在铝合金表面制备具有阴极保护效应硅烷转化膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种在铝合金表面制备具有阴极保护效应硅烷转化膜的方法，包括：步骤1：将硅烷、乙醇和去离子水混合均匀并滴加氨水后静置水解，待硅烷完全水解为硅醇后，得到预备液；步骤2：向预备液中加入纳米纯铝颗粒，超声分散条件下，在硅醇一端的羟基键合上纳米纯铝颗粒，得到工作液；步骤3：将表面打磨抛光后的铝合金浸泡在工作液中，使铝合金表面与硅醇另一端的羟基连接；步骤4：处理后的铝合金从工作液中取出，并用去离子水冲洗干净，干燥后置于烘箱中固化，使硅醇羟基全部发生缩合反应。本发明专利技术通过化学方法将纳米纯铝颗粒连接在硅烷转化膜上，使硅烷转化膜在保留原有物理屏蔽效应的同时还拥有阴极保护效应。

【技术实现步骤摘要】
在铝合金表面制备具有阴极保护效应硅烷转化膜的方法
本专利技术属于材料腐蚀与防护
，具体涉及一种在铝合金表面制备具有阴极保护效应硅烷转化膜的方法。技术背景铝元素位于元素周期表中的第三周期第IIIA主族，因此单质铝的金属性/还原性较强、标准电极电位较负。虽然以单质铝为首要组成元素的铝合金可以自发在其自身表面形成一层氧化膜，但是这层自发形成的氧化膜具有缺陷多、均匀性差等特点，不足以对铝合金基体提供足够的防护，这也是限制铝合金应用和发展的一个主要因素。对金属(合金)进行表面转化处理在其表面制备一层化学转化膜可以使金属(合金)在环境介质中的耐蚀性提高、服役时间延长。金属(合金)的表面转化处理已经经历了两代：第一代以铬酸盐转化处理(铬化)为代表、但是铬化技术对人体危害极大(致癌致变)，第二代以磷酸盐转化处理(磷化)为代表、但是磷化技术对环境危害极大(富营养化)；现已发展到第三代，主要是稀土盐转化处理(稀土化)和硅烷转化处理(硅烷化)。其中，硅烷化的优势在于：硅烷本身无毒无害、绿色环保(原料层面)，硅烷转化膜厚度为纳米级、硅烷与金属(合金)基体之间通过-Me-O-Si-键连接、硅烷与硅烷之间通过-Si-O-Si键连接使得硅烷膜具有很好的附着力(性能层面)。关于铝合金表面硅烷转化膜的制备，现有的技术比较多。但是，现有技术所制备的硅烷转化膜主要通过物理屏蔽效应对铝合金基体提供防护、不具有其他保护效应，特别是阴极保护效应。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术问题，提供一种在铝合金表面制备具有阴极保护效应硅烷转化膜的方法，本专利技术通过化学方法将纳米纯铝颗粒连接在硅烷转化膜上，使硅烷转化膜在保留原有物理屏蔽效应的同时还拥有阴极保护效应、进一步提高硅烷转化膜对铝合金基体的保护作用；同时，原有表面处理设备可以继续沿用，既创新了技术又节约了成本。为实现此目的，本专利技术所设计的一种在铝合金表面制备具有阴极保护效应硅烷转化膜的方法，它包括如下步骤：步骤1：将硅烷、乙醇和去离子水混合均匀并逐滴滴加氨水，使溶液pH值调节到11.5～12.5后在室温环境中静置水解，待硅烷完全水解为硅醇后，得到预备液；步骤2：向预备液中加入纳米纯铝颗粒，超声分散条件下，通过硅醇一端羟基与纳米纯铝颗粒表面羟基之间的缩合反应在硅醇一端的羟基键合上纳米纯铝颗粒，得到工作液；步骤3：室温环境中将表面打磨抛光后的铝合金在室温条件下浸泡在工作液中，通过硅醇另一端羟基与铝合金表面羟基之间的缩合反应使铝合金表面与硅醇另一端的羟基连接，连接成-Si-O-Al-键，即硅醇的-Si-O-H和铝合金的-Al-O-H之间发生羟基缩合反应，脱去H2O，形成-Si-O-Al-键；步骤4：将步骤3处理后的铝合金从工作液中取出，并用去离子水冲洗干净，干燥(冷风吹干)后置于烘箱中固化，使硅醇羟基全部发生缩合反应，形成具有阴极保护效应的硅烷转化膜。