專利名稱：一種鋁合金表面防腐方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬表面鍍層處理領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金表面防腐方法。
背景技術(shù)：
金屬基材發(fā)生腐蝕的主要原因之一是由于表面與電解質(zhì)溶液或潮濕的大氣接觸，產(chǎn)生各種腐蝕，而鋁合金在空氣中表面會形成氧化鋁的保護膜，在一般大氣環(huán)境下，該保護膜能夠有效地保護鋁合金基材。但在含有電解質(zhì)的濕氣中，例如海洋表面大氣環(huán)境，鋁合金表面會出現(xiàn)點蝕，嚴重破壞產(chǎn)品外觀，同時導(dǎo)致產(chǎn)品使用壽命縮短。為了提高鋁合金產(chǎn)品的耐腐蝕性能(或耐鹽霧性能)，通常要對鋁合金基材進行表面處理，如陽極氧化、烤漆等，但這些工藝都存在較大的環(huán)境污染，所以急需新的鋁合金表面處理方法以取代陽極氧化、烤漆等技術(shù)。近年來，國內(nèi)外對金屬表面處理工藝研究很多，其中防腐技術(shù)中真空鍍膜技術(shù)(PVD)是一種較環(huán)保的鍍膜技術(shù)，PVD膜層具有高硬度、高耐磨性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點，因此在金屬表面防護領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，而鋁合金由于其標準電極電位與許多PVD功能性膜層的差異較大，極易造成電偶腐蝕，使得鋁合金產(chǎn)品失效。目前在鋁合金表面涂覆形成有機涂層研究較多，CN1341775A公開了由十二烷基硫酸鈉、氫氧化鈉、檸檬酸等九種原料組成的表面處理液，通過浸泡在鋁合金表面形成鍍層；CN101139500A公開了由硅烷耦合劑、有機金屬化合物、硅酸鹽、磷酸等成分的處理液，通過使用線棒均衡地刮涂在鋁合金表面，加熱烘干形成鍍層，以改善鋁合金的外觀和物理化學(xué)性能。但這兩種工藝方法形成的鍍層厚度較薄，且與鋁合金表面附著力較低，機械強度不好，大多不耐高溫，在腐蝕介質(zhì)中鍍層易脫落，防腐效果較差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中，鋁合金表面保護膜機械強度不好、不耐高溫，抗腐蝕性差的問題，本發(fā)明提供一種鋁合金表面防腐的方法。本發(fā)明的目的采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)。一種鋁合金表面防腐方法，其特征于包括如下步驟
(I)清洗和干燥將待處理的鋁合金放入有機溶液中超聲清洗，然后用去離子水進行漂洗，取出所述鋁合金烘干；
(2)制備納米TiO2溶膠以酞酸丁酯為原料制備納米TiO2溶膠；
(3)制備包裹了無機膜的鋁合金將清洗和干燥后的鋁合金浸泡在納米TiO2溶膠，，取出鋁合金置空氣中晾干，烘箱中烘干即得包裹了無機膜的鋁合金。(4)制備有機膜溶液將硅烷偶聯(lián)劑、無水乙醇和水按照體積比為I : 8 12 3 5混合，加入甲酸作為催化劑，調(diào)節(jié)pH為9 10，攪拌均勻后密封，經(jīng)超聲振蕩后置30-40°C水浴中反應(yīng)至凝膠狀，即得有機凝膠；甲酸的加入量為硅烷偶聯(lián)劑體積的5-15%。將有機凝膠、四氫呋喃和固化劑按照質(zhì)量比為100: (300 400) : (2 4)混合均勻，制得有機膜溶液；(5)在包裹了無機膜的鋁合金表面涂上有機膜溶液，得到表面包裹有機膜和無機膜的招合金。步驟(I)中所述有機溶液為乙醇、異丙醇、甲醇或丙酮，超聲清洗30 60分鐘，烘干溫度為70°C 100°C。步驟(2)以酞酸丁酯為原料制備納米TiO2溶膠的具體方法為
按照體積比1:4 8將鈦酸丁酯溶于無水乙醇，加入乙酰丙酮，攪拌15 30 min,得到溶液A ;所述乙酰丙酮與鈦酸丁酯的摩爾比為O. 3 O. 5: I ；
將硝酸和去離子水加入無水乙醇中，攪拌15 30 min，得到溶液B ;
