Композиции конверсионного покрытия на основе перманганата

Композиции конверсионного покрытия на основе перманганата

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственную заявку

Данная заявка испрашивает приоритет и преимущество предварительной заявки на патент США с серийным номером 61/823288, поданной в бюро Патентов и торговых марок США (United States Patent and Trademark Office) 14 мая 2013 года, полное содержание которой включено здесь посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Окисление и деградация металлов, применяющихся в авиакосмическом, коммерческом и частном секторах промышленности, являются серьезными и дорогостоящими проблемами. Для предотвращения или уменьшения окисления и деградации металлов, применяющихся в этих областях, на поверхность металла может быть нанесено защитное покрытие. Это защитное покрытие может быть единственным нанесенным на металл покрытием, или могут быть нанесены другие покрытия для дополнительной защиты металлической поверхности.

Коррозионно-стойкие покрытия известны в области металлообработки, и более старые технологии включают покрытия на основе хрома, которые обладают нежелательным воздействием на окружающую среду. Известны другие коррозионно-стойкие покрытия, в том числе некоторые покрытия, не содержащие хром, и/или покрытия, наносимые до обработки, которые могут предотвращать или уменьшать окисление и деградацию металлов, и содействовать коррозионной стойкости. Желательными являются покрытия на поверхности металла, которые обеспечивают коррозионную стойкость, а также содействуют предотвращению или уменьшению окисления и деградации.

Краткое описание изобретения

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения композиция, предназначенная для нанесения на субстрат, содержит носитель, источник перманганат-аниона и ингибитор коррозии, содержащий ион редкоземельного металла, ион щелочного металла, ион щелочноземельного металла и/или ион переходного металла. Способы применения композиции и изделий, покрытых указанной композицией, также находятся в объеме настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения композиция, предназначенная для нанесения на металлический субстрат, содержит носитель, источник перманганат-аниона и ингибитор коррозии, содержащий катион металла. В некоторых вариантах осуществления катион металла включает катионы редкоземельных металлов (например, катионы Се (церия) и/или Y (иттрия)), катионы переходных металлов (например, Zr (циркония), Zn (цинка) и/или Ti (титана), катион металла Группы IIA (или Группы 2) (например, Mg) и/или катион металла Группы IA (или Группы 1) (например, Li (лития)). В некоторых вариантах осуществления катион металла может представлять собой катион Cr (хрома). Однако в других вариантах осуществления композиция по существу не содержит хром. Используемый здесь термин «по существу» используется в качестве термина, который обозначает приблизительную величину, а не в качестве термина, который обозначает степень. Кроме того, термин «по существу не содержит хром» используется в качестве термина, который обозначает приблизительную величину, для указания того, что количество хрома в композиции является незначительным, то есть в случае присутствия хрома в композиции, он считается случайной примесью. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления катион металла содержится в композиции в форме соли, и соль может содержать, например, нитратные или карбонатные противоионы.

Используемые здесь следующие термины и их варианты имеют значения, представленные ниже, если другое значение явно не продиктовано контекстом, в котором такой термин используется.

Термины «а», «an» и «the», и подобные объекты ссылок, используемые здесь, должны толковаться как охватывающие единственное и множественное число, если иное явно не продиктовано контекстом.

Используемый в настоящем описании термин «содержат» и вариации термина, такие как «содержащий» и «содержит», не предназначены для исключения других добавок, компонентов, целых чисел или стадий.

Термин «субстрат», используемый здесь, относится к материалу, имеющему поверхность. В отношении нанесения конверсионного покрытия термин «субстрат» относится к металлическому субстрату, такому как алюминий, железо, медь, цинк, никель, магний, и/или сплаву любого из этих металлов, включая, но без ограничения, сталь. Некоторые иллюстративные субстраты включают алюминий и алюминиевые сплавы. Дополнительные иллюстративные субстраты включают алюминиевые субстраты с высоким содержанием меди (то есть субстраты, включающие сплав, содержащий алюминий и медь, при этом количество меди в сплаве является высоким, например, количество меди в сплаве составляет от 3 до 4%).

