一种有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料、复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属表面耐腐蚀处理领域，具体涉及了一种有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料、复合涂层及其制备方法。所述有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料各组分按质量百分比计为：金属浆料45％～55％、无铬钝化液5％～10％、有机硅树脂乳液5％～7％、水33％～44％，相关助剂1％～2％。本发明专利技术采用有机硅树脂乳液对传统无铬达克罗涂料进行改性，有机硅树脂乳液对金属粉的包覆能有效降低金属粉的氧化损失，用其制备所得有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂层具有重现性能好、固化时间短、与基材的粘结强度高等优点；本发明专利技术所述复合涂层具有优异的耐腐蚀性能与抗热震性能，复合涂层的孔隙率较低，性能更稳定，更适用于高温环境。

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料、复合涂层及其制备方法
本专利技术属于金属表面耐腐蚀处理领域，具体涉及了一种有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料、复合涂层及其制备方法。
技术介绍
锌铬涂层技术即片状锌基铬盐防护涂层，又称达克罗技术，是一种由美国化学联合公司20世纪70年代初研究开发的作用类似电镀锌的金属防腐表面处理技术。达克罗技术是将片状锌粉、片状铝粉及铬酐、还原剂、助剂等配制成涂料，涂覆在工件表面，经烧结，使三价铬形成的骨架与片状金属粉紧密连接，六价铬经还原后作为络合剂与锌片结合，形成锌铬盐化合物的无机涂层，同时使每个锌片表面形成铬酸钝化膜，从而实现防腐蚀的目的。近年来，随着腐蚀与防护类的工艺研究逐渐深入，达克罗作为一种新型的防护方法也慢慢发展起来，由于其具有优异的防锈性能，极佳的耐热性，无氢脆，极好的渗透性，良好的结合力及优秀的亚光银灰色涂抹外观等优点，因此达克罗涂层被广泛用于各类紧固件防腐处理中，使产品的腐蚀性能大大提高，提高了产品的使用寿命和质量。但若将达克罗涂层应用于高温环境下仍然存在以下几个问题：(1)高温耐蚀性：在高温环境下腐蚀介质渗入基材的速率会加快，传统达克罗涂层中锌粉的比例较高，而锌的电极电势在70℃以上就会降低，这就导致高温下锌的电极电势比铁的电极电势低，从而不能起到牺牲阳极保护阴极的作用。(2)抗热震性：抗热震性是在当前温度急剧变化时涂层不开裂、不剥层和不脱落的能力。用于高温环境下的紧固件工作状态是在高温环境，非工作状态是在低温环境，紧固件的表面涂层要历经高温到低温的反复循环，因此涂层抗热震性十分重要。(3)涂层中各种缺陷的处理，如微观裂纹，微观孔洞等。(4)绿色环保：传统达克罗涂液中粘结剂用的是铬酐或者铬酸盐，在达克罗涂液中含有2％～5％的Cr6+，即使经过高温烧结后，仍有少量可溶的Cr6+留在涂层中，Cr6+具有强毒性并且具有致癌作用，对于环境和人体都有一定的危害，是一种危险的环境污染物。目前有研究人员提出用聚四氟乙烯改性无铬达克罗涂料，详见专利CN201510376699.6，但由于使用聚四氟乙烯的涂层存在以下缺点：(1)重现性能差：聚四氟乙烯水溶性欠佳、流动性差，影响刷涂工艺，易造成涂层性能的随机性，导致涂层重现性能差；(2)固化时间长：聚四氟乙烯分子量大，分子间作用力大，熔点高，致使涂层的固化时间长；(3)致密性有待提高：聚四氟乙烯结构为线型且比表面积较小，导致其单位用量较多，严重影响涂层致密性；(4)粘结强度低：聚四氟乙烯具有突出的不粘性，是极好的防粘材料，这种性能使其改性的涂层与基体结合较为困难。因此，用此种方法改良的达克罗涂液制得的涂层在高温环境下的使用性能仍然有待于提高。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的不足，目的在于提供一种有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料、复合涂层及其制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料，各组分按重量百分比计为：金属浆料45％～55％、无铬钝化液5％～10％、有机硅树脂乳液5％～7％、水33％～44％，相关助剂1％～2％。上述方案中，所述金属浆料是由片状锌粉、片状铝粉和润湿剂混合而成。上述方案中，所述片状锌粉、片状铝粉和润湿剂的质量比为5:1:6～9:1:10。上述方案中，所述润湿剂为聚乙二醇200和/或聚乙二醇400。上述方案中，所述无铬钝化液是由无铬钝化剂和水组成，其中无铬钝化剂各组分质量百分比为：钼酸铵34％～38％，硼酸16％～24％，柠檬酸6％～10％，硅烷偶联剂6％～14％，稀土材料20％～25％；无铬钝化液中无铬钝化剂与水的重量比为1:1.4～1:1.9。上述方案中，所述硅烷偶联剂为KH-560或AC-66。上述方案中，所述稀土材料为氧化镨和/或硝酸镧。上述方案中，所述相关助剂为增稠剂和分散剂按任意配比的混合物。上述方案中，所述增稠剂为甲基纤维素，所述分散剂为OP-10。上述方案中，所述有机硅树脂乳液应具有以下特性：pH值3.5～6.0，粘度：100～200mPa.s(在25℃下)，密度：1.0～1.2g/cm3，具有水溶性与耐400℃高温性能。上述有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料的制备方法，包括如下步骤：(1)金属浆料的配制：将片状锌粉、片状铝粉和润湿剂混合后搅拌均匀，得到金属浆料；(2)无铬钝化液的配制：将钼酸铵、硼酸、柠檬酸、硅烷偶联剂和稀土材料混合均匀，向其中加入水，搅拌均匀后，得到无铬钝化液；(3)有机硅树脂乳液改性的无铬达克罗涂料的配制：将金属浆料和无铬钝化液加入至容器中混合均匀，再加入相关助剂和有机硅树脂乳液，在室温下快速搅拌6～8h，搅拌过程中控制涂料的pH和粘度，待pH和粘度参数稳定后，将涂料放置于38℃水浴锅中静置1～1.5h，得到有机硅树脂乳液改性的无铬达克罗涂料。上述方案中，所述pH为6.0～8.5，粘度为20～60s(刷涂、喷涂)或30～80s(浸涂、甩涂)一种有机硅树脂乳液改性无铬达克罗复合涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)基材工件前处理：对基材工件进行除油脱酯和除锈除毛刺的前处理；(2)无铬达克罗涂层的涂覆、预烘及烧结：将有机硅树脂乳液改性的无铬达克罗涂料涂覆在基材工件表面，待工件表面涂液稍有干燥时放在120～150℃温度下预烘10～15min，使涂液水分蒸发，流平均匀；然后将预烘过后的工件在310～360℃的高温下烧结20～40min；(3)重复步骤(2)的操作对工件进行第二次涂覆、预烘和烧结，制备得到涂覆在工件表面的二层无铬达克罗涂层；(4)复合涂层：将步骤(3)所述工件浸入纳米SiO2溶胶凝胶改性的有机硅树脂乳液5～10s，拿出后在100～120℃的真空干燥箱中预烘10～15min，预烘过后在300～350℃下烧结25～40min热固成膜，即得到涂覆在工件表面的有机硅树脂乳液改性的无铬达克罗涂料复合涂层。上述方案中，所述纳米SiO2溶胶凝胶改性的有机硅树脂乳液是由纳米SiO2溶胶凝胶和热固型有机硅树脂乳液混合而成，所述纳米SiO2溶胶凝胶的质量百分数为20％～25％，所述热固型有机硅树脂乳液的质量百分数为75％～80％。上述方案中，所述涂覆为刷涂、甩涂(离心机甩干)、浸涂或喷涂。一般的情况，对于紧固件的涂覆是采用甩涂的方式进行，具体步骤如下：先将工件浸入无铬达克罗涂料中10～15s，放入甩桶中以450～550rad/s的转速下正甩15～20s，然后以450～550rad/s的转速再反甩15～20s，甩完后检查试样是否均匀涂覆，涂液多的地方，用毛刷刷平。本专利技术中，有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料的制备过程中应该注意一下相关事项：①配料室或配料间内环境应洁净无尘，在防止太阳光直射的条件下，室内光线明亮；②制备所得有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料应贮存在不高于25℃的环境温度下，并防止日光直射，最好存放在空调房间内；③有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料的盛放容器必须用聚乙烯或聚氯乙烯等耐腐蚀材料制造。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用有机硅树脂乳液对传统无铬达克罗涂料进行改性，有机硅树脂乳液对金属粉的包覆能有效降低金属粉的氧化损失，用其制备所得有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂层具有重现性能好、固化时间短、与基材的粘结强度高等优点；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料，其特征在于，各组分按重量百分比计为：金属浆料45%~55%、无铬钝化液5%~10%、有机硅树脂乳液5%~7%、水33%~44%，相关助剂1%~2%。

