一种具有腐蚀监测功能的溶胶凝胶涂层的制备方法与流程

本发明涉及一种具有腐蚀监测功能的溶胶凝胶涂层的制备方法，特别涉及在腐蚀环境下可实现铝合金的腐蚀监测功能的溶胶凝胶涂层的制备方法，属于功能防护涂层材料领域。

背景技术：

在腐蚀环境下，铝合金会发生腐蚀，故常采用各种腐蚀防护手段对其进行保护，常见的腐蚀防护技术有电镀、阳极氧化、涂层技术等。溶胶凝胶涂层具有显著地增强漆膜结合力及绿色无污染的特性，常被用于铝合金的防护。而对于溶胶凝胶涂层，合适的醇水比及有机无机成分的比例对于涂层的性能十分重要，如溶胶液的稳定性、涂层的防护性能等。

铝合金发生腐蚀时，常以点蚀的形式出现，其隐蔽性强、危害性大，故对其腐蚀过程进行监测具有极其重要的意义。根据腐蚀监测机理的不同，目前常用的腐蚀监测技术有物理监测技术、电化学监测技术以及化学监测技术。荧光智能预测技术即为化学监测技术的一种。此技术起源于二十世纪末的美国与加拿大海军，历经二十余年的发展，目前已经成为一种可行性很高的腐蚀监测技术。与传统腐蚀监测技术相比，荧光智能预测技术具有观测简单、高灵敏度以及及时性等优点，越来越受到研究人员的重视。

在荧光智能监测技术领域，选择合适的荧光剂以及其合适添加浓度是研究的重点。根据响应机理分类，荧光剂可分为金属离子响应型荧光剂和ph响应型荧光剂。以铝合金为例，铝合金发生腐蚀时，阳极会产生al³⁺，阴极会发生oh^-的聚集，通过添加对al³⁺敏感或对ph变化敏感的荧光剂，便可实现对铝合金腐蚀过程的监测。而根据荧光现象分类，荧光剂可分为荧光产生型和荧光猝灭型。相比而言，发生腐蚀后，荧光猝灭型荧光剂会发生荧光猝灭的现象，而荧光产生型荧光剂在产生荧光后还可以根据后续荧光强度的变化对腐蚀进行持续的监测，故在研究中常选用荧光产生型荧光剂。

进一步地，不当的涂层配方会导致荧光剂与涂层中的组分在腐蚀前就发生反应，造成荧光剂腐蚀监测功能的失效；此外，荧光剂的添加浓度也会显著影响荧光监测的灵敏性，低的荧光剂浓度往往使得荧光现象不明显，而高浓度荧光剂又会导致涂层本身的交联度降低，影响涂层的防护性能。

水杨醛，也称邻羟基苯甲醛、2-羟基苯甲醛，分子式为c6h4cho-2-oh，室温下为无色油状液体，在腐蚀防护领域的研究中常被用作缓蚀剂。水杨醛对al³⁺十分敏感，与al³⁺螯合后会产生荧光。因此，本发明拟选用水杨醛作为荧光剂，通过其与al³⁺的螯合作用以监测因腐蚀而产生的al³⁺，进而实现对铝合金基体的腐蚀监测。

综上，以水杨醛为荧光剂，选择合适的添加浓度，结合合适的溶胶液配方并通过合适的涂膜方法和后续热处理工艺，制备一种腐蚀监测功能的溶胶凝胶涂层，通过其腐蚀监测功能可及时发现铝合金基体上的腐蚀点，做出应对措施。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种使用水杨醛作为荧光剂、结合溶胶凝胶技术制备具有腐蚀监测功能的溶胶凝胶涂层的方法。

本发明的技术方案如下：

本发明制备的溶胶凝胶涂层具有腐蚀监测功能，其中以水杨醛作为腐蚀监测试剂，采用浸涂法制备。

本发明利用溶胶凝胶技术，通过浸渍提拉法涂膜，并通过加入水杨醛使涂层功能化，通过适合的溶胶液的醇水比、硅锆比等，使一定浓度范围的水杨醛可在溶胶液中稳定存在，并通过适宜的热处理工艺得到具有腐蚀监测功能的溶胶凝胶涂层。

