用于金属材料表面防腐与改性的微纳米涂层的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种可以与金属基材良好结合微纳米溶胶的制造方法，及通过高压雾化喷涂到三维金属基材表面，形成防腐蚀、耐摩擦、抗冲击的透明薄膜的制造方法。这种溶胶薄膜与金属基材表面致密键合，形成对金属基材的有效防腐保护作用。通过应用材料设计技术，按照本发明专利技术公开的方法，可以赋予金属材料表面的溶胶薄膜各种特殊的性能。

【技术实现步骤摘要】

金属材料腐蚀每年造成的经济损失是难于估量的，现存防腐技术如磷化、表面电镀等往往会造成严重的环境污染，本专利技术公开的一种纳米溶胶薄膜技术，用于处理金属材料表面，不但可以获得良好的防腐效果的，而且可以赋予金属材料表面各种特殊的性能。本专利技术公开的一种特殊溶胶制备及其成膜方法，应用于金属材料三维表面防腐与改性，通过表面覆盖具有特殊性能的纳米薄膜，可以改善金属材料表面的各种性能，弥补金属材料表面的性能缺陷。
技术介绍
溶胶凝胶溶胶是指通过水解和聚合作用，形成的有机或无机的纳米或微米级的粒子，这些粒子通常带有电荷，并由于电荷作用，吸附一层溶剂分子，形成由溶剂包覆的纳米或微米粒子，即胶体粒子，这些胶体粒子由于带有电荷而相互排斥，从而能以悬浮状态存 在于溶剂中，即形成溶胶；胶体粒子由于失去电荷，或者包覆在外圈的溶剂层被破坏，胶体粒子发生聚合，溶胶发生固化即形成凝胶。溶胶制造中存在一个较大的难题是，溶胶由于各种因素的影响，失去稳定性，发生凝胶。这给溶胶的大规模制造和应用形成严重的制约，解决溶胶的稳定性，是拓展溶胶应用空间的如提条件。溶胶通常采用浸润提拉、匀胶甩膜等工艺制备薄膜，这些方法的一个共同缺陷就是，只适合于二维平面涂膜，对于三维基材，则无法涂膜，高压雾化喷涂技术是比较理想的三维结构溶胶涂覆技术，但是其对溶胶的流平性能具有较高的要求。
技术实现思路
本专利技术公开的制备溶胶的前体可以是有机金属化合物、金属醇盐、无机盐和有机小分子的任意组合，或其中的一种，或多种组合；但通常至少应该包括一种有机金属化合物或金属醇盐，一个优选的方案是，选择硅酸乙酯和钛酸丁酯混合物进行水解。为使得溶胶薄膜能与金属基材表面有效键合，要求溶胶组成设计时，需选择与金属具有良好结合性能的有机金属化合物或金属醇盐进行水解。通过以溶解液方式添加锆盐等耐摩擦的化合物，可以使溶胶薄膜耐摩擦性能有效提高，一个优选的方案是，选择氧氯化锆溶解液掺杂钛酸丁酯的水解物中。无机一有机复合网络固化形成的溶胶薄膜，不但具有良好的抗刮划性能，而且具有良好的抗冲击性能，一个优选的方案是，选择硅酸乙酯水解物与丙烯酸树脂混合，在成膜时形成无机一有机复合网络。溶胶体系的失稳，首先是从溶胶颗粒的自团聚开始的，为了保持溶胶的长期稳定，本专利技术公开的方法是，在溶胶中添加带有长链的有机小分子单体，通过表面基团与溶胶颗粒结合，起到阻隔剂的作用，抑制溶胶颗粒的团聚或长大；同时保持整个溶胶体系处于高酸度状态下，此时氢离子浓度较大，有利于保持溶胶中胶粒的稳定，使溶胶长期稳定。为将溶胶涂覆在具有三维结构的金属基材上，本专利技术公开的一种涂膜方法是以6公斤以上的压力，通过O. 5毫米的喷嘴，将溶胶充分雾化，再将雾化的溶胶，以高压喷涂到金属基材表面，这种雾化喷涂可以不受基材表面形状的限制，适用于任意复杂的三维结构。为使在金属材料表面形成均匀、透明、与基材结合牢固的薄膜，本专利技术公开的方法是，将涂覆好溶胶薄膜的基材，静置30分钟至I小时，使薄膜的组成物进行充分老化，一方面溶胶内部发生聚合反应，形成三维网状结构的致密薄膜，使金属基材被完全封闭，同时使薄膜组成物与金属基材表面的金属原子之间形成化学键合，有效钝化金属材料表面层，并使薄膜与金属基材形成牢固的结合层，达到金属材料耐化学腐蚀的目的。本专利技术公开的溶胶薄膜固化方法包括但不仅限于以下方案，其一是含有机单体参与成膜的溶胶，涂覆在金属基材表面后，在150度至200度的温度范围内，烘 烤30分钟至60分钟；其二是不含有机单体的溶胶，涂覆在金属基材表面后，在550度至600度的温度范围内，烘烤30分钟至60分钟。实施例一 1)水解硅酸乙酯，形成浓度为O.lmol/L的透明硅复合溶胶； 2)添加氯化铝水解液，使溶胶的pH值保持在2-3； 3)添加5%甲基丙烯酸树脂作为有机单体并作为溶胶粒子的阻隔剂； 4)添加1%聚乙烯醇等作为溶胶的增溶剂，避免溶胶颗粒团聚或长大的前提下，提高溶胶的浓度； 5)以高压喷枪将上述溶胶压缩雾化，喷涂在具有三维结构的铝基材上； 6)经过30分钟老化，在铝基材表面形成均匀、透明的薄膜； 7)放入150度的烘箱中烘烤，使薄膜凝胶、固化； 8)自然冷却，形成透明的、超薄硬质薄膜。