一种用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液的制作方法
【专利说明】一种用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液
[0001] 【技术领域】 本发明涉及化工材料技术领域，具体涉及一种用于船舶钛合金基材表面处理的有机无 机钝化液。
[0002] 【【背景技术】】 已知的，钛合金表面极易形成一层氧化膜，无活性基团，粗糙度低，有机涂层较难在其 表面形成高强附着。因此，为增强涂层的结合强度，需对钛合金表面进行改性，以提高基材 表面粗糙度及活性。长期以来，钛合金表面处理技术主要采用铬酸盐转化膜及磷化膜等，使 用效果很好。其中，铬酸盐转化膜处理技术是最有效的方法，但其强烈的毒性和致癌性促使 人们致力于研宄和开发新型、环保的处理技术。
[0003] 国外开展了较多关于钛合金表面处理液的研宄，如美国专利、US 7018486[P]公 布了一种无六价铬，且耐蚀性高的转化膜，其溶液中主要包括可溶性三价铬盐、氟化物和一 种添加剂。添加剂含有螯合剂或多链配合体，主要为氨基磷酸的盐酸类和酯类，如羟基、烷 基、氨基磷酸、二乙基氨甲基磷酸等。三价铬化合物的最佳质量浓度为0.5~8.0 g/L，氟 化物的最佳质量浓度为0. 5~18g/L，添加剂的最佳质量浓度为15~30 mg/L，溶液pH值 为2. 5~4. 0 ;美国专利、US 5322870 [P]公布了 一种无铬原位磷化处理液，主要由胺和磷 化剂组成。磷化剂可以是烷基、苯基或芳基磷酸酯，也可以是烷基、苯基或芳基磷酸。在基 材表面形成磷化层表面，能增强表面涂层附着强度；美国专利、US 4988396[P]公布了一种 高锰酸盐转化膜，主要成分为高锰酸盐、氯化物和磷酸盐等，可得到具有良好耐蚀性的转化 膜。适用的金属有铝及铝合金、钛及钛合金，经过适宜的前处理，都能得到耐蚀性良好的转 化膜，提高有机涂层的附着强度。
[0004] 经过检索发现，北京航空航天大学的陈贻炽等人开发了一种改良钛系表面调整 剂，主要由活性成分(磷酸钛)、碱金属(碱土金属）阳离子和分散稳定剂等组成，能形成耐蚀 性良好，且均匀、细密的磷化膜。南京航空航天大学的陶杰等人采用微弧氧化的方法在钛合 金表面制备了多孔Ti0 2膜层，研宄了孔径大小与涂层结合强度的关系等，国内未见钛合金 表面处理液相关的专利申请和相关报道。
[0005] 【
【发明内容】
】 为克服【背景技术】中存在的不足，本发明提供了一种用于船舶钛合金基材表面处理的有 机无机钝化液，本发明以锆酸盐、磷酸盐、硅酸盐和含N有机杂环化合物为主要成膜物质， 通过浸涂或喷涂工艺，可在钛合金表面形成一层很薄的有机无机钝化膜，提高基材与表面 有机涂层的相容性，有效增强涂层的附着强度，延长其使用寿命。
[0006] 为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案： 一种用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，组成成分按质量百分比包括： 锆酸盐 1~3% ; 磷酸盐 1~3% ; 硅酸盐 0~1% ; 含N有机杂环化合物 2~3% ; 溶剂 92~94%。
[0007] 所述的用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，所述锆酸盐为氟锆酸 钾、氟锆酸钠或氟锆酸铵。
[0008] 所述的用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，所述磷酸盐为六偏磷酸 钠、三聚磷酸钠或磷酸二氢钠。
[0009] 所述的用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，所述硅酸盐为偏硅酸 钠、硅酸钠或硅酸钾。
[0010] 所述的用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，所述为7-氮杂吲哚、 2_氨基吡啶和2-巯基苯并噻唑中的任意一种或几种组合。
[0011] 所述的用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，所述溶剂为去离子水。
[0012] 采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性： 本发明所述的一种用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，本发明以锆酸 盐、磷酸盐、硅酸盐和含N有机杂环化合物为主要成膜物质，通过浸涂或喷涂工艺，可在钛 合金基材表面形成一道3~5 y m厚的有机/无机钝化膜，可增强基材的耐蚀性能，该钝化 膜与表面环氧防锈涂层有较好的相容性，涂层附着强度大幅提高，界面破坏率大大降低，有 效延长钛合金表面防污涂层体系的使用寿命，具有广阔的应用前景。
