CN103570028A

CN103570028A - 二氧化硅溶胶，应用该二氧化硅溶胶对金属基体进行表面处理的方法及制品

Info

Publication number: CN103570028A
Application number: CN201210254582.7A
Authority: CN
Inventors: 丁亭; 曹达华
Original assignee: Shenzhen Futaihong Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Futaihong Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2014-02-12
Also published as: TW201404716A; US20140023854A1

Abstract

本发明提供一种二氧化硅溶胶，该二氧化硅溶胶含有正硅酸四乙酯、二甲基甲酰胺、硅酸钠、无水乙醇及盐酸。本发明还提供一种应用该二氧化硅溶胶进行表面处理的方法及制品。

Description

二氧化硅溶胶,应用该二氧化硅溶胶对金属基体进行表面处理的方法及制品

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅溶胶，应用该二氧化硅溶胶对金属基体进行表面处理的方法及制品。

背景技术

铝合金目前被广泛应用于航空、航天、汽车及微电子等工业领域。但铝合金的标准电极电位很低，耐腐蚀差，暴露于自然环境中会引起表面快速腐蚀。

真空镀膜技术（PVD）是一种较环保的镀膜技术。PVD膜层具有高硬度、高耐磨性、良好的化学稳定性等优点，因此在表面防护或装饰处理领域的应用越来越广。而对于铝合金来说，其标准电极电位与许多PVD功能性膜层（如装饰性的颜色层等）的差异较大，极易造成电偶腐蚀，使整个铝合金产品失效。

据悉，目前有通过真空镀膜技术设置一绝缘层于铝合金铝或铝合金基体与功能性膜层之间来防止铝合金铝或铝合金基体的电偶腐蚀及失效，但收效甚微。这是由于PVD膜层本身不可避免的会存在缺陷，如针孔、裂纹等，这些缺陷将成为电解质溶液的通道，使铝或铝合金基体和表面的功能性膜层相连形成微电池。此时，功能性膜层成为微电池的阴极，而铝合金铝或铝合金基体表面的微小孔洞接触点成为阳极，由于阴极的面积远远大于阳极的面积，即阴阳极的面积比趋于无限大，致使腐蚀电流极大而急剧加速了腐蚀。这种腐蚀失效严重限制了铝合金铝或铝合金基体于PVD镀膜技术的应用。

发明内容

有鉴于此，提供一种二氧化硅溶胶。

同时，提供一种应用所述二氧化硅溶胶对金属基体进行表面处理的方法，该方法可提高形成有真空镀膜层的金属基体的耐腐蚀性。

另，还提供一种经上述表面处理方法制得的制品。

一种二氧化硅溶胶，该二氧化硅溶胶含有正硅酸四乙酯、二甲基甲酰胺、硅酸钠、无水乙醇及盐酸。

一种应用二氧化硅溶胶对金属基体进行表面处理的方法，包括如下步骤：

提供金属基体；

制备二氧化硅溶胶，该二氧化硅溶胶含有正硅酸四乙酯、二甲基甲酰胺、硅酸钠、无水乙醇及盐酸；

在该金属基体上形成一二氧化硅溶胶层；

对该二氧化硅溶胶层进行干燥处理；

对金属基体进行热处理，使二氧化硅溶胶层形成二氧化硅凝胶层，该二氧化硅凝胶层为(O-Si-O)n相互连结形成的网络结构；

采用真空镀膜的方式，在该二氧化硅凝胶层上形成真空镀膜层。

一种由所述的表面处理的方法制得的制品，该制品包括金属基体、依次形成于金属基体上的二氧化硅凝胶层及真空镀膜层，该二氧化硅凝胶层为(O-Si-O)n相互连结形成网络结构。

本发明通过在金属基体与真空镀膜层之间形成一致密的二氧化硅凝胶层，可有效阻碍进入真空镀膜层中的电解质溶液向金属基体的方向扩散，如此可提高金属基体的耐腐蚀性。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的制品的示意图。

