(57)【要約】  金属、特に内燃機関内の金属表面上に耐磨耗性及び燃料節約の被覆を提供するための組成物及び方法。アンモニウムイオン源、水溶液中のアルカリ金属及び表面に用いられる被覆金属は、イオンの複合体混合物を含む電解質溶液を調製するために混合される。電解質溶液は、導電性基材に被覆金属を溶着するために用いられるであろう。被覆金属は、リン、硫黄、炭素、ビスマス、ホウ素、ケイ素及びそれらの組合せを含むであろう。電解質溶液は炭化水素溶媒中で脱水され、こうして、潤滑油添加物及び燃料添加物として用いるための新規物質を提供するであろう。これらの新しい表面は、内燃機関で用いられた時に、著しく摩擦係数を減少させ、火炎前面を滑らかにし、腐食を低減させ、燃料効率を向上させ、及び炭化水素の排出を減少させるであろう。【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの性能を向上させるための添加物であって、水溶液中にアンモニウムと、アルカリ金属と、被覆成分とを含み、
被覆成分がリン、硫黄、炭素、ビスマス、ホウ素、ケイ素及びそれらの組合せから成るグループから選択される添加物。
【請求項２】
更に炭化水素オイルを含む請求項1に記載の添加物。
【請求項３】
アンモニウムイオン源、アルカリ金属イオン源、被覆成分及び炭化水素からほぼなるエンジン添加物。
【請求項４】
被覆成分が、リン、硫黄、炭素、ビスマス、ホウ素、ケイ素及びそれらの組合せから成るグループから選択される請求項３に記載の添加物。
【請求項５】
被覆成分が、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、硫酸溶液に溶けた金属ビスマス、フェロシリコン及びそれらの組合せから成るグループから選択される請求項３に記載の添加物。
【請求項６】
炭化水素が、中性溶媒オイル、合成オイル、ミネラルオイル、植物油、メチルエステル及びそれらの組合せから成るグループから選択されるオイルを含む請求項３に記載の添加物。
【請求項７】
燃料の性能を向上させるための添加物を調製するための方法であって、
アンモニウムと、アルカリ金属と、被覆成分とを含む水性混合物を調製する段階及び水性混合物を加熱する段階を有し、
被覆成分がリン、硫黄、炭素、ビスマス、ホウ素、ケイ素及びそれらの組合せから成るグループから選択される方法。
【請求項８】
水性混合物を脱水する段階を更に含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
塩を沈降させる段階を更に含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
炭化水素オイルに溶解させる段階を更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
９より大きいpHを有し、燃料効率を向上させるために炭化水素に溶解することができる水性組成物であって、
前記水性組成物が、アルカリ金属と、アンモニウムイオン源と、被覆成分との組合せによって形成され、
被覆成分がリン、硫黄、炭素、ビスマス、ホウ素、ケイ素及びそれらの組合せから成るグループから選択される水性組成物。
【請求項１２】
アルカリ金属がナトリウムである請求項１１に記載の水性組成物。
【請求項１３】
アルカリ金属がカリウムである請求項１１に記載の水性組成物。
【請求項１４】
アンモニウムイオン源が、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、水酸化アンモニウム及びそれらの組合せから成るグループから選択される請求項１１に記載の水性組成物。
【請求項１５】
前記水性組成物が、中性溶媒オイル、合成オイル、ミネラルオイル、植物油、メチルエステル及びそれらの組合せから成るグループから選択される炭化水素オイルに溶解され、溶けた組成物がディーゼル燃料中で混和して安定である請求項１１に記載の水性組成物。
【請求項１６】
アンモニウムイオン源を提供する段階と、アルカリ金属イオン源を提供する段階と、被覆成分を提供する段階と、前記混合物を液体の炭化水素に溶かして添加物を生成する段階と、前記添加物を内燃機関の内部摩擦面に用いる段階とを含む組成物水溶液を調製する方法。
【請求項１７】
被覆成分が、リン、硫黄、炭素、ビスマス、ホウ素、ケイ素及びそれらの組合せから成るグループから選択される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
液体の炭化水素が、中性溶媒オイル、合成オイル、ミネラルオイル、植物油、メチルエステル及びそれらの組合せからなるグループから選択される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
アンモニウムイオン源が、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、水酸化アンモニウム及びそれらの組合せから成るグループから選択される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
水性混合物を脱水すること及び塩を沈降させることを更に含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
周期表のグループI-VIIIの少なくとも一つの追加金属もまた、前記添加物に溶けている請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも一つの導電性基材にケイ素表面を無電解溶着することを更に含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
内燃機関がディーゼルエンジンを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
内燃機関がガソリンエンジンを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
内燃機関の燃料消費が、少なくとも５％向上する請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
内燃機関の性能を向上させる添加物を調製する方法であって、
ケイ酸塩の水溶液を調製する段階と、水酸化アルカリ金属を溶液に混合する段階と、炭化水素を溶液と混合する段階と、水を除去し塩を沈降させるために加熱する段階とを含み、
ケイ酸塩がケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、フェロシリコン及びそれらの組合せから成るグループから選択され、水酸化アルカリ金属が水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及びそれらの組合せから成るグループから選択される方法。
【請求項２７】
ケイ酸塩がケイ酸ナトリウム又はケイ酸カリウムである請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ケイ酸塩がフェロシリコンである請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
水酸化アルカリ金属が水酸化ナトリウムである請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
水酸化アルカリ金属が水酸化カリウムである請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
水酸化アルカリ金属が水酸化カリウムである請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
炭化水素が、中性溶媒オイル、合成オイル、ミネラルオイル、ペンレコのドラケオール、メチルエステル及びそれらの組合せから成るグループから選択される請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
炭化水素が中性溶媒オイルである請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
炭化水素が合成オイルである請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
金属表面を変えるための組成物であって、
ケイ酸塩と、水酸化アンモニウムと、水酸化アルカリ金属とを含む水溶液を提供する段階、炭化水素を結果的に生じた溶液と混合する段階、及び水を除去し塩を沈降させるために加熱する段階によって調製され、
前記ケイ酸塩はケイ酸ナトリウム、フェロシリコン、ケイ酸カリウム及びそれらの組合せから成るグループから選択され、前記水酸化アルカリ金属は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及びそれらの組合せから成るグループから選択され、
金属表面に接触すると被覆を形成する組成物。
【請求項３６】
前記組成物の調製が、組成物を潤滑油と組合せる段階を更に有する請求項３５に記載の組成物。
【請求項３７】
前記組成物の調製が、組成物を燃料と組合せる段階を更に有する請求項３５に記載の組成物。
【請求項３８】
ケイ素イオン源と、アンモニウムイオン源と、アルカリ金属イオン源とを含むイオンの複合混合物を調製する段階、添加物を形成するために前記混合物を炭化水素液に溶解する段階、及び前記添加物を内燃機関の内部摩擦面に適用する段階を含む無機水性組成物を調製する方法。
【請求項３９】
周期表のグループI-VIIIの少なくとも一つの追加金属もまた、前記添加物に溶けている請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
少なくとも一つの導電性基材にケイ素表面を無電解溶着する段階を更に含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
少なくとも一つの導電性基材に二元金属ケイ素表面を無電解溶着する段階を更に含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
内燃機関がディーゼルエンジンを含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
内燃機関がガソリンエンジンを含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
内燃機関の燃料効率が少なくとも５％改善されている請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
内燃機関の燃料効率が少なくとも５％改善されている請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
適用無し
連邦政府支援の研究又は開発に関する記述
適用無し
発明の背景
発明分野
本発明は、無機及び有機イオンの混合物を含む水溶液、それらの調製及び使用の分野に関する。より特定すると、本発明は、性能を改善する表面の調製のための組成物及び方法に関連し、それはリン、硫黄、炭素、ホウ素又はビスマスの表面変更を含み、表面変更は内燃機関の金属部分を含む金属部分の寿命を延ばす。新しい変更表面は、イオンの水性複合体混合物を用いることで燃料効率を改善し、炭化水素による汚染を減少する。
【０００２】
関連技術の説明