Термин «покрытие» и подобные термины, при использовании в качестве глагола в настоящем документе, относятся к процессу нанесения композиции, то есть приведению в контакт субстрата с композицией, например, приведению в контакт субстрата с конверсионным покрытием, грунтовочным и/или верхним покрытием. Термин «покрытие» можно использовать взаимозаменяемо с терминами «нанесение/наносить», «обработка/обрабатывать» или «предварительная обработка/предварительно обрабатывать», и для обозначения различных способов нанесения или обработки, таких как нанесение с помощью кисти, распыление и окунание (например, погружение, распыление или нанесение с помощью кисти, валика или тому подобное), при этом субстрат приводят в контакт с композицией с помощью таких средств нанесения. При нанесении путем распыления можно использовать стандартные (автоматические или ручные) методы распыления и оборудование для распыления на воздухе. Композицию можно наносить в форме пасты или геля. Композицию можно наносить до любой подходящей толщины в зависимости от требований к нанесению. Композицию покрытия можно наносить более одного раза. Весь субстрат или его часть может находиться в контакте. То есть композиции согласно настоящему изобретению можно наносить, по меньшей мере, на часть субстрата.

Термин «конверсионное покрытие», также называемое здесь как «конверсионная обработка» или «предварительная обработка», относится к обработке металлического субстрата, которая вызывает преобразование химического состава металлической поверхности в другой химический состав. Термины «конверсионная обработка» и «конверсионное покрытие» также относятся к нанесению или обработке металлической поверхности, при этом металлический субстрат приводят в контакт с водным раствором, содержащим металлический элемент, отличный от металлического элемента, содержащегося в субстрате. Кроме того, термины «конверсионное покрытие» и «конверсионная обработка» относятся к содержащему металлический элемент водному раствору, находящемуся в контакте с металлическим субстратом, состоящим из другого элемента, при этом поверхность субстрата частично растворяется в водном растворе, что приводит к осаждению покрытия на металлическом субстрате (необязательно с использованием внешней движущей силы для осаждения покрытия на металлический субстрат). Полученная пленка, таким образом, представляет собой комбинацию металла(ов) в растворе и металла(ов) металлического субстрата.

Используемый здесь термин «соль» относится к неорганическому соединению с ионной связью и/или ионизированному аниону и катиону одного или нескольких неорганических соединений в растворе.

Используемый здесь термин «перманганат» относится к соли, содержащей манганат-ион (VII) (MnO₄). Примеры перманганатных соединений включают перманганат аммония (NH₄MnO₄), перманганат калия (KMnO₄) и перманганат натрия (NaMnO₄).

Используемый здесь термин «редкоземельный элемент» относится к элементу в Группе IIIВ (или сериях лантанидов) периодической таблицы элементов или иттрию. Группа элементов, известная как редкоземельные элементы, включает, например, элементы 57-71 (то есть La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu) и иттрий. Однако в некоторых вариантах осуществления, как указано ниже, термин редкоземельный элемент относится к La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu и Y.

Термин «ион металла Группы IA» или «ион металла Группы 1» и подобные термины, используемые здесь, относятся к иону или ионам элементов из первой колонки периодической таблицы (за исключением Н). Группа элементов, представленная Группой IA или Группой 1 (за исключением Н), также известна как щелочные металлы и включает, например, Li, Na, К, Rb, Cs и Fr.

Термин «ион металла Группы IIA» или «ион металла Группы 2» и подобные термины, используемые здесь, относятся к иону или ионам элементов из второй колонки периодической таблицы. Группа элементов, представленных Группой IIA или Группой 2, также известна как щелочноземельные металлы и включает, например, Be, Mg, Са, Sr, Ва и Ra.

Термин «раствор» относится к композиции, содержащей растворитель и растворенное вещество, и включает истинные растворы и суспензии. Примеры растворов включают растворенное в жидкости твердое вещество, жидкость или газ, или суспендированные в жидкости частицы или мицеллы.

