专利名称：一种金属表面涂装方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属防护方法，尤其涉及一种金属表面涂装方法及其应用。
背景技术：
众所周知，在自然界中，除了少量贵重惰性金属(金、钼等)外，其余绝大多数金属及其合金在自然条件下都易发生腐蚀，在使用之前一般都要经过防护处理以提高其耐蚀性能，延长使用寿命，这其中，基于涂覆有机涂层的金属表面涂装技术应用最多，效果最好。金属表面的涂装体系包括金属表面预处理层与后续的防护层。传统的预处理技术如铬酸盐钝化、磷酸盐转化等对环境都不友好，如六价铬离子具有很强的毒性、磷酸盐则会导致水体富营养化。随着环保呼声的高涨，迫切需要研发出新型环保型表面处理工艺。针对当前趋势，本发明提出一种金属表面涂装方法及用途。先采用电沉积方法在金属基体上沉积一层结合力良好、惰性多孔的纳米氧化物层，然后再在其表面涂覆防护层。 与传统的金属表面涂装体系相比，本发明所制备的以纳米氧化物为预处理层的涂装体系具有更优异的防护性能，更重要的是对环境零污染，且对基体与后续防护层无选择性，是一种具有广适性的绿色环保型涂装技术。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种金属表面涂装方法及其应用。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的 金属表面涂装方法的步骤如下
1)金属基体依次经80、120、400号静电植砂，14号金相砂纸机械打磨后，放入30 60°C除油液中除油1 lOmin，再在30 60°C超声5 15min，最后依次用自来水，去离子水清洗后，快速用热风吹干，在干燥箱中放置5 24h待用；
2)前躯体溶液配制加入50 IOOmL无水乙醇、50 IOOmL水、1 IOmL前躯体，HCl 调pH至2. O 5. 0，室温下搅拌2 14h，待用；
3)在三电极槽中加入配好的前躯体溶液，以金属基体作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，钼为对电极，控制电位在-0. 5 -2. 0V，沉积时间为IOOs 600s，用去离子水冲洗后40 150°C烘干，得到纳米氧化物薄膜；
4)在纳米氧化物薄膜上浸涂、滴涂、旋涂或刷涂防护层，溶剂蒸发后在40 150°C下固化0. 5 Ih即可。所述的除油液的组成为碳酸钠8g/L、硅酸钠5g/L、多聚磷酸钠8g/L，十二烷基磺酸钠lg/L、烷基酚聚氧乙烯醚5mL/L。所述的纳米氧化物膜为Si02、TiO2, ZrO2, PbO2, SnO2, Co203、Cu0或ZnO膜。所述的前躯体为硅酸烷基酯、钛酸烷基酯、锆酸烷基酯、乙酸铅、锡酸烷基酯、Co (acac)2、Cu (acac)2或Si (acac)20所述的防护层为有机硅烷膜、有机/无机杂化的复合sol-gel薄膜或常用的有机涂层。所述的金属基体为碳钢、镀锌钢、冷轧钢、 铝、锌、铜、镁或锡及其合金。
金属表面涂装方法应用于碳钢、镀锌钢、冷轧钢、铝、锌、铜、镁或锡及其合金的表面防腐。本发明的有益效果是与传统的金属表面涂装体系相比，本发明所制备的以纳米氧化物为预处理层的涂装体系具有更优异的防护性能，更重要的是对环境零污染，且对基体与后续防护层无选择性，是一种具有广适性的绿色环保型涂装技术。
图1 (a)为在20M铝合金基体表面通过电沉积技术沉积的纳米SW2膜，显示出纳米尺度的多孔性质；
图1 (b)为在20 铝合金基体表面通过电沉积技术沉积的纳米SiA膜上涂覆十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)后的形貌，显示DTMS均勻覆盖住纳米SiA膜，且防护膜较致密；
