about 6.0 to about 8.0. For example, the ratio for pH 6 is approximately 15.8. The ratio for pH 8 is about 0.0158. Although the entire range was neutral, the test results were controlled for pH 7, and the results were desirable. Through simulations, the following amounts are considered to achieve the indicated pH using the ratio as the only means of manipulating the pH.
실시예 2: Example 2:
제형의 제조는 물에 KH2PO4, K2HP04 및 K아세테이트 염을 용해시키는 단계를 포함한다. No 암모늄 염은 본 실시예에서 사용되지 않으며, 따라서 최종 제형은 암모니아를 함유하지 않을 것이다.Preparation of the formulation includes dissolving KH 2 PO 4 , K 2 HP0 4 and Kacetate salts in water. No ammonium salt is used in this example, so the final formulation will not contain ammonia.
절차는 탈이온화된 물 51 lbs, KH2PO4 17.6 lbs, K2HP04 14.2 lbs 및 K아세테이트 2.2 lbs을 5-갤론의 플라스틱 통 두개에 첨가하는 단계를 포함한다. 그 후에 물 16.4 lbs을 추가로 첨가하였다. 염을 빠르게 기계적으로 교반하면서 물에 첨가하였으며, 염을 모두 첨가한 후에 혼합물을 가열하였다. KH2PO4의 용해는 약간 흡열성이었으며, 배취의 온도를 4 내지 5℃ 만큼 떨어뜨렸다. 완전한 용해가 필요한 것은 아니지만, 본 실험은 남아있는 염을 용해시키기 위하여 혼합물을 40℃로 가열하는 단계를 포함하였다. 다른 방법으로, 만약 완전한 용해가 필요하다면, 물을 추가로 첨가할 수도 있다. 완전한 용해 이후의 pH는 7.0-7.1의 표적 범위에 있었으므로, KOH 또는 아세트산의 첨가 등과 같은 pH의 조절은 하지 않았다. 최종 희석 후에 생성된 P 값은 대략 65,000 ppm이었고, 따라서 염이 용액으로부터 결정화되지 않았다.The procedure includes adding 51 lbs of deionized water, 17.6 lbs of KH 2 PO 4 , 14.2 lbs of K 2 HP0 4, and 2.2 lbs of K acetate to two 5-gallon plastic barrels. Thereafter additional 16.4 lbs of water was added. The salt was added to the water with rapid mechanical stirring and the mixture was heated after all the salt was added. Dissolution of KH 2 PO 4 was slightly endothermic and the temperature of the batch was dropped by 4-5 ° C. Although no complete dissolution is necessary, this experiment involved heating the mixture to 40 ° C. to dissolve the remaining salts. Alternatively, if complete dissolution is needed, additional water may be added. The pH after complete dissolution was in the target range of 7.0-7.1, so no adjustment of pH such as the addition of KOH or acetic acid. The P value produced after the final dilution was approximately 65,000 ppm and therefore no salt crystallized from the solution.
실시예 3 - 5: 다음의 매개 혼합물을 형성하고, 테스트 하였다: Examples 3-5 5: The following mediated mixtures were formed and tested:
실시예 3 Example 3
실시예 4 Example 4
실시예 5 Example 5
이러한 매개 혼합물에서, KH2P04는 염의 38 내지 55 몰% 이다. K2HP04는 염의 24 내지 35 몰% 범위였다. 염을 물로 희석시켜서, 매개 용액 리터 당 인(P)의 몰 수는 대략 2.61 몰/L였다. 이러한 매개 용액을 캐리어 액체와 혼합하였다. 훨씬 저농도의 인으로 제조된 인-함유 용액 또한 효과적인 것으로 밝혀졌다.In this intermediate mixture, KH 2 P0 4 is 38 to 55 mol% of the salt. K 2 HP0 4 ranged from 24 to 35 mole percent of salt. The salt was diluted with water so that the number of moles of phosphorus (P) per liter of medium solution was approximately 2.61 mol / L. This intermediate solution was mixed with the carrier liquid. Phosphorus-containing solutions made at much lower concentrations of phosphorus have also been found to be effective.
실시예 6: Example 6:
1.597 몰 KH2PO4 1.597 mol KH 2 PO 4
0.693 몰 K2HP04 0.693 mol K 2 HP0 4
0.315 몰 [NH4]2HPO4 0.315 mol [NH 4 ] 2 HPO 4
0.289 몰 [NH4]C2H302 0.289 mol [NH 4 ] C 2 H 3 0 2
및 물. And water.
[NH4]C2H302는 또한 [NH4]아세트산으로도 불릴 수 있다.[NH 4 ] C 2 H 3 0 2 may also be called [NH 4 ] acetic acid.
