一种用于铝合金表面的耐蚀性超疏水层状双氢氧化物涂层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于金属表面防腐蚀技术领域，具体提供了一种在铝合金表面制备耐蚀性超疏水层状双氢氧化物涂层的方法。本发明专利技术首先利用水热法在铝合金表面制备层状双氢氧化物，使其表面具有一定的粗糙结构，然后通过浸泡的方法在铝合金表面制备具有疏水性的连接层，最后采用聚乙烯和二氧化硅纳米粒子进行表面改性，使铝合金表面具有超疏水能力。将水滴滴到该表面，接触角大于150°，滚动角小于5°，达到了超疏水效果。本发明专利技术的方法简单易操作，实现铝合金表面超疏水特性的同时可以有效提高铝合金的耐蚀性能，防腐效率达99.99％。

【技术实现步骤摘要】
一种用于铝合金表面的耐蚀性超疏水层状双氢氧化物涂层及其制备方法与应用
本专利技术属于金属表面防腐蚀
，特别涉及一种用于铝合金表面的耐蚀性超疏水层状双氢氧化物涂层及其制备方法与应用。
技术介绍
铝及其合金具有良好的延展性、较低的比重、优异的导电性、优异的力学性能等优良特性，在航空航天、高速列车、汽车及消费电子等领域得到了广泛的应用。由于铝及其合金具有较高的表面自由能，在诸如海洋大气环境等潮湿、高盐的环境中，金属常发生点蚀、晶间腐蚀等腐蚀现象，制约了铝及其合金的大规模应用。层状双氢氧化物(LDH)是一种类水滑石的材料，具有独特的片层状结构和离子交换能力，可以增加腐蚀介质扩散到金属表面的路径，近些年来被广泛地用于研究金属的防腐效果。然而，随着服役时间的延长，LDH膜所固有的微孔结构，会使得涂层逐渐失效，且会形成腐蚀介质的进入通道，加速了金属表面的阴极反应，因此需要在其表面制备超疏水涂层，提高防腐蚀能力。中国专利申请号为106400079A公布了“一种使用微弧氧化法和水热反应法在铝合金表面制备多层超疏水膜层的方法”，该方法先采用微弧氧化法在铝合金表面制备一层氧化铝陶瓷膜，然后以二价金属硫酸盐(硫酸锌、硫酸镁等)和硫酸钠为反应溶液在50-100℃下进行2-48h的水热反应，在陶瓷膜上制备出了类水滑石薄膜。中国专利申请号为202010695661.6公布了“一种铝合金表面超疏水复合涂层的制备方法”，该方法；对铝合金表面进行磷酸阳极氧化处理；对SiO2进行疏水改性处理，用来配制涂料，涂料原料包括改性过的SiO2、乙酸乙酯、环氧树脂、含氟聚氨酯、氟硅清漆、异佛尔酮二胺为；然后喷涂在铝合金表面；室温下固化，制得超疏水复合涂层。以上专利公开的方法需要预先通过微弧氧化、阳极氧化等方法在铝及铝合金表面制备氧化铝层，工艺流程复杂、成本较高、不利于推广应用。本专利技术将LDH和聚乙烯通过密胺树脂连接制备具有耐蚀性超疏水层状双氢氧化物涂层，实现铝合金表面超疏水，同时对铝合金实现防腐蚀作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在铝合金表面制备耐蚀性超疏水层状双氢氧化物涂层的方法，本专利技术的方法简单易操作，实现铝合金表面超疏水性的同时可以有效提高铝合金的耐蚀性能。本专利技术的另一目的是在于提供上述耐蚀性超疏水Zn-AlLDH/MF/PE涂层在铝合金防腐蚀中的应用。为实现上述目的，本专利技术的方案如下：一种用于铝合金表面的耐蚀性超疏水层状双氢氧化物(Zn-AlLDH/MF/PE)涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)将氟化铵、尿素、硝酸锌、硝酸铝混合液与铝合金混合，进行水热反应后，在铝合金表面形成Zn-AlLDH膜；(2)将三聚氰胺、甲醛和水混合，调pH至碱性，加热反应，形成密胺树脂，然后将步骤(1)中形成Zn-AlLDH膜的铝合金放入密胺树脂中浸泡、烘干、老化，形成Zn-AlLDH/MF涂层；(3)配制含聚乙烯、纳米粒子、甲苯的混合液，将步骤(2)中形成Zn-AlLDH/MF涂层的铝合金放入混合液浸泡、烘干，老化，形成耐蚀性超疏水层状双氢氧化物涂层。步骤(1)所述铝合金在反应前优选为依次采用180#、400#、800#、1200#砂纸对铝合金进行表面打磨以除去表面氧化物，然后分别丙酮和无水乙醇超声清洗，以清除表面杂质和油污，取出冷风吹干；步骤(1)所述氟化铵、尿素、硝酸锌、硝酸铝的摩尔比为0.005～0.010:0.35～0.040:0.01～0.015:0.0025～0.0030；优选为0.005:0.35:0.01:0.0025；所述氯化铵在混合溶液中的浓度为0.005～0.010mol·L-1。步骤(1)中所述水热反应时间为3～9h，优选为5～6h；水热反应的温度为90～100℃，优选为95℃；步骤(2)中所述三聚氰胺、甲醛和水的质量体积比为1.45～1.55g：1.35～1.45g：95～100ml；步骤(2)所述碱性为pH＝8～9；步骤(2)中所述加热反应时间为0.5～4h，优选为2h；加热反应的温度为70～80℃，优选为75℃；步骤(2)中所述老化温度为130～150℃，优选为140℃；老化时间为1.5～4h；优选为2h；步骤(3)所述混合液中聚乙烯、纳米粒子、甲苯的质量分数分别为1～1.5％：0.3～0.5％：98～99％；步骤(3)所述纳米粒子为二氧化硅纳米粒子；步骤(3)中所述老化温度为130～150℃，优选为140℃；老化时间为0.5～3h，优选为1h。