將溶液B滴加到溶液A中，18 25度攪拌2 4h，得到納米TiO2溶膠；所述溶液B中的硝酸與溶液A中鈦酸丁酯的摩爾比為O. 2 O. 4: I。步驟(3)中所述浸泡時間10 30 min，空氣中晾干時間為O. 5-1. 5h，烘箱溫度為80°C 100°C，烘干時間為2 4h。步驟(4)所述硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷或Y-環(huán)氧丙基醚基三甲氧基硅烷；攪拌轉(zhuǎn)速為300-400 r/min，攪拌時間為2 4h ;超聲振蕩時間為Ih 3h ;所述固化劑為過氧化苯甲酰。有益效果本發(fā)明提供一種鋁合金表面防腐的方法，通過溶膠凝膠工藝在鋁合金表面形成致密的納米TiO2無機膜，利用納米TiO2優(yōu)異的光催化效果，降低鋁合金周圍環(huán)境中電解質(zhì)濕氣的腐蝕作用，再在鋁合金表面包裹層有機膜，實現(xiàn)鋁合金表面優(yōu)異的防腐性能。以這種方法制備的有機-無機膜，可與金屬表面以化學(xué)鍵相結(jié)合，極大地增強了膜的附著能力和抗腐蝕能力。材料的制備工藝環(huán)保，是理想的可有效替代鉻酸鹽氧化膜的環(huán)境友好材料。
具體實施例方式下面通過實施例來進一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案。實施例I :
(1)清洗和干燥將待處理的鋁合金放入丙酮中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水進行漂洗去除無機和有機污染物，取出鋁合金放入70°C烘箱中快速烘干表面水，使得金屬徹底除銹，表面達到干凈光滑；
(2)制備納米TiO2溶膠以鈦酸丁酯為原料制備納米TiO2溶膠。將鈦酸丁酯溶于無水乙醇，鈦酸丁酯與無水乙醇的體積比為1:4。加入所述鈦酸丁酯摩爾數(shù)O. 3倍的乙酰丙酮作為抑制劑，20度攪拌15 min，得到溶液A，待用；
取IOOml無水乙醇,加入IOml的硝酸與20ml的去離子水，室溫攪拌15min,得到溶液
B0將溶液B滴加到溶液A中，20度攪拌2h，得到納米TiO2溶膠。所述溶液B中硝酸與溶液A中鈦酸丁酯的摩爾比為O. 2 :1。(3)制備包裹了無機膜的鋁合金將清洗和干燥后的鋁合金浸泡在納米TiO2溶膠，浸泡lOmin，取出在空氣中晾干lh，在80°C的烘箱中繼續(xù)烘干2h，得到包裹了無機膜的
招合金。(4)有機膜溶液的制備將乙烯基三甲氧基硅烷放在燒杯中，加入無水乙醇和水，再加入硅烷體積15%的甲酸作催化劑，調(diào)節(jié)pH值到9，用電動攪拌機在400rpm條件下攪拌2h使各相均勻混溶后，將溶液密封好，在超聲波清洗機進行超聲振蕩lh，最后放置在35°C水浴中反應(yīng)至凝膠狀，即得有機凝膠；乙烯基三甲氧基硅烷、無水乙醇和水的體積比為1:8:3.
取有機凝膠放于燒杯中，加入有機凝膠質(zhì)量3倍的四氫呋喃(THF)并使其溶解，加入有機凝膠質(zhì)量2%的固化劑過氧化苯甲酰，采用磁力攪拌機攪拌均勻，此溶液即有機膜溶液。(5)用提拉涂膜裝置在包裹了無機膜的鋁合金表面涂上有機膜溶液，得到表面包覆了有機膜和無機膜的鋁合金。鋁合金在有機膜溶液中的停留時間為lmin，提拉速度為27cm/min,反復(fù)涂膜3次,既得。實施例2
(1)清洗和干燥將待處理的鋁合金放入乙醇中超聲清洗60分鐘，然后用去離子水進行漂洗去除無機和有機污染物，取出鋁合金放入100°C烘箱中快速烘干表面水，使得金屬徹底除銹，表面達到干凈光滑；
(2)制備納米TiO2溶膠以鈦酸丁酯為原料制備納米TiO2溶膠。將鈦酸丁酯溶于無水乙醇，鈦酸丁酯與無水乙醇的體積比為1:8。加入所述鈦酸丁酯摩爾數(shù)O. 5倍的乙酰丙酮作為抑制劑，25度攪拌30min，得到溶液A，待用；
取IOOml無水乙醇，加入IOml的硝酸與20ml的去離子水，25度攪拌30min，得到溶液
B0將溶液B滴加到溶液A中，25度攪拌4h，得到納米TiO2溶膠。所述溶液B中硝酸與溶液A中鈦酸丁酯的摩爾比為O. 4 :1.