바람직한 실시예에서, KH2PO4, K2HP04, [NH4]2HPO4 및 물은 정제된 오일 캐리어 액체에 첨가되는 매개 용액으로 생성되고 분산제와 혼합되어 인-함유 용액을 생성한다. 대표적인 분산제는 이미 유통되는 제품 TFA 4690C를 포함하여 알케닐 숙신이미드 또는 유사한 유형의 분산제를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 유분-없음을 기초로 하여 30 내지 160의 전염기가(total base number)를 가지는 분산제가 사용된다. 정제된 오일 캐리어 액체가 생성된 혼합물의 88 내지 92 wt% 범위인 반면, 인-함유 용액은 바람직하게는 대략 매개 용액의 8 내지 12 wt% 범위이다. 바람직한 실시예에서 매개 용액은 대략 정제된 오일 캐리어 액체의 10 wt%로 첨가된다. 상당량의 물을 제거하기 위하여 생성된 혼합물을 가열한다. 생성된 혼합물은 콜로이드 또는 유액(emulsion)으로 설명될 수 있는 특성을 보인다. 매개 혼합물이 윤활유로 혼합될 때, 인-함유 용액 중의 효과적인 양의 인은 매우 희석될 수 있으며, 여전히 효과적으로 남는다. 바람직한 실시예 중 한가지 실시예는 매개 용액 중에 0.3 wt% 인이 존재한다. 윤활유에 첨가시, 인 함량은 5-100 ppb의 범위에 속할 수 있으며, 여전히 효과적이다. 인-함유 용액 중의 바람직한 인의 범위는 300-1250 ppm이다. 더욱 바람직한 인의 범위는 300-600 ppm 이다. 특히 바람직한 인의 범위는 300-400 ppm 이다. 앞의 실시예에서 보는 바와 같이 더 많은 양 또한 효과적이다.In a preferred embodiment, KH 2 PO 4 , K 2 HP0 4 , [NH 4 ] 2 HPO 4 and water are produced as an intermediate solution added to the purified oil carrier liquid and mixed with a dispersant to produce a phosphorus-containing solution. Representative dispersants include alkenyl succinimides or similar types of dispersants including the already distributed product TFA 4690C. In a preferred embodiment, a dispersant having a total base number of 30 to 160 on an oil-free basis is used. While the purified oil carrier liquid ranges from 88 to 92 wt% of the resulting mixture, the phosphorus-containing solution preferably ranges from approximately 8 to 12 wt% of the intermediate solution. In a preferred embodiment the medium solution is added at approximately 10 wt% of the purified oil carrier liquid. The resulting mixture is heated to remove a significant amount of water. The resulting mixture exhibits properties that can be described as colloids or emulsions. When the medium mixture is mixed with lubricating oil, the effective amount of phosphorus in the phosphorus-containing solution can be very diluted and still remains effective. One of the preferred embodiments is 0.3 wt% phosphorus in the intermediate solution. When added to lubricating oils, the phosphorus content can fall in the range of 5-100 ppb and is still effective. The preferred range of phosphorus in the phosphorus-containing solution is 300-1250 ppm. More preferred range of phosphorus is 300-600 ppm. Particularly preferred range of phosphorus is 300-400 ppm. As seen in the previous embodiment, larger amounts are also effective.
인-함유 용액의 다른 실시예의 예는 주위 온도에서 pH 7을 가지는, 약 2.6 몰(M)의 오르토인산을 알칼리 금속 및 암모늄 양이온과 혼합하는 단계를 포함한다. 이러한 수성 인-함유 용액의 측정된 부피는 대부분의 물이 열적으로 제거된 오일-분산제 혼합물에서 현탁되고, 약 0.3 wt% P로 희석된다. 유리하게도, 엔진이 가동되는 동안 인-함유 용액은 엔진의 분해 없이 금속 부분에 접촉될 수 있다.An example of another embodiment of the phosphorus-containing solution includes mixing about 2.6 molar (M) orthophosphoric acid, having pH 7 at ambient temperature, with an alkali metal and an ammonium cation. The measured volume of this aqueous phosphorus-containing solution is suspended in an oil-dispersant mixture from which most of the water is thermally removed and diluted to about 0.3 wt% P. Advantageously, while the engine is running, the phosphorus-containing solution can contact the metal parts without disassembling the engine.
