(57)【要約】本発明は、一般的に金属転化表面の分野に関し、具体的には、鉄及びアルミニウム部品用のリン酸塩−金属化学吸着層、並びに転化表面の形成が可能な他の金属基板に対するリン酸塩−金属化学吸着層の生成に関する。リン含有溶液を金属構成部分に接触させて転化表面が形成されるようにする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩と分散媒との混合物を含むリン含有溶液であって、前記塩は、
〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４と、
〔Ｙ〕２ＨＰＯ４とを含み、式中〔Ｙ〕は陽イオンであり、
前記分散媒は、前記塩を前記分散媒内で少なくとも部分的な分散状態に維持することができ、前記リン含有溶液は、前記リン含有溶液が金属基板と接触状態に置かれるとき、前記金属基板上にリン−金属層を生成することができ、前記リン含有溶液は本質的に亜鉛が無く、かつ前記リン含有溶液を形成するための前記混合物は高度の発熱反応を伴わずに混合される、リン含有溶液。
【請求項２】
〔ＮＲ４〕２ＨＰＯ４を更に含み、Ｒは水素とアルキル基とそれらの組合せとからなる群から選択される、請求項１に記載のリン含有溶液。
【請求項３】
フリー・アンモニアが実質的に存在しない、請求項２に記載のリン含有溶液。
【請求項４】
〔Ｘ〕Ｃ２Ｈ３Ｏ２を更に含み、式中、Ｃ２Ｈ３Ｏ２は酢酸基であり、〔Ｘ〕は陽イオンである、請求項１〜３のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項５】
〔Ｘ〕はカリウムとＮＨ４とそれらの組合せとからなる群から選択される、請求項４に記載のリン含有溶液。
【請求項６】
前記リン含有溶液のｐＨは約６．０と８．０の間にある、請求項１〜５のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項７】
〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４中のＹはカリウムである、請求項１〜６のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項８】
〔Ｙ〕２ＨＰＯ４中のＹはカリウムである、請求項１〜７のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項９】
〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４及び〔Ｙ〕２ＨＰＯ４中のＹはアルカリ金属から選択される、請求項１〜８のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項１０】
分散剤を更に含む、請求項１〜９のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項１１】
ターゲット液を更に含み、前記ターゲット液が前記リン含有溶液を金属に接触させることができるようにする、請求項１〜１０のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項１２】
前記ターゲット液が潤滑液である、請求項１１に記載のリン含有溶液。
【請求項１３】
前記金属基板が少なくともエンジンの一部分を含む、請求項１〜１２のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項１４】
金属基板上にリン酸塩−金属層を生成する方法であって、前記金属基板はターゲット液に少なくとも部分的に接触し、前記方法は請求項１の前記リン含有溶液の一定量をリン酸塩−金属層を生成するのに効果的な前記ターゲット液に添加する工程を含み、前記リン含有溶液と結合した前記ターゲット液を前記金属基板に接触させて前記リン酸塩−金属層を前記金属基板上に生じるようにする方法。
【請求項１５】
前記リン含有溶液は更に〔ＮＲ４〕２ＨＰＯ４を含み、Ｒは水素とアルキル基とそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記リン含有溶液は更にＮＨ４Ｃ２Ｈ３Ｏ２を含み、式中Ｃ２Ｈ３Ｏ２は酢酸基である、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記リン含有溶液のｐＨは約６．０と８．０の間にある、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記リン含有溶液中の〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４中の前記Ｙはカリウムである、請求項１４，１５，１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記リン含有溶液中の〔Ｙ〕２ＨＰＯ４中の前記Ｙはカリウムである、請求項１４，１５，１６，１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ターゲット液は潤滑液又はリン酸処理浴からなる群から選択される、請求項１４，１５，１６，１７，１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
金属基板上に転化表面を形成する請求項１４に記載の方法によって生成されるリン酸塩−金属層を含む転化された金属基板。
【請求項２２】
前記金属基板は鉄を含む、請求項２１に記載の転化された金属基板。
【請求項２３】
