CN104005012A - 用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物及其使用方法，组合物包括：一种水溶性硅氧低聚物溶液，一种金属腐蚀抑制剂或／和一种水溶性树脂。本发明组合物在清洗过的铝及铝合金表面上生成一层纳米级的有机无机杂化型皮膜。该皮膜不仅提供优异的裸膜（即无附加涂层）防护性能，并且也有助于提高铝表面的涂装性能。适用的涂料包括粉末涂装，水性和油性漆等。

Description

用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物及其使用方法。

背景技术

铝合金作为一种重要的工程材料，被广泛应用于建筑，汽车和航空领领域。在室温干燥条件下，铝金属表面可快速形成一层致密的氧化膜，该氧化膜具有一定的耐腐蚀性。但在潮湿的海洋气候条件下，腐蚀介质如Cl‐离子通过水汽的辅助下，渗入铝表面的氧化膜并腐蚀膜下的金属，造成点腐蚀。因此进一步强化铝及其合金在海洋环境中的耐蚀性成为一种必要。

六价铬钝化技术作为一种最有效的，并且经济实用的铝及铝合金表面处理技术已经被广泛应用了多年。但六价铬离子的毒性大，对人体健康和环境造成巨大危害，因此有必要研发新的替代技术来强化铝及其合金的耐蚀性能。根据不同的金属防腐蚀理论，近年来开发的有关铝及其合金的替代技术可总结为如下几类：三价铬钝化技术，稀土转化膜技术以及溶胶‐凝胶表面处理技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有耐腐蚀性能的用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物及其使用方法。

本发明的技术解决方案是：

一种用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物，其特征是：该组合物包括：一种水溶性硅氧低聚物溶液，一种金属腐蚀抑制剂或/和一种水溶性树脂。

本发明中使用的水溶性硅氧低聚物通常含有有机官能团。这些有机官能团有助于提高后续的涂装性能。本发明中所涉及的有机官能团有烷基烷氧基，氨基，脲基，环氧基，甲基丙烯酸甲酯基，乙烯基。

本发明中使用的水溶性硅氧低聚物通常为完全水解或部分水解的线性的倍半硅氧烷，例如氨基的硅氧烷低聚物，氨基丙基倍半硅氧烷低聚物，甲基倍半硅氧烷低聚物和3((2‐氨基乙基)氨基丙基)硅烷三醇均聚物。水溶性硅氧低聚物的分子量应在250–650之间，最好是大于500。

在本发明中，水溶性硅氧低聚物通常用去离子水稀释到所需的的浓度。稀释后的溶液的pH值一般不需调节。如需要，可用酸或碱进行调节。所使用的水溶性硅氧低聚物一般稀释到0.01wt.％–10wt.％之间。在一种情况下，水溶性硅氧低聚物稀释到0.05wt.％–5wt.％之间。在另一种情况下，水溶性硅氧低聚物稀释至0.03wt.％–3wt.％之间。这两种情况中可加入含氟的过渡性金属酸。

本发明中使用的含氟的过渡性金属酸一般的分子式为H2XF6，其中X为Si,Ti,Zr,Hf，或H3XF6，其中X为Al或B。在本发明的典型实例中使用了H2TiF6和H2SiF6。H2TiF6和H2SiF6的单独或混合加入有增强耐蚀性的作用。一般地，水溶性硅氧低聚物和含氟的过渡性金属酸的摩尔比例大于1。

本发明中使用的腐蚀抑制剂为水溶性化合物，可添加到上述水溶性硅氧低聚物或水溶性硅氧低聚物和含氟的过渡性金属酸的混合物中。这些腐蚀抑制剂包括三价铬化合物，稀土化合物，高锰酸钾，钒化合物，磷酸盐，硫脲或亚硝酸盐等。可提供三价铬离子的化合物包括，但不限于，硫酸铬，醋酸铬，硝酸铬及氟化铬等。适于本发明的钒化合物包括，亚钒酸钠及钒酸氨等。稀土化合物包括氯化铈，硝酸铈，醋酸铈和硫酸铈。

本发明中还可以选择性的在上述水溶性硅氧低聚物或水溶性硅氧低聚物和含氟的过渡性金属酸的混合物中加入水溶性树脂。树脂类型有环氧型，丙烯酸型，聚氨酯型或它们的混合物。一般地，树脂添加量在0.05–10wt％。

配制好的溶液可以浸渍或喷淋方式处理表面清洗后的铝板。在处理过程中无需加温。处理时间在1秒–120秒之间。一般为3秒–90秒之间。最好为5秒–60秒之间。处理后的铝板可室温晾干或加热烘干。所形成的膜厚为10纳米–50纳米之间。

本发明组合物在清洗过的铝及铝合金表面上生成一层纳米级的有机无机杂化型皮膜。该皮膜不仅提供优异的裸膜(即无附加涂层)防护性能，并且也有助于提高铝表面的涂装性能。适用的涂料包括粉末涂装，水性和油性漆等。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

实施例1.