上手くいくケイ素の溶着が、被覆の分野において長い間模索されてきた。例えば、「無機ポリマー複合体を調製する方法及びそれによって作られる生成物（Method Of Preparing Inorganic And Polymeric Complexes And ProductsSo Produced）」という題のメルクル（Merkl）の米国特許第4029747号は、その記載によると、マルチ金属アミドの新しい組成物と製造方法を開示する。メルクルは、これらの複合体が「石鹸及び洗剤の生産」及び「様々な基材に周期表のI-VIIIグループの様々な金属のうち一つ以上を被覆する」ことに適すると記載する。
【０００３】
メルクルの無機ポリマー組成物の被覆に関する特徴は、その記載によると、これらの組成物の使用によって、以前は被覆できなかった特定の金属、例えばケイ素と同様にチタン、タンタル、ニオブを例とする難溶性金属を被覆することができる。ケイ素は、真空蒸着及びスパッタリング法によって蒸着されると以前から報告されているものの、メルクルによるとケイ素金属の被覆が成功した記録は無いようである。
【０００４】
メルクルは、ケイ素を水酸化アンモニウム、水酸化アルカリ金属及び非アルカリ金属を含む溶液に入れる実験をいくつか記載している。メルクルの特許中に記載されているいくつかの解析方法は、窒素がアルカリ性溶媒中では安定化できることを示唆する。メルクルは、ポリマー複合体を形成するために吸熱段階と発熱段階が必要である処理を記載している。メルクルは、反応が記載したようにならない場合は、ケイ酸塩が形成し、元に戻すことはできず、ポリマー化の目的に用いることのできない結果物がもたらされることを教示する。後に示されるように、本発明によるとこれは既に真実ではない。
【０００５】
ケイ素は豊富でもろい非金属性の物質であり、砂、粘土、ボーキサイト、花こう岩（granite）及び多くの他の鉱物中で見つけられる。シリコン化学は最初に１８６０年代に発達し、それ以来ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、フェロシリコン及び高純度ケイ素として多くの産業上の使用において、広い用途が見出されてきた。ケイ酸ナトリウム及びカリウムは、乾燥剤、洗剤の成分、セメント中の難燃剤及び鋼鉄を強固にするために鋼鉄製造においての添加物として用いられる。一般にSilicon Chemistry: From the Atom to Extended Systems, P. Jutzi andU. Schubert (eds.) (2003) WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, ISBN3-527-30647-1を参照のこと。
【０００６】
ロップ（Ropp）の米国特許第4634540号には、珪石を水酸化アルカリ金属と反応させることで、ケイ酸ナトリウム及び／又はカリウムを生成するいくつかの方法が記載される。アンモニウムイオンは、ロップの反応では用いられなかった。
【０００７】
過去には、その用途を広げることを目的として金属の表面の特性を改善するために多くの試みがなされてきた。例えば、テンら（Teng et al.）の米国特許第4533606号には、金属基材への亜鉛、ケイ素及びリンの共溶着を電気蒸着するのに適しているといわれる方法及び水性組成物について記載されている。しかしながら、ケイ素と共にリン及び亜鉛を含む共溶着のみが記載されており、そして電気蒸着は多大な時間を要する。
【０００８】
マッコイら（McCoy et al.）の米国特許第5084263号及び第5310419号には、多くの金属の「無機ポリマー水錯体（inorganic polymeric water complex）」をより早く電気蒸着することが記載されているが、ケイ素はそこに含まれていない。デファルコら（Defalco et al.）の米国特許第5540788号には、内燃機関における現場での鉄−リン酸（iron- phosphate）変更表面の形成が記載されている。しかしながら、マッコイら及びデファルコらの両者によって記載された方法は、その調製に強酸成分の使用を必要とする。
【０００９】
窒化ケイ素は、特に内燃機関における鋼鉄の代替物としての十分な密度及び高強度のセラミックを開発する試みにおいて、１９６０年代及び７０年代に開発された。窒化ケイ素に関する研究は、高強度及び耐酸化性を保持するための高温の性質を明らかにした。窒化ケイ素は少なくとも三つのカテゴリに入る。すなわち、1)窒化ケイ素と結合反応する、2)窒化ケイ素を加熱圧縮する、及び3)窒化ケイ素を焼結する。焼結窒化ケイ素は高密度を有し、他の二つの方法よりもより広く用いられる。窒化ケイ素表面の重要な性質には、十分な密度、高温強度、優れた熱衝撃耐性、素晴らしい耐磨耗性、十分な破壊靭性、機械的疲労及び変形の防止、十分な耐酸化性、及び向上した潤滑性が含まれる。
【００１０】
しかしながら、製造過程の困難性がこの物質が多くの用途のための金属の代替物として主要な産物になるのを妨げてきた。窒化ケイ素セラミック体の製造は比較的複雑であろう。例えば、コマツら（Komatsu et al.）の米国特許第6784131号には、耐摩耗材を構成する窒化ケイ素焼結材が記載され、それは少なくとも以下の手順によって形成される。規定量の焼結補助剤と、有機結合剤を例とする必要な添加物と、Al、Mg、AlN、Tiなどの組成物とを窒化ケイ素の微粒パウダに混合する段階、パウダは既定の微細な平均粒子サイズを有し、極めて少量の酸素を含む。及び、単軸プレス法、金型プレス法又はドクターブレード法、ラバープレス法、CIP（冷間静水圧プレス（coldisostatic pressing））などを例とする形成方法によって既定の形状を有する成形体へと形成する段階。添加物及び結合剤を除去するための複数回の加熱段階、減圧高温における焼結、及び高温硬化が形成段階に続く。
【００１１】
製造法がいくつかの欠点を有するものの、それにも関わらず窒化ケイ素は迅速な始動のためのグロープラグ、低排出のための事前燃焼チャンバ、及び遅延の減少及び排出制御のためのターボチャージャを例とする内燃機関の部品への使用がみられる。窒化ケイ素の広い使用は、コストを下げ、競争に勝てる部品を作り出すより良い製造方法によってのみ実現可能である。従って、水溶液を用いて金属に窒化ケイ素表面を溶着できることは、宇宙航空産業などは言うまでも無く、自動車産業において非常に大きな商業的価値を有するであろう。
【００１２】
燃料効率を改善する及び毒素排出を低減する方法の探究が、内燃機関用の小さな部品用の窒化ケイ素被覆の開発の原動力であった。最近、燃料消費及び排気ガスに関する規制を例とする自動車の規制が徐々に厳しくなってきている。この背景にある理由はよく知られており、大気汚染、酸性雨などを例とする環境問題及び、化石燃料の枯渇に対する懸念から世界中の有限な炭化水素源の保護及びグリーンハウスガスの最小化の政策が含まれる。対抗手段としての燃料消費の低減は、少なくともほぼ間違いなく現時点で最も費用対効果が高い解決策である。
【００１３】
しかしながら、歴史的に効果の向上及び性能の改善に利用できてきた材料科学の多くのアプローチは、制約もされている。例えば、ロックら（Locke et al.）の米国特許第6784143号に記載されるとおり、排気ガスからのより少ない毒物排出の要望がより求められてきており、それは主に、炭化水素、一酸化炭素及び酸化窒素物を例とする汚染物質の排出といった環境問題に起因する。自動車の排気システムにおける触媒変換機が、汚染物質の排出を減少させるために今までのかなりの期間において用いられてきた。そのような変換機は、プラチナ又はそれの変形物及び酸化金属を例とする金属触媒の組合せを一般に用いて、例えば自動車の排気管といった排気ストリーム中に設置されることで、有毒なガスを無毒なガスへと変換する。摩耗減少用のジチオリン酸エステル亜鉛（zinc dithiophosphate）添加物の分解物、効果的な耐摩耗オイル添加物を例とするリン成分は、これら変換機中の触媒を汚染すると考えられている。硫黄成分も同様に、酸化窒素物の減少に用いられている触媒成分を汚染するようである。上述にも関わらず、ロックの特許発明は、低減はしたものの、かなりのリン及び硫黄の濃度を未だに必要とする。
【００１４】
こうして、リン及び硫黄含有物を減少させることに向けられた自動車業界の明確な圧力が存在しており、リン及び硫黄含有物は、摩耗減少の目的でそれらを増加するよりむしろ、排出の配慮のために燃料及び潤滑油に添加される成分である。リンの濃度を下げることは、ジチオリン酸亜鉛の許容量を低下させることによって、間違いなく容易に達成されるであろう。しかしこの事は、オイル（及び燃料）の成分の耐摩耗能及び抗酸化能を減少させる代償によって成り立つ。技術的に周知であるように、エンジンメーカーは、周知の耐摩耗成分（特に硫黄）の濃度を低下させるために燃料及びオイルの規格を変更した結果、早すぎるエンジンの故障による相当な困難を既に経験している。
【００１５】
従って、内部燃焼中の金属に限定することなく含む金属の摩擦面にその場でケイ素及び窒素の無電解溶着を提供する方法は、エンジン技術におけるブレークスルーになると共に、かなりの商業的重要性を有することの両方であろう。
【特許文献１】米国特許第4029747号明細書
【特許文献２】米国特許第4634540号明細書
【特許文献３】米国特許第4533606号明細書
【特許文献４】米国特許第5084263号明細書
【特許文献５】米国特許第5310419号明細書
【特許文献６】米国特許第6784131号明細書
【特許文献７】米国特許第6784143号明細書
【非特許文献１】Silicon Chemistry: From the Atom to Extended Systems, P. Jutzi andU. Schubert (eds.) (2003) WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, ISBN3-527-30647-1
【非特許文献２】Electroplating:Fundamentals of Surface Finishing, Frederick A Lowenheim (1977) McGraw-Hill BookCompany (TX), ASIN 0070388369
【発明の開示】
【００１６】
いくつかの好適な実施形態の簡単な概要
このように、従来技術の欠点を解決すること、すなわち、ケイ素、窒化ケイ素／アルカリ又は窒化ケイ素バイメタル金属の化学組成物についての独自及び新規の用途を提供することが本発明の目的である。
【００１７】
ある実施形態においては、耐摩耗性及び燃料を節約できる被覆を金属、特に内燃機関内の金属表面に設けるための組成物及び方法が提供される。ある好適な実施形態においては、アンモニウムイオン源、水性溶媒中のアルカリ金属及び表面に適用される被覆金属が、イオン混合物の複合体を含む電解質溶液を生成するために組合される。他の実施形態においては、電解質溶液が導電性基材に被覆金属を溶着させるために用いられるであろう。ある好適な実施形態においては、被覆金属は、リン、硫黄、炭素、ビスマス、ホウ素、ケイ素及びそれらの混合物を含むであろう。他の好適な実施形態においては、電解質溶液は炭化水素溶媒中で脱水され、その結果、潤滑油添加物及び燃料添加物として用いるための新規物質を提供するであろう。他の好適な実施形態においては、内燃機関で用いられる時に、これらの新しい表面が、著しく摩擦係数を低減し、火炎前面を滑らかにし、腐食を減少させ、燃料効率を改善し、及び／又は炭化水素の排出を減少させるであろう。
【００１８】
