SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面處理方法及表面涂層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面處理方法及表面涂層。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度、比剛度、彈性模量和耐磨性，還具有較低的熱膨脹系數(shù)，在航空航天、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、精密儀表、電子封裝、體育器材等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。采用SiC對金屬基復(fù)合材料進(jìn)行增強(qiáng)雖然可以使材料的很多性能得到提升，但同時(shí)也降低了材料組織的均一性，從而會(huì)使材料耐蝕性能大幅下降，因此對SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料進(jìn)行有效的表面處理，以提升耐腐蝕、耐磨損和耐高溫氧化性能顯得尤為重要。
[0003]SiC/Al復(fù)合材料是極具代表性的SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。目前，對SiC/Al復(fù)合材料進(jìn)行表面處理的方法主要包括微弧氧化、陽極氧化、化學(xué)鈍化、有機(jī)涂層等，但微弧氧化、陽極氧化、化學(xué)鈍化，這幾種表面處理方法所制備出的表面保護(hù)膜普遍存在耐腐蝕能力不佳、附著力差、易于受到破壞等問題，而現(xiàn)有的有機(jī)涂層會(huì)嚴(yán)重影響SiC/Al復(fù)合材料的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足之處，本發(fā)明提供了一種SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面處理方法及表面涂層，能夠在SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面制備出附著力好的表面涂層，不僅可以對SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料提供良好的防護(hù)性能，而且不會(huì)影響SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面處理方法，包括以下步驟:
[0007 ]步驟A、將24?30質(zhì)量份的水溶性硅酸鹽、I?5質(zhì)量份的硅烷偶聯(lián)劑、3?1質(zhì)量份的三聚磷酸鋁、8?25質(zhì)量份的水溶性鉬酸鹽與64?82質(zhì)量份的去離子水混合，得到復(fù)合硅溶膠粘結(jié)劑；
[0008]步驟B、將15?30質(zhì)量份的片狀金屬粉加入到20?50質(zhì)量份的有機(jī)醇溶劑中，并在攪拌狀態(tài)下依次加入3?6質(zhì)量份的娃燒偶聯(lián)劑、2?6質(zhì)量份pH=8?11的氨水、I?3質(zhì)量份的乳化劑、0.5?1.2質(zhì)量份的流平劑、0.2?0.4質(zhì)量份的增稠劑，充分分散，得到膏狀混合物;其中，所述的片狀金屬粉為鋅粉、鋁粉、鎂粉、鋅鋁合金粉或鋅鎂合金粉中的至少一種；所述的有機(jī)醇溶劑為聚乙二醇、丙三醇、乙二醇或二丙二醇中的至少一種；
[0009]步驟C、在40?50°C的水浴條件和攪拌狀態(tài)下，向步驟B制得的膏狀混合物中加入步驟A制得的復(fù)合硅溶膠粘結(jié)劑，并充分分散，得到涂覆液;其中，膏狀混合物與復(fù)合硅溶膠粘結(jié)劑的混合比例為:每35?50質(zhì)量份的膏狀混合物中加入50?65質(zhì)量份的復(fù)合硅溶膠粘結(jié)劑；
[0010]步驟D、將步驟C制得的涂覆液涂覆到SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面，并在250?350°C下進(jìn)行烘干處理，從而在SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面制備出表面涂層。
[0011]優(yōu)選地，所述SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中的金屬為鋁、銅、鈦、鋁合金、銅合金或鈦
I=IO
[0012]優(yōu)選地，所述的硅烷偶聯(lián)劑為KH550，KH560或KH570中的至少一種;所述的乳化劑為壬基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一種;所述的流平劑為聚醚改性聚二甲基硅氧烷;所述的增稠劑為羥乙基纖維素。
[0013]優(yōu)選地，所述的水溶性硅酸鹽為硅酸鈉、硅酸鋰、硅酸鉀或硅酸季銨鹽;所述的水溶性鉬酸鹽為鉬酸鈉、鉬酸鋰、鉬酸鉀、鉬酸銨或鉬酸鎂。
[0014]優(yōu)選地，在步驟B中，氨水加入后，先攪拌至少5小時(shí)，再依次加入乳化劑、流平劑和增稠劑，然后再分散至少3小時(shí)，得到膏狀混合物。
[0015]—種SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面涂層，采用上述上述技術(shù)方案中所述的SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面處理方法在SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面制備而成。