Все количества, представленные в настоящем документе, если не указано иное, выражены в массовом проценте по отношению к общей массе композиции при 25°C и давлении, равном одной атмосфере. Перманганатсодержащие композиции

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения перманганатсодержащая композиция, предназначенная для нанесения на металлический субстрат (например, субстрат, содержащий алюминий, магний, железо, цинк, никель и/или их сплав), содержит источник перманганат-аниона, ингибитор коррозии, содержащий катион металла, и носитель. Перманганатсодержащие композиции, описанные здесь, можно использовать без боратов, галогенидов или при повышенных температурах. Кроме того, перманганатсодержащие композиции совместимы со щелочивши и кислотными раскисляющими веществами; они не требуют предварительного воздействия на субстрат, например, нитрата лития, а также и не требуют предварительной обработки путем погружения в воду при повышенной температуре.

Источник перманганата представляет собой перманганат или комбинацию перманганатов. Перманганат содержит катион любого щелочного металла (то есть Группы IA или Группы 1), катион щелочноземельного металла (то есть Группы IIA или Группы 2) или катион аммония дополнительно к манганат-аниону. Например, в некоторых вариантах осуществления катион щелочного или щелочноземельного металла включает Li, Na, К, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba и/или Ra. В некоторых вариантах осуществления катион щелочного или щелочноземельного металла представляет собой катион Li, Na, К, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr и/или Ba. Например, в некоторых вариантах осуществления редкоземельный элемент представляет собой Na, К, Mg и/или Са. Некоторые неограничивающие примеры подходящих источников перманганата включают перманганаты, такие как перманганат калия, перманганат натрия и перманганат аммония.

В некоторых вариантах осуществления композиция может представлять собой композицию покрытия на водной основе, и композиция может, таким образом, дополнительно включать носитель на водной основе, который может необязательно содержать один или несколько органических растворителей. Неограничивающие примеры таких подходящих растворителей включают пропиленгликоль, этиленгликоль, глицерин, низкомолекулярные спирты и тому подобное. В случае использования, органический растворитель может присутствовать в композиции в количестве от 30 г растворителя на 12 литров композиции до 400 г растворителя на 12 литров композиции, при этом оставшаяся часть носителя представляет собой воду. Например, в некоторых вариантах осуществления органический растворитель может присутствовать в композиции в количестве от 100 г растворителя на 12 литров композиции до 200 г растворителя на 12 литров композиции, например, 107 г растворителя на 12 литров композиции, при этом оставшаяся часть носителя представляет собой воду. Однако в некоторых вариантах осуществления носитель на водной основе представляет собой главным образом воду, например, деионизированную воду. Носитель на водной основе содержится в количестве, достаточном для обеспечения композиции с концентрациями ионов металлов и источников перманганата, описанными здесь.

Концентрация источника перманганата в композиции может составлять 0,008 массовых процентов вплоть до предела растворимости источника перманганата в носителе. В некоторых вариантах осуществления источник перманганата может присутствовать в композиции при концентрации от 0,01 мас.% до 6,0 мас.%. Например, в некоторых вариантах осуществления источник перманганата может присутствовать в композиции при концентрации от 0,0375 мас.% до 0,15 мас.%.