上述技术方案中，所述硅烷转化膜在保留原有物理屏蔽效应的同时还拥有阴极保护效应。上述技术方案中，在预备液配置中所用硅烷为两端都存在羟基的双硅烷，且硅烷在预备液中的体积分数为30～50％。这个体积分数是为了保证硅烷可以完全的水解，只有硅烷可以水解，才能保证后续硅烷膜的成功制备。上述技术方案中，所述静置水解时间为4～6分钟。在上述的体积分数是保证硅烷可以水解，即能与不能的问题；水解时间是为了保证硅烷水解的程度，即好与不好的问题。即控制好体积分数是保证硅烷可以发生水解，控制好水解时间是保证硅烷水解有好的水解程度。上述技术方案中，在工作液配置中纳米纯铝颗粒的添加量为1.0～1.6g/L。添加量少，不能使硅烷膜具有阴极保证效应，添加量多，造成浪费。上述技术方案中，步骤4中烘箱高温固化时间为3～7分钟、固化温度为40～60℃。固化温度和固化时间是为了保证硅烷膜在铝合金表面可以形成一个整体，固化温度决定这一过程能与不能进行、固化时间决定这一过程在可以进行的前提下好与不好。上述技术方案的步骤1中，在实际操作过程中，硅烷、乙醇和去离子水的总体积保持为500毫升，当硅烷250毫升、乙醇200毫升、去离子水50毫升，即体积比为5比4比1时，硅烷水解的效果是最好的、因此在此比例下制备的硅烷膜也是最好的。上述技术方案的步骤2中，所述纳米纯铝颗粒的尺寸范围为50～200纳米。上述技术方案的步骤2中，超声分散时间为4～5分钟。频率为50赫兹。上述技术方案的步骤3中，浸泡在工作液中的浸泡的时间为10分钟。浸泡时间最少得10分钟，这样才能保证硅烷膜的完全成膜。时间如果不足10分钟，则硅烷膜的成膜不完全；时间如果超过10分钟，虽然可以是硅烷膜完全成膜，但是浪费了时间。所以浸泡的时间范围只要达到10分钟就够了，没有必要越长越好。上述技术方案的步骤2中，硅醇两端各有三个羟基，一共有六个，这里所说一端是左端或者右端的三个羟基、所说另一端是右端或者左端的三个羟基。本专利技术有益效果：1)本专利技术使用双硅烷水解得到的双硅醇(本专利中使用的硅醇一定要是双硅醇，即分子两端都有羟基的硅醇；使用单硅醇，即分子中只有一端有羟基、而另一端没有羟基，不能达到目的，单硅醇只能制备传统的硅烷膜，即没有阴极保护性能)在纳米纯铝颗粒和铝合金基体之间建立一个“桥梁”，通过双硅醇一端羟基与纳米纯铝颗粒表面羟基之间的缩合反应、双硅醇另一端羟基与铝合金表面羟基之间的缩合反应以及双硅醇之间羟基的缩合反应，将纳米纯铝颗粒键合在铝合金表面硅烷转化膜上，使硅烷转化膜在保留原有物理屏蔽效应的同时还拥有阴极保护效应(因为纳米纯铝颗粒存在于硅烷膜中，起到了阴极保护作用，纳米纯铝颗粒的腐蚀电位低于铝合金的腐蚀电位，发挥牺牲阳极的作用)；2)本专利技术的制备工艺，实现了铝合金表面硅烷转化膜的功能化(阴极保护)，可以继续沿用原有的表面处理设备，节约了设备投入，同时具有操作简单、成本低廉等特点，既创新了技术又节约了成本。附图说明图1是本专利技术实施例1的铝合金表面具有阴极保护效应硅烷转化膜SEM图片。图2是本专利技术实施例1的表面制备有阴极保护效应硅烷膜的铝合金样品以及裸露纯铝样品和裸露铝合金样品在质量分数为3.5％的NaCl溶液中的极化曲线。