一种用于铝合金表面的耐蚀性超疏水层状双氢氧化物涂层，通过上述方法制备得到。所述耐蚀性超疏水Zn-AlLDH/MF/PE涂层的厚度为20～50μm。所述用于铝合金表面的耐蚀性超疏水层状双氢氧化物涂层在制备防腐蚀材料中的应用。本专利技术机理：通过水热法在铝合金表面形成Zn-AlLDH，基体铝合金在水热过程中表面溶解出的铝离子有助于Zn-AlLDH的形成。锌铝双氢氧化物与铝合金基体通过化学键结合，可增强涂层与基体的粘附力。同时，Zn-AlLDH膜还可延长腐蚀性介质侵入基体表面的路径，形成物理阻隔的作用。密胺树脂作为复合涂层的连接层，通过和LDH表面的羟基形成层缩合、与聚乙烯形成范德华力作用，增强涂层与涂层之间的结合力。使用聚乙烯和二氧化硅纳米粒子形成超疏水层，通过在涂层表面构造粗糙的微纳米结构，使得涂层表面具有空气垫，可减少水分子、腐蚀性介质与金属基体的接触面积，达到防腐蚀作用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术将制备的粗糙结构和低表面能物质修饰结合，在表面形成超疏水涂层，通过超疏水表面空气垫减少腐蚀介质接触面积、LDH的片层状结构以及离子交换能力的作用，延长腐蚀介质进入金属基体表面的路径，以达到对铝合金的防腐蚀能力。(2)本专利技术制备的耐蚀性超疏水Zn-AlLDH/MF/PE涂层厚度为20～50μm，结合力强，不易脱落，能对基体形成有效保护。(3)本专利技术制备的耐蚀性超疏水Zn-AlLDH/MF/PE涂层不受基体形状的限制，使用的原料成本低廉、来源广泛，易于推广应用。(4)本专利技术制备的耐蚀性超疏水Zn-AlLDH/MF/PE涂层水接触角达156°，滚动角小于5°，可以对铝合金表面起到防污、自清洁的作用。(5)本专利技术制备的耐蚀性超疏水Zn-AlLDH/MF/PE涂层在酸性、碱性、高盐、中性环境中都能起到金属防腐作用。(6)本专利技术制备的超疏水涂层用于水上运输工具可以增加负载重量。附图说明图1是未处理的铝合金表面静态接触角照片，接触角为82.67°；图2是对比例1铝合金表面形成Zn-AlLDH膜静态接触角照片，接触角为14.5°；图3是实施例1铝合金表面耐蚀性超疏水Zn-AlLDH/MF/PE涂层静态接触角照片，接触角为156.29°；图4是实施例1和对比例1～3的电化学阻抗谱，a图为阻抗～频率图；b图为相位角～频率图；图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于铝合金表面的耐蚀性超疏水层状双氢氧化物涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：/n(1)将氟化铵、尿素、硝酸锌、硝酸铝混合液与铝合金混合，进行水热反应后，在铝合金表面形成Zn-Al LDH膜；/n(2)将三聚氰胺、甲醛和水混合，调pH至碱性，加热反应，形成密胺树脂，然后将步骤(1)中形成Zn-Al LDH膜的铝合金放入密胺树脂中浸泡、烘干、老化，形成Zn-Al LDH/MF涂层；/n(3)配制含聚乙烯、纳米粒子、甲苯的混合液，将步骤(2)中形成Zn-Al LDH/MF涂层的铝合金放入混合液浸泡、烘干，老化，形成耐蚀性超疏水Zn-Al LDH/MF/PE涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于铝合金表面的耐蚀性超疏水层状双氢氧化物涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将氟化铵、尿素、硝酸锌、硝酸铝混合液与铝合金混合，进行水热反应后，在铝合金表面形成Zn-AlLDH膜；
(2)将三聚氰胺、甲醛和水混合，调pH至碱性，加热反应，形成密胺树脂，然后将步骤(1)中形成Zn-AlLDH膜的铝合金放入密胺树脂中浸泡、烘干、老化，形成Zn-AlLDH/MF涂层；
(3)配制含聚乙烯、纳米粒子、甲苯的混合液，将步骤(2)中形成Zn-AlLDH/MF涂层的铝合金放入混合液浸泡、烘干，老化，形成耐蚀性超疏水Zn-AlLDH/MF/PE涂层。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述氟化铵、尿素、硝酸锌、硝酸铝的摩尔比为0.005～0.010:0.35～0.040:0.01～0.015:0.0025～0.0030；
所述氟化铵在混合溶液中的浓度为0.005～0.010mol·L-1。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述水热反应时间为3～9h，水热反应的温度为90～100℃。


4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖伯凯，曾巧，康磊，孟令婷，郭兴蓬，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44