CN101693995B - 一种铝合金耐腐蚀涂层的制备方法 - Google Patents

一种铝合金耐腐蚀涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铝合金耐腐蚀涂层的制备方法，采用化学反应法在铝合金表面形成具备一定纳米厚度的含钴元素的钝化层，并进一步在钝化层上覆盖巯基有机酸化合物掺杂氧化聚苯胺涂层，通过抑制电化学反应从而实现铝合金表面的防腐蚀特性。本发明解决了以往阳极氧化工艺复杂，氧化质量不稳定、能耗高、污染严重等问题，适合航空、航天、舰船等行业中特种铝合金材料领域的使用。与现有技术相比，本发明的特点是方法简单，反应时间短，设备投资小，经济回报高。

Description

一种铝合金耐腐蚀涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及高强度、高韧性铝合金耐腐蚀涂层的制备方法，尤其是飞机、大型船舰用特种铝合金的耐腐蚀层的制备。
背景技术
金属材料的耐腐蚀性是评价材料使用寿命中十分重要性能指标。飞机、舰船的运行过程中必须耐受严酷的盐、飞溅、浪花以及持续不断地湿/干循环作用，从而使飞机、舰船受广泛而严重的腐蚀问题。因此，解决飞机、舰船的腐蚀性而受到普遍关注。近年来，国内飞机、舰船制造业的飞速发展，以高强度、高韧性为代表的高性能铝合金的使用量也越来越多。因此，高性能铝合金的防腐处理也受到高度关注。并且高性能特种铝合金的耐腐蚀性有着广阔的应用前景。
目前高性能铝合金的耐腐蚀层制备方法以阳极氧化为主。将铝合金浸没于特殊的化学池中例如铬酸、硫酸池。电流通过化学池中电解液流过铝合金，发生电化学和热化学反应。随着反应时间的增加，在铝合金表面形成一层氧化层，而且铝合金置于电解的阳极端，故这种方法称为阳极氧化。然而铝合金的阳极氧化工艺复杂，容易受到化学反应池中电解液溶度变化、电流波动等化学与物理因素影响导致铝合金表面氧化层存在缺陷，导致耐腐蚀性能不稳定，并且阳极氧化工艺也不符合当前的环保和节能要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种环保型制备铝合金耐腐蚀化学覆盖层，兼有一定的油漆粘合性，耐腐蚀性能好的铝合金耐腐蚀涂层的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种铝合金耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)含钴水溶液的制备
以水为溶剂，将水溶性钴盐0.01mol/L-0.2mol/L、水溶性铵盐0.02mol/L-2.5mol/L、亚硝酸金属盐0.02mol/L-2.5mol/L、水溶性有机酸0.02mol/L-2.0mol/L、水溶性氧化剂0.2mol/L-1.0mol/L混合均匀配制成含钴水溶液；
(2)形成钴保护层
铝合金浸没在含钴水溶液中，加热50-65℃，反应5-25分钟，使得在铝合金表面发生化学反应，形成100纳米-400纳米厚度的钴保护层，使得铝合金表面具有很好耐腐蚀性；
(3)喷涂聚合物保护层
将聚苯胺100-200g/L，单巯基或双巯基有机酸化合物0.002-0.005mol/L加入溶剂中搅拌混合配置成喷涂液，将该喷涂液喷涂到步骤(2)得到的铝合金的钴保护层表面形成聚合物保护层，得到耐腐蚀涂层的铝合金产品。
步骤(1)中所述的水为蒸馏水或去离子水。
步骤(1)中所述的水溶性钴盐包括氯酸钴，溴酸钴，硝酸钴，氰酸钴，磷酸钴，硫酸钴，醋酸钴，碳酸钴。
步骤(1)中所述的水溶性铵盐是硝酸铵。
步骤(1)中所述的亚硝酸金属盐包括亚硝酸钾，亚硝酸钠，亚硝酸锂。
步骤(1)中所述的水溶性有机酸包括冰醋酸，甲酸以及甲酸金属盐。
所述的甲酸金属盐包括甲酸钾或甲酸钠。
步骤(1)中所述的水溶性氧化剂包括过氧化氢或高锰酸钾。
步骤(3)中所述的聚苯胺为浓硫酸氧化，真空干燥去除水份后的聚苯胺。