前記金属基板は非鉄金属を含む、請求項２１に記載の転化された金属基板。
【請求項２４】
前記非鉄金属はアルミニウムである、請求項２３に記載の転化された金属基板。
【請求項２５】
前記金属基板は少なくともエンジンの一部分である、請求項２０，２１，２２又は２３に記載の転化された金属基板。
【請求項２６】
潤滑粘性を有する実質的な量のオイルと、
金属構成部分と接触すると前記金属構成部分上にリン酸塩−金属層を生成することができる請求項１に記載のリン含有溶液の一定量と
を含む、潤滑組成物。
【請求項２７】
前記潤滑組成物中にリンが約３００ｐｐｍと１２５０ｐｐｍの間の量存在する、請求項２６に記載の潤滑組成物。
【請求項２８】
内燃エンジンの潤滑方法であって、前記エンジンに請求項２６に記載の前記潤滑組成物を供給する工程を含む方法。
【請求項２９】
非鉄金属構成部分上に非鉄金属−リン酸塩転化表面を形成する方法であって：
リン含有酸にアルカリ金属水酸化物塩とアンモニウム／アミン化合物を混合して発熱反応を発生させ、それによって、活性なリン溶液を生成することによって前記活性なリン溶液を調製する工程と；
前記非鉄金属構成部分上の接触領域中で前記非鉄金属構成部分に前記活性なリン溶液を接触させて、前記接触領域上に前記非鉄金属−リン酸塩転化表面を形成する工程と；
を含む方法。
【請求項３０】
前記非鉄金属構成部分はアルミニウムを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記非鉄金属構成部分は少なくともエンジンの一部分を含む、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記活性なリン溶液は、潤滑液を用いる潤滑環境中で前記非鉄金属と接触させる、請求項２９，３０又は３１に記載の方法。
【請求項３３】
アルミニウム構成部分用のリン酸塩−金属層であって、前記表面は：
リン酸アルミニウムと；
酸化アルミニウムとを含み；
前記リン酸アルミニウムと前記酸化アルミニウムはアルミニウム構成部分上にリン酸塩−金属層を形成し、前記リン酸塩−金属層は前記リン酸塩−金属層を生成することができる請求項１に記載の一定量の前記リン含有溶液に前記アルミニウム構成部分を接触させる結果形成される、リン酸塩−金属層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本特許出願は、全体が参照により本明細書に組み込まれている、２００３年１月３１日に出願の米国特許仮出願６０／４４３，９９５号、及び２００３年６月２３日に出願の米国特許仮出願６０／４８０，６７２号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明の技術分野
本発明は、一般的に金属転化表面の分野、具体的には、鉄及びアルミニウム部品用のリン酸塩−金属化学吸着層、並びに転化表面を形成可能な他の金属基板に対するリン酸塩−金属化学吸着層の生成に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
鉄−リン酸塩転化表面の生成は、他の利益と共に高い乾式潤滑性を示す表面を作ることが知られている。装置の鉄の部品又は部片上への鉄−リン酸塩転化表面の生成は、従来、リン酸塩処理浴法によって実現されてきた。この浴は、一般的には、対象物品の表面へのリン酸塩の堆積プロセスを最適化するために亜鉛元素も含む。浴処理法の使用は、特定のタイプの部品又は部片、即ち、普通なら表面が素子に露出される大きな物品を被覆するのに実用的であるが、この浴処理法では、これらの処理すべき部品を被覆するために分解する必要がある。
【０００４】
デファルコ（ＤｅＦａｌｃｏ）に付与された米国特許第５，５４０，７８８号には、潤滑液中にリン酸塩処理化合物を供給することによる鉄基板上への転化表面の形成によって鉄−リン酸塩転化表面を生成するための方法が教示されている。この方法は、完成した機械エンジン上に鉄／リン酸塩表面を作るための転化表面の形成を含む。この組成物は、潤滑オイルを介して走行エンジン内に導入することができる。開示された組成物は、リン酸の元物質、アルカリ金属水酸化物、及び反応し易いＮＨ２基の元物質を含む。特に、反応性ＮＨ２基の元物質は、記載される高度の発熱反応の結果反応性ＮＨ２基を発生する。実験によれば、上記の反応において反応性ＮＨ２基の元物質の働きをした同じ成分が、異なる物理的条件下では反応性ＮＨ２基を発生しないことが示される。というのは、これらは異なる反応経路に従うからである。デファルコ特許において発生される反応性ＮＨ２基はフォスファミドとして最適に説明される。この特殊な化学物質は、デファルコ特許に記載されている高度な発熱反応の結果得られる。高いｐＨを有する物理的条件の結果、フリー・アンモニアの発生をもたらすことも留意すべきである。フォスファミドがエンジン中を潤滑媒体と共に循環すると、この組成物特有のリン酸塩−鉄転化表面が生成された。
【０００５】
様々な形態のリン酸塩含有物質を用いて鉄ならびに非鉄金属上に所望の転化表面を作製して、それぞれ特有の特性を有する特別な表面が得られた。ほとんどの努力が、鉄基板上へのリン含有被膜の堆積に向けられ、かつ亜鉛の使用を含む。金属基板又は金属部分と接触するときリン酸塩−金属転化表面を生成するはずのコスト効率の高い組成物を生成することは有利なはずである。このことは、この組成物が鉄表面の転化処理に役立つ場合は、有利なはずである。このことは、この組成物が転化表面の形成が可能な非鉄表面の転化処理に役立つ場合は、有利なはずである。このことは、この組成物がアルミニウム合金を含むアルミニウム表面の転化処理に役立つ場合は、特に有利なはずである。耐腐食性があり、乾燥時でも高い潤滑係数を有する転化表面を作り出すことは有利なはずである。被覆すべき部品の取外し無しで転化処理すべき部分にこの組成物を供給する方法を含むことは有利なはずである。