첨가제로서의 KH2PO4, K2HP04, [NH4]2HPO4 및 물의 인-함유 용액을 가지고 한 실험실 테스트는 주요한 개선점을 보여준다. 또한 이러한 제형에서 양이온으로 사용하기 위하여 나트륨을 평가하였다. 그룹 IA 금속은 바람직한 양이온이다. 다른 양이온은 유기 암모늄을 포함할 수 있다. 양이온의 선택에 관련된 요소는 상업적 비용 및/또는 부식 저항성을 포함한다.Laboratory tests with phosphorus-containing solutions of KH 2 PO 4 , K 2 HP0 4 , [NH 4 ] 2 HPO 4 and water as additives show major improvements. Sodium was also evaluated for use as cations in these formulations. Group IA metals are preferred cations. Other cations can include organic ammonium. Factors involved in the selection of cations include commercial cost and / or corrosion resistance.
실험실 측정은 표면층의 성질을 밝혀 주었다. 180°F에서 1018 탄소강(carbon steel)에 대한 인-함유 용액의 적용은 일련의 분석 테스트를 수반하였다. 광학 현미경 검사(20X)는 본원 발명의 인-함유 용액의 탄소강에 대한 적용으로부터 상당히 균일한 표면층을 명확하게 보여주었다. 오일-기초된 혼합물에서 인-함유 용액을 처리한 후에 강 표면의 전자 주사 현미경(SEM)은 상대적으로 매끄러운 층을 보여준다. 당해 기술 분야의 표면 분석 기구 측정은 조건과 농도에 따라 달라지는 15 - 80 Å 범위의 얇은 표면 전환층이 형성됨을 보여주었다. 이러한 층은 가변성 조성물이며 Fe, O, P, N, 및 K를 함유한다. 상기 층은 혼합물 중의 인산 화학종과 금속(Fe)의 산화 표면과의 반응으로부터 형성되는 것으로 생각되는데, 최초에는 약 25Å 두께이다. 전환층을 생성하는 이러한 화학 반응으로부터 생성되는 표면 암모늄은 작동 조건에 따라 단순한 FeP04으로부터 NH4Fe2[PO4]2, K3Fe3[PO4]4·xH20, NH4Fe3[H2PO4]6[HPO4]2 ·xH2O, KFe2[HPO4]2[PO4], 및 관련된 암모늄과 같이 더욱 복잡한 인산까지의 범위로 나타난다. 표면층의 표면 금속(Fe) 이온에 대한 인산 구조의 배위(Coordination)는 이러한 표면 암모늄의 안정성에 근거되는 것으로 생각된다.Laboratory measurements revealed the nature of the surface layer. Application of the phosphorus-containing solution to 1018 carbon steel at 180 ° F involved a series of analytical tests. Optical microscopy (20X) clearly showed a fairly uniform surface layer from the application of the phosphorus-containing solution of the invention to carbon steel. After treating the phosphorus-containing solution in the oil-based mixture, the electron scanning microscope (SEM) of the steel surface shows a relatively smooth layer. Surface analytical instrument measurements in the art have shown that a thin surface conversion layer in the range of 15-80 Hz, depending on conditions and concentrations, is formed. This layer is a variable composition and contains Fe, O, P, N, and K. The layer is thought to be formed from the reaction of the phosphate species in the mixture with the oxidized surface of the metal (Fe), initially about 25 mm thick. The surface ammonium produced from this chemical reaction to produce the conversion layer is obtained from simple FeP0 4 to NH 4 Fe 2 [PO 4 ] 2 , K 3 Fe 3 [PO 4 ] 4 xH 2 0, NH 4 Fe 3 depending on the operating conditions. [H 2 PO 4 ] 6 [HPO 4 ] 2 .xH 2 O, KFe 2 [HPO 4 ] 2 [PO 4 ], and related ammonium, to more complex phosphoric acid. Coordination of the phosphate structure with respect to the surface metal (Fe) ions of the surface layer is believed to be based on the stability of such surface ammonium.
윤활 점성의 다양한 오일은 천연 윤활유와 합성 윤활유 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이러한 윤활제는 자동차 및 트럭 엔진, 2-사이클 엔진, 항공기 피스톤 엔진, 선박 및 철도 디젤 엔진 등을 포함하는 불꽃-점화 및 압축-점화 내연 엔진을 위한 크랭크케이스(crankcase) 윤활유를 포함한다. 이들은 또한 가스 엔진, 고정식 발전 엔진 및 터빈(turbines) 등에 사용될 수도 있다. 자동식 전달 액체, 트랜스액슬(transaxle) 윤활제, 기어(gear) 윤활제, 금속-작업 윤활제, 수압(hydraulic) 액체 및 그밖의 다른 윤활유 및 그리스(grease) 조성물은 또한 본원 발명의 조성물의 결합으로부터 이익을 얻을 수 있다. Various oils of lubricating viscosity include natural and synthetic lubricants and mixtures thereof. Such lubricants include crankcase lubricants for spark-ignition and compression-ignition internal combustion engines, including automotive and truck engines, two-cycle engines, aircraft piston engines, marine and rail diesel engines, and the like. They may also be used in gas engines, stationary power engines and turbines. Automatic delivery liquids, transaxle lubricants, gear lubricants, metal-working lubricants, hydraulic liquids and other lubricants and grease compositions also benefit from the combination of the compositions of the present invention. Can be.
