一种金属表面多功能环保型纳米陶化液及其制备方法和使用方法技术

本发明专利技术公开了一种金属表面多功能环保型纳米陶化液及其制备方法和使用方法，金属表面多功能环保型纳米陶化液，按重量百分比计，其组分如下：主成膜剂3‑10%、辅助成膜剂1‑10%、水性有机树脂1‑10%、纳米溶胶0.1‑3%、络合剂0.1‑1%、偶联剂0.1‑1%、缓蚀润湿剂0.05‑1%、余量为水；以及制备上述陶化液的制备方法和利用上述陶化液对金属构件进行陶化处理的方法。本发明专利技术提供一种具有良好的耐高温性、耐蚀性、疏水性和导电性，适用于所有金属构件的稳定金属表面多功能环保型纳米陶化液，及其制备方法和使用方法。

A multi-functional and environmentally friendly nano-ceramics solution for metal surface and its preparation method and application method

The invention discloses a multi-functional environmental-friendly nano-ceramics solution for metal surface and its preparation method and use method. The multi-functional environmental-friendly nano-ceramics solution for metal surface is composed of the following components according to weight percentage: main film-forming agent 3 10%, auxiliary film-forming agent 1 10%, water-borne organic resin 1 10%, nano-sol 0.1 3%, complexing agent 0.1 1%, coupling agent 0.1 1%, corrosion-inhibiting wetting agent 0. 05 1%, the remaining amount is water; and the preparation method of the above-mentioned ceramics and the method of using the above-mentioned ceramics to ceramize the metal components. The invention provides a multifunctional environmental-friendly nano-ceramics solution with good high temperature resistance, corrosion resistance, hydrophobicity and conductivity, which is suitable for the stable metal surface of all metal components, and a preparation method and a use method thereof.