所述的单巯基或双巯基有机酸化合物为2-巯基-5-氨基-1，3，4-噻重氮，2，5-二巯基-1，3，4-噻重氮，2-巯基苯并噻唑，6-乙氧基-2-巯基苯并噻唑，1，2，3-苯并噻唑，2-巯基苯并噁唑，2-巯基-5-硝基苯并咪唑或2-巯基-5-甲基苯并咪唑；所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
与现有技术相比，本发明的高性能铝合金耐腐蚀化学覆层环保型制备方法，可以采用浸泡方式，手工刷涂和静电喷涂等方式实施。与传统铬酸阳极氧化法相比，该方法具有加工时间短，能耗低，并具有环保型，污染小的特点。由于施工灵活，能在短时间内对高性能铝合金表面进行修补与维护，可现场进行施工，从而降低维护成本，延长了设备的使用寿命，具有很高经济回报。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
化学反应液的制备
实施例1
在25L不锈钢桶中添加18.8L纯净水(或去离子水)，依次加入1.375Kg硝酸铵(NH4NO3)、0.65Kg硝酸钴(Co(NO3)2.6H2O)、0.66L甲酸(HCOOH)、滴加0.3mol/L氢氧化铵(NH4OH)水溶液直混合溶液PH＝6.8-7.2，然后加入0.325Kg亚硝酸钠(NaNO2)、5mL 30wt％过氧化氢(H2O2)水溶液，使用普通氮气喷射搅拌下，加热至55-65℃反应30-90分钟。反应结束后滴加0.3mol/L氢氧化铵(NH4OH)水溶液直至反应溶液PH＝6.8-7.2，备用。
将洁净的铝合金测试板用钴的水溶液于50-65℃加热浸泡5-25分钟，然后取出、室温干燥24小时，然后用氧化聚苯胺掺杂巯基有机酸化合物喷涂液对测试板表面进行处理，真空干燥去除多余溶剂，按照ASTM B117-07标准进行盐水喷雾腐蚀测试，并且根据波音BMS 10-11方法测定涂料粘附性能。
实施例2
在25L不锈钢桶中添加16.7L纯净水(或去离子水)，依次加入1.325Kg硝酸铵(NH4NO3)、0.65Kg硝酸钴(Co(NO3)2.6H2O)、1L冰醋酸(CH3COOH)、20mL 30wt％过氧化氢(H2O2)水溶液，启用普通氮气喷射搅拌装置，反应10至15分钟。反应结束后加入0.325Kg亚硝酸钠(NaNO2)加热至36-42℃反应20-30分钟。然后滴加0.42mol/L氢氧化铵(NH4OH)水溶液直至反应溶液PH＝6.7-7.0，最后加入5mL 30wt％过氧化氢(H2O2)水溶液，升温至55-65℃，搅拌数分钟，备用。
将洁净的铝合金测试板用钴的水溶液于50-65℃加热浸泡5-25分钟，然后取出、室温干燥24小时，然后用氧化聚苯胺掺杂巯基有机酸化合物喷涂液对测试板表面进行处理，真空干燥去除多余溶剂，按照ASTM B117-07标准进行盐水喷雾腐蚀测试，并且根据波音BMS 10-11方法测定涂料粘附性能。
实施例3
在普通氮气喷射搅拌下，往25L不锈钢桶中添加18.8L纯净水(或去离子水)，依次加入1.375Kg硝酸铵(NH4NO3)、0.65Kg硝酸钴(Co(NO3)2.6H2O)、0.66L甲酸铵(NH4COOH)、滴加0.2mol/L氢氧化铵(NH4OH)水溶液直混合溶液PH＝7.0-7.1，然后加入0.325Kg亚硝酸钠(NaNO2)、5mL 30wt％过氧化氢(H2O2)水溶液反应，过程中有轻微的氨气生成，持续反应5-10分钟。然后进一步升温至55-65℃反应30-90分钟。反应结束后滴加0.2mol/L氢氧化铵(NH4OH)水溶液直至反应溶液PH＝7.0-7.1，备用。
将洁净的铝合金测试板用钴的水溶液于50-65℃加热浸泡5-25分钟，然后取出、室温干燥24小时，然后用氧化聚苯胺掺杂巯基有机酸化合物喷涂液对测试板表面进行处理，真空干燥去除多余溶剂，按照ASTM B117-07标准进行盐水喷雾腐蚀测试，并且根据波音BMS 10-11方法测定涂料粘附性能。
实施例4