(3)制備包裹了無機膜的鋁合金將清洗和干燥后的鋁合金浸泡在納米TiO2溶膠，浸泡30min，取出在空氣中晾干I. 5h，在100°C的烘箱中繼續(xù)烘干4h，得到包裹了無機膜的鋁
I=I -Wl O(4)有機膜溶液的制備將Y _(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷放在燒杯中，加入無水乙醇和水，再加入Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅體積10%的甲酸作催化劑，調(diào)節(jié)PH值到10，用電動攪拌機攪拌4h使各相均勻混溶后，將溶液密封好，在超聲波清洗機進行超聲振蕩3h，最后放置在40°C水浴中反應(yīng)至凝膠狀，即得有機凝膠；Υ_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、無水乙醇和水的體積比為1:12:5.
取有機凝膠放于燒杯中，加入有機凝膠質(zhì)量4倍的四氫呋喃(THF)并使其溶解，加入有機凝膠質(zhì)量4%的固化劑過氧化苯甲酰，采用磁力攪拌機攪拌均勻，此溶液即有機膜溶液。(5)用提拉涂膜裝置在包裹了無機膜的鋁合金表面涂上有機膜溶液，得到表面包覆了有機膜和無機膜的鋁合金。鋁合金在有機膜溶液中的停留時間為lmin，提拉速度為27cm/min,反復(fù)涂膜3次,既得。實施例3
(1)清洗和干燥將待處理的鋁合金放入乙醇中超聲清洗45分鐘，然后用去離子水進行漂洗去除無機和有機污染物，取出鋁合金放入85°C烘箱中快速烘干表面水，使得金屬徹底除銹，表面達到干凈光滑；
(2)制備納米TiO2溶膠以鈦酸丁酯為原料為原料制備納米TiO2溶膠。將鈦酸丁酯溶于無水乙醇，鈦酸丁酯與無水乙醇的體積比為1:6。加入為鈦酸丁酯摩爾數(shù)O. 4倍的乙酰丙酮作為抑制劑，18度攪拌20min，得到溶液A，待用；
取IOOml無水乙醇，加入IOml的硝酸與20ml的去離子水，18度攪拌15min，得到溶液
B0將溶液B滴加到溶液A中，20°C攪拌2h，得到納米TiO2溶膠。所述溶液B中硝酸與溶液A中鈦酸丁酯的摩爾比為O. 3 :1.
(3)制備包裹了無機膜的鋁合金將清洗和干燥后的鋁合金浸入納米TiO2溶膠，浸泡20min，取出在空氣中晾干O. 5h，在90°C的烘箱中繼續(xù)烘干3h，得到包裹了無機膜的鋁合金。(4)有機膜溶液的制備將Y-環(huán)氧丙基醚基三甲氧基硅烷放在燒杯中，加入無水乙醇和水，再加入Y -環(huán)氧丙基醚基三甲氧基硅烷體積5%的甲酸作催化劑，調(diào)節(jié)pH值到
9.5，用電動攪拌機攪拌3h (轉(zhuǎn)速300rpm)使各相均勻混溶后，將溶液密封好，在超聲波清洗機進行超聲振蕩2h，最后放置在30°C水浴中反應(yīng)至凝膠狀，即得有機凝膠；Y-環(huán)氧丙基醚基三甲氧基硅烷、無水乙醇和水的體積比為1:10:4.