以下に詳しく説明されるように、我々は、ケイ酸ナトリウム及び／又はカリウムが水に溶解され、水酸化アンモニウムが水溶液に入れられ、そしてそれらに限定されるわけではないが、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムを含む水酸化アルカリ金属が、その後に加熱される水溶液に加えられて、我々がケイ素複合体を含むことを前提としている新規のイオン混合物の複合体が形成されることを見出した。温度は１８０°Ｆ（８２℃）以上に加熱されることによって急速に上昇することが好ましい。反応は、それ自身の更なる発熱によって進行することが好ましく許容され、ｐＨ１４及び比重１．１の透明な粘性溶液を生成するであろう。１０１０鋼鉄（１０１０ steel）のパネルが３０秒間溶液に浸されると、その後に非常に滑りやすい可視の膜を金属上に形成した。そして浸されたパネルと未処理のパネルは、３日間３％塩化ナトリウムの溶液に浸され、取り出されて、乾燥された。未処理のパネルには赤い腐食が見られたが、処理済パネルには腐食は無かった。これは、新しい表面が優れた耐腐食性を与えたことを示している。当業者によって理解されるように、他のケイ酸塩も当然に本発明の範囲から逸脱することなく用いられるであろう。本発明は、ケイ酸ナトリウム及びカリウムが現在最も好適であるものの、限定することなく、メタケイ酸塩（イノケイ酸塩）シクロケイ酸塩、オルトケイ酸塩（ネソケイ酸塩）及び他のケイ酸ミネラルの反応によって生成されるケイ酸塩を含む。
【００１９】
上述のメルクルの特許は、コラム10, ll. 57-64において、「一方、水酸化アルカリの供給が遅すぎる場合、結果として、NH2基の形成及び水素の放出が不十分になり、侵食される非アルカリ金属は、ケイ酸ナトリウムを例とする塩の形態中の金属と結合しやすい。これが起こると、所望する複合体の生成物を得るために反応を戻すことは不可能であろう。」と記載している。従って、メルクルはケイ酸アルカリ金属が無機ポリマー複合体の形成には用いることができないことを教示している。メルクルは、ケイ酸ナトリウム又はカリウムを用いて新規のポリマー複合体を形成できることを想定していない。
【００２０】
メルクルの実施例１には、低純度のケイ素／カリウム／アンモニアの反応が記載されている。反応フェーズは、６時間続く吸熱フェーズとその後の４５分間続く発熱反応と共に記載されている。メルクルの実施例に記載されているのと同じ要素を用いると、９８．５％のケイ素及び１．５％の鉄の低純度フェロシリコンが、水酸化アンモニウムと水酸化カリウムと水と反応した。溶液は、１８０°Ｆ（８２℃）以上に加熱され、２０分以内の発熱を呈した。吸熱反応は含まれていなかった。溶液は数分間自身の発熱を続け、その後に停止した。粘性であり、透明な比重１．２の溶液がもたらされた。冷却後、１０１０鋼鉄のパネルが溶液に浸され、透明で固着性の薄い膜がパネル上に形成された。形成された表面は非常に滑りやすかった。そしてパネルは、３０日間テキサス州ヒューストンの湿った外気中に放置されたが、赤い腐食は見られなかった。従って、メルクルの吸熱反応の必要性は、本発明には不要と思われる。
【００２１】
複合体が潤滑油添加物及び／又は燃料添加物として用いることができるかどうかを決定するために、我々はここに記載されている想定されるケイ素複合体を用いて更に実験を行った。後により詳細に記載されるように、複合体は、全ての水分が除去されてオイルが透明で明るくなるまでオイルを加熱することによって、潤滑油中で脱水された。ある上昇した温度において、化学塩がオイル溶液から沈降する複合体に含まれた。単純な試験が、活性を有する含有物がオイル溶液中に残存するかどうかを決定するために考案された。１０１０鋼鉄のパネルが、オイル溶液に一分間浸された。パネルはオイル溶液から取り出され、拭いて乾かされ、そして、顕著な薄く明るい膜がパネルの表面に存在した。この事は、活性を有する含有物を炭化水素溶液から導電性基材に溶着するのに依然として利用できることの示唆であると捉えられる。発明者が調べた中には、ケイ素を炭化水素溶液に溶かすこと、まして、内燃機関の導電性基材にケイ素／窒素又はケイ素／窒素バイメタルの表面を溶着するための複合体を用いることを主張する先行文献は無い。
【００２２】
発明に係るオイル溶液も、ケイ素が２サイクルエンジンの燃料効率を改善するのを補助するか否かを確定するために、小さな２サイクルエンジンで試験を行った。以下に詳細にあるように、驚いたことに、これらの試験は燃料効率の改善及び２サイクルエンジンからの排出の減少に関して良い傾向を示した。
【００２３】
本発明の好適な実施形態の一つは、炭化水素及びアルコール中にケイ素／窒素及びケイ素／窒素バイメタルの組成物を溶解する事と、エンジンが稼動している間に、燃焼チャンバ中の導電性基材の表面に活性を有するケイ素／窒素を運ぶために炭化水素を用いることを含む。これは、エンジン、ギアボックス、差動機などにおいて、安価な処理によって金属表面に窒化ケイ素の薄い膜を形成する新規の、容易で、自明ではない方法を提供する。
【００２４】
水素は、これらの想定されるケイ素複合体において現れる活性水準に影響を与えると想定される。メルクルのコラム21, ll. 14-19によると、「マススペクトルを用いた更なる解析において、窒素と原子状水素は無機ポリマー複合体によって放出されることが観察される。原子状水素は室温から１５５０℃に至るまで幅広く放出されると思われる。窒素は８７５℃で放出される。」本発明によると、以下に詳しくあるように水素は好ましくは炭化水素の燃料効率に影響を与える。
【００２５】
上記されたように、ロップはケイ酸ナトリウム及び／又はカリウムを調製する方法を記載するが、アンモニウムイオンの使用については記載していない。ロップは（コラム2, 1. 63からコラム3, 1. 40において）以下のようにケイ酸塩複合体から水素ガスの放出について幅広く記載している。「この複合体Si(OH)yの形成が、ケイ素粒子表面と捕捉されたオイルとの間の水素原子及び電子の交換があるオイル成分を水素化するのを許容することで、気体産物を生成しオイルを薄くする。それ故に、生成された可溶性ケイ酸塩は、あるオイル成分の改質の傾向に影響を与えるのと同様に、オイルの粘度に対する明らかな影響を有する。・・・オイル改良剤は一般的な溶媒中の負に電荷したケイ素粒子表面である。・・・負に電荷した水酸化物イオンは、その電荷を粒子の半導体ケイ素表面に移し、そこへそれ自身が付着する。二つ以上の水酸化物イオンがケイ素表面に付着すると、水素ガスが生成される。・・・」。
【００２６】
メルクルの特許は、マススペクトル解析技術を用いることで、水素原子が、外気温から１５５０℃までのかなりの温度範囲においてケイ素／アンモニウム／アルカリ金属の組成物から放出されることを教示する。ロップは、ケイ酸アルカリ溶液から得られる水素が未精製の炭化水素を改質することを教示する。我々は、本発明に基づいて、我々のケイ酸塩組成物で利用できる水素が燃焼チャンバ内で精製燃料に対する水素化触媒として作用するであろう事を想定する。大きな炭化水素分子を小さなガス状の分子へと分解することは、ディーゼルやガソリンを例とする精製済燃料の燃焼性を改善する効果を有するであろう。更に、精製済炭化水素の水素化は燃焼プロセスに起爆効果を与えるであろう。テトラエチル鉛が燃焼プロセスに起爆効果を与え、より良い燃焼性とより良い燃焼効率をもたらすことが良く定着している。
【００２７】
我々は、我々の水をベースとしたケイ素複合体中に安定な電荷が存在することを見出している。文献では、自由電子は水中に１／１０４秒より長く存在できないことが良く知られている。ケイ素がクラスレートとして作用することで水素原子及び電子を電子殻（shell）に別々及び離間して保持し、適した状態において更なる化学反応を許容することが想定される。水中で水素原子及び溶媒和電子を安定化するための処理は、化学の世界において広い意味を有し、多くの新しい化学的応用をもたらすであろう。
【００２８】
粘土は地球上で最も豊富な鉱物の一つである。粘土は、淡水の存在下で水素化するその独自の性質のために多くの用途がある。粘土は少量の不純物を含む主にアルミニウムケイ素の複合体である。粘土は、原油及び触媒を洗浄及び処理するための精製処理において、第一段階としてゼオライトに用いられる。粘土は電荷を有する粒子であり、淡水存在下において「膨張し」、中実の壁を形成することによって、水、オイル及び有害な物質を粘土の孔に収めることができる。粘土の膨張は、オイル掘削作業において土壌への掘削リグによる穿通率を遅くするために、大きな問題を呈する。粘土は「硬質砂岩」にも関与する。硬質砂岩は、オイル及びガスの埋蔵場所で最も良く見られる粘土の一つであるベントナイトと共に、様々な粘土と堅固に固まっている。多くの埋蔵場所において粘土の存在が、オイル回収を促進するための水攻法（water flood technique）の使用を妨げる。結果的に、何十億バレルという多くの原油が、粘土の膨張によって回収できないと考えられる。例えばエネルギー省（Departmentof Energy）は、１００億バレル以上の軽質原油が、ペンシルバニア、西バージニア、オハイオ、及びエリー湖からカナダのオンタリオ湖にかけて広がっている累層であるベナンゴ砂岩（sandstone）にいまだ存在すると見積もっている。これらの累層は非常に浅く、２００から１２００フィート（６１から３６６メートル）の深さの範囲であるが、淡水のために、これらの累層はその場にある全てのオイルの５％が得られるのみである。これらの浅い累層中に存在する粘土を分解する安価な方法は、これらの埋蔵場所に対して水攻を可能にし、数十億バレルの回収可能なオイルを国家の供給に加え、エネルギーの独立を達成する手助けになる。
【００２９】
本発明のケイ素組成物は、広いｐＨの範囲にわたって水溶性であるために、我々は「ガンボ（gumbo）」と一般に呼ばれる粘土であるモンモリロナイト（(Na,Ca)(Al,Mg)6(Si4O10)3(OH)6-nH2O、水素化ナトリウムカルシウムアルミニウムマグネシウムケイ酸水酸化物）が、本発明に基づいて調製されたケイ素組成物を用いることで、淡水中において薄い層に裂けるかどうかを試験することに決めた。驚いたことに、ガンボは淡水中で構成成分の粒子へと分解した。従って、本発明はこのようにモンモリロナイト粘土を含む粘土を分解するための新規の方法を提供する。この発見は、堅いガスの砂（gassand）におけるより改良された強化オイル回収技術及び使用をもたらすはずであり、特にモンモリロナイトはベントナイトの主成分であるため、それらの累層における透過性及び多孔性を広げ、ボーリング泥水に用いられる。同様に、アルミニウム鉱石を含む粘土に似た鉱物であるボーキサイトのその構成物への改良された分解は、アルミニウム精製の高いコストを低減させるであろう。
【００３０】
他の好適な実施形態においては、本発明は、カビ及び白カビ処理と予防法も含む。カビ及び白カビは、特にアメリカ及び世界中の多湿な地域で多大な問題を生じる。屋内のカビは、喘息及び他の肺の疾患の原因をもたらすと考えられている。本発明基づく水相におけるケイ素組成物を、広範囲にカビが育っているコンクリートの石18”x18”x2”に噴霧するのに用いた。カビは３０分未満で死滅され、ケイ素がコンクリート上に形成した表面は、その後６０日間カビに侵食されずに維持された。
【００３１】
黒カビはアパートのいくつかの窓で繁殖し、アレルギー反応の原因となる。本発明のケイ酸塩組成物が、カビが付着していたアルミのパネルに噴霧するのに用いられた。カビは拭き取られ、アルミのパネルの表面はケイ素組成物が塗りつけられた。９０日後、カビの再繁殖は無く、この事は屋内におけるカビの予防に非常に長期間の適用を示唆する。
【００３２】