【０００６】
鉄構成部分に加えて、改善された非鉄構成部分、特に、アルミニウム構成部分を作り出す努力は数多い。スノー・モービル、芝刈り機、草刈り機、原付自転車、船外モータ、オフロード・カー、オフロード・バイク、チェーン・ソーなどに一般的に見られる２サイクル・エンジンなどの改善されたアルミニウム構成部分を作り出すためのこのような努力は、一般的に、転化表面を作り出すこととは対照的にアルミニウム合金の組成物に向けられていた。たとえば、固有のシリコン−アルミニウム  合金組成物が、米国特許第６，４１９，７６９号に開示されている。同様に、米国特許第５，２８４，５３２号に論じられている組成物などの希土類元素が、強化のためにアルミニウム合金に添加されている。
【０００７】
２サイクル・エンジンは、それらの典型的な用途の故に、しばしば、散発的に使用される。たとえば、スノー・モービルはシーズンオフには活動を停止される。これは、凝縮及びその結果得られる腐食に関する追加の問題につながる。腐食防止剤がこのタイプの困難を回避するためにしばしば添加される。
【０００８】
アルミニウム合金エンジンは、エンジンの潤滑用の潤滑オイルを含む。この潤滑オイルは、高皮膜強度が磨耗を最小にするように選択される。これによって金属間の接触を防ぎ、ピストンの傷付きに対する保護が提供される。動作温度が高いとき、２サイクル・モータはパワー及びトルクを失う。アルミニウム・ピストンは、熱により膨張し、摩擦が増大する。独占権で保護された様々な潤滑オイルが市場に導入されて高動作温度での性能を向上させている。ＡＳＴＭ  Ｄ−４８６３  ２サイクル・モータ潤滑性テストは、３５０℃（６６２°Ｆ）でトルク出力を測定し、性能のベンチマークである。
【０００９】
潤滑技術の分野は、改善した潤滑剤及び添加剤に対する絶え間のない探索によって特徴付けられる。あらゆる態様の現代のエンジンに対する満足できる潤滑性能にとって基本的な添加剤は、洗浄力、酸化防止特性、汚染物質の懸濁液などの多くの役割を担う。潤滑性を改善する試みにおいて、様々な合成オイル及び様々な添加剤が評価された。様々な合成エステルの組合せが改善した潤滑性を求めて測定された。更なる添加剤も磨耗を減少させるために提案された。一例は、２ストローク・サイクル潤滑剤が開示されている米国特許第６，２４２，３９４号である。米国特許第６，１７２，０１３号には、モリブデン及び脂肪族又は芳香族ジカルボン酸ジエステルの添加剤の使用による向上した摩擦係数及び磨耗特性を有する潤滑オイル組成物が開示されている。グリオキシル酸及びフェノールの付加化合物は周知である。例えば、アダムス（Ａｄａｍｓ）の米国特許第５，２８１，３４６号には、芳香族カルボキシル酸のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩を含む２サイクル・エンジン潤滑剤が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
所望の潤滑性又は表面を生成して、その結果、それぞれのリン含有物質が独創的な特性を有する特殊な表面組成になるようにリン含有物質の様々な形態が評価された。最も多くの努力は鉄基板上へのリン含有被膜の堆積に焦点をあてられ、かつ亜鉛の使用を含む。非鉄表面上へリン酸塩−金属転化表面を生成するはずのコスと効率のよい組成物を作り出すことは有利なはずである。アルミニウム合金エンジン上にリン酸塩−金属転化表面を生成することは有利なはずである。この転化表面が、作動中にこのエンジン上又はその一部分に生成することができる場合、有利なはずである。乾燥時循環性、効率、強度、及び／又は排出制御が向上するはずのアルミニウム合金エンジン上に転化表面を生成することは有利なはずである。被覆すべき部品の分解無しで、転化処理すべき部分にこの組成物を供給する方法を含むことは有利なはずである。亜鉛を必要としない組成物及び方法を作り出すことは有利なはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の概要
本発明は、金属構成部分上のリン含有転化表面の生成にとって有益な組成物及び方法を含む。本発明の組成物は、金属表面上に薄層を生成するのに有益である。
【００１２】
本発明は、中間溶液の成分として、〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４と〔Ｙ〕２ＨＰＯ４と水又は他の溶液とを含むリン含有溶液を含み、Ｙは陽イオンである。〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４、〔Ｙ〕２ＨＰＯ４、並びに本明細書で論じた他の塩も塩成分と呼ばれる。この塩成分の陽イオン部分は、任意の陽イオンでよいが、カリウムが好ましい陽イオンである。この場合、好ましい成分は、ＫＨ２ＰＯ４、Ｋ２ＨＰＯ４、及び水である。中間溶液は分散媒（キャリア液）と混合する。このキャリア液は、これらの塩を自身の内部に、少なくとも部分的に分散された状態に維持することができるどんな液体でもよい。次いで、中間溶液に使用される水又は他の溶媒を大幅に追い出して、キャリア液中で、少なくとも部分的に分散した状態、及び／又は部分的に溶解した状態のままにしてリン含有溶液を生成するようにする。得られるリン含有溶液は、それが金属基板と接触して置かれるとき、金属基板上にリン酸塩−金属層を生成することができる。
