一种纳米涂料及其制备方法和一种纳米涂层高强钢技术

本发明专利技术提供了一种纳米涂料的制备方法。本发明专利技术制备的纳米SiO2‑Si3N4具有纳米粉体的独特性能，如小尺寸效应、表面效应及高能效应，同时还具有很强的耐蚀性，并且与环氧树脂的润湿效果非常好，能够均匀的分散在环氧树脂的内部。采用本发明专利技术提供的纳米涂料对高强钢进行涂层保护，在高强钢表面形成的纳米涂层孔洞及裂纹少，表面光滑完整；内部纳米SiO2‑Si3N4成分分布均匀，与高强钢基体结合力大，能够使得到的纳米涂层高强钢具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米涂料及其制备方法和一种纳米涂层高强钢
本专利技术涉及金属表面涂层
，具体涉及一种纳米涂料及其制备方法和一种纳米涂层高强钢。
技术介绍
潜艇在复杂的海洋环境中工作，耐压壳体是由带加强环的圆柱、圆锥和球壳组成，所以其用钢包括不同厚度钢板、型材、铸钢和锻钢。高强钢的使用使潜艇能够承受其工作深度产生的静压强和在整个服役期内多次下潜和上浮产生的周期性载荷对耐压壳体的影响。随着科学技术的发展，为增强战斗力和保障安全性，各国海军都积极研制潜深大、航速快、耐腐蚀、噪音及磁性低的潜艇，而新型高性能钢的应用对其产生了重要的影响。目前，潜艇使用高强钢的性能状况差异较大，其中由于无人艇躯体需要承受深海中巨大的冲击力以及燃气、爆炸冲击，海洋及大气腐蚀等极端复杂的服役环境，技术要求最为苛刻，强度、厚度、耐腐蚀性高于一般船体结构钢。为了提高高强钢的力学性能和耐腐蚀性能，通常需要在高强钢的表面进行涂层或镀层。但是，目前潜艇用高强钢板多采用单一成分涂层或者镀层，无法同时满足力学性能和超强耐腐蚀性能的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米涂料及其制备方法和一种纳米涂层高强钢，采用本专利技术提供的纳米涂料对高强钢进行涂层保护，能够使得到的纳米涂层高强钢具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：将纳米SiO2、纳米Si3N4、硅烷偶联剂和乙醇混合，得到混合物料；在35～45℃下，向所述混合物料中滴加乙醇水溶液，保温进行改性处理5～7h，得到改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4；将所述改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4与二甲基甲酰胺混合，在100～110℃下反应2.5～3.5h，得到纳米SiO2-Si3N4；将所述纳米SiO2-Si3N4与环氧树脂混合，得到纳米涂料。优选地，所述纳米SiO2、纳米Si3N4、硅烷偶联剂和乙醇的质量比为10：(4～6)：(5～7)：(140～160)。优选地，所述乙醇水溶液中乙醇和水的质量比为30：(12～16)。优选地，所述混合物料与乙醇水溶液的质量比为(155～185)：(40～50)。优选地，所述改性处理后还包括：将改性处理后得到的物料进行固液分离，将得到的固体物料依次进行洗涤、干燥和研磨，得到改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4。优选地，所述改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4的总质量与二甲基甲酰胺的体积比为(175～225)g：100mL。优选地，所述反应后还包括：将反应后得到的物料进行固液分离，将得到的固体物料依次进行洗涤、干燥和球磨，得到纳米SiO2-Si3N4。优选地，所述纳米涂料中纳米SiO2-Si3N4的浓度为1～10wt％。本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的纳米涂料。本专利技术提供了一种纳米涂层高强钢，包括高强钢和涂覆在所述高强钢表面的纳米涂层，所述纳米涂层由上述技术方案所述纳米涂料和环氧树脂形成。本专利技术提供了一种纳米涂料的制备方法，将纳米SiO2、纳米Si3N4、硅烷偶联剂和乙醇混合，得到混合物料；在35～45℃下，向所述混合物料中滴加乙醇水溶液，保温进行改性处理5～7h，得到改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4；将所述改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4与二甲基甲酰胺混合，在100～110℃下反应2.5～3.5h，得到纳米SiO2-Si3N4；将所述纳米SiO2-Si3N4与环氧树脂混合，得到纳米涂料。本专利技术制备的纳米SiO2-Si3N4具有纳米粉体的独特性能，如小尺寸效应、表面效应及高能效应，同时还具有很强的耐蚀性，并且与环氧树脂的润湿效果非常好，能够均匀的分散在环氧树脂的内部。采用本专利技术提供的纳米涂料对高强钢进行涂层保护，在高强钢表面形成的纳米涂层孔洞及裂纹少，表面光滑完整；内部纳米SiO2-Si3N4成分分布均匀，与高强钢基体结合力大，能够使得到的纳米涂层高强钢具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。实施例的实验结果表明，本专利技术提供的纳米涂层高强钢的平均腐蚀电流密度为0.35～0.88μA/cm2，平均腐蚀电位为-0.114～-0.256V；维氏硬度为HV572.54～HV702.54。附图说明图1为实施例1制备的纳米涂层高强钢中纳米涂层的SEM图。