实施例二 1)水解钛酸丁酯和硅酸乙酯，形成浓度为O.lmol/L的透明硅钛复合溶胶； 2)添加氧氯化锆水解液,使溶胶的pH值保持在2-3； 3)添加1%聚乙烯醇等作为溶胶的增溶剂，避免溶胶颗粒团聚或长大的前提下，提高溶胶的浓度； 4)以高压喷枪将上述溶胶压缩雾化，喷涂在具有三维结构的铜基材上； 5)经过30分钟老化，在铜基材表面形成均匀、透明的薄膜； 6)放入550度的烘箱中烘烤，使薄膜凝胶、固化； 7)自然冷却，形成透明的、超薄硬质薄膜。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可高温长期稳定存储、可雾化三维喷涂的微纳米溶胶制备方法及其成膜工艺，包括以下步骤：1）按照反应式???????????????????????????????????????????????????水解通式为RxM(OR)z?x的有机金属化合物，形成溶胶，式中R为有机官能基，M选自硅、铝、钛、锆等或它们的混合物，R’为可水解的低分子量烷基，z为M的化合价，而x小于z，至少为1，y至少为1并小于z?x；或者按照反应式????水解一种通式为M’(OR’’)z’的金属醇盐，形成金属醇盐溶胶，式中M’为形成可水解醇盐的金属，R’’为低分子量烷基，z’为M’的化合价，y’至少为1和小于z’；有机金属化合物或金属醇盐的水解物能够与金属基材的表面发生键合反应，使溶胶薄膜能与金属基材表面形成致密结合层，使金属基材被完全封闭，从而具有优良的防腐蚀性能；2）以无机盐的溶解液方式在溶胶中引入氧化锆、氧化铝等耐摩擦的氧化物，有效提高溶胶薄膜的耐摩擦性能；3）以无机盐和有机小分子或预聚体作为前体，通过混合或偶联，形成有机——无机复合网络，经加热固化，形成具有良好耐刮花和抗冲击性能的溶胶薄膜；4）添加高酸度的无机盐溶解液，可以保持整个溶胶体系处于高酸度条件下，抑制胶体颗粒的团聚；添加有机小分子单体可以作为阻隔剂，抑制溶胶颗粒的团聚或长大；以使得溶胶胶粒能够在恶劣环境中保持纳米尺度的粒径，并在较长时间内不发生团聚，从而使溶胶薄膜保持透明致密；5）通过添加有机氟类树脂，使溶胶具有较低的表面张力，保持良好流平性，可应用（但不仅限于）高压喷雾方法，喷涂到复杂的三维结构的金属材料表面；4）经干燥和老化，涂覆于金属材料结构件表面的溶胶自然流平，其中的溶剂得以挥发，形成均匀、透明的凝胶薄膜；5）在150度到200度的低温烘烤；或者6）在550度至600度的温度烘烤；7）经自然冷却，形成多性能薄膜。893732dest_path_image001.jpg,323576dest_path_image002.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种可高温长期稳定存储、可雾化三维喷涂的微纳米溶胶制备方法及其成膜工艺，包括以下步骤 1)按照反应式R^M(OR)s_s + yH20 RxM(OR )s_s_y (OH)y +yROH 水解通式为RxM(OR)z_x的有机金属化合物，形成溶胶，式中R为有机官能基，M选自硅、铝、钛、锆等或它们的混合物，R’为可水解的低分子量烷基，z为M的化合价，而X小于z，至少为1，y至少为I并小于z-x ;或者 按照反应式 I (PR )s' +y H2O (OR )^.(OH)y. +y R OH 水解一种通式为M’(OR’ ’)z，的金属醇盐，形成金属醇盐溶胶，式中M’为形成可水解醇盐的金属，R’’为低分子量烷基，z’为M’的化合价，y’至少为I和小于z’ ； 有机金属化合物或金属醇盐的水解物能够与金属基材的表面发生键合反应，使溶胶薄膜能与金属基材表面形成致密结合层，使金属基材被完全封闭，从而具有优良的防腐蚀性倉泛; 2)以无机盐的溶解液方式在溶胶中引入氧化锆、氧化铝等耐摩擦的氧化物，有效提高溶胶薄膜的耐摩擦性能； 3)以无机盐和有机小分子或预聚体作为前体，通过混合或偶联，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉涵，郭子钰，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：上海迪道科技有限公司，郭景康，
类型：发明
国别省市：