主要元件符号说明

制品	10
		金属基体	11
二氧化硅凝胶层	13
		真空镀膜层	15

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

本发明一较佳实施方式的二氧化硅溶胶的主要成分为正硅酸四乙酯、硅酸钠、二甲基甲酰胺（DMF）、导电金属粉体、无水乙醇及盐酸。其中，正硅酸四乙酯的体积百分含量为10%~20%、硅酸钠的体积百分含量为5%~10%、二甲基甲酰胺的体积百分含量为2%~4%、导电金属粉体的体积百分含量为5%~10%、无水乙醇的体积百分含量为5%~10%、盐酸的体积百分含量为3%~5%。该二氧化硅溶胶的pH值为3~5。

盐酸作为催化剂，提供H₃O⁺离子，使用时促进二氧化硅溶胶成膜。盐酸还用以调节二氧化硅溶胶的pH值。

二甲基甲酰胺作为络合剂，与正硅酸四乙酯水解后的中间体络合，同时还可降低溶胶缩聚的反应速率，可避免二氧化硅溶胶成膜后发生龟裂。

该导电金属粉体可为铝粉、锡粉或铟粉等，可使二氧化硅溶胶具有导电性。为了提高导电金属粉体在二氧化硅溶胶中的分散性、二氧化硅溶胶的导电性，同时使二氧化硅溶胶可形成较薄的膜层，该导电金属粉体粒径为纳米级。较佳地，该导电金属粉体的粒径为30~50nm。

该二氧化硅溶胶通过如下方式制得：

以正硅酸四乙酯、硅酸钠、二甲基甲酰胺、导电金属粉体、无水乙醇及盐酸为原料。其中，正硅酸四乙酯的体积百分含量为10%~20%、硅酸钠的体积百分含量为5%~10%、二甲基甲酰胺的体积百分含量为2%~4%，导电金属粉体的体积百分含量为5%~10%、无水乙醇的体积百分含量为5%~10%、盐酸的体积百分含量为3%~5%。

向无水乙醇中加入正硅酸四乙酯、硅酸钠及二甲基甲酰胺，并搅拌至均匀得一混合液；用盐酸调节该混合液的pH值为3~5；将导电金属粉体加入该pH值为3~5的混合液中，并搅拌至均匀，之后进行过滤，以去除少量的悬浮的杂质，制得所述二氧化硅溶胶。

请参见图1所示，应用所述二氧化硅溶胶对金属基体进行表面处理的方法，包括如下步骤：

提供金属基体11，该金属基体11的材质可为铝、铝合金、镁或镁合金等。

提供所述二氧化硅溶胶。

在所述金属基体11表面形成一二氧化硅凝胶层13，其包括如下步骤：

首先，通过涂布或浸泡的方式，在该金属基体11上形成一二氧化硅溶胶层，并将该金属基体11置于40~50℃温度下进行真空干燥10~15min，使二氧化硅溶胶转化为二氧化硅凝胶。

之后，对该二氧化硅凝胶进行热处理，其具体操作和工艺参数如下：提供一烘烤炉（未图示），将烘烤炉加热至炉内温度为100~120℃，将金属基体11置于烘烤炉内并保温10~15min。再将烘烤炉加热至炉内温度为250~300℃并保温30~50min，最终于所述金属基体11上形成二氧化硅凝胶层13。所述二氧化硅凝胶层13的厚度为2~3μm。

在所述干燥处理过程中，二氧化硅溶胶中的溶剂迅速被蒸发导致溶胶向凝胶逐渐转变。在此过程中，正硅酸四乙酯逐渐聚集长大为小粒子簇，而小粒子簇在相互碰撞时连结成大粒子簇，最后大粒子簇间相互连结成三维网络结构，如此使二氧化硅溶胶转化为二氧化硅凝胶。在100~120℃的温度下，二氧化硅凝胶先脱去吸附在表面的水和乙醇；在250-300℃的温度下，正硅酸四乙酯的-OR基团发生氧化反应形成O-Si-O基团；随着热处理时间的增加，经二氧化硅凝胶不断地缩聚和脱水反应，O-Si-O基团逐渐形成(O-Si-O)n，而邻近的(O-Si-O)n相互连结形成网络结构，并最终形成连续的、致密的二氧化硅凝胶层13。

