本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种基于电聚合技术在金属材料表面涂装的方法。
背景技术：
金属材料由于易受所处环境的化学作用而遭受破坏腐蚀，因此，对金属材料表面进行保护涂装是常用的方法。传统的在金属材料表面进行涂装主要为溶剂法涂装，不仅给环境带来污染，而且有机的高分子与金属材料表面往往缺乏良好的界面相容或界面作用，涂层在金属材料表面的附着力较差。因此，能在金属材料表面制备具有良好的保护性能及具有良好的附着力和一定的机械强度的防腐涂层就显得非常重要。
研究表明，环氧树脂的分子结构中由于具有强极性的醚键和羟基，使得对大多数基材表面特别是金属表面良好的粘接力。环氧基团在固化后，涂膜分子结构较为紧密，因此对化学介质特别是酸碱和盐水等有着较好的稳定性。环氧树脂由于具有良好的粘接性、优异的耐酸碱性、易加工改性性以及具有较高的机械强度等诸多优点，从而逐渐发展成为金属材料表面涂料的主要树脂品种之一。传统的环氧涂料通常采用热固化方式进行，耗能高，效率低，往往还有溶剂挥发所带来的环境污染问题。发展一种新型的金属材料表面涂装技术对工业技术、环境保护具有非常重要的意义。
技术实现要素：
本发明所要解决的问题在于在金属材料表面高效涂装、并改善金属材料表面性能、提高金属材料与涂层之间的粘结强度。
本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种基于电聚合技术在金属材料表面涂装的方法，包括以下步骤：
(1)金属的处理：将金属材料清洗除杂并干燥；
(2)电聚合体系的制备：取单体，加入引发剂，混合溶解搅拌后超声处理，静置备用均匀；
(3)电聚合过程：将步骤(1)中处理过的金属材料一端在电源阳极，另一端浸入步骤(2)中制备好的电聚合体系中，阴极采用石墨电极，进行电聚合；
(4)产物处理：将电聚合后的产物进行清洗并干燥。
优选的，所述步骤(1)中金属材料浸泡于去离子水中进行超声波清洗后，采用丙酮清洗，随后用蒸馏水洗净后干燥。
优选的，所述单体为环氧类单体、乙烯基醚类单体、环氧树脂、氧杂环丁烷、噻吩及其衍生物、吡咯及其衍生物、吡啶及其衍生物、苯胺及其衍生物中的一种或者多种。
优选的，所述环氧类单体为脂肪族环氧单体、缩水甘油醚类环氧单体和缩水甘油酯类环氧单体中的一种或多种。
优选的，所述乙烯基醚类单体为环氧丙烷苄基醚、环氧丙烷苯基醚、丙烯基缩水甘油醚、乙二醇双缩水甘油醚，1,4-丁二醇双缩水甘油醚、乙二醇双乙烯基醚中的一种或多种。
优选的，所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂环族环氧树脂、双酚a型环氧树脂、氢化双酚a型环氧树脂、溴化环氧树脂、有机硅改性环氧树脂、有机磷环氧树脂、聚氨酯环氧树脂、双酚f型环氧树脂、双酚s型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或多种。
优选的，所述引发剂包括阳离子部分和阴离子部分，所述阳离子部分为：二苯基碘六氟磷酸盐、4,4'-二甲苯基碘六氟磷酸盐、三芳基六氟磷酸鋶鎓盐、三芳基六氟锑酸鋶鎓盐、六氟锑酸钾、六氟磷酸钠、六氟锑酸银、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、六氟锑酸四苯基磷、1-丁基-3-甲基咪唑六氟锑酸盐、三[4-(二丁氨基)苯基]铵六氟锑酸盐、4-辛氧基二苯碘六氟锑酸盐、双(4-十二烷基苯)碘六氟锑酸盐、n-乙基吡啶六氟磷酸盐、1-丁基吡啶六氟磷酸盐、1-乙基吡啶六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基吡啶六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑啉三氟(三氟甲基)硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯盐、四氟硼酸1-丁基吡啶鎓、1-丁基-4-甲基吡啶六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、六氟磷酸1-丁基吡啶鎓、三甲基氧鎓六氯锑酸盐三苯基碳五氯锡酸中的一种或几种混合物，所述阴离子部分为：sbf6-、asf6-、pf6-、bf4-、sncl5-及sbcl6-中的一种或几种混合物。
优选的，所述步骤(2)中加入的引发剂质量为单体质量的0.05-5％。
优选的，所述金属材料为铝、铁、铜、钢、锌、银、金或合金。
优选的，所述步骤(4)中将电聚合后的产物分别用去离子水和乙醇清洗后，进行干燥。
本发明的金属基材既是被涂装对象，又是提供导电的导体，电子从其表面传导给与金属接触的、即在金属表面上的引发剂，引发剂在金属表面分解产生阴离子和阳离子，阳离子可以引发金属表面上与其相邻的环氧等官能团聚合增长，引发产生的阳离子以及其环氧聚合增长过程中也一直是阳离子状态，而金属表面由于电流通过有大量的电子，由于正负电相吸的原理，所以引发与增长过程中的阳离子一直被吸附在金属表面。另外，单体聚合成高分子具有体积收缩，这是由于分子间的范德华半径转化成化学键导致的，如果这样的体积收缩没有及时被更多的单体进行补充，就会留在涂层中导致非常大的内应力，而使得附着力较差。比如说光聚合，由于光照的方向性，使得聚合是从上层溶液开始，底层也就是基材表面最后受到光照，聚合最后发生，因此底层的聚合没有外来的单体补充进去，体积收缩显著内应力大，使得高分子涂膜的附着力大大下降。而在本发明的金属表面的电聚合过程中，聚合从底层开始，上层溶液可以及时补充到下层，使得体积收缩及时得到溶液补充，大大降低或者没有，使得最终生成的高分子与金属表面有很好的附着力。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明利用电聚合技术对金属材料进行涂装，并改善金属材料表面性能、提高金属材料与涂层之间的粘结强度；
(2)本发明通过电聚合技术对金属材料进行涂装，通过电聚合形式在金属材料表面附着有机涂层，其工艺流程、操作简单，且效果显著。
具体实施方式
现在对本发明作进一步详细的说明。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