【００１３】
これらの塩にとって好ましい陽イオンの群は、アルカリ金属又は１Ａ元素である。オルトリン酸が記載されているが、本発明は、縮合した類似物であり、それゆえ、オルトリン酸の誘導体であり且つオルトリン酸と等価であるピロリン酸を含むこともできる。オルトリン酸をピロリン酸に縮合するプロセスによってＰＯ４３−がＰ２Ｏ７２−又は他の縮合リン酸塩になることに留意されたい。従って、〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４、〔Ｙ〕２ＨＰＯ４、及び〔ＮＨ４〕２ＨＰＯ４はピロリン酸に対する前駆体である。このため、ピロリン酸形態の使用は、〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４、〔Ｙ〕２ＨＰＯ４、及び〔ＮＨ４〕２ＨＰＯ４として表わすことができ、且つ同様な形態で表わすことができるオルソリン形態の定義内に包含される。
【００１４】
有利なことに、リン含有溶液には本質的には亜鉛が無い。ある量の亜鉛は、溶液中に存在することができるが、例えば、それが原材料の形で存在するとき、亜鉛はメッキに役立つ量では添加されず、又は存在しない。従って、リン含有溶液には本質的には亜鉛が無い。有利なことに、この溶液にはハロゲンも実質的に無い。
【００１５】
リン含有溶液の別の好ましい実施形態は、〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４、〔Ｙ〕２ＨＰＯ４、及び水又は他の溶媒の中間溶液への〔ＮＲ４〕２ＨＰＯ４の添加を含む。〔ＮＲ４〕中のＲは、アルカリ基、ハロゲン、又は両方の組合せでよい。即ち、この実施形態は、アンモニウム並びにリン酸アミンが包含される。溶液がアンモニウム化合物又はアミン化合物を用いて調製されるとき、この溶液中の窒素は、全て本質的にアンモニウム・イオン又はアミン・イオンの形態にある。せいぜい無視できる量のアンモニアしか存在しないので、この溶液にはほぼアンモニアが無い。
【００１６】
更に別の実施形態は〔Ｘ〕Ｃ２Ｈ３Ｏ２の追加を含み、Ｃ２Ｈ３Ｏ２−イオンは、中間溶液が少なくとも、〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４、〔Ｙ〕２ＨＰＯ４、〔Ｘ〕Ｃ２Ｈ３Ｏ２、及び水又は他の溶媒を含むような酢酸基である。好ましい実施形態は、ＮＨ４又はＫ又は他の１Ａ族元素としてＸを含む。〔ＮＲ４〕２ＨＰＯ４、Ｒは水素、アルキル基、又は両方の組合せ、をこの混合物に添加してもよい。この中間溶液をキャリア流体と結合し、かつ水又は他の溶媒を大幅に除去してリン含有溶液を生成する。加熱によりキャリア流体と混合された中間溶液から除去できるように、アルコールなどの溶媒が十分な揮発性を有することが好ましいが、これは、必要な特性ではない。リン含有溶液が、ＮＨｘ基を含む化合物と定義されるアンモニウム化合物を用いて調製されるとき、リン含有溶液中の窒素は、本質的に全てアンモニウム・イオンの形態である。アミンイオンも本明細書に包含される。せいぜい無視できる量のフリーアンモニアが存在する。更に、この混合物は過剰な量の熱の発生無しで有利に生成できる、即ち、高度の発熱反応を実施しない。
【００１７】
好ましい実施形態では、リン含有溶液は約６．０と８．０の間のｐＨを有する。
【００１８】
本発明のリン含有溶液は、水又は親水性環境などの様々なタイプの環境で使用することができる。親水性環境の場合、キャリア液とこのキャリア液中での分散を促進させるための分散剤とを含むことが有利である。このキャリア液は、金属部分又は金属基板と接触して置くことができる潤滑液でよく、又は、好ましい実施形態では、このキャリア液は、モータ・オイルなどの潤滑液と高度に混和性の別個の親水性液体である。このキャリア液の１つの特性は、リン含有溶液の塩がこのキャリア液中で少なくとも部分的に可溶性であることである。
【００１９】
ある環境では、キャリア液は潤滑液などの一定量のターゲット液である。このターゲット液は、リン含有溶液を処理すべき金属と接触させるように意図した多数流体（ｍａｊｏｒｉｔｙ  ｆｌｕｉｄ）として識別される液体である。このリン含有溶液は、高速せん断ミキサ又は他の手段などの物理的な混合の使用によってターゲット液により分散させることができる。このような場合、ターゲット液はキャリア液として働く。
【００２０】
本発明は、リン含有溶液を使用する装置における金属部分又は金属基板上に転化表面を生成する方法を含む。この装置は、リン含有溶液と接触させることができるだけ単純な部品でよく、又はエンジン中などのリン含有溶液がその装置の少なくとも一部分と接触する複雑な一連の部品でよい。この部品がリン含有溶液又はリン含有溶液含有ターゲット液と少なくとも部分的に接触するところで、リン酸塩−金属層表面が生成され、その結果、リン含有溶液によって接触された金属基板の表面上にリン酸塩−金属層即ち転化表面を有する転化された（転化済み）金属基板が得られる。使用するリン含有溶液の量は、転化表面を生成するのに効果的な量である。部品と接触するターゲット液の好ましい実施形態は、潤滑液又はリン酸処理浴を含む。このプロセスの結果として生成される転化表面は、金属部品に含有される金属とリン含有溶液とに固有の特性及び組成を有する。この金属部品が鉄を含むとき、鉄の表面上にリン酸塩−鉄表面が生成される。この金属部品がアルミニウムを含むとき、アルミニウム−リン酸塩表面が生成される。この金属部品がニッケルを含むとき、リン酸塩−ニッケル表面が生成される。クロム及びモリブデンでも同様な結果が観察される。