他の好適な実施形態においては、本発明はコンクリート密封法を含む。コンクリート片をケイ素組成物に浸し、その後にAPI度１８の原油を含むガラスのメーソンジャー（Mason jar）に入れた。オイルはコンクリートにしっかりと付き、蒸気清浄によってさえも簡単には除去できない。驚いたことに、処理されたコンクリート片がオイルから取り出され、淡水のみを含んでいるメーソンジャーに入れられた時、オイルはすぐにコンクリートから離れ、コンクリート片上及び内に残りが見られることなく水の上に浮いた。コンクリートを密封し、疎油性（oleo-phobic）表面を形成する被覆は、商業的用途を有するであろう。
【００３３】
好適な実施形態においては、本発明のケイ素／窒素組成物によって金属上に形成された固着性の滑らかな表面は、エッジの寿命を延ばすために、ナイフ、かみそりの刃、鋸などの刃先に使用できるであろう事を示した。ウォールグリーン（Walgreen）のラベルで売られているステンレス鋼のかみそりの刃が試験部材として用いられた。一滴のケイ素溶液が刃の表面に塗りつけられた。刃はより滑りやすくなり、髭剃りがとても上手くいき、快適であることがすぐに明らかとなった。これらの刃は捨てられる前に約５回ひげをそるだけの寿命を有する。処理した刃は３０日間スムーズにひげをそり、その後に再び処理をすると、エッジの寿命が更に３０日間延びた。こうして、安価で簡単にかみそりの刃及び、鋸、ナイフ、医療機器を例とする全ての他の鋭利なエッジに適用できる被覆が発見された。
【００３４】
同様に、４１０ステンレス鋼から作られた二つの包丁が試験に用いられた。一つのナイフはケイ素／窒素複合体で被覆され、もう一方のナイフは未処理のままであった。そして、ブタンのトーチが未処理のナイフに対して保持されると、金属は一分で鮮紅色になった。冷まされた時、表面は青みがかった色に変わっており、それは高温がステンレス鋼の性質に影響を与えたことを示唆した。処理済のナイフに同じ処理が施されたが、金属は数分間では鮮紅色に変わらなかった。ナイフを冷却しても、ステンレス鋼の色に変化は見られなかった。ステンレス鋼は、不活性物質であり、無電解又は電気被覆のいずれかによって施された表面を有することは非常に困難であると考えられている。従って、本発明はステンレス鋼の性質を強化する新規の方法を有する好適な実施形態も含む。医療機器に薄い窒化ケイ素の被覆を形成できることは、世界中で行われている医療費を抑制するための試みの手助けとなるであろう。医療機器の金属の隙間への微生物の混入は、微生物の混入物を死滅させるためにオートクレーブにおける広範囲の洗浄作業が必要となる。窒化ケイ素組成物が金属表面上及び金属の隙間に薄い被覆を形成することで、孔が埋められ、微生物が金属に存在するのを防ぐ。この性質は、手術室の器具の滅菌のより安価な方法をもたらすであろう。
【００３５】
本発明の他の好適な実施形態は、氷放出処置（ice release treatment）組成物及び方法を含む。二つの6061T6アルミニウムの3”x3”x1/8”のパネルが用いられた。一つは本発明の実施例２Ａ（下記）によるケイ素／窒素組成物の薄い膜で被覆され、一方で、別のパネルは未処理のままであった。ケイ素／窒素の被覆はEDAX（エネルギー分散型Ｘ線分析（EnergyDispersive X-Ray Analysis））によって同定された。そして、二つのパネルは表面上に形成された厚い水の膜を有し、−１８℃（０°Ｆ）のフリーザに入れられた。一時間後、パネルはフリーザから取り出され、凍った表面において光の屈折試験が行われた。ケイ素／窒素の表面を有するパネルは、割れたほぼ単体のシート状の氷とすぐに解離した。未処理のパネルは、割ることによって氷のシートと解離しないであろう。氷はアルミの基材の表面から溶けて離れた。航空機産業は、飛行機の翼を有毒な化学物質であるエチレングリコールで解氷処理するのに多くの時間と費用を費やしている。水がアルミニウムに付着し、固着性の氷の結晶を形成するのを防ぐであろう処理は、商業的価値を有し、解氷剤によって生じる環境問題の軽減もするであろう。
【００３６】
ケイ酸塩は、１８６０年代にそれらが発見されて以来、難燃剤として広く用いられている。ケイ酸塩の炎の存在下で膨張する性質及び隔壁を提供する性質は良く定着している。しかしながら、防炎のためのケイ酸塩の使用は、ケイ酸塩が木、布又は鋼鉄の表面にしっかりと付着しないために、従来技術においては限定されてきた。従って、本発明の他の好適な実施形態は、従来技術に関する問題を解決するのに適した防炎組成物及び方法を提供することである。古く乾燥した木材の標品が、本発明に基づくケイ酸塩溶液に浸され、乾燥がなされた。その後、それは水に浸され、取り出されて、乾燥された。ブタンのトーチが、乾燥した木材の表面の前に炎を保持するために用いられた。火は五分間木に対して保持されたが、僅かな炭化効果が認められるのみであった。木材は決して火を補助しなかった。我々は、ケイ酸塩組成物が木を燃えにくくするだけでなく、カビ及び白カビの形成とシロアリの蔓延の可能性を妨げるための表面として機能するであろうことを想定している。二つの１０１０鋼鉄の１２ゲージのパネルが、熱伝導を妨げる方法を含む発明の好適な実施形態の効果を試験するために用いられた。一つのパネルはケイ酸塩組成物に一分間浸され、その後に取り出された。他方のパネルは未処理であった。ブタンのトーチが金属を「鮮紅」に加熱するのに用いられた。パネルは手で保持され、火がパネルに当てられた。未処理のパネルが鮮紅色の状態になるのには一分もかからず、パネルの全長の下方へ熱が伝わり、熱くて保持できなくなった。処理されたパネルは、鮮紅色の状態になるのに約二倍の長さを要したものの、熱伝導は著しく阻害された。ケイ酸塩は泡立ち、金属基材への熱伝導を妨げた。パネルは、熱が最終的に鋼鉄を熱すぎて持てなくする前に、数分間保持できた。固着性の薄い膜を金属上に形成し、ベースとなる金属（basic metal）への熱伝導を阻止するケイ素組成物の性質は、様々な商業分野において広い用途を有する。例えば、本発明によるケイ素組成物によって処理された鋼鉄の柱は、可能な限り十分に熱伝導を阻止することによって、それらが歪曲及び破壊に耐えられる時間を十分に増加させることができる。
【００３７】
エタノールは、有機物の発酵の産物であるアルコールである。エタノールは、よりきれいな燃焼（cleaner burning）を改善するために燃料への添加物として用いられることで、排出物を減少させる。ブラジルを例とするいくつかの国においては、エタノールは再生可能なエネルギー源としてもっぱら用いられている。エタノールは、アメリカにおいても酸化燃料用の添加物の一つとして指定されている。エタノールの使用は、広い政治上及び環境上の支援を有する。しかしながら、エタノールの更なる使用への主な障害は、エタノールが金属に対して高い腐食性を有することである。エタノールの腐食活性を低下させる処理は、アメリカ及び世界中において非常に巨大な市場を見出すであろう。従って、本発明の別の好適な実施形態は、金属表面に対するエタノールの腐食性を低下させる組成物及び方法である。この実施形態は、ガラスビーカーに１００グラムのエタノールを入れることによって実施される。そして、実施例１Ａ（下記）に記載されるように、本発明の実施形態に基づく５グラムのケイ素複合体がエタノールに加えられた。溶液から塩がすぐに析出し、それらの物は相容れないようであった。エタノールは塩から別のビーカーへとデカントされた。１０１０鋼鉄のパネルは、一分間エタノール溶液に浸され、その後取り出された。薄い固着性の膜が鋼鉄のパネル上に形成された。パネルは、３０日間湿った気候であるテキサス州ヒューストンの外気中に放置された。腐食はパネルの被覆された部分には見られなかった。驚いたことに、ケイ素組成物中の活性を有する原料は、明らかにアルコールに溶けており、その電気化学活性を維持しており、それがエタノールを用いて金属基材に溶着するのを可能にした。エタノールは非常に腐食性であるため、ステンレス鋼のトラック及びパイプラインで輸送される。エタノールの腐食する性質は、燃料用の酸化剤としてのその広い使用を妨げる。こうして、腐食を阻止するためにエタノールに加えることができる産物は、かなりの商業的価値を有するであろう。
【００３８】
従って、いくつかの好適な実施形態において本発明は、水酸化アンモニウムを水酸化カリウムが加えられるケイ酸ナトリウムの溶液へと添加することを提供する。
【００３９】
他の好適な実施形態においては、水酸化アンモニウムが、その後に水酸化ナトリウムが加えられるケイ酸ナトリウムの溶液へと添加される。
【００４０】
他の好適な実施形態においては、上記の処理が、既定の時間の間１８０°Ｆ（８２℃）以上に結果的に生じる反応混合物の温度を維持することによって変更されるであろう。限定することなく説明すると、ある好適な実施形態において前記既定の時間は、好ましくは１０分以上であろう。
【００４１】
他の好適な実施形態においては、水酸化アンモニウムは、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムが添加されるケイ酸ナトリウムの溶液へと加えられ、それによって得られる溶液が軽油中で脱水され、その結果生じる固体はデカントによって全て除去される。
【００４２】
他の好適な実施形態においては、水酸化アンモニウムが水酸化カリウム及び／又は水酸化ナトリウムが添加されるケイ酸カリウムの溶液に加えられ、それによって得られる溶液が軽油中で脱水され、その結果生じる固体はデカントによって全て除去される。
【００４３】
他の好適な実施形態においては、水酸化アンモニウムが水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムが添加されるケイ酸ナトリウム又はカリウムの溶液に加えられ、それによって得られる溶液が軽油中で脱水され、その結果生じる固体は全てデカントによって除去される。その後液相は、（オイル添加剤として）クランクケース又は、（４−サイクル用燃料添加剤又は２−サイクル用燃料若しくはオイル添加剤として）２−サイクル又は４−サイクルエンジンの燃焼チャンバへと加えられる。
【００４４】
他の好適な実施形態においては、水酸化アンモニウムが水酸化カリウム及び／又は水酸化ナトリウムが添加されるケイ酸ナトリウム又はカリウムの溶液へと加えられることで、イオン混合物の水溶液を調製でき、それによって得られる液体が軽油中で脱水され、その結果生じる全ての固体はデカントによって除去される。
【００４５】
他の実施形態においては、水酸化アンモニウムが水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムが添加されるケイ酸ナトリウム又はカリウムの溶液へと加えられることで、イオン混合物の水溶液を調製でき、それによって得られる液体が軽油中で脱水され、その結果生じる全ての固体はデカントによって除去され、そして得られた液体は内燃機関の潤滑油か燃料のどちらかに添加される。
【００４６】
他の好適な実施形態においては、水酸化アンモニウムが水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムが添加されるケイ酸ナトリウム又はカリウムの溶液へと加えられることで、イオン混合物の水溶液を調製することができ、それによって得られる液体は軽油中で脱水され、その結果生じる全ての固体はデカントによって除去され、そして得られた液体はガソリン内燃機関の潤滑油又は燃料のどちらかに加えられる。
【００４７】
他の好適な実施形態においては、水酸化アンモニウムが水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムが添加されるケイ酸ナトリウム又はカリウムの溶液に加えられることで、イオン混合物の水溶液を調製でき、それによって得られる液体は軽油中で脱水され、その結果生じる全ての固体はデカントによって除去され、そして得られた液体はディーゼルエンジンの潤滑油又は燃料のどちらかに加えられる。