图2为20 铝合金基体经不同处理后在3. 5wt% NaCl水溶液中测得的电化学交流阻抗谱(EIS)图，(1)为裸基体；(2)为表面仅覆盖了 DTMS防护层；(3)为基体表面先电沉积一层多孔SW2层，然后涂覆一层DTMS防护层。显示基体表面经SW2膜处理后显著提高了 DTMS防护层的防护性能；
图3为20M铝合金经不同处理后在3. 5wt% NaCl水溶液中浸泡不同时间后测得的EIS 谱图，(1)为表面仅覆盖了环氧涂层；(2)为基体表面先电沉积一层多孔SiO2层，然后涂覆一层环氧涂层。结果显示基体经S^2层处理后大大的提高了环氧涂层体系的耐腐蚀性能。
具体实施例方式金属表面涂装方法的步骤如下
1)金属基体依次经80、120、400号静电植砂，14号金相砂纸机械打磨后，放入30 60°C除油液中除油1 lOmin，再在30 60°C超声5 15min，最后依次用自来水，去离子水清洗后，快速用热风吹干，在干燥箱中放置5 24h待用；
2)前躯体溶液配制加入50 IOOmL无水乙醇、50 IOOmL水、1 IOmL前躯体，HCl 调pH至2. O 5. 0，室温下搅拌2 14h，待用；
3)在三电极槽中加入配好的前躯体溶液，以金属基体作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，钼为对电极，控制电位在-0. 5 -2. 0V，沉积时间为IOOs 600s，用去离子水冲洗后40 150°C烘干，得到纳米氧化物薄膜；
4)在纳米氧化物薄膜上浸涂、滴涂、旋涂或刷涂防护层，溶剂蒸发后在40 150°C下固化0. 5 Ih即可。所述的除油液的组成为碳酸钠8g/L、硅酸钠5g/L、多聚磷酸钠8g/L，十二烷基磺酸钠lg/L、烷基酚聚氧乙烯醚5mL/L。所述的纳米氧化物膜为Si02、TiO2, ZrO2, PbO2, SnO2, Co203、Cu0或ZnO膜。所述的前躯体为硅酸烷基酯、钛酸烷基酯、锆酸烷基酯、乙酸铅、锡酸烷基酯、Co (acac)2、Cu (acac)2或Si (acac)20所述的防护层为有机硅烷膜、有机/无机杂化的复合sol-gel薄膜或常用的有机涂层。所述的金属基体为碳钢、镀锌钢、冷轧钢、 铝、锌、铜、镁或锡及其合金。金属表面涂装方法应用于碳钢、镀锌钢、冷轧钢、铝、锌、铜、镁或锡及其合金的表面防腐。
实施例1
20M铝合金电极片依次经80、120、400号静电植砂，14号金相砂纸机械打磨后，放入 60°C除油液中除油5min，再在60°C超声lOmin，最后依次用自来水，去离子水清洗电极后， 快速用热风吹干，在干燥箱中放置24h待用。依次往烧杯中加入50mL无水乙醇、50mL水、3mL正硅酸乙酯(TEOS)，HCl调pH至 3. O左右，室温下搅拌待用。在三电极槽中加入配好的前躯体溶液，以20M铝合金电极片作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，钼为对电极，控制电位在-1. 5V，沉积时间为 300s，用去离子水冲洗后40°C烘干，得到纳米氧化物膜。然后，在SW2纳米氧化物膜上滴涂 DTMS溶液，溶剂蒸发后在100°C下固化lh，得到硅烷膜覆盖的防护膜体系。上述DTMS涂覆液的配制过程为去离子水/无水乙醇/十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)体积比为75:25:3， 用醋酸调节pH为4. 5左右，搅拌均勻后置于35°C恒温水浴中4 待用。