[0016]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例所提供的SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面處理方法通過三聚磷酸鋁和鉬酸鹽對涂覆液中的片狀金屬粉和SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中的金屬基材進(jìn)行鈍化，并通過硅烷偶聯(lián)劑的水解包覆作用保障片狀金屬粉在水性涂覆液中穩(wěn)定存在，同時(shí)利用硅酸鹽可以同時(shí)與金屬和SiC形成化學(xué)鍵的特點(diǎn)，采用硅烷偶聯(lián)劑和水溶性硅酸鹽水解所產(chǎn)生的硅溶膠將SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中的SiC和金屬基材與涂覆液中的片狀金屬粉通過硅氧鍵牢固粘結(jié)在一起，可以在SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面制備出附著力非常好的表面涂層。此外，涂層制備過程中片狀金屬粉會(huì)在基材表面層層排列，這些層層覆蓋的片狀金屬粉不僅可以為SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料提供優(yōu)異的防護(hù)能力，而且片狀金屬粉自身具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱能力，因此當(dāng)所述涂覆液涂覆到SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料表面后，SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料仍具有較好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，這使得本發(fā)明所提供的SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面處理方法尤其適用于對SiC/Al復(fù)合材料(SiC/Al復(fù)合材料主要用途之一是用作電子封裝材料)進(jìn)行表面防護(hù)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]首先需要說明的是，在本發(fā)明實(shí)施例中，SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中的SiC為SiC顆?；騍iC纖維，而SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中的金屬為招、銅、鈦、招合金、銅合金或鈦合金。下面對本發(fā)明所提供的SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面處理方法及表面涂層進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0019]一種SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面處理方法，包括如下步驟:
[0020 ]步驟A、將24?30質(zhì)量份的水溶性硅酸鹽、I?5質(zhì)量份的硅烷偶聯(lián)劑、3?1質(zhì)量份的三聚磷酸鋁、8?25質(zhì)量份的水溶性鉬酸鹽與64?82質(zhì)量份的去離子水混合，得到復(fù)合硅溶膠粘結(jié)劑。
[0021 ] 其中，所述的水溶性硅酸鹽為硅酸鈉、硅酸鋰、硅酸鉀或硅酸季銨鹽;所述的水溶性鉬酸鹽為鉬酸鈉、鉬酸鋰、鉬酸鉀、鉬酸銨或鉬酸鎂;所述的硅烷偶聯(lián)劑為KH550，KH560或KH570中的至少一種。
[0022]步驟B、將15?30質(zhì)量份的片狀金屬粉加入到20?50質(zhì)量份的有機(jī)醇溶劑中，并在攪拌狀態(tài)下依次加入3?6質(zhì)量份的娃燒偶聯(lián)劑、2?6質(zhì)量份pH=8?11的氨水、I?3質(zhì)量份的乳化劑、0.5?1.2質(zhì)量份的流平劑、0.2?0.4質(zhì)量份的增稠劑，充分分散，得到膏狀混合物。
[0023]其中，所述的片狀金屬粉為鋅粉、鋁粉、鎂粉、鋅鋁合金粉或鋅鎂合金粉中的至少一種;所述的有機(jī)醇溶劑為聚乙二醇、丙三醇、乙二醇或二丙二醇中的至少一種;所述的硅烷偶聯(lián)劑為KH550，KH560或KH570中的至少一種;所述的乳化劑為壬基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一種;所述的流平劑為聚醚改性聚二甲基硅氧烷;所述的增稠劑為羥乙基纖維素。具體而言，將片狀金屬粉加入到有機(jī)醇溶劑中后，先在攪拌狀態(tài)下加入硅烷偶聯(lián)劑KH550，再在攪拌狀態(tài)下以I?5滴/min的速率滴加氨水，并攪拌至少5小時(shí)，然后在攪拌狀態(tài)下依次加入乳化劑、流平劑和增稠劑，并分散至少3小時(shí)，從而制得膏狀混合物。
[0024]步驟C、在40?50°C的水浴條件和攪拌狀態(tài)下，向步驟B制得的膏狀混合物中加入步驟A制得的復(fù)合硅溶膠粘結(jié)劑，并充分分散，得到涂覆液。
[0025]其中，膏狀混合物與復(fù)合硅溶膠粘結(jié)劑的混合比例為:每35?50質(zhì)量份的膏狀混合物中加入50?65質(zhì)量份的復(fù)合硅溶膠粘結(jié)劑。
[0026]步驟D、將步驟C制得的涂覆液涂覆到SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面，并在250?350°C下進(jìn)行烘干處理，從而在SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面制備出表面涂層。
[0027]具體地，本發(fā)明所提供的SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面處理方法原理如下:
[0028](I)所述涂覆液中的三聚磷酸鋁和水溶性鉬酸鹽可以對片狀金屬粉和SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中的金屬基材起到鈍化作用，而硅烷偶聯(lián)劑的水解包覆作用可以保證片狀金屬粉在所述涂覆液中穩(wěn)定存在，同時(shí)硅烷偶聯(lián)劑和水溶性硅酸鹽水解所產(chǎn)生的硅溶膠在加熱后能夠?qū)iC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中的SiC和金屬基材與涂覆液中的片狀金屬粉通過硅氧鍵牢固粘結(jié)在一起，從而可以在SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的表面制備出附著力非常好的表面涂層。
[0029](2)片狀金屬粉在涂覆層中的層層排列不僅可以為SiC增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料提供優(yōu)異的防護(hù)能力，而且片狀金屬粉自