【００４８】
他の好適な実施形態においては、ケイ素及び窒素を含む薄い粘着性の膜は、ケイ酸ナトリウム又はカリウムと水酸化アンモニウム及び水酸化アルカリ金属との混合物から得られる水溶性イオン溶液の組合せによって調製される前駆物質を用いることによって無電解的に金属の摩擦面に適用されることで、膜上に十分な温度の軽油と共に水性無機複合体を生成し、その後に潤滑油又は燃料に複合体が加えられる。
【００４９】
他の好適な実施形態においては、摩擦係数を著しく減少させる潤滑油への添加剤が、本発明によって記載される手段に基づいて適用される。
【００５０】
他の好適な実施形態は、内燃機関の内部摩擦部分にケイ素−窒素表面の溶着をするための複合体の導入用の燃料添加剤を含む。他の関連する好適な実施形態は、内燃機関の内部摩擦部分にケイ素−窒素表面の溶着をするための複合体の導入用の潤滑油添加剤を含む。
【００５１】
他の好適な実施形態は、改良された耐腐食性を有するエタノール用添加剤を含む。
【００５２】
他の好適な実施形態は、粘土、特に石油炭化水素の回収に関連するモンモリロナイト粘土の層間剥離に使用するための組成物を提供するための上記の組成物の追加及び上記の方法の適用を含む。
【００５３】
更に他の好適な実施形態は、腐食、白カビ、カビ、熱及び火を防ぐための処理及び物質を含み、その結果、それらの改善をもたらすと共に、こうして危険になる対象の寿命を延ばす。
【００５４】
化学の分野においては、アルカリ金属存在下においてアンモニアが（例えばアジ化ナトリウムのような）揮発性化合物を生成できることが良く知られている。アンモニウムは、溶液中にアルカリ金属が存在することによって水溶液から放出される。それ故に、pH１４近くの強アルカリ溶液中でアンモニアを合成できることは、広範囲の商業的用途を有する新規の化学複合体を創出するであろう。驚いたことに、アンモニウム／アルカリ金属が選択された要素と反応する時は、ｐＨ１２以上の溶液中にアンモニウムが維持されることが現在見出されている。形成された複合体は、適用される外部起電力を使用せずに金属基材に新しい表面を形成することを例とする特異な電気化学性質を示す。
【００５５】
従って、本発明の目的は、ある実施形態においては塩の混合物を含む、独自及び新規のイオンのアルカリ化学複合体を提供することである。
【００５６】
ある実施形態においては、リン酸アンモニウムを含む複合体の組合せ物(Y)XH(NH4)2HPO4が提供され、Ｙは好適なカチオンであるカリウムを伴ういずれかのカチオンであろう。他の実施形態においては、硫酸アンモニウムを含む複合体の組合せ物(Y)X(H8N2)4Sが提供され、Ｙは好適なカチオンであるナトリウムを伴ういずれかのカチオンであろう。他の実施形態においては、酢酸アンモニウムを含む複合体の組合せ物(Y)XC2H7NO2が提供され、Ｙはいずれかのカチオンであろう。他の実施形態においては、重炭酸アンモニウムを含む複合体の組合せ物(Y)XCH5NO3が提供され、Ｙはいずれかのカチオンであろう。他の実施形態においては、ホウ酸アンモニウムを含む複合体の組合せ物(Y)XB4H8N2O7が提供され、Ｙはいずれかのカチオンであろう。他の実施形態においては、複合体の組合せ物(Y)XH2SO4(BiNH4)Xが提供される。他の実施形態においては、複合体の組合せ物(Y)X(NH4)SiXが提供される。
【００５７】
好適な実施形態の詳細な説明
ここにおいて、本開示は発明の原理の例示と考えられ、本開示中に説明され、記載されたものに発明を限定しないことの理解を伴って、本発明の特有の好適な実施形態が詳細に説明される。本発明は、異なる形態又は種類の好適な実施形態に影響を受け易く、本開示中に含まれる特別に記載された方法又は組成物に限定するように解釈されるべきではない。特に、本発明の様々な好適な実施形態は、発明の方法、組成物及びそれらの適用の多数の異なる形態及び用途を提供する。
【００５８】
実施例
組成物１
実施例１Ａ
以下の器具、４０００ｍｌのキマックス（Kimax）のビーカー、磁気攪拌機を備えたサーモラインシマレック２（Thermolyne Cimarec 2）、０．１グラムを読み取り可能なアキュラブV600（AcculabV600）秤量器、アキュライト（Accurite）１００°−４００°Ｆ（３８−２０４℃）温度計、が下記の実験において用いられた。
【００５９】
イオンの複合体混合物を含む溶液が、以下の試薬、２００ｍｌの水、５０グラムのケイ酸ナトリウム（固体）、２５グラムの水酸化アンモニウム（２９°ボーメ（Baume）（比重２．４４））、５０グラムの水酸化カリウム（フレーク状）、をビーカーに加える手順によって調製された。
【００６０】
わずかなアンモニア臭が感知された。溶液はかき混ぜられながら、加熱されることによって強制的に発熱させられた。温度が１０分間１８０°Ｆ（８２℃）以上に維持された後に加熱が止められた。溶液は更に数分間その発熱を持続し、その後に冷めることができた。溶液は液相29SiNMR（核磁気共鳴）分光法によって解析され、それはSiO4を図1のスペクトルによって図示されるように同定した。
【００６１】
実施例１Ｂ
イオンの複合体混合物を含む溶液は、水酸化ナトリウムを水酸化カリウムに変更することを除いて、実施例１Ａに基づいて生成された。溶液は、29SiNMR（核磁気共鳴）分光法によって分析され、それはSiO4を図２のスペクトルによって図示されるように同定した。
【００６２】
実施例２Ａ
１０１０鋼鉄の試験片（coupon）が、外部の必要な起電力を伴わずに温度が１４０°Ｆ（６０℃）未満である時に、実施例１Ａに基づいて調製されたイオンの複合体混合物を含む液体に浸された。可視の固着性の膜が鋼鉄のパネル上に形成された。パネルは、XPS（Ｘ線光電子分光法）によって解析され、図３（簡易スキャンスペクトル）、図４（Si2pのピークの高解像度スペクトル）及び図５（N1sのピークの高解像度スペクトル）によって図示されるように、パネルの表面上にケイ素及び窒素の存在が検出された。この溶液に浸された別の鋼鉄のパネルがEDAXによって解析され、図６１のスペクトルに図示されるような結果を示した。この溶液に浸されたアルミのパネルがEDAXによって解析され、図７のスペクトルに図示されるような結果を示した。
１表４が半定量、ＺＡＦ補正及び標準化されたEDAXの結果（原子％）を提示する。
【００６３】
実施例２Ｂ
１０１０鋼鉄の試験片が、外部の必要な起電力を伴わずに温度が１４０°Ｆ（６０℃）未満である時に、実施例１Ｂに基づいて調製されたイオンの複合体混合物を含む液体に浸された。可視の固着性の膜が鋼鉄のパネル上に形成された。パネルはXPSによって解析され、図８（簡易スキャンスペクトル）、図９（Si2pのピークの高解像度スペクトル）及び図１０（N1sのピークの高解像度スペクトル）によって図示されるように、パネルの表面にケイ素及び窒素の存在が検出された。
【００６４】
実施例３
二つのガラスビーカーそれぞれにおいて、７０グラムのモンモリロナイトＩ（montmorillonite I）粘土が１００グラムの淡水に浸された。一つのビーカーにおいては、実施例１Ａに基づいて調製されたイオンの複合体混合物を含む５ｍｌの溶液が淡水に加えられた。両方のビーカーが綿密に観察された。発明に係る溶液が加えられたビーカーにおいては、粘土がゆっくりと層間剥離し、細分化した粒子としてビーカーの底に沈降し始めた。もう一方ビーカーでは、粘土の層間剥離は見られなかった。２４時間後には、処理されたビーカー中の粘土が完全に構成要素へと分離していた。もう一方のビーカーでは、粘土はいまだにそのままであり、粘土の膨張の僅かな兆しが見られた。
【００６５】
実施例４−「保存用原液１（Con1）」の調製
６００グラムのペンレコ（登録商標）（Penreco(R)）のドラケオール（登録商標）（Drakeol(R)）５が、実施例１Ａに基づいて調製されたイオン複合体混合物を含む１２０グラムの溶液の入ったガラスビーカーに加えられた。連続的にかき混ぜながら、加熱機が点けられた。混合物の温度は、２６５°Ｆ（１２９℃）より高くなり、２０分間その温度で沸騰した。２０分間で、塩が形成し、溶液からビーカーの底に沈降した。油相は明るくて透明であった。この溶液をこれ以降において「保存用原液１」と呼ぶ。
【００６６】
実施例５−「添加剤１（Additive 1）」の調製
実施例４に記載されている手順に基づいて調製された５グラムの保存用原液１が、１００グラムのドラケオール（登録商標）と混合され、攪拌された。その結果できる溶液をこれ以降において「添加剤１」と呼ぶ。１０ｍｌの添加剤１が２００ｍｌのディーゼル燃料と混合された。添加剤１はディーゼル燃料中に完全に混和した。
【００６７】
実施例６
４グラムの添加剤１と２２５グラムの無鉛ガソリンとをビーカーで混合した。添加物１はガソリン中に混和した。
【００６８】
２−サイクルエンジン試験
実施例６に基づいて調製された混合物が、２−サイクルエンジンにおいて燃料効率の測定と「害を成さない（do no harm）」ことを試験するための実験に用いられた。試験行為のために選ばれたエンジンは、３０ｃｃ（ｍｌ）のエンジンを有するホメライト（Homelite）の２−サイクルのリーフブロアー（leafblower）であった。ブロアーを高速（high rpm）で回転させる要求は、小さなエンジンに負荷をかける。エンジンは、常に一定の負荷を伴って７２００ｒｐｍの範囲で駆動する。２−サイクルエンジンは、通常５０：１の比率の燃料とオイルの混合物を使用し、潤滑にするのが困難であり、燃料効率が悪い。潤滑し、エンジンを損傷から保護するために現在広く用いられている２−サイクル用の潤滑剤は、オイル中の非常に有毒であり汚染を生じる重量成分である「ブライトストック（brightstock）」を大量に含む。このタイプの２−サイクルエンジンは、適切に潤滑化されていない場合、通常２０分以内に止まってしまうだろう。こうして、含ケイ素物質で作られた潤滑剤が、停止及び故障に対して２−サイクルエンジンの保護を提供するであろう。
【００６９】
実施例７（比較）
燃料は、５０：１の燃料：オイル混合比で標準的な２−サイクルオイルを用いて調製された。二つのコントロール運転が、新しいエンジンについて行われ、各運転には４．５グラムの標準的な２−サイクルオイルと混合された２２５グラムのガソリンが用いられた。「基準（baseline）」のコントロール運転の長さ（例えば燃料が尽きるまでの時間）は、二つの運転の長さの平均によって決定され、その結果２９分４５秒の基準になった。そして、１パイント（０．４７３リットル）の体積の処理済２−サイクル用オイルが、実施例４に基づいて調製された保存用原液１を（重量で）５％含むよう調製された。その後、４つの同一の運転試験が行われた。それぞれが４．５グラムの処理済２−サイクルオイルと混合された２２５グラムのガソリンを用いており、試験用エンジンをそれが燃料の欠乏によって停止するまで運転させた。４つの試験のそれぞれにおいて、燃料が尽きる時間が測定された。４回の運転から得られた結果が以下の表１に示される。
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【００７０】
（保存用原液１を添加剤として用いた）４回の運転試験の平均は、コントロール運転（基準−無添加）が２９分４５秒であるのに対し、３３分１３秒であり、同時間の運転に対する燃料の使用が減少した。保存用原液１添加物を用いて調製された試験混合物を伴うことで、微粒子の排出に顕著な減少も見られた。エンジンは停止せず、実際に保存用原液１を用いて調製された試験混合物を伴うとより滑らかに運転するようであった。この試験は、保存用原液１添加物が燃料効率を改善し、排出物を低減させると共に、エンジンを害わないことを示した。
