一种用于金属防腐的耐久性超疏水涂层及制备方法技术

本发明专利技术涉及多功能涂层的技术领域，提供了一种用于金属防腐的耐久性超疏水涂层及制备方法。该方法先以氧化钙、磷酸、硝酸钙、三硝基苯磺酸钠、钼酸钠、碳量子点、去离子水制备分散碳量子点的钙磷镀液，并调节pH值至2~4，然后在35~40℃下对金属基材进行表面磷化处理，再以含橡胶微粉的含氟硅溶胶进行提拉镀膜，从而在金属表面形成具有耐久性的防腐蚀、超疏水涂层。该涂层经反复机械打磨后仍能保持良好的超疏水性和耐腐蚀性。疏水性和耐腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于金属防腐的耐久性超疏水涂层及制备方法


[0001]本专利技术属于多功能涂层的
，提供了一种用于金属防腐的耐久性超疏水涂层及制备方法。

技术介绍

[0002]金属易与环境介质之间发生化学、物理或电化学相互作用，存在普遍的腐蚀现象。金属腐蚀不仅造成经济损失，还常常构成安全威胁，因此金属防腐成为不可忽视的重要问题。目前，金属防腐的方法主要有结构改变法、保护层法、电化学保护法、消除腐蚀介质法、添加防锈颜料等。其中，保护层法的应用较为广泛，主要是指在金属表面覆盖保护层，使金属制品与周围腐蚀介质隔离开，从而防止腐蚀，保护层可为机油、凡士林、油漆等非金属材料，也可为锌、铬、镍等不易腐蚀的金属材料，还可为通过化学方法在金属表面生成的致密稳定的氧化膜。
[0003]超疏水材料是指表面静态水接触角大于150
°
、滚动角小于10
°
的材料，人们通过模仿自然界超疏水现象来制备超疏水材料，主要包括两个条件：一是构筑微纳米层级粗糙结构，二是赋予低表面能。超疏水材料在防结冰、防污、防腐蚀、减阻等方面具有广阔的应用前景。超疏水涂层可作为金属表面的防腐保护层，其可在金属与腐蚀介质中间形成一层空气介质，阻碍腐蚀介质与金属接触，并且超疏水涂层对环境较为友好，因而逐渐被用于金属防腐领域。
[0004]目前，用于金属防腐的超疏水涂层的制备过程通常为，先利用微米、纳米粒子在金属表面构建微纳米粗糙结构，然后采用低表面能物质进行表面修饰。其缺点在于，在加工或使用过程中，由于微纳米粒子与金属基材之间的粘附作用较弱，涂层容易脱落，并且，低表面能的表层粒子易被磨损，新露出的表层粒子不具有低表面能。可见，现有技术制备的超疏水涂层具有耐久性较差的缺陷。