采用真空镀膜的方式，在该二氧化硅凝胶层13上形成一真空镀膜层15。所述真空镀膜层15可以为CrC层、TiNO层、TiCN层、TiN层、CrNO层、CrCN层或其他任意具装饰色彩的膜层。该真空镀膜层15也可被其他的功能性膜层所替代。在沉积真空镀膜层15的过程中，由于该二氧化硅凝胶层13中因含有导电金属粉体，可提高施加于金属基体11偏压，进而提高该真空镀膜层15的致密性及真空镀膜层15与金属基体11之间的结合力。

一种经由上述表面处理方法制得的制品10包括金属基体11、依次形成于该金属基体11上的二氧化硅凝胶层13及真空镀膜层15。

该二氧化硅凝胶层13为(O-Si-O)n相互连结形成的网络结构。该二氧化硅凝胶层13中含有导电金属粉体。该导电金属粉体可为铝粉、锡粉及铟粉等。该导电金属粉体粒径为纳米级。较佳地，该导电金属粉体的粒径为30~50nm。该所述二氧化硅凝胶层13的厚度为2~3μm。

所述真空镀膜层15可以为CrC层、TiNO层、TiCN层、TiN层、CrNO层、CrCN层或其他任意具装饰色彩的膜层。该真空镀膜层15也可被其他的功能性膜层所替代。

本发明通过在金属基体11与真空镀膜层15之间形成一致密的二氧化硅凝胶层13，可有效阻碍进入真空镀膜层15中的电解质溶液扩散至金属基体11，如此可提高金属基体11的耐腐蚀性。另外，因二氧化硅凝胶层13中含有导电金属粉体，可提高该真空镀膜层15的致密性、真空镀膜层15与金属基体11之间的结合力，以进一步提高制品的耐腐蚀性。

实施例1

提供一金属基体11，该金属基体11的材质为铝合金。

提供一二氧化硅溶胶。在该二氧化硅溶胶中，正硅酸四乙酯的体积百分含量为12%、硅酸钠的体积百分含量为8%、二甲基甲酰胺的体积百分含量为3%、导电金属粉体的体积百分含量为8%、无水乙醇的体积百分含量为6%、盐酸的体积百分含量为4%。该二氧化硅溶胶的pH值为3.5。

首先，通过涂布的方式，在该金属基体11上形成一二氧化硅溶胶层，并将该金属基体11置于42℃温度下进行真空干燥12min，使二氧化硅溶胶转化为二氧化硅凝胶。

之后，对该二氧化硅凝胶进行热处理，将金属基体11置于烘烤炉内并保温12min。再将烘烤炉加热至炉内温度为260℃并保温35 min，最终于所述金属基体11上形成二氧化硅凝胶层13。所述二氧化硅凝胶层13的厚度为2.5μm。

在该二氧化硅凝胶层13上形成真空镀膜层15。该真空镀膜层15为CrC层。

对比例

本对比例与实施例1不同的是金属基体11与真空镀膜层15之间未形成有二氧化硅凝胶层13，其它条件与实施例1相同。

性能测试

将实施例1制得的制品及对比例处理后的金属基体进行盐雾测试及耐磨性测试，具体测试方法及结果如下：

（1）盐雾测试

将实施例1制得的制品及对比例处理后的金属基体进行35℃中性盐雾（NaCl浓度为5%）测试。结果表明，由本发明实施例1的方法所制备的制品10在168小时后真空镀膜层15上未出现腐蚀点，而经对比例的方法处理后的金属基体在168小时后表面出现腐蚀点。可见，上述制品10具有较好的耐腐蚀性。