甲基倍半硅氧烷低聚物用去离子水稀释到3％，以下称为#1溶液。并在该溶液中添加不同的含有提供腐蚀抑制能力的离子如MnO4‐和Cr3+的化合物。溶液的pH值无需调节。所配制的溶液成分见表1。#1样品为清洗后的空白铝板，没有经过溶液处理。

6061铝合金板经碱液清洗去除表面的有机杂质，后续用自来水和去离子水分别清洗，然后用热风吹干。清洗后的6061铝板浸泡于上述溶液中60秒，取出烘干(100℃/5分钟)。

对处理后的铝板进行的中性盐雾测试和交流电化学阻抗分析，以确定处理后的铝板的耐蚀性。测试及分析结果见表1。交流电化学阻抗分析的结果用在0.01Hz的低频阻抗值表示。该数值越高，则表明处理后的铝板表面耐蚀性越好。

表1

实施例2.

甲基倍半硅氧烷低聚物用去离子水稀释到3％，并加入0.01％的H2TiF6(60％水溶液)，以下称为#2溶液。并在该溶液中添加不同的含有提供腐蚀抑制能力的离子如MnO4‐和Cr3+的化合物。溶液的pH值无需调节。所配制的溶液成分见表2。

6061铝合金板经碱液清洗去除表面的有机杂质，后续用自来水和去离子水分别清洗，然后用热风吹干。清洗后的6061铝板浸泡于上述溶液中60秒，取出烘干(100℃/5分钟)。

对处理后的铝板进行的中性盐雾测试和交流电化学阻抗分析，以确定处理后的铝的耐蚀性。测试及分析结果见表2。

表2.

实施例3

甲基倍半硅氧烷低聚物用去离子水稀释到3％，并加入0.01％的H2SiF6(60％水溶液)，以下称为#3溶液。并在该溶液中添加不同的含有提供腐蚀抑制能力的离子如MnO4-和Cr3+的化合物。溶液的pH值无需调节。所配制的溶液成分见表2。

6061铝合金板经碱液清洗去除表面的有机杂质，后续用自来水和去离子水分别清洗，然后用热风吹干。清洗后的6061铝板浸泡于上述溶液中60秒，取出烘干(100℃/5分钟)。

对处理后的铝板进行的中性盐雾测试和交流电化学阻抗分析，以确定处理后的铝板的耐蚀性。测试及分析结果见表3。

表3.

最后所应当所明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物，其特征是：该组合物包括：一种水溶性硅氧低聚物溶液，一种金属腐蚀抑制剂或／和一种水溶性树脂。

2.根据权利要求1所述的用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物，其特征是：所述水溶性硅氧低聚物含有有机官能团：烷基烷氧基、氨基，脲基、环氧基、甲基丙烯酸甲酯基或乙烯基。

3.根据权利要求2所述的用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物，其特征是：所述水溶性硅氧低聚物为氨基的硅氧烷低聚物、氨基丙基倍半硅氧烷低聚物、甲基倍半硅氧烷低聚物 或3（（2 - 氨基乙基）氨基丙基）硅烷三醇均聚物；水溶性硅氧低聚物的分子量在250 – 650 之间。

4. 根据权利要求1、2或3所述的用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物，其特征是：水溶性硅氧低聚物溶液浓度为0.01wt.%  –10 wt.% 之间。

5. 根据权利要求4所述的用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物，其特征是：水溶性硅氧低聚物溶液中加入含氟的过渡性金属酸。

6. 根据权利要求4所述的用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物，其特征是：所述含氟的过渡性金属酸的分子式为H2XF6，其中X为Si、 Ti、 Zr或 Hf ；或含氟的过渡性金属酸的分子式为H3XF6，其中X为Al 或B。

7. 根据权利要求5所述的用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物，其特征是：水溶性硅氧低聚物和含氟的过渡性金属酸的摩尔比例大于1。

8. 根据权利要求1、2或3所述的用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物，其特征是：所述金属腐蚀抑制剂是包括三价铬化合物、稀土化合物、高锰酸钾、钒化合物、磷酸盐、硫脲或亚硝酸盐；所述三价铬化合物为硫酸铬，醋酸铬、硝酸铬或氟化铬；所述钒化合物是亚钒酸钠或钒酸氨；所述稀土化合物为氯化铈、硝酸铈、醋酸铈或硫酸铈；金属腐蚀抑制剂的添加量为30 – 1200ppm。

9. 根据权利要求1、2或3所述的用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物，其特征是：所述水溶性树脂为环氧型、丙烯酸型、聚氨酯型中的一种或几种；水溶性树脂添加量为0.05 – 10wt%。

10. 一种权利要求1所述的用于铝及铝合金的耐腐蚀处理组合物的使用方法，其特征是：所述组合物以浸渍或喷淋方式处理表面清洗后的铝板，处理时间在1秒 – 120 秒之间；处理后的铝板室温晾干或加热烘干；所形成的膜厚为10 纳米 – 50 纳米之间。