專利名稱：一種金屬表面涂裝方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬防護方法，尤其涉及一種金屬表面涂裝方法及其應用。
背景技術：
眾所周知，在自然界中，除了少量貴重惰性金屬(金、鉬等)外，其余絕大多數(shù)金屬及其合金在自然條件下都易發(fā)生腐蝕，在使用之前一般都要經(jīng)過防護處理以提高其耐蝕性能，延長使用壽命，這其中，基于涂覆有機涂層的金屬表面涂裝技術應用最多，效果最好。金屬表面的涂裝體系包括金屬表面預處理層與后續(xù)的防護層。傳統(tǒng)的預處理技術如鉻酸鹽鈍化、磷酸鹽轉化等對環(huán)境都不友好，如六價鉻離子具有很強的毒性、磷酸鹽則會導致水體富營養(yǎng)化。隨著環(huán)保呼聲的高漲，迫切需要研發(fā)出新型環(huán)保型表面處理工藝。針對當前趨勢，本發(fā)明提出一種金屬表面涂裝方法及用途。先采用電沉積方法在金屬基體上沉積一層結合力良好、惰性多孔的納米氧化物層，然后再在其表面涂覆防護層。 與傳統(tǒng)的金屬表面涂裝體系相比，本發(fā)明所制備的以納米氧化物為預處理層的涂裝體系具有更優(yōu)異的防護性能，更重要的是對環(huán)境零污染，且對基體與后續(xù)防護層無選擇性，是一種具有廣適性的綠色環(huán)保型涂裝技術。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種金屬表面涂裝方法及其應用。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的 金屬表面涂裝方法的步驟如下
1)金屬基體依次經(jīng)80、120、400號靜電植砂，14號金相砂紙機械打磨后，放入30 60°C除油液中除油1 lOmin，再在30 60°C超聲5 15min，最后依次用自來水，去離子水清洗后，快速用熱風吹干，在干燥箱中放置5 24h待用；
2)前軀體溶液配制加入50 IOOmL無水乙醇、50 IOOmL水、1 IOmL前軀體，HCl 調pH至2. O 5. 0，室溫下攪拌2 14h，待用；
3)在三電極槽中加入配好的前軀體溶液，以金屬基體作為工作電極，Ag/AgCl作為參比電極，鉬為對電極，控制電位在-0. 5 -2. 0V，沉積時間為IOOs 600s，用去離子水沖洗后40 150°C烘干，得到納米氧化物薄膜；
4)在納米氧化物薄膜上浸涂、滴涂、旋涂或刷涂防護層，溶劑蒸發(fā)后在40 150°C下固化0. 5 Ih即可。所述的除油液的組成為碳酸鈉8g/L、硅酸鈉5g/L、多聚磷酸鈉8g/L，十二烷基磺酸鈉lg/L、烷基酚聚氧乙烯醚5mL/L。所述的納米氧化物膜為Si02、TiO2, ZrO2, PbO2, SnO2, Co203、Cu0或ZnO膜。所述的前軀體為硅酸烷基酯、鈦酸烷基酯、鋯酸烷基酯、乙酸鉛、錫酸烷基酯、Co (acac)2、Cu (acac)2或Si (acac)20所述的防護層為有機硅烷膜、有機/無機雜化的復合sol-gel薄膜或常用的有機涂層。所述的金屬基體為碳鋼、鍍鋅鋼、冷軋鋼、 鋁、鋅、銅、鎂或錫及其合金。
金屬表面涂裝方法應用于碳鋼、鍍鋅鋼、冷軋鋼、鋁、鋅、銅、鎂或錫及其合金的表面防腐。本發(fā)明的有益效果是與傳統(tǒng)的金屬表面涂裝體系相比，本發(fā)明所制備的以納米氧化物為預處理層的涂裝體系具有更優(yōu)異的防護性能，更重要的是對環(huán)境零污染，且對基體與后續(xù)防護層無選擇性，是一種具有廣適性的綠色環(huán)保型涂裝技術。


圖1 (a)為在20M鋁合金基體表面通過電沉積技術沉積的納米SW2膜，顯示出納米尺度的多孔性質；
圖1 (b)為在20 鋁合金基體表面通過電沉積技術沉積的納米SiA膜上涂覆十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)后的形貌，顯示DTMS均勻覆蓋住納米SiA膜，且防護膜較致密；