取有機凝膠放于燒杯中，加入有機凝膠質(zhì)量3. 5倍的四氫呋喃(THF)并使其溶解，加入有機凝膠質(zhì)量3%的固化劑過氧化苯甲酰，采用磁力攪拌機攪拌均勻，此溶液即有機膜溶液。(5)用等速提拉涂膜裝置在包裹了無機膜的鋁合金表面涂上有機膜溶液，得到表面包覆了有機膜和無機膜的鋁合金。鋁合金在涂膜溶液中的停留時間為lmin，提拉速度為27cm/min,反復(fù)涂膜3次,既得。取實施例1、2和3處理后的鋁合金件和未處理的鋁合金件進行鹽霧和鹽水浸泡實驗，結(jié)果顯示未處理的鋁合金件在腐蝕性環(huán)境中表面腐蝕嚴重，產(chǎn)生大量的腐蝕雜質(zhì)，而經(jīng)過處理的鋁合金件在16天的鹽霧和鹽水浸泡實驗中表面無變化，鋁合金件表面的有機-無機膜具有很好的附著能力和抗腐蝕能力。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金表面防腐方法，其特征于包括如下步驟(I)清洗和干燥將待處理的鋁合金放入有機溶液中超聲清洗，然后用去離子水進行漂洗，取出所述鋁合金烘干；(2)制備納米TiO2溶膠以酞酸丁酯為原料制備納米TiO2溶膠；(3)制備包裹了無機膜的鋁合金將清洗和干燥后的鋁合金浸泡在納米TiO2溶膠，，取出鋁合金置空氣中晾干，烘箱中烘干即得包裹了無機膜的鋁合金；(4)制備有機膜溶液將硅烷偶聯(lián)劑、無水乙醇和水按照體積比為I: 8 12 : 3 5混合，加入甲酸作為催化劑，調(diào)節(jié)pH為9 10，攪拌均勻后密封，經(jīng)超聲振蕩后置30-40°C水浴中反應(yīng)至凝膠狀，即得有機凝膠；甲酸的加入量為硅烷偶聯(lián)劑體積的5-15% ；將有機凝膠、四氫呋喃和固化劑按照質(zhì)量比為100: (300 400): (2 4)混合均勻，制得有機膜溶液；(5)在包裹了無機膜的鋁合金表面涂上有機膜溶液，得到表面包裹有機膜和無機膜的招合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述鋁合金表面防腐方法，其特征在于步驟(I)中所述有機溶液為乙醇、異丙醇、甲醇或丙酮，超聲清洗30 60分鐘，烘干溫度為70°C 100°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋁合金表面防腐方法，其特征在于步驟(2)以酞酸丁酯為原料制備納米TiO2溶膠的具體方法為按照體積比1:4 8將鈦酸丁酯溶于無水乙醇，加入乙酰丙酮，攪拌15 30 min,得到溶液A ;所述乙酰丙酮與鈦酸丁酯的摩爾比為O. 3 O. 5: I ；將硝酸和去離子水加入無水乙醇中，攪拌15 30 min，得到溶液B ;將溶液B滴加到溶液A中，18 25度攪拌2 4h，得到納米TiO2溶膠；所述溶液B中的硝酸與溶液A中鈦酸丁酯的摩爾比為O. 2 O. 4: I。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述鋁合金表面防腐方法，其特征在于步驟(3)中所述浸泡時間10 30 min，空氣中晾干時間為O. 5-1. 5h，烘箱溫度為80°C 100°C，烘干時間為2 4h。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述鋁合金表面防腐方法，其特征在于步驟(4)所述硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三甲氧基硅烷、Y _(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷或Y-環(huán)氧丙基醚基三甲氧基娃燒；攪拌轉(zhuǎn)速為300-400 r/min,攪拌時間為2 4h ;超聲振蕩時間為Ih 3h ;所述固化劑為過氧化苯甲酰。全文摘要
本發(fā)明提供一種鋁合金表面防腐方法，涉及金屬表面鍍層處理領(lǐng)域。該方法包括如下步驟清洗和干燥；制備納米TiO2溶膠；制備包裹了無機膜的鋁合金；制備有機膜溶液，將硅烷偶聯(lián)劑、無水乙醇和水混合，加入甲酸作為催化劑，調(diào)節(jié)pH為9～10，攪拌均勻后密封，經(jīng)超聲振蕩后置30-40℃水浴中反應(yīng)至凝膠狀，即得有機凝膠；將有機凝膠、四氫呋喃和固化劑混合均勻，制得有機膜溶液；在包裹了無機膜的鋁合金表面涂上有機膜溶液，得到表面包裹有機膜和無機膜的鋁合金。本發(fā)明通過溶膠凝膠工藝在鋁合金表面形成致密的納米TiO2無機膜，再在鋁合金表面包裹層有機膜，實現(xiàn)鋁合金表面優(yōu)異的防腐性能。
文檔編號C23C26/00GK102912345SQ20121041994
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者姚義俊, 劉斌, 蘇靜, 吳紅艷 申請人:南京信息工程大學(xué)