Как указано выше, перманганатсодержащая композиция может дополнительно содержать ингибитор коррозии, содержащий катион металла. Катион металла может представлять собой один или несколько различных катионов металлов, которые обладают ингибирующими коррозию свойствами. Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла может представлять собой катион редкоземельного элемента, такого как, например, La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. В некоторых вариантах осуществления редкоземельный элемент представляет собой La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu и/или Y. Например, в некоторых вариантах осуществления редкоземельный элемент представляет собой Се, Y, Pr и/или Nd. Другие подходящие катионы металлов включат катионы металлов Группы IA (или Группы 1) или Группы IIA (или Группы 2) (то есть щелочных металлов и щелочноземельных металлов). Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла представляет собой катион щелочного металла, такого как, например, Li, Na, К, Rb, Cs и/или Fr, и/или щелочноземельного металла, такого как, например, Be, Mg, Ca, Sr, Ba и/или Ra. Другие подходящие катионы металлов представляют собой катионы переходных металлов (например, Zr и/или Zn). Также как описано выше, в некоторых вариантах осуществления катион металла представляет собой катион Cr (хрома). Однако в других вариантах осуществления композиция по существу не содержит хром. Используемый здесь термин «по существу» используется как термин, который обозначает приблизительную величину, а не как термин, который обозначает степень. Кроме того, термин «по существу не содержит хром» используется как термин, который обозначает приблизительную величину для указания того, что количество хрома в композиции является незначительным, таким, что если хром присутствует в композиции, он представляет собой случайную примесь. Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла представляет собой катион Се, Y, Pr, Nd, Zr, Zn, Li, Na, К и/или Mg. В некоторых вариантах осуществления катион металла представляет собой катион щелочного металла, такого как, например, Li, Na, К, Rb и/или Cs, и/или щелочноземельного металла, такого как, например, Be, Mg, Ca, Sr и/или Ba. Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла представляет собой катион лития, натрия, калия и/или магния. В других вариантах осуществления катион металла представляет собой катион Се, Y, Nd и/или Li или катионы переходных металлов (например, Zr и/или Zn). Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла представляет собой катион Се, Y, Pr, Nd, Zr, Zn, Li, Na, К и/или Mg.

Катион металла может присутствовать в композиции при концентрации 0,0008 и 0,2 процента по массе композиции. Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла может присутствовать в композиции при концентрации 0,002 и 0,004 процента по массе. Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла может присутствовать в композиции при концентрации от 0,05 г на литр композиции до 25 г на литр композиции. Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла может присутствовать в композиции при концентрации от 0,05 г на литр композиции до 16 г на литр композиции. Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла может присутствовать в композиции при концентрации от 0,1 г на литр композиции до 10 г на литр композиции. Например, в некоторых вариантах осуществления катион металла может присутствовать в композиции при концентрации от 1 г на литр композиции до 5 г на литр композиции. Например, когда катион металла представляет собой катион редкоземельного металла, катион редкоземельного металла может присутствовать при концентрации от 0,05 г на литр композиции до 25 г на литр композиции, или от 0,1 г на литр композиции до 10 г на литр композиции. Когда катион металла представляет собой катион щелочного или щелочноземельного металла, катион щелочного или щелочноземельного металла может присутствовать при концентрации от 0,05 г на литр композиции до 16 г на литр композиции, или от 1 г на литр композиции до 5 г на литр композиции. Как описано более подробно ниже, катион металла может присутствовать в композиции в форме соли металла, и в этом случае количества, указанные здесь, отражают количество соли в композиции.