【技术特征摘要】
1.一种有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料，其特征在于，各组分按重量百分比计为：金属浆料45%~55%、无铬钝化液5%~10%、有机硅树脂乳液5%~7%、水33%~44%，相关助剂1%~2%。2.根据权利要求1所述的有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料，其特征在于，所述金属浆料是由片状锌粉、片状铝粉和润湿剂按质量比为5:1:6~9:1:10的比例混合而成。3.根据权利要求1所述的有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料，其特征在于，所述无铬钝化液是由无铬钝化剂和水按质量比为1:1.4~1:1.9组成，所述无铬钝化剂各组分质量百分比为：钼酸铵34%~38%，硼酸16%~24%，柠檬酸6%~10%，硅烷偶联剂6%~14%，稀土材料20%~25%。4.根据权利要求1所述的有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-560或AC-66；所述稀土材料为氧化镨和/或硝酸镧。5.根据权利要求1所述的有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料，其特征在于，所述相关助剂为增稠剂和分散剂按任意配比的混合物。6.权利要求1~5任一所述有机硅树脂乳液改性无铬达克罗涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）金属浆料的配制：将片状锌粉、片状铝粉和润湿剂混合后搅拌均匀，得到金属浆料；（2）无铬钝化液的配制：将钼酸铵、硼酸、柠檬酸、硅烷偶联剂和稀土材料混合均匀，向其中加入水，搅拌均匀后，得到无铬钝化液；（3）有机硅树脂乳液改性的无铬达克罗涂料的配制：将金属浆料和无铬钝化液加入至容器中混合均匀，再加入相关助剂和有机硅树脂乳液，在室温下快速搅拌6~8h，搅拌过程中控制涂料的pH和...

【专利技术属性】
技术研发人员：程旭东，陈梦嘉，姚晓萍，李杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42