本发明的制备过程包括以下步骤：

(1)以正丙醇锆为前驱体，无水乙醇作为溶剂，乙酰乙酸乙酯作为络合剂，在搅拌条件下制备出锆溶胶；

(2)以硅烷偶联剂为前驱体，去离子水和无水乙醇作为溶剂，水杨醛作为腐蚀监测物质，其浓度为2.5mm-10mm，在搅拌的条件下制备出含腐蚀监测物质的硅溶胶；

(3)将步骤(1)和步骤(2)中制备的两种溶胶在搅拌的条件下混合，并加入硝酸调节ph至3.5-4.5之间，其中混合后的溶胶液中醇水体积比为2～3，硅锆体积比为2～6，且硅烷与溶剂的体积比为0.1～1；

(4)将铝合金试样使用浸渍提拉法进行第一次涂膜，空气中静置15分钟后，进行二次涂膜，空气中静置30分钟；

(5)将(4)中得到的涂膜后试样于60℃加热1小时、90℃加热30分钟、110℃加热15分钟，室温冷却，得到平整透明无缺陷涂层。

本发明的优点在于：选择了一种新的荧光剂，即水杨醛，并通过适合的醇水比及溶胶液配方使很大浓度范围的水杨醛可在溶胶液中稳定存在，通过适宜的热处理工艺得到具有腐蚀监测功能的溶胶凝胶涂层。

附图说明

图1：涂膜前溶胶液光学照片；

图2：水杨醛添加浓度为5mm热处理之后通过体视显微镜(×21)观察的表面形貌；

图3：3天浸泡实验后荧光点照片。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

(1)向干燥无水的烧杯中加入22ml无水乙醇，13ml乙酰乙酸乙酯，在搅拌条件下缓慢加入19ml正丙醇锆，室温搅拌约30min制备出锆溶胶；

(2)以50ml无水乙醇作为溶剂，加入2.5mm水杨醛，搅拌均匀后加入26ml去离子水，在搅拌条件下加入42ml硅烷偶联剂，搅拌30分钟后，即可得含腐蚀监测物质的硅溶胶；

(3)将步骤(1)和(2)制备的两种溶胶在搅拌条件下混合，并用硝酸调ph至3.5；

(4)将铝合金试样使用浸渍提拉法进行第一次涂膜，空气中静置15分钟后，进行二次涂膜，空气中静置30分钟；

(5)将(4)中得到的涂膜试样于60℃加热1小时，90℃加热30分钟，110℃加热15分钟，室温冷却，得到平整透明无缺陷涂层。

实施例2

(1)向干燥无水的烧杯中加入24ml无水乙醇，16ml乙酰乙酸乙酯，在搅拌条件下缓慢加入20ml正丙醇锆，室温搅拌约30min制备出锆溶胶；

(2)以56ml无水乙醇作为溶剂，加入5mm水杨醛，搅拌均匀后加入26ml去离子水，在搅拌条件下加入52ml硅烷偶联剂，搅拌30分钟后，即可得含腐蚀监测物质的硅溶胶；

(3)将步骤(1)和(2)制备的两种溶胶在搅拌条件下混合，并用硝酸调ph至4；

(4)将铝合金试样使用浸渍提拉法进行第一次涂膜，空气中静置15分钟后，进行二次涂膜，空气中静置30分钟；

(5)将(4)中得到的涂膜试样于60℃加热1小时，90℃加热30分钟，110℃加热15分钟，室温冷却，得到平整透明无缺陷涂层。

实施例3

(1)向干燥无水的烧杯中加入15ml无水乙醇，10ml乙酰乙酸乙酯，在搅拌条件下缓慢加入10ml正丙醇锆，室温搅拌约30min制备出锆溶胶；

(2)以60ml无水乙醇作为溶剂，加入10mm水杨醛，搅拌均匀后加入26ml去离子水，在搅拌条件下加入60ml硅烷偶联剂，搅拌30分钟后，即可得含腐蚀监测物质的硅溶胶；

(3)将步骤(1)和(2)制备的两种溶胶在搅拌条件下混合，并用硝酸调ph至4.5；

(4)将铝合金试样使用浸渍提拉法进行第一次涂膜，空气中静置15分钟后，进行二次涂膜，空气中静置30分钟；

(5)将(4)中得到的涂膜试样于60℃加热1小时，90℃加热30分钟，110℃加热15分钟，室温冷却，得到平整透明无缺陷涂层。