【００７１】
実施例８
３００グラムのメチルエステル（イリノイ州のシカゴにあるコロンブスフーズ（Columbus Foods）の大豆メチルエステル（Soy Methyl Ester））がビーカーに入れられ、実施例１Ａに基づいて調製されたイオンの複合体混合物を含む１５グラムの溶液がそこに加えられた。溶液は２００°Ｆ（９３℃）以上に加熱されることで、泡を形成し始め、冷却されることで石鹸を形成した。この例である混合物は、燃料又は潤滑油の添加物の候補にはならないと考えられた。
【００７２】
実施例９
５グラムの保存用原液１が１００グラムのメチルエステルに加えられ、それはその中で完全に混和した。その結果生じた混合物は、およそ１０ガロン（３８リットル）の自動車用ガソリン又はディーゼル燃料に対して１オンス（２８グラム）の燃料添加物の混合物の割合で燃料添加物として用いられた。
【００７３】
実施例１０
０．１グラムのパラタングステン酸アンモニウム（固体）が、固体が溶けるまで攪拌しながら実施例１Ａに基づいて生成された４０グラムのイオンの複合体混合物に加えられた。そして１０１０鋼鉄のパネルが結果物たる溶液に浸され、一分後に取り出された。可視の薄いしっかりした付着性の膜が金属の基材上に形成された。パネルの表面がEDAXによって解析され、得られた結果が図１１に示されるスペクトルによって図示されている。タングステン及びケイ素の存在が、金属の表面上で検出された。
【００７４】
その後、上述のパラタングステン酸アンモニウムの溶液は、塩が形成してガラスビーカーの底に沈降するまで攪拌しながら３００°Ｆ（１４９℃）以上に加熱することによる実施例４に記載される一般的な手順を用いることで、ドラケオール（登録商標）５で脱水された。温度が約１８０°Ｆ（８２℃）である間に、１０１０鋼鉄のパネルを得られた溶液中に挿入すると、可視の薄い膜がパネル上に存在した。そして、このパネルはEDAXによって解析された。得られた結果は、図１２に提供されるスペクトルによって図示されている。タングステン及びケイ素の存在が表面において検出された。
【００７５】
実施例１１
０．１グラムのモリブデン酸アンモニウム（固体）が、固体が溶けるまで攪拌しながら実施例１Ａに基づいて生成された４０グラムのイオンの複合体混合物に加えられた。そして１０１０鋼鉄のパネルが結果物たる溶液に浸され、一分後に取り出された。可視の薄いしっかりした付着性の表面が金属上に形成された。そして、パネルの表面がEDAXによって解析された。結果は図１３に提供されるスペクトルによって図示されている。ケイ素及びモリブデンが金属表面に検出された。
【００７６】
水溶液からのタングステン及びモリブデンの無電解溶着は、本発明の別の新しい特徴である。従来技術は、そのような溶着は不可能だと教示する。例えば、フレデリック、エー、ローエンハイム（Frederick A Lowenheim）の従来の教科書である「電気被覆：表面処理の基礎（Electroplating:Fundamentals of Surface Finishing）」、1977年、マグロウヒル出版社（McGraw-Hill Book Company）、テキサス州、ASIN0070388369（141ページ）は、「それらの電極電位の見地から、タングステンやモリブデンを例とする金属を約５のｐＨの水溶液から電気被覆することは可能であろう。それにもかかわらず（文献における主張にも関わらず）、これらの金属は水溶液からその物質だけを溶着させることができない。」従って、他の難燃性金属と共にタングステン及びモリブデンの水溶液からの無電解溶着は業界において新規である。ケイ素／難燃性金属の表面は広範囲の商業的用途を見出すであろう。それは例えば、金属表面の保護、摩擦係数の低減、腐食の防止、金属の硬化であり、前述したように高い耐熱性を付与できる。他の特定の分野の可能な用途には、地上のタービン装置の使用に加えて、飛行機におけるジェットタービンエンジン用の燃料添加物を含む。温度障壁が、超合金のタービン及びガスタービンエンジンの燃焼機や増強装置の部品を例とする熱環境に対するために設計された部品に用いるために、本発明の方法によって容易に形成されるであろう。ケイ素−窒素はジェットタービンの部材の表面に拡散し、耐熱性（及びおそらくは反射性の）被覆を形成するであろう。エンジンと離しておくことと、部材を交換するか金属化するスプレーを用いることのいずれかを含まなければ、ジェットタービンエンジンの部材を被覆するための今日知られている方法は無かった。現在用いられている方法は、部品及び物質のための休止時間及び交換費用の両方を原因として、タービンの所有者に対して明らかに経済的な重荷を課している。
【００７７】
重要な潜在的価値を有する他の商業的用途の部分は、加熱処理用のガス燃焼炉及び低NOX工業用熱分解炉を例とする工業用燃焼システム用のバーナーである。天然ガスの燃焼は、かなりの量の酸化窒素を発生させ、天然ガスバーナーの設計を改善し、それらのNOX排出をより減少させるために多くの時間と金が費やされている。新しい低NOXバーナーは一定時間におけるNOXの排出を減少させるであろう。しかし、天然ガス中の体積比１０億分の１程度の金属が、徐々にバーナーのノズルに蓄積し、フローパターン（flowpattern）に影響を与えることでNOXを増加させるであろう。工業用バーナーへの耐熱被覆は、バーナーの耐用年数を著しく延ばし、低NOX排出を持続させる。そのような耐熱被覆は、より安価なバーナーの素材の使用を許容する可能性があるという更なる利点を有する。窒化ケイ素の薄い被覆は、例えば、燃焼ガスの流れ特性を、NOXの排出をより少なくし、バーナーの性能を向上させるためのバーナー設計のオプションに関して更なる利点を付与するように改善できるであろう。
【００７８】
４−サイクルエンジン試験
実施例１２（比較）
この実施例の試験のために、４．６リッターのエンジンと自動変速機を有する2000年型リンカーンタウンカー（Lincoln Town Car）を用いた。基準の燃料消費値は、車を通常の無鉛燃料で継続的に約７２ＭＰＨ（時速１１５ｋｍ）で３００マイル（４８０ｋｍ）以上走らせることによって最初に定められた。その結果の基準平均燃料消費は２２．４ＭＰＧ（９．４ｋｍ／ｌ）であった。その後に、燃料タンクは実施例９（１０ガロン（３８リットル）のダイアモンドシャムロック（DiamondShamrock）ブランドの通常の無鉛燃料に対して１オンス（２８グラム）の燃料添加物）で上述した本発明に基づく添加物を用いて再び充填された。そして、試験用の車は、ほぼ同じ速度（７２ＭＰＨ（時速１１５ｋｍ））でほぼ同じ環境においてほぼ同じ高速道路を走行した。搭載されたコンピュータは、車が添加物で処理した燃料で２５．９ＭＰＧ（１０．９ｋｍ／ｌ）を達成したことを示した。これは、タンクあたり３．５ガロン（１３．３リットル）の燃料の使用の減少、又は１５．６％の燃料効率の向上に相当する。
【００７９】
実施例１３（比較）
４．９リットルのエンジンと標準的な５速マニュアル変速機を有し、325,000マイル（520,000ｋｍ）使用してあり、通常の無鉛燃料を用いて１５．５ＭＰＧ（６．５１ｋｍ／ｌ）の基準を定めたフォードの1991年製F150（1991Ford F150）ピックアップトラックが、実施例５で上述した手順に従って調製された添加物１、それは１０ガロン（３８リットル）の通常の無鉛燃料に対して１オンス（２８グラム）の添加物1を用いる、を使用して試験された。実施例１２について上述されたのと同様の試験条件において、この試験用の車は１９．６７ＭＰＧ（８．２６ｋｍ／ｌ）の燃料効率となり、それは２６．９％の燃料効率の利得である。
【００８０】
実施例１４（比較）
184,165マイル（294,664ｋｍ）走行してある６．５リッターエンジンを有する１９９８年製シボレー（Chevrolet）CK3500の四輪駆動車（4x4）が試験用の車として用いられた。基準となる燃料効率は１４．７ＭＰＧ（６．１７ｋｍ／ｌ）と定められた。そして、一回の試験走行が基準を定めるために試験用の車について行われた。その後、３回の試験走行が、通常の地上用自動車ディーゼル燃料に添加物１を用いて行われた。添加の比率は、１０ガロン（３８リットル）のディーゼル燃料に対して１オンス（２８グラム）の添加物１であった。結果が以下の表２に記載されている。
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【００８１】
実施例１５（比較）
以下の実施例のために、１５０ＫＷのフィアットの（Fiat）エンジンを有するディーゼル発電機が用いられた。フィアットのエンジンは試験の前に13,850時間使用されていた。試験の目的は、本発明に基づいて調製されたいずれかの添加物の燃料効率及び環境排出物に与える影響を決定することである。一般にエンジンは起動する時にかなりの微粒子を放出し、通常は運転している間に可視の煙を出し続けた。発電機はこの試験のために３３％の最大負荷に設定された。燃料使用の基準値は、燃料タンクにタンクの最上部まで満たすことによって決定された。その後ディーゼルエンジンは始動され、発電機は８時間で３３％の負荷を有して運転した。その後に、燃料タンクは再び充填され、タンクを満たすために用いた量を調べることによって、燃料効率が決定された。燃料タンクの容積は１００ガロンであった。
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【００８２】
表３に記載されているように、上述した添加物１を用いた試験の燃料消費が一時間あたり３．６３４ガロン（１３．８リットル）であるのに対し、（添加物１無しの）燃料消費の基準は、一時間あたり４．０７５ガロン（１５．５リットル）であった。これは、約９．２４％の燃料消費量の減少に相当する。
【００８３】
更に記載した通り、試験用エンジンは、基準の運転のための始動の間に比較的ひどい微粒子の排出をした。それはディーゼルエンジンにとっては例外的なことでは無い。エンジンは、処理された後は、始動時にみられる微粒子の非常に顕著な減少があり、燃焼プロセスの改善が示唆された。
2008523166.tif 000005
【００８４】
組成物２
メルクルの特許において、低純度のケイ素/カリウムの解析が記載されている（欄２３のメルクルの実施例1参照）。上述したように、メルクルの方法は、４５分続く発熱フェーズの前に６時間続く吸熱フェーズを用いた。本発明のある実施形態によると、反応スキームは新しい変更を含んで用いられ、そこではアルカリ金属の添加率は変更され、吸熱反応は用いられない。
【００８５】
実施例１６
この実施例では、約７５％のケイ素と約２５％の鉄を含む６１６グラムのフェロシリコンの（ferrosilicon）岩が用いられ、その岩の大きさは約１cm（約インチ）であった。他の試薬には２０００グラムの水酸化アンモニウム（２６°ボーメ（Baume）（比重２．１８））及び６１６グラムの水酸化カリウム（フレーク状）が含まれた。原料はできる限り素早く加えられ、その後に、容器に熱を加えることによって発熱反応へと押し進めた。発熱反応は４５分間続き、透明な粘性の流体がもたらされた。そして、比重が１．２と測定された。得られた溶液は、未反応のフェロシリコンの岩からデカントされた。
【００８６】
実施例１７
実施例１６に記載された溶液の調製の約一時間後に、１０１０鋼鉄のパネルが３０秒間溶液に浸され、その後に取り出された。そして、パネルはEDAXによって解析された。解析の結果は図１４に提示されるスペクトルに示される。ケイ素は、金属の表面で検出された。
【００８７】