【技术实现步骤摘要】
一种金属表面多功能环保型纳米陶化液及其制备方法和使用方法
本专利技术属于金属表面处理
，具体为一种金属表面多功能环保型纳米陶化液及其制备方法和使用方法。
技术介绍
为防止钢铁等金属构件在存放、生产过程中表面被氧化而生锈，必须在涂装工艺处理前进行表面处理。传统的表面处理工艺包括铬酸盐转化（简称铬化）、磷酸盐转化（简称磷化）处理。铬化处理过程中会产生六价铬，污染环境且严重危害人体健康而被严格限制使用；而磷化废液中含有磷以及镍、锰等重金属，废液排放后容易引发赤潮、水华等现象。因此，开发新一代表面处理工艺，即陶化处理工艺。陶化处理能在金属表面形成纳米陶化膜，与传统的结晶型磷化保护层不同，正逐渐替代传统的磷化工艺。陶化液的主要原料为氟锆酸盐，硅烷偶联剂等，常见的体系有锆系、锆钛系、硅烷系、锆硅烷系陶化液。中国专利技术专利“一种纳米陶化剂及其制备方法（申请号：201610238833.0）”、“无磷纳米陶化剂、制备方法及其应用（申请号：201410166953.5）”、“一种新型、环保高分子陶化液及其制备方法（申请号：201210530451.7）”中都公开了一种陶化液组成，且所述陶化液可常温下操作，处理时间短，工艺简单，但存在的缺陷是陶化液中都含有氯离子，其易于吸附于金属表面而导致金属构件发生点腐蚀现象。中国专利技术专利“一种热镀锌板陶化剂及其制备方法（申请号：201410178117.9）”、“一种无磷金属表面处理剂及其使用方法（申请号：201210021650.5）”公开的陶化液中含有稀土盐及其它重金属离子，并且前者公开的陶化剂只适用于热镀锌板，不能用于碳钢、铸铁、冷轧钢板等其它钢铁构件。中国专利技术专利“金属表面陶化剂及其使用方法（申请号：201210263316.0）”虽然公开了一种能在金属表面生产一种内嵌型杂合难溶纳米级陶瓷转化膜，具有优良的抗冲击性能。但所述陶化液中未引入稳定剂，导致膜层的耐蚀性能较差，陶化液使用周期短。综上所述，现有的陶化方法所制备的陶化膜不致密，耐蚀性能及其与漆层的附着力差，并且形成的陶化膜较薄，不具有耐高温性、疏水性、导电性等功能特性，同时不能应用于所有的金属构件。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的就在于提供一种具有良好的耐高温性、耐蚀性、疏水性和导电性，适用于所有金属构件的稳定金属表面多功能环保型纳米陶化液及其制备方法和使用方法。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种金属表面多功能环保型纳米陶化液，按重量百分比计，其组分如下：主成膜剂3-10%、辅助成膜剂1-10%、水性有机树脂1-10%、纳米溶胶0.1-3%、络合剂0.1-1%、偶联剂0.1-1%、缓蚀润湿剂0.05-1%、余量为水。进一步，所述主成膜剂为氟锆酸、氟锆酸铵中的一种或两种。进一步，所述主成膜剂还包括氟钛酸、氟钛酸铵、氟硅酸、氟硅酸铵中的一种或多种。进一步，所述辅助成膜剂为硝酸盐、硼酸盐，钼酸盐、铝酸盐、钒酸盐中的一种或多种，所述硝酸盐、硼酸盐、钼酸盐、铝酸盐、钒酸盐，具体为硝酸铵、硝酸锰、硝酸铝、硼酸钠、过硼酸钠、氟硼酸钠、钼酸铵、钼酸钠、偏铝酸钠、钒酸铵中的一种或多种。进一步，所述水性有机树脂为有机硅树脂、有机硅乳液、聚丙烯酸树脂、丙烯酸树脂、苯丙乳液、聚乙烯蜡中的一种或多种。进一步，所述纳米溶胶为纳米聚四氟乙烯分散液、纳米氟化石墨分散液、纳米氟化石墨烯分散液、纳米碳溶胶、纳米二氧化锆溶胶、纳米二氧化硅溶胶、纳米三氧化二铝溶胶、纳米二氧化钛溶胶中的一种或多种。进一步，所述络合剂为单宁酸及其盐、马来酸及其盐、富马酸及其盐、植酸及其盐、酒石酸及其盐、柠檬酸及其盐、EDTA及其盐中的一种或多种；所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种。进一步，所述缓蚀润湿剂为二乙醇胺、三乙醇胺、对位甲苯硫脲、邻位甲苯硫脲、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乙二醇、聚乙二醇中的一种或多种。制备上述一种金属表面多功能环保型纳米陶化液的方法，具体包括以下步骤：（1）按比例称取各种原料；（2）在其2/3需水量中加入称取的主成膜剂，搅拌至溶解；（3）在步骤（2）制得的溶液中加入辅助成膜剂，搅拌至溶解；（4）在步骤（3）制得的溶液中加入水性有机树脂，搅拌至溶解；（5）在步骤（4）制得的溶液中加入纳米溶胶，搅拌至溶解；（6）在步骤（5）制得的溶液中加入络合剂、偶联剂、缓蚀润湿剂，搅拌至溶解；（7）在步骤（6）制得的溶液中，补足剩余的水，获得无色透明陶化液。利用上述一种金属表面多功能环保型纳米陶化液进行陶化处理的方法，具体包括以下步骤：（1）预处理：将钢铁等金属构件依次进行碱洗除油、水洗、溢流水洗；（2）陶化处理：将所配陶化液用去离子水按25-50mL/L浓度进行稀释，调节pH值为4.5-5.5，陶化点4-8.0，然后进行陶化处理，陶化处理有常温喷淋、浸泡处理工艺和辊涂工艺这三种工艺：常温喷淋，将稀释后的陶化液置于喷淋装置内，在0.08-0.12MPa压力下对金属构件喷淋60-100s；浸泡处理工艺，将金属构件置于稀释后的陶化液中浸泡3-10min；辊涂工艺，以转辊作为载体，将稀释后的陶化液涂敷在金属构件上，以获得一定厚度的陶化膜；（3）后处理：然后将经过陶化处理的金属构件先用水洗，再进行溢流水洗，然后去离子水或纯水冲洗，最后将金属构件置于90-100℃的温度条件下保温50-70s进行烘干，得到经过陶化处理的金属构件。纳米陶化膜通过陶化液中的主要成膜剂、纳米溶胶粒子以及偶联剂水解-缩聚吸附形成。金属构件与陶化液接触时，构件表面与辅助成膜剂发生氧化还原反应，致使构件表面局部区域pH值急剧升高，陶化液中的主要成膜剂、纳米溶胶粒子将沉积析出形成纳米陶化膜。同时，偶联剂将发生水解-缩聚反应，改性纳米粒子并促进成膜，从而获得致密纳米陶化膜。而本专利技术中添加的其它金属离子，如锰、铝、锆等金属离子，加速沉积速度，并结合络合剂、缓蚀润湿剂以及水性有机树脂等的作用，能快速形成致密耐蚀、与漆层附着力高的稳定的纳米陶化膜。同时，根据所选择的陶化液组成，赋予陶化膜导电、疏水、耐高温等功能特性。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术的陶化液稳定性好，能在金属表面上形成的更加均匀致密的纳米陶化膜，有益于增强耐蚀性和与漆膜的附着力。2、本专利技术加入纳米溶胶粒子，这些高活性纳米粒子不但能够进入陶化膜的微孔内提高膜层致密性，还能赋予陶化膜导电、疏水等功能特性。3、本专利技术加入水性有机树脂，不仅可提高纳米陶化膜与漆膜的附着力；而且有机硅树脂、有机硅乳液还可赋予陶化膜耐高温的特性；同时除适用于常温喷淋、浸泡处理工艺外，还可通过辊涂工艺提高纳米陶化膜的厚度，进一步提高膜层的耐蚀耐磨性能。4、铝酸盐、锰盐、钼酸盐、钛酸酯偶联剂等有益成分，大大提高纳米陶化膜组成的无机特性及其沉积效率和性能。附图说明图1-实施例1中冷轧板表面普通陶化膜（5min）180℃保温1h后的照片。图2-实施例1中冷轧板表面耐高温陶化膜（5min）180℃保温1h后的照片。图3-实施例2中冷轧板表面高耐蚀陶化膜（3min）表面微观形貌图。图4-实施例2中冷轧板表面高耐蚀陶化膜（10min）表面微观形貌图。图5-实施例2冷轧板表面高耐蚀陶化膜（10min）耐蚀48h后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属表面多功能环保型纳米陶化液，其特征在于，按重量百分比计，其组分如下：主成膜剂3‑10%、辅助成膜剂1‑10%、水性有机树脂1‑10%、纳米溶胶0.1‑3%、络合剂0.1‑1%、偶联剂0.1‑1%、缓蚀润湿剂0.05‑1%、余量为水。