取一块铁片，先后用水、丙酮、水清洗后晾干。配制三芳基六氟磷酸鋶鎓盐、3,3'-(氧基双亚甲基)双(3-乙基)氧杂环丁烷的电聚合体系；其中，三芳基六氟磷酸鋶鎓盐与3,3'-(氧基双亚甲基)双(3-乙基)氧杂环丁烷的质量比为1：199。当体系分散均匀后，将铁片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为5v，聚合时间为5min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，涂层漆膜硬度为2h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例2
取一块铜片，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制三[4-(二丁氨基)苯基]铵六氟锑酸盐、双酚a型环氧树脂、乙腈电聚合体系；其中，三[4-(二丁氨基)苯基]铵六氟锑酸盐、双酚a型环氧树脂、乙腈三者的质量比为1：49.5：49.5。当体系分散均匀后，将铜片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为10v，聚合时间为4min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，涂层漆膜硬度为3h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例3
取一块铝片，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为2wt％的六氟磷酸钠的酚醛环氧树脂与3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷质量比50：1的电聚合体系。当体系分散均匀后，将铝片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为15v，聚合时间为3min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，涂层漆膜硬度为3h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
本发明中配制引发剂含量为2wt％的六氟磷酸钠的酚醛环氧树脂与3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷质量比50：1的电聚合体系，是指引发剂的含量为整个电聚合体系的2wt％；酚醛环氧树脂、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷两者含量的综合为整个电聚合体系的98wt％，其中，酚醛环氧树脂与3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷质量比50：1。以下实施例表述同理。
实施例4
取一块不锈钢片，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为5wt％的1-乙基-3-甲基咪唑啉三氟(三氟甲基)硼酸盐的1,4-二环己烷二甲基二乙烯基醚与2-全氟丙氧基全氟丙基三氟乙烯基醚质量比10：1的电聚合体系。当体系分散均匀后，将不锈钢片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为10v，聚合时间为4min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，涂层漆膜硬度为2h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例5
取一根银丝，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为0.1wt％的六氟磷酸1-丁基吡啶鎓的3,4-环氧环己基甲酸3＇,4＇-环氧环己基甲酯与3-羟基-3-甲基氧杂环丁烷质量比10：1的电聚合体系。当体系分散均匀后，将银丝一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为15v，聚合时间为3min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，涂层漆膜硬度为3h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例6
取一根铁丝，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为0.5wt％的六氟锑酸四苯基磷的3,4-环氧基)环己基甲酸(3,4-环氧基)环己基甲酯与噻吩质量比50：1的电聚合体系。当体系分散均匀后，将铁丝一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为15v，聚合时间为3min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，具有聚噻吩的环氧涂层对电化学腐蚀具有很强的防护作用，且涂层漆膜硬度为3h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例7
取一片铁铝合金片，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为5wt％的三[4-(二丁氨基)苯基]铵六氟锑酸盐的双酚a型环氧树脂与吡咯质量比20：1的电聚合体系。当体系分散均匀后，将铁铝片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为15v，聚合时间为3min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，具有一定量聚吡咯的环氧涂层对电化学腐蚀具有很强的防护作用，且涂层漆膜硬度为3h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例8
取一根锌条，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为1.5wt％的4,4'-二甲苯基碘六氟磷酸盐的氢化双酚a型环氧树脂的电聚合体系。当体系分散均匀后，将锌条一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为20v，聚合时间为3min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，涂层漆膜硬度为3h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例9