【００２１】
鉄含有金属構成部分に対して有益なのに加えて、本発明は、アルミニウム２サイクル・エンジンなどの非鉄構成部分上にリン含有転化表面を生成するのに有益な組成物及び方法を含む。本発明の組成物は、金属表面上に薄層を生成するのに有益である。
【００２２】
好ましい一実施形態は、潤滑粘性のオイルの実質的な量を有する潤滑組成物又は潤滑剤を含む。一定量のリン含有溶液をこのオイルに添加して、金属構成部分と接触するとその上に転化表面を生成することができる潤滑組成物を生成する。
【００２３】
本発明の別の実施形態は、活性なリン溶液との接触領域で非鉄構成部分と接触させることによる非鉄構成部分上への非鉄金属−リン酸塩転化表面の形成方法を含む。この接触領域は、この金属構成部分の表面の一部分に限定してよく、又はこの金属構成部分全体を包含してよい。この活性なリン溶液は、高度の発熱反応を発生し、それによって活性なリン溶液を発生させるように設計された条件下でリン含有酸にアルカリ金属水酸化物塩とアンモニウム／アミン化合物とを混合することによって調製する。このアンモニウム／アミン化合物は、アンモニウム又はアミンのどちらかを含む活性な化合物である。アンモニウム水酸化物及びアンモニアパラタングステートは、このような化合物の２つの例である。
【００２４】
詳細な説明
活性なリン溶液は鉄上に転化表面を作製するのに有益であることが開示されたが、新規な諸研究では、適切なキャリア中でアルミニウム表面に対して運ばれると、この活性なリン溶液はアルミニウム上に転化表面を生成するために用いることができることが示される。
【００２５】
多くのエンジンは鉄であるが、２サイクル・エンジンはアルミニウムで作製される傾向がある。本発明は、このようなエンジン上への転化表面の生成のためにも有益である。本発明のリン含有溶液を、部品まで循環する任意の液体による使用とともにエンジンに導入することができる。
【００２６】
アルミニウム部品又はエンジンが本発明のリン含有溶液又は活性なリン溶液と接触するとアルミニウム−リン酸塩転化表面が生成される。どちらの溶液の場合も、この転化表面は浴プロセス又はその場で作成することができる。従来の浴中の電着とは異なり、本発明のリン含有溶液は亜鉛を使用しない。このリン含有溶液を、ターゲット液の使用によって分配して接触させてアルミニウム部品上にアルミニウム転化表面を生成することができる。好ましいターゲット液の例は、電動機付き車両又は他の装置の部品としての２サイクル・アルミニウム・エンジン中の潤滑オイルである。このリン含有溶液に潤滑オイルを結合させて潤滑組成物を生成する。この潤滑組成物は、潤滑粘性を有する実質的な量のオイルと、アルミニウム部品又は金属構成部分上に転化表面を生成することができる一定量のリン含有主溶液とを含む。リン含有溶液と同様に、活性なリン溶液も、ターゲット液の使用により好ましくは完全に接触が配給されたアルミニウム・エンジンに活性なリン溶液を接触させることによって、アルミニウム部品上に転化表面を生成するのに有益である。
【００２７】
潤滑組成物の場合、テストに使用された量の例は、約０．０１重量％と約０．５重量％の間の潤滑組成物中のリン量を含む。好ましい実施形態は、０．３重量％のリンを含む。更に多い量のリンも同様に効果的である。コスト効率の非常によい溶液が低重量％のリンで調製できることは注目される。
【００２８】
リン含有溶液を用いてそれから誘導される恩恵によってエンジン上に転化表面を生成するが、本発明の方法は、本発明のリン含有溶液を用いる任意の金属部品又は金属基板上への転化表面の生成を含む。例えば、飛行機部品は、しばしばアルミニウムで作製される。この転化表面を飛行機部品に適用すると、摩擦係数を減少させることができる。金属モータ又は金属部品を含む、モータボート・エンジン、芝刈り機、或いは他の装置は、本発明の転化表面から恩恵を受ける。コスト効率のよい転化表面の生成方法を作り出すことによって、幅広い領域の装置への応用が経済的に実現可能になる。この方法も非鉄構成部分上に活性なリン溶液を用いる。
【００２９】
この転化表面は、部品又は構成部分のアルミニウム合金に、転化表面を生成可能な一定量の、リン含有溶液又は活性なリン溶液を接触させる結果形成される。リン含有溶液の使用によって得られる転化表面は、リン酸アルミニウムと酸化アルミニウムを含む。アルミニウム表面へのリン含有溶液の添加は、アルミニウム構成部分上の転化表面として、ＡｌＰＯ４、リン酸アルミニウム、及び、Ａｌ２Ｏ３、酸化アルミニウムの反応性生物の形成をもたらす。赤外線及びＸ線試験法を用いるテストランでこれらの化学種の存在が確認される。他のアルミニウム化学種もアルミニウム表面のアルミニウム合金組成及び副反応に応じて作製される。好ましい実施形態では、アセテート化合物を用いて溶液のｐＨを操作する。
【実施例】
【００３０】
実施例１：
好ましい配合の一例は以下の量を有するリン含有溶液を含む。
１．５９７モルのＫＨ２ＰＯ４
０．６９３モルのＫ２ＨＰＯ４
０．３１５モルの〔ＮＨ４〕２ＨＰＯ４及び
水
【００３１】
この実施例では、同定された塩を、これらの塩を少なくとも部分的に溶解するのに十分な量の水に混合し、かつ溶解させる。上記で示したテストでは５５．６モルの水を用いた。これによって中間溶液が生成され、この場合、この中間溶液は、２．９モル％のＫＨ２ＰＯ４と、１．２モル％のＫ２ＨＰＯ４と、０．５モル％のＫ２ＨＰＯ４と、９５．３モル％の水とを有する。次いで、この中間溶液をキャリア流体と混合する。次いで、キャリア流体を有する中間溶液の混合物から水を熱的に追い出して本発明のリン含有溶液を作製する。得られる本発明のリン含有溶液は、無視できる量の溶液中の残存水の故に、ほぼ乾燥している、又は水が無いと言われる。好ましくは、０．１ｗｔ％前後のリン含有溶液のレベルまで水を追い出す。リン含有溶液の働きを変化させずに溶液中により多くの水を残すことができるが、好ましい製品規格として０．１ｗｔ％を選択したことに留意されたい。