実施例１８−「保存用原液２（Con2）」の調製
４０００ｍｌのビーカーに６００グラムのドラケオール（登録商標）５が入れられ、実施例１６に基づいて調製された１２０グラムのフェロシリコンの溶液が加えられた。溶液は攪拌しながら加熱された。３００°Ｆ（１４９℃）以上で塩が沈降し、透明で明るい溶液が残り、全ての水が除去されたことが示唆された。加熱機が停止され、温度が１８０°Ｆ（８２℃）に下がり、その時に１０１０鋼鉄のパネルが一分間そのオイル溶液に浸された。パネルが取り出されると、薄く固着性の膜が金属上に観察された。その後にパネルはEDAXによって解析された。結果は、図１５に示されるスペクトルに提示される。ケイ素は金属表面で検出され、その事は、オイル中の可溶性ケイ素の一種がオイルをベースとした溶液から金属に溶着することを示唆する。この溶液はこれ以降において「保存用原液２」と呼ぶ。
【００８８】
保存用原液２は、オイル及び潤滑油の添加剤を生成するために、２０グラムの中性溶媒オイルに対して1グラムの保存用原液２の割合で、１５０中性溶媒ＢＰ９０１基油（base oil）に加えられた。本実施例においては１５０中性溶媒ＢＰ９０１基油が用いられたものの、当業者は、溶媒精製パラフィン系潤滑留分から製造されるあらゆる基油又はＵＳ３５０Ｈグループ２オイルを例とする、あらゆる類似のオイルが使用されることによって満足な結果を伴うであろう事を理解するであろう。
【００８９】
４−サイクルエンジン試験
実施例１９
実施例１８に基づいて調製された５グラムの保存用原液２が、１００グラムのドラケオール（登録商標）５中へと攪拌された。これ以降「添加物２（Additive 2）」と呼ぶその得られた混合物は、実施例１２に関する文章中で既に言及されている2000年型リンカーンタウンカーの燃料タンクに入れられ、その比率は、１０ガロン（３８リットル）の通常のダイアモンドシャムロックブランドの無鉛燃料に対して１オンス（２８グラム）の添加物２であった。実施例１２に関して記載したように、この車の基準燃料消費は２２．４ＭＰＧ（９．４ｋｍ／ｌ）と以前に定められた。そして、試験用車は７２ＭＰＨ（１１５ｋｍ／ｈ）の平均速度で３１０マイル（４９６ｋｍ）を走行した。最初の１００マイル（１６０ｋｍ）の間に、搭載されたコンピュータは２４．５ＭＰＧ（１０．３ｋｍ／ｌ）を記録した。試験の残りにおいては、搭載されたコンピュータは２７．４ＭＰＧ（１１．５ｋｍ／ｌ）を記録し、５ＭＰＧ（２．１ｋｍ／ｌ）又は２２．３％の燃料効率の改善が見られた。この事は、３．５ＭＰＧ（１．４７ｋｍ／ｌ）又は１５．６％の保存用原液１を用いた実施例１２の結果を超える燃料効率の更なる向上を表す。
【００９０】
実施例２０
この実施例においては、添加物２が、１０ガロン（３８リットル）のダイアモンドシャムロックブランドの通常の無鉛燃料に対して１オンス（２８グラム）の割合で、（現時点で334,000マイル（534,400ｋｍ）使用してある）実施例１３のフォード１５０ピックアップトラックで試験された。そして、車は２２０マイル（３５２ｋｍ）走行し、１９．３７ＭＰＧ（８．１４ｋｍ／ｌ）を達成した。これは実施例１３で達成した結果と同様である。
【００９１】
追加金属試験
実施例２１
この実施例においては、一塩基性リン酸アンモニウムの化学量論的量が水に溶かされる。溶液のｐＨは水酸化アルカリ金属の添加によって１４まで上げられる。その後、得られた溶液は１８０°Ｆ（８２℃）以上に加熱され、２０分間又はアンモニア臭がしなくなるまで上昇した温度で維持される。そして、１０１０鋼鉄のパネルが２０秒間溶液に浸されると、金属上に薄い固着性の膜が形成される。ステンレス鋼の包丁が３０秒間溶液に浸され、取り出されて乾かされた。薄い固着性の膜がステンレス鋼の上に形成された。ステンレス鋼は不動態化金属合金であり、新しい表面を得るために、薄い硝酸溶液中での重要な準備と、そのすぐ後に続く電力を加えためっき槽に入れることなく新しい表面を受容することは無い。溶液はアンモニウム／アルカリ金属／リン及び水を含む。その後に溶液は、炭化水素オイル中で加熱されることで脱水される。１０１０鋼鉄のパネルは３０秒間オイル溶液に浸され、薄い固着性の膜が鋼鉄のパネル上に形成された。
【００９２】
実施例２２
この実施例においては、硫酸アンモニウムの化学量論的量が水に溶かされる。水溶液のｐＨは１２以上に上げられ、その後に溶液は１８０°Ｆ（８２℃）以上に加熱されてその温度でアンモニア臭がなくなるまで保たれる。そして、ステンレス鋼のナイフが溶液に浸され、薄い固着性の膜がステンレス鋼部分に形成される。溶液はアンモニウム／アルカリ金属／硫黄及び水を含む。そして、溶液は炭化水素オイル中で加熱されて脱水される。１０１０鋼鉄のパネルが３０秒間オイル溶液に浸され、薄い固着性の膜が鋼鉄パネル上に形成された。
【００９３】
実施例２３
この実施例においては、酢酸アンモニウムが水に溶解される。その後、溶液のｐＨは１２以上に上げられ、アンモニア臭がなくなるまで１８０°Ｆ（８２℃）以上の温度に保たれる。溶液はアンモニウム／アルカリ金属／炭素及び水を含む。そして、溶液は炭化水素オイル中で熱によって脱水される。
【００９４】
実施例２４
この実施例においては、ホウ酸アンモニウムの化学量論的量が水に溶かされる。その後、溶液のｐＨはアルカリ金属を加えることによって１２以上に上げられ、そして、２０分間又はアンモニア臭がしなくなるまで加熱される。溶液はアンモニウム／アルカリ金属／ホウ素を含む。ステンレス鋼のパネルが溶液に浸されると、薄い固着性の膜がステンレス鋼上に形成される。その後、溶液は炭化水素オイル中で熱によって脱水される。１０１０鋼鉄のパネルはオイル溶液に浸されると、薄い固着性の膜を金属上に形成した。
【００９５】
実施例２５
この実施例においては、５４．４グラムのビスマスのＢＢ弾（BB’s）が沸騰している硫酸及び水と混合される。溶液はデカントされ、ビスマスのＢＢ弾は水で洗浄され、乾燥され、そして秤量される。合計２．４グラムのビスマスが、ｐＨが２以下の溶液中に溶解した。溶液は水酸化アンモニウムを加えることによってｐＨ８まで上げられ、水酸化カリウムを加えることによって１２以上に更に上げられた。そして、溶液はアンモニア臭がなくなるまで１８０°Ｆ（８２℃）以上に加熱された。１０１０鋼鉄のパネルが溶液に浸されると、薄い固着性の膜が鋼鉄のパネル上に形成した。その後、溶液は炭化水素オイル中で加熱され脱水された。１０１０鋼鉄のパネルが３０秒間オイル溶液に浸されると、薄い固着性の膜が鋼鉄のパネル上に形成した。
【００９６】
実施例２６
この実施例においては、（７５％がケイ素（Si）の）フェロシリコンが反応容器に入れられる。そして、水酸化アンモニウム、水酸化アルカリ金属及び水が反応容器に入れられる。その後、容器は１８０°Ｆ（８２℃）まで加熱されて放熱反応が起こり、その反応は、溶液が粘度が高すぎて更なる反応を補助できなくなるまで続く。
【００９７】
エタノール／メタノールの溶液がガラスビーカーに入れられる。秤量された量のケイ素の水溶液がアルコール混合物へと注がれる。すぐに塩の沈降が起こる。そして、１０１０鋼鉄のパネルが３０秒間溶液に浸されると、薄い固着性の膜が鋼鉄のパネル上に形成される。
【００９８】
その後、ケイ素の水溶液は炭化水素オイル中で加熱脱水され、いくらかのケイ素がオイル中で部分的に可溶化する。そして、実施例２２（上記）の硫黄オイルがケイ素オイルと混合され、オイルは混和する。ビーカー１杯のエタノール／メタノールが容器に加えられ、硫黄／ケイ素オイルがエタノール／メタノール溶液に加えられる。そして、１０１０鋼鉄のパネルが硫黄／ケイ素のオイル溶液に３０秒間浸され、その後に取り出される。薄い固着性の膜が鋼鉄のパネル上に形成した。現在エタノールは、石油資源への依存度を減少させる方法として勧められている。エタノールは溶液の輸送及び取り扱いに制限を有する。エタノールは非常に腐食性を有し、従って、エタノールに接触する金属上に膜を形成することができるいかなるシステムも高い価値を有するであろう。
【００９９】
実施例２７
バイオディーゼルも、石油への依存を減少させるための方法として勧められている。例えば、バイオディーゼルは８０％の炭化水素ディーゼル燃料と２０％のメチルエステルの混合物である。メチルエステルは植物油、主に大豆油由来であり、グリセリンを除去するために処理される。そして、メチルエステルはあらゆる比率で炭化水素ディーゼルに加えられ、燃焼の目的のために用いることができる。上記実施例１Ａの水溶液は、最初に炭化水素オイル中で加熱脱水される。そして、得られた溶液はメチルエステルに加えられ、完全に混和する。１０１０鋼鉄のパネルが３０秒間改良されたメチルエステルに浸される。薄い固着性の膜が鋼鉄の基材上に溶着する。こうして、メチルエステルは内燃機関内の全ての金属部品上に薄い固着性の膜をもたらすために用いられるであろう。
【０１００】
発明の好適な実施形態が示され、説明されたが、それらの改良が発明の精神及び教示から逸脱することなく当業者によってなされるであろう。本開示中に記載される実施形態は例示に過ぎず、限定することを意図しない。ここで開示される発明の多くの変更及び改良が可能であり、発明の範囲内である。従って、発明の範囲は上に並べられた説明によって限定されることは無く、以下の請求項によってのみ限定され、その範囲には請求項の主題の全ての均等物が含まれる。
【０１０１】
本開示中で提供される実施例は、図示及び説明の目的のみのために提示されており、本発明の請求項又は実施形態を限定することを意図しない。発明の好適な実施形態が示され、説明されたが、それらの改良が発明の精神及び教示から逸脱することなく当業者によってなされるであろう。発明のあらゆる与えられる実施のための処理の基準、付属の処理装備などが、当業者にとってはここにおける開示に基づいて解明可能であろう。ここに記載される実施形態は例示に過ぎず、限定を意図するものではない。ここで開示される発明の多くの変更及び改良が可能であり、発明の範囲内にある。「任意に（optionally）」の用語を発明のあらゆる要素に関して用いることは、対象の要素が必要であるか、又は必要でないことを意味することを意図している。両方の選択肢が発明の範囲内にあることを意図している。
【０１０２】
関連技術の説明（Descriptionof the Related Art）中の引用文献は、特に本出願の優先日後の公開日を有するであろうあらゆる引用文献の考察は、それが本発明の先行技術であることの承認ではない。ここで引用される全ての特許、特許出願及び出版物の開示は、それらがここで説明されたものに対する補足となるような例、手続、或いは他の詳細を与える限りにおいて、それら全体を参照によって本開示中に導入される。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明に基づくイオンの複合体混合物を含む水溶液の29SiNMRによるスペクトル図である。
【図２】本発明に基づくイオンの複合体混合物を含む水溶液の29SiNMRによるスペクトル図である。
【図３】本発明に基づくイオンの複合体混合物を含む水溶液で処理した鋼鉄のパネルの簡易スキャンXPSによるスペクトル図である。
【図４】本発明に基づくイオンの複合体混合物を含む水溶液で処理した鋼鉄のパネルのSi2pピークの高解像度XPSによるスペクトル図である。
【図５】本発明に基づくイオンの複合体混合物を含む水溶液で処理した鋼鉄のパネルのN1sピークの高解像度XPSによるスペクトル図である。
【図６】本発明に基づくイオンの複合体混合物を含む水溶液で処理した鋼鉄のパネルのEDAXによるスペクトル図である。
【図７】本発明に基づくイオンの複合体混合物を含む水溶液で処理した鋼鉄のパネルのEDAXによるスペクトル図である。