인산, 알칼리 금속 수산화물 및 반응성 NH2 그룹의 공급원의 혼합물은 여기에 참고문헌으로 첨부되어 있는 미국 특허 제 5,540,788호에 설명되어 있다. 포스파미드 혼합물(phosphamid mixture)으로 언급되는 이러한 혼합물은 철-인산 전환 표면의 생성에 사용하기 위하여 개시되어 왔다. 포스파미드 혼합물을 생성하는 공정은 용해에 의하지 않고 화학 반응에 의한다. 포스파미드 혼합물은 포스파미드의 생성을 가져오는 고도의 발열 반응의 결과로 달성된다. 알루미늄 전환 표면의 생성에 사용되는 것과 같은 당해 활성 인 용액은 포스파미드 및 이의 용도에 관련된 명세서의 개선이다.Mixtures of phosphoric acid, alkali metal hydroxides and sources of reactive NH 2 groups are described in US Pat. No. 5,540,788, which is hereby incorporated by reference. Such mixtures, referred to as phosphamid mixtures, have been disclosed for use in the production of iron-phosphate conversion surfaces. The process of producing the phosphamide mixture is not by dissolution but by chemical reaction. The phosphamide mixture is achieved as a result of the highly exothermic reaction resulting in the production of phosphamide. Such active phosphorus solutions such as those used for the production of aluminum conversion surfaces are an improvement in the specification relating to phosphamide and its use.
여기에 개시된 바와 같은 포스파미드 혼합물은 계속 유용하며, 더 많은 개발의 주제이다. 특정 환경 하에서의 발열 반응 및 상승된 pH에서의 유리 암모니아의 제조는 덜 바람직한 것으로 고려될 수 있는 포스파미드 제조의 두 가지 특성이다. 본원 발명의 인-함유 용액은 고도의 발열 반응을 생성하는 결과 및 복잡성이 없을 뿐만 아니라 유리 암모니아의 제조 및 대략 6 내지 8 범위의 pH 유지, 또는 암모니아가 형성되는 수준 이하의 pH를 유지를 통한 관련 문제가 없다. Phosphamide mixtures as disclosed herein continue to be useful and are the subject of further development. Exothermic reactions under certain circumstances and the preparation of free ammonia at elevated pH are two properties of phosphamide preparation that may be considered less desirable. The phosphorus-containing solution of the present invention is not only free from the consequences and complexity of producing highly exothermic reactions, but is also involved in the preparation of free ammonia and maintaining a pH in the range of approximately 6 to 8, or maintaining a pH below the level at which ammonia is formed No problem.
활성 인 용액의 테스트는 활성 인 용액이 전환 표면을 생성하기 위하여 비-철 금속과 상호작용함을 나타낸다. 상기에 논의된 대표적인 비-철 금속은 알루미늄이다. 활성 인 용액은 알루미늄과 접촉될 때, 인-알루미늄 전환 표면을 생성한다. 전환 표면을 생성할 수 있는 그 밖의 다른 비-철 금속 또한 활성 인 용액과 상호작용한다. Testing of the active phosphorus solution indicates that the active phosphorus solution interacts with the non-ferrous metal to produce a conversion surface. Representative non-ferrous metals discussed above are aluminum. The active phosphorus solution produces a phosphorus-aluminum converting surface when contacted with aluminum. Other non-ferrous metals that can produce a conversion surface also interact with the active phosphorus solution.
본원 발명을 몇가지 형태로만 나타내고 설명하였지만, 본원 발명은 이에 제한되지 않고, 본원 발명의 범주에서 벗어나지 않고 다양한 변화가 가능하다는 것은당해 기술의 당업자들에게는 명백하다. 예컨대, 알루미늄 및 철 부분 위의 전환 표면을 상세히 논의하였다. 다른 금속 또는 금속 부분 위의 인-함유 용액 또는 활성 인 용액의 사용 또한 이러한 본원 발명 안에 포함된다. 합금은 또한 금속의 논의 안에 포함된다.Although the present invention has been shown and described in only a few forms, it is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited thereto and various changes may be made without departing from the scope of the present invention. For example, the transition surface on the aluminum and iron portions has been discussed in detail. The use of phosphorus-containing solutions or active phosphorus solutions on other metals or metal parts is also included within this invention. Alloys are also included in the discussion of metals.
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