【００３２】
０．１６から１６モル％までのＫ又は他の陽イオンを有するリン含有溶液を評価した。この範囲外の溶液も有効であるが、コスト有効性又は効率の程度が様々である。
【００３３】
実施例２：
リン含有溶液のｐＨは、成分の比率の操作によって制御することができる。得られるＨ２ＰＯ４−イオンとＨＰＯ４２−イオンの比率を操作することによって、約６．０から約８．０までの好ましいｐＨ範囲に、リン含有溶液を生成することができる。例えば、この比率は、ｐＨ６の場合、約１５．８である。この比率は、ｐＨ８の場合、約０．０１５８である。全領域が中性だと考えられ、それ故、好ましいが、テスト結果はｐＨ７の場合で制御した。シミュレーションによれば、ｐＨ操作の唯一の手段としての比率を用いて、以下の諸量が、表示したｐＨに到達すると予想される。
2006527301.tif 000002
【００３４】
実施例２：
配合の調製は、ＫＨ２ＰＯ４、Ｋ２ＨＰＯ４、及びＫアセテート塩を水中に溶解することを含む。この実施例ではアンモニウム塩を用いず、そのため、最終配合はアンモニアを含まないであろう。
【００３５】
この処置は、５１ポンド（２３．１キログラム）の脱イオン水、１７．６ポンド（７．９８キログラム）のＫＨ２ＰＯ４、１４．２ポンド（６．４４キログラム）のＫ２ＨＰＯ４、及び２．２ポンド（１．０キログラム）のＫアセテートをこの順に２つの５ガロンプラスチック・バケツに加えることを含む。その後で、追加の１６．４ポンド（７．４４キログラム）の水を加えた。これらの塩を急速な機械的撹拌状態の水に加え、全ての塩の添加後に、この混合物を加熱した。ＫＨ２ＰＯ４の溶解は僅かに吸熱性であり、バッチの温度を４〜５℃だけ低下させた。完全な溶解は必要ではないが、この実験は、残存する塩を溶解させるために混合物を４０℃まで加熱することを含んだ。或いは、完全な溶解が所望される場合は、追加の水を加えることもできる。完全な溶解の後のｐＨは、７．０〜７．１の目標範囲内であったので、ＫＯＨ又は酢酸の添加などによるｐＨ調整は行なわなかった。溶液からの塩結晶が無いような最終希釈後に得られるＰの値は、約６５，０００ｐｐｍであった。
【００３６】
実施例３〜５：
以下の中間混合物を形成し、テストした。
実施例３：
2006527301.tif 000003
実施例４：
2006527301.tif 000004
実施例５：
2006527301.tif 000005
【００３７】
これらの中間混合物において、ＫＨ２ＰＯ４は塩のうちの３８から５５モルパーセントまでである。Ｋ２ＨＰＯ４は、塩のうちの２４から３５モルパーセントまでの範囲を動いた。これらの塩は、中間溶液のリットル当りのリン（Ｐ）のモルが約２．６１モル／Ｌになるように水で希釈した。この中間溶液はキャリア液で混合した。ずっと低濃度のリンを有して調製したリン含有溶液も有効であることが判った。
【００３８】
実施例６：
１．５９７モルのＫＨ２ＰＯ４
０．６９３モルのＫ２ＨＰＯ４
０．３１５モルの〔ＮＨ４〕２ＨＰＯ４
０．２８９モルの〔ＮＨ４〕Ｃ２Ｈ３Ｏ２及び
水
【００３９】
〔ＮＨ４〕Ｃ２Ｈ３Ｏ２は〔ＮＨ４〕Ｏａｃとも呼ぶことができる。
【００４０】
好ましい実施形態では、ＫＨ２ＰＯ４とＫ２ＨＰＯ４と〔ＮＨ４〕２ＨＰＯ４と水とを中間溶液に生成し、この中間溶液を、精製されたオイル・キャリア液に添加し、分散剤と混合してリン含有溶液を生成する。例示的な分散剤は、アルケニルスクシンイミド、又は、以前に市販されている製品ＴＦＡ４６９０Ｃを含んだ同様なタイプの分散剤を含む。好ましい実施形態では、オイルの無い基礎上に３０から１６０までの全塩基数を有する分散剤を用いる。リン含有溶液は、好ましくは、中間溶液の約８から１２ｗｔ％の範囲で動き、他方、精製されたオイル・キャリア液は、得られる混合物の８８から９２ｗｔ％の範囲で動く。好ましい実施形態では、この中間溶液は、精製されたオイル・キャリア液の約１０ｗｔ％添加する。得られる混合物を加熱してかなりの量の水を追い出す。得られる混合物は、コロイド又はエマルジョンとして記載することができる特性を示す。中間混合物を潤滑オイル内に混合するとき、リン含有溶液中のリンの実効量を極めて希薄にしてかつ依然として有効なままにすることができる。好ましい実施形態の一例は、中間溶液中の０．３ｗｔ％のリンである。潤滑オイルを添加すると、リン含有量は５〜１００ｐｐｂの範囲でよく、依然として有効である。リン含有溶液中のリンの好ましい範囲は、３００〜１２５０ｐｐｍである。リンの追加的な好ましい範囲は３００〜６００ｐｐｍである。リンの特に好ましい範囲は３００〜４００ｐｐｍである。先の諸例に示したように、より多い量も有効である。
【００４１】
リン含有溶液の代替実施形態の例は、約２．６モル（Ｍ）のオルトリン酸塩にアルカリ金属と周囲温度でｐＨ７を有するアンモニウム陰イオンとを混合することを含む。このリン含有水溶液の測定した体積をオイル分散剤混合物中に懸濁させ、水のほとんどを熱的に除去し、かつ約０．３ｗｔ％のＰまで希釈する。有利なことに、このリン含有溶液は、エンジンを作動させながら、且つエンジンを分解せずに金属部品に接触させることができる。
【００４２】