取一片铜铁合金片，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为1wt％的1-乙基-3-甲基咪唑啉三氟(三氟甲基)硼酸盐的双酚s型环氧树脂与硝基苯质量比3：1的电聚合体系。当体系分散均匀后，当体系分散均匀后，将铜铁合金片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为30v，聚合时间为3min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，涂层漆膜硬度为3h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例10
取一片铁片，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为2wt％的三甲基氧鎓六氯锑酸盐的双酚f型环氧树脂与3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷质量比20：1的电聚合体系。当体系分散均匀后，将铁片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为30v，聚合时间为3min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，涂层漆膜硬度为3h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例11
取一片铁片，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为2.5wt％的三苯基碳五氯锡酸的溴化环氧树脂与噻吩质量比50：1的电聚合体系。当体系分散均匀后，，将铁片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述的电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为30v，聚合时间为3min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，具有聚噻吩的环氧涂层对电化学腐蚀具有很强的防护作用，且涂层漆膜硬度为3h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例12
取一片铁片，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为2wt％的4-辛氧基二苯碘六氟锑酸盐的聚氨酯环氧树脂的电聚合体系。当体系分散均匀后，将铁片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述的电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为40v，聚合时间为2min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，涂层漆膜硬度为2h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例13
取一片铁猛片，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为1wt％的三[4-(二丁氨基)苯基]铵六氟锑酸盐的双酚a二缩水甘油醚(dgebpa)型环氧树脂与离子液体1-乙基-3-甲基咪唑啉三氟(三氟甲基)硼酸盐质量比5：1的电聚合体系。当体系分散均匀后，将铁锰片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为50v，聚合时间为2min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，涂层漆膜硬度为3h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例14
取一片铁铬合金片，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为5wt％的三[4-(二丁氨基)苯基]铵六氟锑酸盐的有机硅环氧树脂与离子液体1-甲基-3-丁基咪唑硝酸盐质量比10：1的电聚合体系。当体系分散均匀后，将铁铬片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为50v，聚合时间为2min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，涂层漆膜硬度为2h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例15
取一片铁碳合金片，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为2wt％的双(4-十二烷基苯)碘六氟锑酸盐的双酚f型环氧树脂与2-全氟丙氧基全氟丙基三氟乙烯基醚质量比20：1的电聚合体系。当体系分散均匀后，将铁碳合金片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述的电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为60v，聚合时间为3min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，涂层具有优异的疏水抗菌性能，且涂层漆膜硬度为3h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
实施例16
取一片铁片，先后用水、丙酮、水清洗后干。配制引发剂含量为1.5wt％的三苯基碳五氯锡酸的双酚a环氧树脂：3-巯基噻吩：乙腈质量比10：1：2的电聚合体系。当体系分散均匀后，将铁片一端固定在直流稳压电源的正极上，另一端放置于上述的电聚合体系中，并将直流稳压电源负极连接石墨电极一并置于电聚合体系中，设置直流稳压电源输出电压为75v，聚合时间为2min；获得电聚合涂层。分别用无水乙醇和去离子水对涂层表面冲洗后，对涂层进行测试，具有聚(3-巯基噻吩)的环氧涂层由于巯基与金属的螯合作用以及聚噻吩衍生物良好的导电性，使得涂层与铁片表面具有很强的粘接性及良好的抗电化学腐蚀性，且涂层漆膜硬度为3h，浸泡在10wt％naoh水溶液中4天涂层没有起泡或脱落现象。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。