Как указано выше, катион металла может присутствовать в композиции в форме соли (то есть соль металла может служить в качестве источника катиона металла в композиции), содержащей анион и катион металла в качестве катиона соли. Анион соли может представлять собой любой подходящий анион, способный образовывать соль с редкоземельными элементами, щелочными металлами, щелочноземельными металлами и/или переходными металлами. Неограничивающие примеры анионов, подходящих для образования соли со щелочными металлами, щелочноземельными металлами, переходными металлами и редкоземельными элементами, включают карбонаты, гидроксиды, нитраты, галогениды (например, Cl^-, Br^-, I^- или F^-), сульфаты, фосфаты и силикаты (например, ортосиликаты и метасиликаты). Например, соль металла может представлять собой карбонат, гидроксид, галогенид, нитрат, сульфат, фосфат и/или силикат (например, ортосиликат или метасиликат) Cr, Li, Na, К, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Та, Db, Cr, Mo, W, Sg, Mn, Tc, Re, Bh, Fe, Ru, Os, Hs, Co, Rh, Ir, Mt, Ni, Pd, Pt, Ds, Cu, Ag, Au, Rg, Zn, Cd, Hg и/или Cn. В некоторых вариантах осуществления, например, соль металла может представлять собой карбонат, гидроксид, галогенид, нитрат, сульфат, фосфат и/или силикат (например, ортосиликат или метасиликат) Cr, Li, Na, К, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd и/или Hg. В некоторых вариантах осуществления, например, соль металла может представлять собой карбонат, гидроксид, галогенид, нитрат, сульфат, фосфат и/или силикат (например, ортосиликат или метасиликат) Cr, Li, Na, К, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Mo, W, Mn, Tc, Re, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Zn, Cd и/или Hg. Например, в некоторых вариантах осуществления соль металла может представлять собой карбонат, гидроксид, галогенид, нитрат, сульфат, фосфат и/или силикат (например, ортосиликат или метасиликат) Cr, La, Се, Y, Pr, Nd, Zr, Zn, Li, Na, К и/или Mg. В некоторых вариантах осуществления, например, перманганатсодержащая композиция может включать гидроксид натрия. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления композиция может включать по меньшей мере две соли металлов, и по меньшей мере две соли металлов могут содержать отличающиеся друг от друга анионы и/или катионы. Например, по меньшей мере две соли металлов могут содержать различные анионы, но одинаковые катионы, или могут содержать различные катионы, но одинаковые анионы. В некоторых вариантах осуществления, например, катион металла присутствует в композиции в форме соли металла, такой как соль цинка, соль циркония, соль титана, соль хрома, соль лития и/или соль редкоземельного металла. Как указано выше, соль цинка, циркония, титана, хрома, лития и/или редкоземельного металла может присутствовать в перманганатсодержащей композиции при концентрации от 0,0008 до 0,2 процентов по массе композиции, например, от 0,002 до 0,004 процентов по массе композиции.

В некоторых вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может дополнительно содержать соединение азола. Соединение азола может представлять собой циклические соединения, содержащие 1 атом азота, такие как пирролы, 2 или более атомов азота, такие как пиразолы, имидазолы, триазолы, тетразолы и пентазолы, 1 атом азота и 1 атом кислорода, такие как оксазолы и изоксазолы, и 1 атом азота и 1 атом серы, такие как тиазолы и изотиазолы. Неограничивающие примеры подходящих соединений азола включают 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазол (CAS: 1072-71-5), 1Н-бензотриазол (CAS: 95-14-7), 1Н-1,2,3-триазол (CAS: 288-36-8), 2-амино-5-меркапто-1,3,4-тиадиазол (CAS: 2349-67-9), также называемый 5-амино-1,3,4-тиадиазол-2-тиол, и 2-амино-1,3,4-тиадиазол (CAS: 4005-51-0). В некоторых вариантах осуществления, например, соединение азола представляет собой 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазол.

Соединение азола может присутствовать в композиции при концентрации от 0,0005 г на литр композиции до 3 г на литр композиции. Например, в некоторых вариантах осуществления соединение азола может присутствовать в композиции при концентрации от 0,004 г на литр композиции до 0,1 г на литр композиции. В некоторых вариантах осуществления соединение азола может присутствовать в композиции при концентрации от 0,0008 до 0,2 массовых процентов, например, от 0,002 до 0,004 массовых процентов.