【図８】本発明に基づくイオンの複合体混合物を含む水溶液で処理した鋼鉄のパネルの簡易スキャンXPSによるスペクトル図である。
【図９】本発明に基づくイオンの複合体混合物を含む水溶液で処理した鋼鉄のパネルのSi2pピークの高解像度XPSによるスペクトル図である。
【図１０】本発明の基づくイオンの複合体混合物を含む水溶液で処理した鋼鉄パネルのN1sピークの高解像度XPSによるスペクトル図である。
【図１１】本発明に基づくケイ素及びタングステンを含むイオンの複合体混合物を含む水溶液で処理した鋼鉄のパネルのEDAXによるスペクトル図である。
【図１２】本発明に基づくケイ素を含むオイルをベースとした溶液で処理したEDAXによるスペクトル図である。
【図１３】本発明に基づくケイ素及びモリブデンを含むイオンの複合体の水溶液で処理した鋼鉄パネルのEDAXによるスペクトル図である。
【図１４】本発明に基づくフェロシリコンから作られた溶液で処理した鋼鉄のパネルのEDAXによるスペクトル図である。
【図１５】本発明に基づくケイ素を含むオイルをベースとした溶液で処理したEDAXによるスペクトル図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年8月14日(2006.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本質的に表面を変えることによってエンジンの性能を向上させるための添加物であって、水溶液中に
アンモニウムイオン源と
アルカリ金属イオン源と
被覆成分と
を含み、前記溶液のpHが約９以上である添加物。
【請求項２】
更に炭化水素を含む請求項１に記載の添加物。
【請求項３】
記載なし
【請求項４】
被覆成分が、リン、硫黄、炭素、ビスマス、ホウ素、ケイ素及びそれらの組合せから成るグループから選択される請求項１に記載の添加物。
【請求項５】
被覆成分が、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、硫酸溶液に溶けた金属性ビスマス、フェロシリコン及びそれらの組合せから成るグループから選択される請求項１に記載の添加物。
【請求項６】
炭化水素が、中性溶媒オイル、合成オイル、ミネラルオイル、転換可能な植物油、メチルエステル及びそれらの組合せから成るグループから選択されるオイルを含む請求項２に記載の添加物。
【請求項７】
本質的に表面を変えることによって燃料性能を向上するための添加物を調製するための方法であって、
水性混合物を調製する段階と
水性混合物を加熱する段階とを含み、
水性混合物が、アンモニウムと、アルカリ金属と、被覆成分とを含み、
前記被覆成分がリン、硫黄、炭素、ビスマス、ホウ素、ケイ素及びそれらの組合せから成るグループから選択され、
前記水性混合物のｐＨが約９以上である方法。
【請求項８】
水性混合物を脱水する段階を更に含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
塩を沈降させる段階を更に含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
炭化水素オイルに溶解する段階を更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ｐＨが９より大きく、本質的に表面を変えることによって燃費を向上させるために炭化水素に溶解することができる水性組成物であって、前記組成物が、アルカリ金属と、アンモニウムイオン源と、被覆成分との組合せから形成され、
被覆成分がリン、硫黄、炭素、ビスマス、ホウ素、ケイ素及びそれらの組合せから成るグループから選択される水性組成物。
【請求項１２】
アルカリ金属がナトリウムである請求項１１に記載の水性組成物。
【請求項１３】
アルカリ金属がカリウムである請求項１１に記載の水性組成物。
【請求項１４】
アンモニウムイオン源が、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、水酸化アンモニウム及びそれらの組合せから成るグループから選択される請求項１１に記載の水性組成物。
【請求項１５】
前記水性組成物が、中性溶媒オイル、合成オイル、ミネラルオイル、転換可能な植物油、メチルエステル及びそれらの組合せから成るグループから選択される炭化水素オイルに溶解されることによって、溶けた組成物がディーゼル燃料中で混和して安定である請求項１１に記載の水性組成物。
【請求項１６】
内燃機関の内部摩擦面に用いるための添加物を調製するための方法であって、
水性組成物を調製する段階と、
前記添加物を生成するために、炭化水素液に前記水性組成物を溶解する段階と、
内燃機関の内部摩擦面に前記添加物を適用する段階と
を含み、前記組成物のｐＨが約９以上であり、組成物が
アンモニウムイオン源と、
アルカリ金属イオン源と、
被覆成分と
を含む方法。
【請求項１７】
被覆成分が、リン、硫黄、炭素、ビスマス、ホウ素、ケイ素及びそれらの組合せから成るグループから選択される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
炭化水素液が、中性溶媒オイル、合成オイル、ミネラルオイル、転換可能な植物油、メチルエステル及びそれらの組合せからなるグループから選択される請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
アンモニウムイオン源が、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、水酸化アンモニウム及びそれらの組合せから成るグループから選択される請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
水性混合物を脱水する段階と、塩を沈降する段階を更に含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
周期表のグループI-VIIIの少なくとも一つの追加金属が、添加物に溶けている請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも一つの導電性基材にケイ素表面を無電解溶着することを更に含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
内燃機関がディーゼルエンジンを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
内燃機関がガソリンエンジンを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
内燃機関の燃料消費が少なくとも５％改善する請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
内燃機関の性能を改善する添加物を調製する方法であって、含ケイ素成分の水溶液を調製する段階と、溶液に水酸化アンモニウムを添加する段階と、水酸化アルカリ金属を溶液中に混合する段階と、炭化水素を溶液に混合する段階と、水を除去し、塩を沈降させるために加熱する段階とを含み、
含ケイ素成分がケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、フェロシリコン及びそれらの組合せから成るグループから選択され、水酸化アルカリ金属が水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及びそれらの組合せからなるグループから選択される方法。
【請求項２７】
含ケイ素成分がケイ酸ナトリウム又はケイ酸カリウムである請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
含ケイ素成分がフェロシリコンである請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
水酸化アルカリ金属が水酸化ナトリウムである請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
水酸化アルカリ金属が水酸化カリウムである請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
水酸化アルカリ金属が水酸化カリウムである請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
炭化水素が、中性溶媒オイル、合成オイル、ミネラルオイル、メチルエステル及びそれらの組合せから成るグループから選択される請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
炭化水素が中性溶媒オイルである請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
炭化水素が合成オイルである請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
金属表面を本質的に変えるための組成物であって、含ケイ素成分と、水酸化アンモニウムと、アルカリ金属とを含む水溶液を提供する段階と、炭化水素を結果的に生じた溶液と混合する段階と、水を除去し、塩を沈降させるために加熱する段階とによって調製され、
含ケイ素成分がケイ酸塩ナトリウム、フェロシリコン、ケイ酸塩カリウム及びそれらの組合せから成るグループから選択され、アルカリ金属が水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及びそれらの組合せから成るグループから選択され、
組成物が本質的に金属表面を変える組成物。
【請求項３６】
前記組成物の調製が、組成物を潤滑油と組合せる段階を更に含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記組成物の調製が、組成物を燃料と組合せる段階を更に含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
無機水性組成物を調製する方法であって、ケイ素源、アンモニウム源及びアルカリ金属源を含む複合混合物を調製する段階と、前記混合物を炭化水素液に溶解して添加物を生成する段階と、前記添加物を内燃機関の内部摩擦面に適用する段階とを含む方法。
【請求項３９】
周期表のグループI-VIIIの少なくとも一つの追加金属が、添加物に溶解されている請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
少なくとも一つの導電性基材にケイ素表面を無電解溶着する段階を更に含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
少なくとも一つの導電性基材に二元金属性ケイ素表面を無電解溶着する段階を更に含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
内燃機関がディーゼルエンジンを含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
内燃機関がガソリンエンジンを含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
内燃機関の燃費が少なくとも５％向上している請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
内燃機関の燃費が少なくとも５％向上している請求項４３に記載の方法。
【国際調査報告】
2008523166.tif 000021
2008523166.tif 000022