添加物としてＫＨ２ＰＯ４とＫ２ＨＰＯ４と〔ＮＨ４〕２ＨＰＯ４と水とのリン含有溶液での実験室テストが主要な改善を示した。ナトリウムもこの配合における陽イオンとしての使用に評価された。ＩＡ族金属は好ましい陽イオンである。他の陽イオンには、有機化合物を含むことができる。陽イオンの選択に関連する因子は、商用の費用及び／又は耐腐食性を含む。
【００４３】
実験室での測定によってこの表面層の性質が明らかになった。１８０°Ｆ（８２℃）で１０１８炭素鋼へリン含有溶液を塗布した後、一連の解析テストを行なった。光学顕微鏡検査（２０倍）によれば、本発明のリン含有溶液の炭素鋼への塗布からかなり均一な表面層が明らかになった。オイル・ベース混合物中のリン含有溶液塗布（適用）後の鋼表面の走査型顕微鏡（ＳＥＭ）により、比較的滑らかな層が示された。最先端技術の解析装置の測定により、条件及び濃度に応じて１５〜８０オングストロームの範囲で変わる薄い転化層が形成されることが示された。この層は様々な組成を有し、Ｆｅ、Ｏ、Ｐ、Ｎ、及びＫを含む。この層は、この混合物中での、リン酸塩化学物質の金属（Ｆｅ）の初期厚約２５オングストロームの酸化物表面との反応から形成されると考えられる。転化層をもたらすこの化学反応から得られる表面化合物は、単純なＦｅＰＯ４からＮＨ４Ｆｅ２〔ＰＯ４〕２、Ｋ３Ｆｅ３〔ＰＯ４〕４ｘＨ２Ｏ、ＮＨ４Ｆｅ３〔Ｈ２ＰＯ４〕６〔ＨＰＯ４〕２ｘＨ２Ｏ、ＫＦｅ２〔ＨＰＯ４〕２〔ＰＯ４〕、及び関連する化合物などのより複雑なリン酸塩まで操作条件に応じて変わって生じる。表面層中の表面金属（Ｆｅ）イオンへのリン酸塩構造の配位が、これらの表面化合物の安定性の原因だと考えられている。
【００４４】
潤滑粘性の様々なオイルには、天然及び合成オイル、並びにそれらの混合物を含む。これらの潤滑剤は、自動車用及びトラック用エンジン、２サイクル・エンジン、航空機用ピストン・エンジン、船舶用及び鉄道用ディーゼル・エンジン等を含むスパーク点火及び圧縮点火内燃エンジン用のクランク室用潤滑油を含む。これらは、ガス・エンジン、固定パワー・エンジン及び固定パワー・タービン等に使用することもできる。自動変速装置用液体、変速装置用潤滑剤、ギア用潤滑剤、金属工作用潤滑剤、作動液、並びに、他の潤滑オイル及びグリースの組成物も、本発明の組成物の組込みにより恩恵を受けることができる。
【００４５】
リン酸、アルカリ金属水酸化物、及び反応活性なＮＨ２基のソースの混合物が、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第５，５４０，７８８号に調査されている。この混合物−フォスファミド混合物と呼ぶ−は、鉄−リン酸塩転化表面の生成に用いるために開示されている。フォスファミド混合物を生成するためのプロセスは、化学反応によるものであり、分解又は溶解によるものではない。このフォスファミド混合物は、フォスファミドの生成につながる高度の発熱反応の結果として実現される。アルミニウム転化表面の生成に使用されるようなこの活性なリン溶液は、フォスファミド及びその使用に関連する開示の改善形態である。
【００４６】
このフォスファミド混合物は依然として有益であり、本明細書で開示したような更なる開発の主題である。発熱反応及び高いｐＨでのフリー・アンモニアの発生は、特定の環境下で望ましくないことがあるフォスファミド作製の２つの特性である。本発明のリン含有溶液は、約６〜８の範囲にｐＨを維持し、又はアンモニアが形成されるレベル以下にｐＨを維持し、且つ、高度の発熱反応の生成の結末及び複雑さを回避することによって、フリー・アンモニアの発生及び関連する問題を回避する。
【００４７】
活性なリン溶液のテストによって、この活性なリン溶液が非鉄金属と相互作用して転化表面を生成することが判った。上記で論じた例示的な非鉄金属はアルミニウムである。この活性なリン溶液は、アルミニウムと接触させると、リン−アルミニウム転化表面を生成する。転化表面を生成することができる他の非鉄金属も、この活性なリン溶液と相互作用することができる。
【００４８】
本発明をその形態のうちのいくつかだけを示し、又は説明してきたが、当業者なら、本発明がそれに制限されず、本発明の範疇から逸脱することなく様々な変更形態が可能なことが明らかなはずである。例えば、アルミニウム部品及び鉄部品上の転化表面を具体的に論じてきたが、他の金属又は金属部品上へのリン含有溶液又は活性なリン溶液の使用も本発明の範囲に包含される。合金も金属の議論内に包含される。
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月30日(2004.12.30)
【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】
塩と分散媒との混合物を含むリン含有溶液であって、前記塩は、
〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４と、
〔Ｙ〕２ＨＰＯ４とを含み、式中〔Ｙ〕は陽イオンであり、
前記分散媒は、前記塩を前記分散媒内で少なくとも部分的な分散状態に維持することができ、前記リン含有溶液は、前記リン含有溶液が金属基板と接触状態に置かれるとき、前記金属基板上にリン−金属層を生成することができ、前記リン含有溶液は本質的に亜鉛が無く、かつ前記リン含有溶液を形成するための前記混合物は高度の発熱反応を伴わずに混合される、リン含有溶液。
【請求項２】
〔ＮＲ４〕２ＨＰＯ４を更に含み、Ｒは水素とアルキル基とそれらの組合せとからなる群から選択される、請求項１に記載のリン含有溶液。
【請求項３】
フリー・アンモニアが実質的に存在しない、請求項２に記載のリン含有溶液。