在20 铝合金基体表面通过电沉积技术沉积的纳米SiO2薄膜，显示出纳米尺度的多孔性质(见附图la);在此薄膜上滴涂DTMS后的形貌显示DTMS均勻覆盖住纳米SiO2膜， 且防护膜较致密(见附图lb)。防护膜体系的防护性能采用电化学交流阻抗谱(EIS)进行测试，所用测试溶液为 3. 5wt% NaCl水溶液。结果显示，基体表面经SW2膜处理后显著提高了 DTMS防护层的防护性能(见附图2)。为更直观说明，表1中列出了各防护膜体系的低频阻抗模值(|Z|1(l_z)。表1不同防护层体系的低频阻抗模值
权利要求
1.一种金属表面涂装方法，其特征在于它的步骤如下1)金属基体依次经80、120、400号静电植砂，14号金相砂纸机械打磨后，放入30 60°C除油液中除油1 lOmin，再在30 60°C超声5 15min，最后依次用自来水，去离子水清洗后，快速用热风吹干，在干燥箱中放置5 24h待用；2)前躯体溶液配制加入50 IOOmL无水乙醇、50 IOOmL水、1 IOmL前躯体，HCl 调pH至2. 0 5. 0，室温下搅拌2 14h，待用；3)在三电极槽中加入配好的前躯体溶液，以金属基体作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，钼为对电极，控制电位在-0. 5 -2. 0V，沉积时间为IOOs 600s，用去离子水冲洗后40 150°C烘干，得到纳米氧化物薄膜；4)在纳米氧化物薄膜上浸涂、滴涂、旋涂或刷涂防护层，溶剂蒸发后在40 150°C下固化0. 5 Ih即可。
2.根据权利要求1所述的一种金属表面涂装方法，其特征在于所述的除油液的组成为碳酸钠8g/L、硅酸钠5g/L、多聚磷酸钠8g/L，十二烷基磺酸钠lg/L、烷基酚聚氧乙烯醚 5mL/L。
3.根据权利要求1所述的一种金属表面涂装方法，其特征在于所述的纳米氧化物膜为 SiO2、TiO2、ZrO2、PbO2、SnO2、Co2O3、CuO 或 ZnO 膜。
4.根据权利要求1所述的一种金属表面涂装方法，其特征在于所述的前躯体为硅酸烷基酯、钛酸烷基酯、锆酸烷基酯、乙酸铅、锡酸烷基酯、Co (acac)2、Cu (acac)2或Si(&C3-C) 2 ο
5.根据权利要求1所述的一种金属表面涂装方法，其特征在于所述的防护层为有机硅烷膜、有机/无机杂化的复合sol-gel薄膜或常用的有机涂层。
6.根据权利要求1所述的一种金属表面涂装方法，其特征在于所述的金属基体为碳钢、镀锌钢、冷轧钢、铝、锌、铜、镁或锡及其合金。
7.—种如权利要求1所述金属表面涂装方法的应用，其特征在于用于碳钢、镀锌钢、冷轧钢、铝、锌、铜、镁或锡及其合金的表面防腐。
全文摘要
本发明公开了一种金属表面涂装方法及其应用。它是利用电沉积方法在金属基体上先沉积一层惰性、多孔的纳米氧化物薄膜，然后再在上述表面覆盖一层防护层。纳米氧化物薄膜由SiO2、TiO2或ZrO2等的前躯体水溶液在金属表面采用电沉积法制得。覆盖所用的防护层可以是常用的有机硅烷膜、无机/有机杂化的硅烷膜或普通的有机涂层。本发明提供的上述金属表面涂装防护技术制备工艺简单，成本低，特别是绿色环保，且具有广适性，对金属基体的类型或后续防护层几乎没有选择性。电沉积制备的纳米氧化物薄膜预处理层与金属基体结合力好，加之它的表面能高，表面粗糙多孔，比表面积大，因此又能与后续的覆盖层紧密结合，大大增强了整个防护层的耐腐蚀性能。
文档编号C25D9/04GK102321900SQ20111024792
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者张鉴清, 曹楚南, 王钾, 胡吉明 申请人:浙江大学