[0013] 【【附图说明】】 图1是本发明钛合金钝化膜的电化学Nuquist曲线图； 图2是本发明钛合金钝化膜的模拟电阻值； 图3是本发明环氧底漆在基材表面接触角测试结果； 图4是本发明环氧底漆附着强度测试结果。
[0014] 【【具体实施方式】】 通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例； 本发明所述的一种用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，组成成分按质量 百分比包括： 锆酸盐 1~3% ; 磷酸盐 1~3% ; 硅酸盐 0~1% ; 含N有机杂环化合物 2~3% ; 溶剂 92~94%。
[0015] 其中所述锆酸盐为氟锆酸钾、氟锆酸钠或氟锆酸铵；所述磷酸盐为六偏磷酸钠、三 聚磷酸钠或磷酸二氢钠；所述硅酸盐为偏硅酸钠、硅酸钠或硅酸钾；所述为7-氮杂吲哚、 2_氨基吡啶和2-巯基苯并噻唑中的任意一种或几种组合；所述溶剂为去离子水；所述锆酸 盐、磷酸盐、硅酸盐和含N有机杂环化合物总浓度为6~8%。
[0016] 利用本发明的有机无机钝化液处理钛合金基材后，在表面形成一层有机/无机钝 化月旲，可大幅提尚基材的耐蚀性能。钦合金基材纯化如后的电化学Nuquist曲线及|旲拟电 阻值如图1和2所示。
[0017] 有机无机钝化膜可提高环氧底漆与基材的相容性，降低接触角，有利于其在基材 表面的润湿分散，如图3所示。
[0018] 环氧底漆在钛合金基材表面的附着力仅为6. 8MPa，界面破坏率达到30%左右。钛 合金基材经钝化液处理后，环氧底漆的附着力大幅上升至9. 7MPa，提高幅度达43%，且界面 破坏率降低至1%，如图4所示。
[0019] 本发明的具体实施例如下： 有机无机钝化液组成及环氧底漆附着力测试结果如下表所示： 钝化液组成及环氧底漆附着力测试结果
【主权项】
1. 一种用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，其特征是：组成成分按质量 百分比包括： 锆酸盐 1~3% ; 磷酸盐 1~3% ; 硅酸盐 O~1% ; 含N有机杂环化合物 2~3% ; 溶剂 92~94%。
2. 根据权利要求1所述的用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，其特征 是：所述锆酸盐为氟锆酸钾、氟锆酸钠或氟锆酸铵。
3. 根据权利要求1所述的用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，其特征 是：所述磷酸盐为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或磷酸二氢钠。
4. 根据权利要求1所述的用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，其特征 是：所述硅酸盐为偏硅酸钠、硅酸钠或硅酸钾。
5. 根据权利要求1所述的用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，其特征 是：所述为7-氮杂吲哚、2-氨基吡啶和2-巯基苯并噻唑中的任意一种或几种组合。
6. 根据权利要求1所述的用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，其特征 是：所述溶剂为去离子水。
【专利摘要】一种用于船舶钛合金基材表面处理的有机无机钝化液，本发明主要成分为锆酸盐、磷酸盐、硅酸盐和含N有机杂环化合物，通过浸涂或刷涂施工2～3道，可在钛合金基材表面形成一层有机/无机钝化膜，增强基材与表面有机涂层间的相容性，可使环氧底漆在钛合金基材表面的附着强度从7MPa提高至10MPa，界面破坏率从30%降低至1%。本发明的有机无机钝化液可用于船舶钛合金基材的表面处理，有效增强表面涂层的附着强度，对延长涂层的使用寿命起重要作用，具有广阔的应用前景。
【IPC分类】C23C22-68
【公开号】CN104694915
【申请号】CN201410739754
【发明人】黄从树, 王晶晶, 张初镱, 邓喜玲
【申请人】中国船舶重工集团公司第七二五研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月8日