【請求項４】
〔Ｘ〕Ｃ２Ｈ３Ｏ２を更に含み、式中、Ｃ２Ｈ３Ｏ２は酢酸基であり、〔Ｘ〕は陽イオンである、請求項１〜３のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項５】
〔Ｘ〕はカリウムとＮＨ４とそれらの組合せとからなる群から選択される、請求項４に記載のリン含有溶液。
【請求項６】
前記リン含有溶液のｐＨは約６．０と８．０の間にある、請求項１〜５のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項７】
〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４中のＹはカリウムである、請求項１〜６のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項８】
〔Ｙ〕２ＨＰＯ４中のＹはカリウムである、請求項１〜７のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項９】
〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４及び〔Ｙ〕２ＨＰＯ４中のＹはアルカリ金属から選択される、請求項１〜８のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項１０】
分散剤を更に含む、請求項１〜９のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項１１】
ターゲット液を更に含み、前記ターゲット液が前記リン含有溶液を金属に接触させることができるようにする、請求項１〜１０のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項１２】
前記ターゲット液が潤滑液である、請求項１１に記載のリン含有溶液。
【請求項１３】
前記金属基板が少なくともエンジンの一部分を含む、請求項１〜１２のいずれかに記載のリン含有溶液。
【請求項１４】
金属基板上にリン酸塩−金属層を生成する方法であって、前記金属基板はターゲット液に少なくとも部分的に接触し、前記方法は請求項１の前記リン含有溶液の一定量をリン酸塩−金属層を生成するのに効果的な前記ターゲット液に添加する工程を含み、前記リン含有溶液と結合した前記ターゲット液を前記金属基板に接触させて前記リン酸塩−金属層を前記金属基板上に生じるようにする方法。
【請求項１５】
前記リン含有溶液は更に〔ＮＲ４〕２ＨＰＯ４を含み、Ｒは水素とアルキル基とそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記リン含有溶液は更にＮＨ４Ｃ２Ｈ３Ｏ２を含み、式中Ｃ２Ｈ３Ｏ２は酢酸基である、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記リン含有溶液のｐＨは約６．０と８．０の間にある、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記リン含有溶液中の〔Ｙ〕Ｈ２ＰＯ４中の前記Ｙはカリウムである、請求項１４，１５，１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記リン含有溶液中の〔Ｙ〕２ＨＰＯ４中の前記Ｙはカリウムである、請求項１４，１５，１６，１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ターゲット液は潤滑液又はリン酸処理浴からなる群から選択される、請求項１４，１５，１６，１７，１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
金属基板上に転化表面を形成する請求項１４に記載の方法によって生成されるリン酸塩−金属層を含む転化された金属基板。
【請求項２２】
前記金属基板は鉄を含む、請求項２１に記載の転化された金属基板。
【請求項２３】
前記金属基板は非鉄金属を含む、請求項２１に記載の転化された金属基板。
【請求項２４】
前記非鉄金属はアルミニウムである、請求項２３に記載の転化された金属基板。
【請求項２５】
前記金属基板は少なくともエンジンの一部分である、請求項２０，２１，２２又は２３に記載の転化された金属基板。
【請求項２６】
潤滑粘性を有する実質的な量のオイルと、
金属構成部分と接触すると前記金属構成部分上にリン酸塩−金属層を生成することができる請求項１に記載のリン含有溶液の一定量と
を含む、潤滑組成物。
【請求項２７】
前記潤滑組成物中にリンが約３００ｐｐｍと１２５０ｐｐｍの間の量存在する、請求項２６に記載の潤滑組成物。
【請求項２８】
内燃エンジンの潤滑方法であって、前記エンジンに請求項２６に記載の前記潤滑組成物を供給することを含む方法。
【請求項２９】
アルミニウム構成部分用のリン酸塩−金属層であって、前記表面は：
リン酸アルミニウムと；
酸化アルミニウムとを含み；
前記リン酸アルミニウムと前記酸化アルミニウムはアルミニウム構成部分上にリン酸塩−金属層を形成し、前記リン酸塩−金属層は前記リン酸塩−金属層を生成することができる請求項１に記載の一定量の前記リン含有溶液に前記アルミニウム構成部分を接触させる結果形成される、リン酸塩−金属層。
【国際調査報告】
2006527301.tif 000006
2006527301.tif 000007
2006527301.tif 000008
2006527301.tif 000009
2006527301.tif 000010