在普通氮气喷射搅拌下，往25L不锈钢桶中添加18.8L纯净水(或去离子水)，依次加入1.375Kg硝酸铵(NH4NO3)、0.65Kg硝酸钴(Co(NO3)2.6H2O)、0.66L甲酸钠(NaCOOH)、滴加0.2mol/L氢氧化铵(NH4OH)水溶液直混合溶液PH＝7.0-7.1，然后加入0.325Kg亚硝酸钠(NaNO2)、5mL 30wt％过氧化氢(H2O2)水溶液反应，过程中有轻微的氨气生成，持续反应5-10分钟。然后进一步升温至55-65℃反应30-90分钟。反应结束后滴加0.2mol/L氢氧化铵(NH4OH)水溶液直至反应溶液PH＝7.0-7.1，备用。
氧化聚苯胺掺杂巯基有机酸化合物喷涂液的制备
聚苯胺用浓硫酸氧化，真空干燥去除水份，取10-20g浓硫酸氧化干燥的聚苯胺，加入0.002-0.005mol的2，5-二巯基-1，3，4-噻重氮与100mL N-甲基吡咯烷酮，配置成喷涂液，备用
高强度、高韧性铝合金防腐蚀层制备
先将高性能铝合金AL2024-T3航空板材切割成正方形测试板(75mm ×75mm)，用丙酮溶液擦除测试板上的残留油脂，参照美国波音公司BAC5749标准用碱性清洁剂去除测试板上残留物质，依据BAC5765标准进一步对测试板表面进行脱氧处理，参照BAC5748标准进一步处理铝合金表面，然后在室温下用去离子水冲洗表面，干燥，备用。
将洁净的铝合金测试板用钴的水溶液于50-65℃加热浸泡5-25分钟，然后取出、室温干燥24小时，然后用氧化聚苯胺掺杂巯基有机酸化合物喷涂液对测试板表面进行处理，真空干燥去除多余溶剂，按照ASTM B117-07标准进行盐水喷雾腐蚀测试，并且根据波音公司BMS 10-11方法测定涂料粘附性能。
盐水喷雾腐蚀测试结果
Figure G2009101953600D00051
Figure G2009101953600D00061
Figure G2009101953600D00062
Figure G2009101953600D00071
Figure G2009101953600D00072
Figure G2009101953600D00081
涂料粘附性能测试
Figure G2009101953600D00082
Figure G2009101953600D00091
Figure G2009101953600D00092
Figure G2009101953600D00093
Figure G2009101953600D00101
Figure G2009101953600D00102
Figure G2009101953600D00111
注：粘附性最好＝10
粘附性最差＝1
实施例5
一种铝合金耐腐蚀涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)含钴水溶液的制备
以蒸馏水为溶剂，将氯酸钴0.01mol/L、硝酸铵2.5mol/L、亚硝酸钾0.02mol/L、甲酸0.02mol/L、高锰酸钾0.2mol/L混合均匀配制成含钴水溶液；
(2)形成钴保护层
铝合金浸没在含钴水溶液中，加热50℃，反应25分钟，使得在铝合金表面发生化学反应，形成100纳米厚度的钴保护层，使得铝合金表面具有很好耐腐蚀性；
(3)喷涂聚合物保护层
将聚苯胺100g/L浓硫酸氧化，真空干燥去除水份后，2-巯基-5-氨基-1，3，4-噻重氮0.002mol/L加入N-甲基吡咯烷酮中搅拌混合配置成喷涂液，将该喷涂液喷涂到步骤(2)得到的铝合金的钴保护层表面形成聚合物保护层，得到耐腐蚀涂层的铝合金产品。
实施例6
一种铝合金耐腐蚀涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)含钴水溶液的制备
以去离子水为溶剂，将溴酸钴0.2mol/L、硝酸铵0.02mol/L、亚硝酸钠2.5mol/L、甲酸钾2.0mol/L、高锰酸钾1.0mol/L混合均匀配制成含钴水溶液；
(2)形成钴保护层
铝合金浸没在含钴水溶液中，加热65℃，反应5分钟，使得在铝合金表面发生化学反应，形成400纳米厚度的钴保护层，使得铝合金表面具有很好耐腐蚀性；
(3)喷涂聚合物保护层
将聚苯胺200g/L浓硫酸氧化，真空干燥去除水份后，2-巯基苯并噁唑0.005mol/L加入N-甲基吡咯烷酮中搅拌混合配置成喷涂液，将该喷涂液喷涂到步骤(2)得到的铝合金的钴保护层表面形成聚合物保护层，得到耐腐蚀涂层的铝合金产品。