В некоторых вариантах осуществления композиция может дополнительно содержать окисляющий агент. Можно использовать любой окисляющий агент, неограничивающие примеры которого включают органические пероксиды, такие как пероксиды бензоила, озон и нитраты. Одним неограничивающим примером подходящего окисляющего агента является перекись водорода. В некоторых вариантах осуществления окисляющий агент может присутствовать в композиции в количестве от 0,001 мас.% до 15 мас.%. Например, в некоторых вариантах осуществления окисляющий агент может представлять собой 30% раствор перекиси водорода, присутствующий в количестве от 0,001 мас.% до 15 мас.%, например, от 0,002 мас.% до 0,006 мас.% или от 0,008 мас.%) до 0,08 мас.%. Добавление окисляющего агента, такого как перекись водорода, в перманганатсодержащую композицию может вызывать быстрое разложение перекиси водорода и, следовательно, необходимо соблюдать осторожность при добавлении окисляющего агента в перманганатсодержащую композицию.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения перманганатсодержащая композиция может дополнительно содержать одну или несколько добавок для содействия коррозионной стойкости, адгезии к металлическому субстрату, адгезии последующих покрытий и/или для обеспечения другого желательного эстетического или функционального эффекта. Добавка, в случае использования, может присутствовать в композиции в количестве от 0,0001 массового процента до 80 массовых процентов, исходя из общей массы композиции. Эти необязательные добавки могут быть выбраны исходя из желательной функции конечного покрытия и/или его применения или предполагаемого использования. Подходящие добавки могут включать твердый или жидкий компонент, добавленный в композицию для достижения одного или нескольких свойств композиции. Добавка может включать, например, поверхностно-активное вещество, которое может способствовать смачиваемости металлического субстрата, и/или другие добавки, которые содействуют улучшению конкретного свойства поверхности, такого как ровная или гладкая поверхность. Другие неограничивающие примеры подходящих добавок включают спирты, соингибиторы, соли лития, регулирующие поток агенты, тиксотропные агенты, такие как бентонитовая глина, желатины, целлюлозу, препятствующие образованию газа агенты, обезжиривающие вещества, противовспенивающие агенты, органические сорастворители, катализаторы, красители, аминокислоты, соединения на основе мочевины, комплексообразующие агенты, стабилизаторы валентных состояний и тому подобное, а также другие традиционные вспомогательные вещества. Подходящие добавки известны в области составления композиций для покрытий поверхностей и могут быть использованы в композициях в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, и будут очевидны специалисту в данной области при обращении к данному изобретению.

В некоторых вариантах осуществления композиция может дополнительно содержать поверхностно-активное вещество (такое как, например, анионное, неионное и/или катионное поверхностно-активное вещество), смесь поверхностно-активных веществ или водный раствор детергента. Неограничивающие примеры некоторых подходящих коммерчески доступных поверхностно-активных веществ включают Dynol 604 и Carbowet DC-01 (оба доступны от фирмы Air Products & Chemicals, Inc., Allentown, PA), и Triton X-100 (доступный от фирмы The Dow Chemical Company, Midland MI). Поверхностно-активное вещество, смесь поверхностно-активных веществ или водный раствор детергента может присутствовать в композиции в количестве от 0,0003 мас.% до 3 мас.%, например, от 0,000375 мас.% до 1 мас.%, или 0,02 мас.%. В одном варианте осуществления композицию, содержащую поверхностно-активное вещество, смесь поверхностно-активных веществ или водный раствор детергента, можно использовать для объединения в один процесс стадии очистки металлического субстрата и стадии нанесения конверсионного покрытия. В другом варианте осуществления композиция, содержащая поверхностно-активное вещество, смесь поверхностно-активных веществ или водный раствор детергента, может дополнительно содержать окисляющий агент, как описано здесь ранее.

Композиция может также содержать другие компоненты и добавки, такие как, но без ограничения, карбонаты, поверхностно-активные вещества, хелатирующие агенты, загустители, аллантоин, поливинилпирролидон, галогениды и/или промоторы адгезии. Например, в некоторых вариантах осуществления композиция может дополнительно содержать аллантоин, поливинилпирролидон, поверхностно-активные вещества и/или другие добавки и/или соингибиторы.

В некоторых вариантах осуществления композиция может также содержать соединение так называемого индикатора, который указывает, например, на присутствие химических веществ, таких как ион металла, рН композиции и тому подобное. «Индикатор», «соединение индикатора» и подобные термины, используемые здесь, относятся к соединению, которое изменяет цвет в ответ на некоторые внешние стимулы, параметры или условия, такие как присутствие иона металла, или в ответ на определенное значение рН или диапазон значений рН.

Соединение индикатора, используемое в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящего изобретения, может представлять собой индикатор, известный в данной области, который указывает на присутствие веществ, конкретное значение рН и тому подобное. Например, подходящий индикатор может представлять собой индикатор, который изменяет цвет после формирования ионно-металлического комплекса с конкретным ионом металла. Как правило, индикатор иона металла представляет собой высоко конъюгированное органическое соединение. «Конъюгированное соединение», используемое здесь, и как понимается специалистами в данной области, относится к соединению, имеющему две двойные связи, разделенные одинарной связью, например, две углерод-углеродные двойные связи с одинарной углерод-углеродной связью между ними. Любое конъюгированное соединение можно использовать в соответствии с настоящим изобретением.