圖2為20 鋁合金基體經(jīng)不同處理后在3. 5wt% NaCl水溶液中測得的電化學交流阻抗譜(EIS)圖，(1)為裸基體；(2)為表面僅覆蓋了 DTMS防護層；(3)為基體表面先電沉積一層多孔SW2層，然后涂覆一層DTMS防護層。顯示基體表面經(jīng)SW2膜處理后顯著提高了 DTMS防護層的防護性能；
圖3為20M鋁合金經(jīng)不同處理后在3. 5wt% NaCl水溶液中浸泡不同時間后測得的EIS 譜圖，(1)為表面僅覆蓋了環(huán)氧涂層；(2)為基體表面先電沉積一層多孔SiO2層，然后涂覆一層環(huán)氧涂層。結果顯示基體經(jīng)S^2層處理后大大的提高了環(huán)氧涂層體系的耐腐蝕性能。
具體實施例方式金屬表面涂裝方法的步驟如下
1)金屬基體依次經(jīng)80、120、400號靜電植砂，14號金相砂紙機械打磨后，放入30 60°C除油液中除油1 lOmin，再在30 60°C超聲5 15min，最后依次用自來水，去離子水清洗后，快速用熱風吹干，在干燥箱中放置5 24h待用；
2)前軀體溶液配制加入50 IOOmL無水乙醇、50 IOOmL水、1 IOmL前軀體，HCl 調pH至2. O 5. 0，室溫下攪拌2 14h，待用；
3)在三電極槽中加入配好的前軀體溶液，以金屬基體作為工作電極，Ag/AgCl作為參比電極，鉬為對電極，控制電位在-0. 5 -2. 0V，沉積時間為IOOs 600s，用去離子水沖洗后40 150°C烘干，得到納米氧化物薄膜；
4)在納米氧化物薄膜上浸涂、滴涂、旋涂或刷涂防護層，溶劑蒸發(fā)后在40 150°C下固化0. 5 Ih即可。所述的除油液的組成為碳酸鈉8g/L、硅酸鈉5g/L、多聚磷酸鈉8g/L，十二烷基磺酸鈉lg/L、烷基酚聚氧乙烯醚5mL/L。所述的納米氧化物膜為Si02、TiO2, ZrO2, PbO2, SnO2, Co203、Cu0或ZnO膜。所述的前軀體為硅酸烷基酯、鈦酸烷基酯、鋯酸烷基酯、乙酸鉛、錫酸烷基酯、Co (acac)2、Cu (acac)2或Si (acac)20所述的防護層為有機硅烷膜、有機/無機雜化的復合sol-gel薄膜或常用的有機涂層。所述的金屬基體為碳鋼、鍍鋅鋼、冷軋鋼、 鋁、鋅、銅、鎂或錫及其合金。金屬表面涂裝方法應用于碳鋼、鍍鋅鋼、冷軋鋼、鋁、鋅、銅、鎂或錫及其合金的表面防腐。
實施例1
20M鋁合金電極片依次經(jīng)80、120、400號靜電植砂，14號金相砂紙機械打磨后，放入 60°C除油液中除油5min，再在60°C超聲lOmin，最后依次用自來水，去離子水清洗電極后， 快速用熱風吹干，在干燥箱中放置24h待用。依次往燒杯中加入50mL無水乙醇、50mL水、3mL正硅酸乙酯(TEOS)，HCl調pH至 3. O左右，室溫下攪拌待用。在三電極槽中加入配好的前軀體溶液，以20M鋁合金電極片作為工作電極，Ag/AgCl作為參比電極，鉬為對電極，控制電位在-1. 5V，沉積時間為 300s，用去離子水沖洗后40°C烘干，得到納米氧化物膜。然后，在SW2納米氧化物膜上滴涂 DTMS溶液，溶劑蒸發(fā)后在100°C下固化lh，得到硅烷膜覆蓋的防護膜體系。上述DTMS涂覆液的配制過程為去離子水/無水乙醇/十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)體積比為75:25:3， 用醋酸調節(jié)pH為4. 5左右，攪拌均勻后置于35°C恒溫水浴中4 待用。在20 鋁合金基體表面通過電沉積技術沉積的納米SiO2薄膜，顯示出納米尺度的多孔性質(見附圖la);在此薄膜上滴涂DTMS后的形貌顯示DTMS均勻覆蓋住納米SiO2膜， 且防護膜較致密(見附圖lb)。防護膜體系的防護性能采用電化學交流阻抗譜(EIS)進行測試，所用測試溶液為 3. 5wt% NaCl水溶液。結果顯示，基體表面經(jīng)SW2膜處理后顯著提高了 DTMS防護層的防護性能(見附圖2)。為更直觀說明，表1中列出了各防護膜體系的低頻阻抗模值(|Z|1(l_z)。表1不同防護層體系的低頻阻抗模值