Claims (5)

1.一种铝合金耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)含钴水溶液的制备
以水为溶剂，将水溶性钴盐0.01mol/L-0.2mol/L、水溶性铵盐0.02mol/L-2.5mol/L、亚硝酸金属盐0.02mol/L-2.5mol/L、水溶性有机酸0.02mol/L-2.0mol/L、水溶性氧化剂0.2mol/L-1.0mol/L混合均匀配制成含钴水溶液；
(2)形成钴保护层
铝合金浸没在含钴水溶液中，加热50-65℃，反应5-25分钟，使得在铝合金表面发生化学反应，形成100纳米-400纳米厚度的钴保护层，使得铝合金表面具有很好耐腐蚀性；
(3)喷涂聚合物保护层
将聚苯胺100-200g/L，单巯基或双巯基有机酸化合物0.002-0.005mol/L加入溶剂中搅拌混合配置成喷涂液，将该喷涂液喷涂到步骤(2)得到的铝合金的钴保护层表面形成聚合物保护层，得到耐腐蚀涂层的铝合金产品；
步骤(1)中所述的水溶性钴盐为氯酸钴，溴酸钴，硝酸钴，氰酸钴，磷酸钴，硫酸钴，醋酸钴或碳酸钴；
步骤(1)中所述的水溶性有机酸为冰醋酸或甲酸；
步骤(3)中所述的聚苯胺为浓硫酸氧化，真空干燥去除水份后的聚苯胺；
所述的单巯基或双巯基有机酸化合物为2-巯基-5-氨基-1，3，4-噻重氮，2，5-二巯基-1，3，4-噻重氮，2-巯基苯并噻唑，6-乙氧基-2-巯基苯并噻唑，1，2，3-苯并噻唑，2-巯基苯并噁唑，2-巯基-5-硝基苯并咪唑或2-巯基-5-甲基苯并咪唑；所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的水为蒸馏水或去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的水溶性铵盐是硝酸铵。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的亚硝酸金属盐为亚硝酸钾，亚硝酸钠或亚硝酸锂。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的水溶性氧化剂包括过氧化氢或高锰酸钾。
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Owner name: NANJING NANDA BOPING ELECTRONICS INFORMATION CO.,

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Effective date of registration: 20120302

Address after: 210000 Jiangsu city of Nanjing province's economic and Technological Development Zone No. 68 peptide Branch Center

Patentee after: Nanjing Nanda Boping Electronics Information Co., Ltd.

Address before: 201108, room 2, building 6, building 4289, 173 Jin Du Road, Shanghai, Minhang District

Patentee before: Shanghai Boping Aviation Technology Co., Ltd.