Сходным образом, соединение индикатора может представлять собой соединение, которое изменяет свой цвет в зависимости от значения рН; например, соединение может иметь один цвет при кислом или нейтральном значении рН и изменять цвет при щелочном значении рН, или наоборот. Такие индикаторы хорошо известны и доступны коммерчески. Таким образом, индикатор, который «изменяет цвет при воздействии щелочного значения рН», имеет первый цвет (или является бесцветным) при воздействии кислого или нейтрального значения рН, и изменяет цвет на второй (или превращается из бесцветного в окрашенный) при воздействии щелочного значения рН. Аналогичным образом, индикатор, который «изменяет цвет при воздействии кислого значения рН», изменяет цвет с первого цвета/бесцветного на второй цвет/окрашенный, когда значение рН изменяется со щелочного/нейтрального значения на кислое.

Неограничивающие примеры таких соединений индикаторов включают метиловый оранжевый, ксиленол оранжевый, катехол фиолетовый, бромфеноловый синий, зеленый и пурпурный, эриохром черный Т, целестин синий, гематоксилин, калмагит, галлоцианин и их комбинации. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления соединение индикатора представляет собой органическое соединение индикатора, а именно индикатор ионов металлов. Неограничивающие примеры соединений индикаторов включают соединения, представленные в таблице 1. Флуоресцентные индикаторы, которые излучают свет в определенных условиях, также могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, хотя в определенных вариантах осуществления использование флуоресцентного индикатора специально исключено. Другими словами, в определенных вариантах осуществления конъюгированные соединения, которые проявляют флуоресценцию, являются специально исключенными. Используемый здесь «флуоресцентный индикатор» и подобные термины относятся к соединениям, молекулам, пигментам и/или красителям, которые будут флуоресцировать или иным образом проявлять цвет при воздействии ультрафиолетового или видимого света. «Флуоресцировать» будет пониматься как излучение света после поглощения света или другого электромагнитного излучения. Примеры таких индикаторов, часто называемых здесь как «метки», включают акридин, антрахинон, кумарин, дифенилметан, дифенилнафтилметан, хинолин, стилбен, трифенилметан, антрацин и/или молекулы, содержащие любой из фрагментов и/или производных любого из них, такие как родамин, фенантридины, оксазины, флуороны, цианины и/или акридины.

В соответствии с одним вариантом осуществления конъюгированное соединение представляет собой катехол фиолетовый, как показано в таблице 1. Катехол фиолетовый (CV) представляет собой краситель сульфонфталеин, полученный в результате конденсации двух молей пирокатехола и одного моля ангидрида о-сульфобензойной кислоты. Было обнаружено, что CV обладает свойствами индикатора и при включении в коррозионно-стойкие композиции, содержащие ионы металлов, формирует комплексы, делая его полезным в качестве реагента для комплексонометрического титрования. Так как композиция, содержащая CV, хелатирует ионы металлов, обычно наблюдается цвет от синего до сине-фиолетового.

В соответствии с другим вариантом осуществления, ксиленол оранжевый, как показано в таблице 1, используют в композициях в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Было обнаружено, что ксиленол оранжевый обладает свойствами индикатора ионов металлов и при включении в коррозионно-стойкие композиции, содержащие ионы металлов, формирует комплексы, делая его полезным в качестве реагента для комплексонометрического титрования. Так как композиция, содержащая ксиленол оранжевый, хелатирует ионы металлов, раствор ксиленола оранжевого обычно изменяется с красного на синий.