（2）采用R180/530TE30型号的槽式振动耐磨测试机，将RKS10K型黄色圆锥体磨料3份，RKK15P型绿色棱锥体磨料1份及FC120洗涤剂适量加入所述槽式振动耐磨测试机内；再分别将实施例1制得的制品及对比例处理后的金属基体置于该槽式振动耐磨测试机内研磨震动2小时。所述槽式振动耐磨测试机、RKS10K型黄色圆锥体磨料、RKK15P型绿色棱锥体磨料及FC120洗涤剂均为德国ROSLER公司供应。

结果表明，由本发明实施例1的方法所制得的制品10经上述耐磨性测试后，二氧化硅凝胶层13及真空镀膜层15未发生脱落，仅真空镀膜层15表面出现少量划痕。而，经对比例处理后的铝合金基体上的真空镀膜层发生剥落。可见，上述制品10具有较好的耐磨性性。

Claims

1.一种二氧化硅溶胶，该二氧化硅溶胶含有正硅酸四乙酯、二甲基甲酰胺、硅酸钠、无水乙醇及盐酸。

2.如权利要求1所述的二氧化硅溶胶，其特征在于：所述二氧化硅溶胶中，正硅酸四乙酯的体积百分含量为10%~20%、硅酸钠的体积百分含量为5%~10%、二甲基甲酰胺的体积百分含量为2%~4%无水乙醇的体积百分含量为5%~10%、盐酸的体积百分含量为3%~5%。

3.如权利要求1所述的二氧化硅溶胶，其特征在于：该二氧化硅溶胶还含有导电金属粉体。

4.如权利要求3所述的二氧化硅溶胶，其特征在于：该导电金属粉体为铝粉、锡粉或铟粉。

5.如权利要求4所述的二氧化硅溶胶，其特征在于：该导电金属粉体的粒径为30~50nm。

6.一种应用二氧化硅溶胶对金属基体进行表面处理的方法，包括如下步骤：

提供金属基体；

在该金属基体上形成一二氧化硅溶胶层；

对该二氧化硅溶胶层进行干燥处理；

7.如权利要求6所述的表面处理的方法，其特征在于：所述二氧化硅溶胶中，正硅酸四乙酯的体积百分含量为10%~20%、硅酸钠的体积百分含量为5%~10%、二甲基甲酰胺的体积百分含量为2%~4%无水乙醇的体积百分含量为5%~10%、盐酸的体积百分含量为3%~5%。

8.如权利要求6所述的表面处理的方法，其特征在于：该二氧化硅溶胶还含有导电金属粉体。

9.如权利要求7所述的表面处理的方法，其特征在于：所述二氧化硅溶胶通过如下方式制得：向无水乙醇中加入正硅酸四乙酯、硅酸钠及二甲基甲酰胺，并搅拌至均匀得一混合液；用盐酸调节该混合液的pH值为3~5；将导电金属粉体加入该pH值为3~5的混合液中并搅拌至均匀，之后进行过滤。

10.如权利要求6所述的表面处理的方法，其特征在于：所述干燥处理的方法如下：将该金属基体置于40~50℃温度下进行真空干燥10~15min。

11.如权利要求6所述的表面处理的方法，其特征在于：所述热处理的方法如下：先将金属基体置于100~120℃的温度下烘烤10~15min；再将金属基体于250~300℃的温度下烘烤30~50min。

12.一种由经权利要求6-11中任一项所述的表面处理的方法制得的制品，该制品包括金属基体及形成于金属基体上的真空镀膜层，其特征在于：该制品还包括形成于金属基体与真空镀膜层之间的二氧化硅凝胶层，该二氧化硅凝胶层为(O-Si-O)n相互连结形成网络结构。

13.如权利要求12所述的制品，其特征在于：该所述二氧化硅凝胶层的厚度为2~3μm。

14.如权利要求12所述的制品，其特征在于：该二氧化硅凝胶层中还含有导电金属粉体。

15.如权利要求14所述的制品，其特征在于：该导电金属粉体为铝粉、锡粉或铟粉。

16.如权利要求14所述的制品，其特征在于：该导电金属粉体的粒径为30~50nm。

17.如权利要求12所述的制品，其特征在于：该金属基体的材质为铝、铝合金、镁或镁合金。