技术实现思路

[0005]为克服上述缺点，本专利技术提出一种用于金属防腐的耐久性超疏水涂层及制备方法，先以分散碳量子点的钙磷镀液对金属基材进行表面磷化处理，再以含橡胶微粉的含氟硅溶胶进行提拉镀膜，从而在金属表面形成具有耐久性的防腐蚀、超疏水涂层。
[0006]为实现上述目的，本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种用于金属防腐的耐久性超疏水涂层的制备方法，该涂层制备的具体步骤如下：（1）以氧化钙、磷酸、硝酸钙、三硝基苯磺酸钠、钼酸钠、碳量子点、去离子水制备分散碳量子点的钙磷镀液，并调节pH值至2~4；（2）将步骤（1）制得的镀液加热至35~40℃并保持恒温，将经打磨、清洗的金属基材浸入镀液中，2~10min后取出，自然冷却至室温，以去离子水和乙醇洗涤，再真空干燥；（3）将橡胶微粉加入含氟硅溶胶中，搅拌均匀得到复合溶胶，然后将步骤（2）处理
后的金属基材浸入复合溶胶中，提拉镀膜，再真空干燥，在金属表面形成耐久性的防腐蚀、超疏水涂层。
[0007]优选的，步骤（1）所述镀液中，氧化钙的浓度为2~3g/L，磷酸的浓度为14~18mL/L，硝酸钙的浓度为10~12g/L，三硝基苯磺酸钠的浓度为0.8~1.2g/L、钼酸钠的浓度为0.3~0.5g/L、碳量子点的浓度为0.6~0.8g/L。
[0008]步骤（3）所述橡胶微粉为具有良好耐磨性的、微米级的橡胶粉末，优选为丁苯橡胶微粉、顺丁橡胶微粉中的至少一种。
[0009]优选的，步骤（3）所述含氟硅溶胶在使用前预先稀释至固含量为6~8%。硅溶胶是纳米级二氧化硅粒子在水中的分散液，是一种胶体溶液，当水分蒸发时，胶体粒子可附着在基体表面，形成纳米颗粒涂层。采用含氟硅烷（如十七氟癸基三乙氧基硅烷）对硅溶胶进行改性，得到含氟硅溶胶，氟原子的引入可使纳米粒子具有低表面能，可提高疏水性。含氟硅溶胶可购买市售产品，也可按现有技术（先制备硅溶胶，再采用含氟硅烷进行改性）进行制备。
[0010]进一步优选的，步骤（3）所述复合溶胶中，橡胶微粉、含氟硅溶胶的质量比为3~5：100。
[0011]优选的，步骤（3）所述提拉镀膜的浸渍时间为3~5min，提拉速度为800~1000μm/s，提拉高度为40~50mm。
[0012]本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的用于金属防腐的耐久性超疏水涂层。该涂层是通过先以分散碳量子点的钙磷镀液对金属基材进行表面磷化处理，再以含橡胶微粉的含氟硅溶胶进行提拉镀膜而制得。
[0013]本专利技术将橡胶微粉加入含氟硅溶胶中制成复合溶胶，对金属基材进行提拉镀膜，利用橡胶微粉和纳米二氧化硅构建微纳米粗糙结构，利用氟原子降低表面能。一方面，橡胶微粉的加入可提高涂层耐磨性，减少表层粒子的摩擦损耗；另一方面，由于整个涂层中的二氧化硅粒子都具有氟修饰低表面能，即使表层粒子被磨损，新露出的表层粒子仍然具有低表面能，可维持涂层表面的超疏水性。
[0014]进一步的，本专利技术还利用钙磷镀液在金属基材和涂层之间形成一层磷化膜。公知的，先在金属表面进行磷化处理，形成一层磷化膜，再形成涂层，该磷化膜的存在既可以抑制金属表面微电池的形成，提高金属的防腐性，又可以提高金属基体与涂层间的附着力，防止涂层脱落。磷化膜形成的原理在于：以钙磷镀液和金属镁片为例，氧化钙与磷酸反应最终形成磷酸钙，镁也在镀液中反应，先氧化为镁离子，最终形成磷酸镁，磷酸钙与磷酸镁沉积于镁片表面，最终在镁片表面形成均匀的、磷酸钙与磷酸镁交错分布的膜层，即磷化膜。磷化膜提高涂层附着力的原理在于：一方面，磷化膜与金属基材是一个紧密结合的整体结构，没有明显界限，另一方面，由于磷化膜具有多孔结构，在提拉镀膜过程中，部分橡胶微粉和纳米二氧化硅粒子可渗透到磷化膜孔隙中，与磷化膜紧密结合，即磷化膜与金属基材、涂层之间都可以形成紧密结合，从而可防止涂层脱落。
[0015]本专利技术在现有技术以氧化钙、磷酸、硝酸钙、三硝基苯磺酸钠、钼酸钠、去离子水制备钙磷镀液的基础上，还创造性地加入了碳量子点。公知的，碳量子点可与金属发生耦合作用，加速形成金属氧化物。本专利技术正是利用这一特点，在钙磷镀液中加入少量的碳量子点（浓度仅为0.6~0.8g/L），其作用在于：以金属镁片为例，在碳量子点与镁片接触部位，在碳量子点作用下金属镁加速形成氧化镁，更快地生成磷酸镁并沉积于镁片表面，也就是说，与
碳量子点接触部位、未与碳量子点接触部位的沉积物生成具有速度差，从而在镁片表面形成凹凸的磷化膜。凹凸磷化膜的形成为涂层提供更多层级的粗糙结构基础，不仅可进一步提高涂层的超疏水性能，而且多层级结构能使涂层在磨损时不会轻易丧失粗糙结构基础，可降低因磨损造成疏水性下降的下降幅度。
[0016]本专利技术提供了一种用于金属防腐的耐久性超疏水涂层及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本专利技术的制备方法，以含橡胶微粉的含氟硅溶胶对金属基材进行提拉镀膜，既可减少表层粒子的摩擦损耗，又可在表层粒子被磨损时维持涂层的超疏水性。
[0017]2.本专利技术的制备方法，以钙磷镀液在金属基材和涂层之间形成一层磷化膜，既可提高金属的防腐性，又可以提高金属基体与涂层间的附着力，防止涂层脱落。
[0018]3.本专利技术的制备方法，在钙磷镀液中添加了碳量子点，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于金属防腐的耐久性超疏水涂层的制备方法，其特征在于，该涂层制备的具体步骤如下：（1）以氧化钙、磷酸、硝酸钙、三硝基苯磺酸钠、钼酸钠、碳量子点、去离子水制备分散碳量子点的钙磷镀液，并调节pH值至2~4；（2）将步骤（1）制得的镀液加热至35~40℃并保持恒温，将经打磨、清洗的金属基材浸入镀液中，2~10min后取出，自然冷却至室温，以去离子水和乙醇洗涤，再真空干燥；（3）将橡胶微粉加入含氟硅溶胶中，搅拌均匀得到复合溶胶，然后将步骤（2）处理后的金属基材浸入复合溶胶中，提拉镀膜，再真空干燥，在金属表面形成耐久性的防腐蚀、超疏水涂层。2.根据权利要求1所述一种用于金属防腐的耐久性超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述镀液中，氧化钙的浓度为2~3g/L，磷酸的浓度为14~18mL/L，硝酸钙的浓度为10~12g/L，三硝基苯磺酸钠的浓度为0.8~1.2g/L、钼酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴锋，杨青，古玉茹，
申请(专利权)人：陈兴锋，
类型：发明
国别省市：