權利要求
1.一種金屬表面涂裝方法，其特征在于它的步驟如下1)金屬基體依次經(jīng)80、120、400號靜電植砂，14號金相砂紙機械打磨后，放入30 60°C除油液中除油1 lOmin，再在30 60°C超聲5 15min，最后依次用自來水，去離子水清洗后，快速用熱風吹干，在干燥箱中放置5 24h待用；2)前軀體溶液配制加入50 IOOmL無水乙醇、50 IOOmL水、1 IOmL前軀體，HCl 調pH至2. 0 5. 0，室溫下攪拌2 14h，待用；3)在三電極槽中加入配好的前軀體溶液，以金屬基體作為工作電極，Ag/AgCl作為參比電極，鉬為對電極，控制電位在-0. 5 -2. 0V，沉積時間為IOOs 600s，用去離子水沖洗后40 150°C烘干，得到納米氧化物薄膜；4)在納米氧化物薄膜上浸涂、滴涂、旋涂或刷涂防護層，溶劑蒸發(fā)后在40 150°C下固化0. 5 Ih即可。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬表面涂裝方法，其特征在于所述的除油液的組成為碳酸鈉8g/L、硅酸鈉5g/L、多聚磷酸鈉8g/L，十二烷基磺酸鈉lg/L、烷基酚聚氧乙烯醚 5mL/L。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬表面涂裝方法，其特征在于所述的納米氧化物膜為 SiO2、TiO2、ZrO2、PbO2、SnO2、Co2O3、CuO 或 ZnO 膜。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬表面涂裝方法，其特征在于所述的前軀體為硅酸烷基酯、鈦酸烷基酯、鋯酸烷基酯、乙酸鉛、錫酸烷基酯、Co (acac)2、Cu (acac)2或Si(&C3-C) 2 ο
5.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬表面涂裝方法，其特征在于所述的防護層為有機硅烷膜、有機/無機雜化的復合sol-gel薄膜或常用的有機涂層。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬表面涂裝方法，其特征在于所述的金屬基體為碳鋼、鍍鋅鋼、冷軋鋼、鋁、鋅、銅、鎂或錫及其合金。
7.—種如權利要求1所述金屬表面涂裝方法的應用，其特征在于用于碳鋼、鍍鋅鋼、冷軋鋼、鋁、鋅、銅、鎂或錫及其合金的表面防腐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬表面涂裝方法及其應用。它是利用電沉積方法在金屬基體上先沉積一層惰性、多孔的納米氧化物薄膜，然后再在上述表面覆蓋一層防護層。納米氧化物薄膜由SiO2、TiO2或ZrO2等的前軀體水溶液在金屬表面采用電沉積法制得。覆蓋所用的防護層可以是常用的有機硅烷膜、無機/有機雜化的硅烷膜或普通的有機涂層。本發(fā)明提供的上述金屬表面涂裝防護技術制備工藝簡單，成本低，特別是綠色環(huán)保，且具有廣適性，對金屬基體的類型或后續(xù)防護層幾乎沒有選擇性。電沉積制備的納米氧化物薄膜預處理層與金屬基體結合力好，加之它的表面能高，表面粗糙多孔，比表面積大，因此又能與后續(xù)的覆蓋層緊密結合，大大增強了整個防護層的耐腐蝕性能。
文檔編號C25D9/04GK102321900SQ20111024792
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權日2011年8月26日
發(fā)明者張鑒清, 曹楚南, 王鉀, 胡吉明 申請人:浙江大學