具体实施方式本专利技术提供了一种纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：将纳米SiO2、纳米Si3N4、硅烷偶联剂和乙醇混合，得到混合物料；在35～45℃下，向所述混合物料中滴加乙醇水溶液，保温进行改性处理5～7h，得到改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4；将所述改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4与二甲基甲酰胺混合，在100～110℃下反应2.5～3.5h，得到纳米SiO2-Si3N4；将所述纳米SiO2-Si3N4与环氧树脂混合，得到纳米涂料。在本专利技术中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。本专利技术将纳米SiO2、纳米Si3N4、硅烷偶联剂和乙醇混合，得到混合物料。在本专利技术中，所述纳米SiO2、纳米Si3N4、硅烷偶联剂和乙醇的质量比优选为10：(4～6)：(5～7)：(140～160)，更优选为10：(4.5～5.5)：(5.5～6.5)：(145～155)，最优选为10：5：6：150。在本专利技术中，所述纳米SiO2的粒度优选≤40nm，更优选为20～30nm；所述纳米Si3N4的粒度优选为25～35nm。在本专利技术中，所述硅烷偶联剂优选为KH550硅烷偶联剂。在本专利技术中，所述硅烷偶联剂能够使得纳米SiO2和纳米Si3N4具有良好的分散性，不会由于尺寸效应而发生团聚等现象。在本专利技术中，所述乙醇优选为无水乙醇；具体的，可以为分析纯，纯度大于99.7％。在本专利技术中，所述乙醇是作为有机溶剂溶解硅烷偶联剂，有利于提高硅烷偶联剂对纳米SiO2和纳米Si3N4颗粒的分散效果。本专利技术对于所述纳米SiO2、纳米Si3N4、硅烷偶联剂和乙醇的混合方式没有特殊的限定，能够将各物料充分混合分散即可。在本专利技术中，所述混合优选在超声条件下进行；所述超声的时间优选为25～35min。得到混合物料后，本专利技术在35～45℃下，向所述混合物料中滴加乙醇水溶液，保温进行改性处理5～7h，得到改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4。在本专利技术中，所述改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4的粒度优选独立为20～55nm，更优选为30～40nm。在本专利技术中，所述乙醇水溶液中乙醇和水的质量比优选为30：(12～16)，更优选为30：(13～15)，最优选为30：14。在本专利技术中，所述水优选为蒸馏水。在本专利技术中，所述乙醇水溶液的滴加速率优选为1滴/秒。在本专利技术中，所述乙醇水溶液作为溶剂溶解硅烷偶联剂，能够将硅烷偶联剂均匀分散在体系中并与其中的纳米SiO2和纳米Si3N4相互结合，从而达到分散纳米颗粒的目的。在本专利技术中，所述混合物料与乙醇水溶液的质量比优选为(155～185)：(40～50)，更优选为(160～180)：(42～46)，最优选为(165～175)：44。在本专利技术中，所述改性处理的温度为30～60℃，优选为33～45℃；在本专利技术的实施中，具体是在乙醇回流温度下进行所述改性处理。在本专利技术中，所述改性处理的时间为5～7h，优选为6h。在本专利技术中，所述改性处理优选在搅拌条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：将纳米SiO2、纳米Si3N4、硅烷偶联剂和乙醇混合，得到混合物料；在35～45℃下，向所述混合物料中滴加乙醇水溶液，保温进行改性处理5～7h，得到改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4；将所述改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4与二甲基甲酰胺混合，在100～110℃下反应2.5～3.5h，得到纳米SiO2‑Si3N4；将所述纳米SiO2‑Si3N4与环氧树脂混合，得到纳米涂料。

【技术特征摘要】
1.一种纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：将纳米SiO2、纳米Si3N4、硅烷偶联剂和乙醇混合，得到混合物料；在35～45℃下，向所述混合物料中滴加乙醇水溶液，保温进行改性处理5～7h，得到改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4；将所述改性纳米SiO2和改性纳米Si3N4与二甲基甲酰胺混合，在100～110℃下反应2.5～3.5h，得到纳米SiO2-Si3N4；将所述纳米SiO2-Si3N4与环氧树脂混合，得到纳米涂料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米SiO2、纳米Si3N4、硅烷偶联剂和乙醇的质量比为10：(4～6)：(5～7)：(140～160)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙醇水溶液中乙醇和水的质量比为30：(12～16)。4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述混合物料与乙醇水溶液的质量比为(155～185)：(40～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟庆东，李育霖，罗均，鲁雄刚，孙中渠，蒲华燕，汪小帆，彭艳，谢少荣，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31