图3是本专利技术实施例1的表面制备有阴极保护效应硅烷膜的铝合金样品以及表面制备有传统硅烷膜的铝合金样品在质量分数为3.5％的NaCl溶液中的电化学阻抗谱，Zi和Zr分别表示实部和虚部。图1中signalA＝inlens，WD＝7.3mm，EHT＝20.00kv，Mag＝30.00KX，signalA是做扫描电镜时选择的信号源，即仪器提供的可以选择的信号源；WD是workdistance的意思，即焦距；EHT是，extrahightension的意思，即工作电压；Mag是放大倍数的意思。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明：实施例1，见图1至图3：本专利技术提供一种在铝合金表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在铝合金表面制备具有阴极保护效应硅烷转化膜的方法，其特征在于，它包括如下步骤：/n步骤1：将硅烷、乙醇和去离子水混合均匀并滴加氨水，使溶液pH值调节到11.5～12.5后静置水解，待硅烷完全水解为硅醇后，得到预备液；/n步骤2：向预备液中加入纳米纯铝颗粒，超声分散条件下，通过硅醇一端羟基与纳米纯铝颗粒表面羟基之间的缩合反应在硅醇一端的羟基键合上纳米纯铝颗粒，得到工作液；/n步骤3：将表面打磨抛光后的铝合金浸泡在工作液中，通过硅醇另一端羟基与铝合金表面羟基之间的缩合反应使铝合金表面与硅醇另一端的羟基连接；/n步骤4：将步骤3处理后的铝合金从工作液中取出，并用去离子水冲洗干净，干燥后置于烘箱中固化，使硅醇羟基全部发生缩合反应，形成具有阴极保护效应的硅烷转化膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种在铝合金表面制备具有阴极保护效应硅烷转化膜的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：将硅烷、乙醇和去离子水混合均匀并滴加氨水，使溶液pH值调节到11.5～12.5后静置水解，待硅烷完全水解为硅醇后，得到预备液；
步骤2：向预备液中加入纳米纯铝颗粒，超声分散条件下，通过硅醇一端羟基与纳米纯铝颗粒表面羟基之间的缩合反应在硅醇一端的羟基键合上纳米纯铝颗粒，得到工作液；
步骤3：将表面打磨抛光后的铝合金浸泡在工作液中，通过硅醇另一端羟基与铝合金表面羟基之间的缩合反应使铝合金表面与硅醇另一端的羟基连接；
步骤4：将步骤3处理后的铝合金从工作液中取出，并用去离子水冲洗干净，干燥后置于烘箱中固化，使硅醇羟基全部发生缩合反应，形成具有阴极保护效应的硅烷转化膜。


2.根据权利要求1所述的在铝合金表面制备具有阴极保护效应硅烷转化膜的方法，其特征在于：所述硅烷转化膜在保留原有物理屏蔽效应的同时还拥有阴极保护效应。


3.根据权利要求1所述的在铝合金表面制备具有阴极保护效应硅烷转化膜的方法，其特征在于：在预备液配置中所用硅烷为两端都存在羟基的双硅烷，且硅烷在预备液中的体积分数为30～50％。


4....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐爱民，马恒，高义波，柯定芳，闻集群，王利民，何卫，
申请(专利权)人：浙江华电器材检测研究所有限公司，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉南瑞电力工程技术装备有限公司，国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33