【技术特征摘要】
1.一种金属表面多功能环保型纳米陶化液，其特征在于，按重量百分比计，其组分如下：主成膜剂3-10%、辅助成膜剂1-10%、水性有机树脂1-10%、纳米溶胶0.1-3%、络合剂0.1-1%、偶联剂0.1-1%、缓蚀润湿剂0.05-1%、余量为水。2.根据权利要求1所述的一种金属表面多功能环保型纳米陶化液，其特征在于，所述主成膜剂为氟锆酸、氟锆酸铵中的一种或两种。3.根据权利要求2所述的一种金属表面多功能环保型纳米陶化液，其特征在于，所述主成膜剂还包括氟钛酸、氟钛酸铵、氟硅酸、氟硅酸铵中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种金属表面多功能环保型纳米陶化液，其特征在于，所述辅助成膜剂为硝酸盐、硼酸盐，钼酸盐、铝酸盐、钒酸盐中的一种或多种，所述硝酸盐、硼酸盐、钼酸盐、铝酸盐、钒酸盐，具体为硝酸铵、硝酸锰、硝酸铝、硼酸钠、过硼酸钠、氟硼酸钠、钼酸铵、钼酸钠、偏铝酸钠、钒酸铵中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种金属表面多功能环保型纳米陶化液，其特征在于，所述水性有机树脂为有机硅树脂、有机硅乳液、聚丙烯酸树脂、丙烯酸树脂、苯丙乳液、聚乙烯蜡中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的一种金属表面多功能环保型纳米陶化液，其特征在于，所述纳米溶胶为纳米聚四氟乙烯分散液、纳米氟化石墨分散液、纳米氟化石墨烯分散液、纳米碳溶胶、纳米二氧化锆溶胶、纳米二氧化硅溶胶、纳米三氧化二铝溶胶、纳米二氧化钛溶胶中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的一种金属表面多功能环保型纳米陶化液，其特征在于，所述络合剂为单宁酸及其盐、马来酸及其盐、富马酸及其盐、植酸及其盐、酒石酸及其盐、柠檬酸及其盐、EDTA及其盐中的一种或多种；所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种。8.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔学军，宁闯明，张颖君，李明田，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川,51