Соединение индикатора может присутствовать в композиции в количестве от 0,01 г/1000 г раствора до 3 г/1000 г раствора, такое как от 0,05 г/1000 г раствора до 0,3 г/1000 г раствора.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения конъюгированное соединение, если оно изменяет цвет в ответ на определенный внешний стимул, обеспечивает преимущество при использовании композиций согласно настоящему изобретению, состоящее в том, что оно может служить в качестве визуального индикатора того, что субстрат обработан композицией. Например, композиция, содержащая индикатор, который изменяет цвет при подвергании воздействию иона металла, который присутствует в субстрате, будет изменять цвет при образовании комплекса с ионами металлов в этом субстрате; это позволяет пользователю наблюдать, что субстрат вступил в контакт с композицией. Аналогичные преимущества могут быть реализованы путем осаждения щелочного или кислотного слоя на субстрат и приведения в контакт субстрата с композицией согласно настоящему изобретению, которая изменяет цвет при подвергании воздействию щелочного или кислого значения рН.

Кроме того, использование определенных конъюгированных соединений в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может обеспечить субстрат с улучшенной адгезией к наносимым затем слоям покрытия. Это особенно актуально, если конъюгированное соединение содержит гидроксильную функциональную группу. Таким образом, некоторые варианты осуществления композиций согласно настоящему изобретению обеспечивают осаждение последующих слоев покрытия на субстрат, обработанный в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения без необходимости в грунтовочном слое. Такие слои покрытия могут включать уретановые покрытия и эпоксидные покрытия.

Перманганатсодержащая композиция может иметь щелочное, нейтральное или кислое значение рН. Например, в некоторых вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может иметь значение рН от 2 до 14. Например, в некоторых вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может иметь значение рН от 4 до 10.

В некоторых вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может содержать от 0,1 г до 60 г перманганата (например, К, Li, Na и т.п.) и воду в количестве, достаточном для получения 1 л раствора. Например, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления перманганатсодержащая композиция может содержать от 0,375 г до 7,5 г (например, от 0,375 г до 2,5 г) перманганата и воду в количестве, достаточном для получения 1 л раствора.

В других вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может дополнительно содержать соль переходного элемента (например, соль Zn, Zr, и/или Ti). В некоторых иллюстративных вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может содержать от 0,1 г до 60 г перманганата (например, К, Na, Li и т.п.), от 0,008 г до 10 г соли переходного элемента и воду в количестве, достаточном для получения 1 л раствора. Например, в некоторых вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может содержать от 0,375 г до 7,5 г (например, от 0,375 г до 1,5 г) перманганата, от 0,02 г до 0,04 г соли переходного элемента и воду в количестве, достаточном для получения 1 л раствора.

В некоторых вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может содержать перманганат (например, К, Na, Li и т.п.) и окисляющий агент (например, раствор перекиси водорода с концентрацией 30 мас.%). В некоторых иллюстративных вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может содержать от 0,1 г до 60 г перманганата, от 0,08 г до 0,8 г окислителя и воду в количестве, достаточном для получения 1 л раствора. Например, в некоторых вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может содержать от 0,375 г до 7,5 г (например, от 0,375 г до 1,5 г) перманганата, от 0,3 г до 0,5 г окислителя и воду в количестве, достаточном для получения 1 л раствора.

В некоторых вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может содержать перманганат (например, К, Na, Li и т.п.), соль переходного элемента (например, Zn, Zr и/или Ti) и окисляющий агент (например, раствор пероксида водорода с концентрацией 30 мас.%). В некоторых вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может содержать от 0,1 г до 60 г перманганата, от 0,008 г до 10 г соли переходного элемента, от 0,08 г до 0,8 г окисляющего агента и воду в количестве, достаточном для получения 1 л раствора. Например, в некоторых вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может содержать от 0,375 г до 7,5 г (например, от 0,375 г до 1,5 г) перманганата, от 0,02 г до 0,04 г соли переходного элемента, от 0,3 г до 0,5 г окисляющего агента и воду в количестве, достаточном для получения 1 л раствора.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления перманганатсодержащая композиция может содержать соединение азола. В некоторых вариантах осуществления перманганатсодержащая композиция может содержать от 0,1 г до 60 г перманганата (например, К, Na, Li и т.п.), от 0,0008 г до 2 г соединения азола (например, 1Н-бензотриазол) и воду в количестве, дос