CN104046973B - 一种无机复合制备合金钝化膜的方法 - Google Patents

一种无机复合制备合金钝化膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无机复合制备合金钝化膜的方法，制备过程包括：无机硅烷钝化剂的配制和合金表面钝化膜的制备过程。本发明原料成本低廉、绿色无污染，制备过程无毒性，无污染，制备的无机复合硅烷膜耐腐蚀性高，与常规铬酸盐钝化相当，制备的无机复合硅烷膜具有一定的自愈性能，钝化膜无色透明与合金基体结合性好，原料成本低廉、绿色无污染，适合工业生产及应用。

Description

一种无机复合制备合金钝化膜的方法
技术领域
本发明涉及一种无机复合制备合金钝化膜的方法，属于金属表面处理领域。
背景技术
金属表面处理是提高钢铁抗大气腐蚀性能的关键技术，但在潮湿环境中大多数表面处理层容易发生腐蚀，使处理层表面形成腐蚀产物，影响外观，必须进行有效钝化。目前金属主要成熟钝化工艺是铬酸盐钝化，但钝化处理过程中产生的含铬气雾及废水对生物体及环境都有严重危害。有机硅烷技术作为一种绿色钝化技术，它的快速发展使其有望替代传统的铬酸盐处理技术。
硅烷防锈性能的研究始于二十世纪九十年代初，硅烷钝化可以有效用于铝及铝合金、锌及锌合金、铁及铁合金、铜及铜合金、镁及镁合金等金属或合金的防护。硅烷是一类硅基的有机/无机杂化物，其基本分子式为R′(CH2)nSi(OR)3，其中R′是有机官能团。可用于金属防腐处理的有机硅类物质主要有硅烷偶联剂、硅烷交联剂、硅树脂及聚硅氧烷等。
硅烷偶联剂(SCA)在金属表面形成的化学结合膜具有很强的防腐作用。SCA含有机官能团和烷氧基，其中有机官能团和有机涂层的结合性能非常好；而烷氧基在含水溶液中水解成极性很强的硅醇(-Si-OH)，硅醇(-Si-OH)与金属表面羟基发生脱水缩合反应，形成三维-Si-O-M交联结构，从而增强金属基体的耐蚀性。KH560是SCA中的一种，其结构中含3个甲氧基，若能控制其水解产物不发生聚合，能在金属表面制得致密硅醇膜；另外KH560所含的环氧基与金属表面涂漆中的环氧树脂结合力较强，所以它是一种理想的金属表面成膜物质。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种无机复合制备合金钝化膜的方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无机复合制备合金钝化膜的方法，具有以下的制备过程和步骤：
a．KH560钝化剂的制备
将KH560按一定质量比缓慢加入去离子水中，在恒温磁力搅拌器上搅拌一段时间后，静止水解；溶液充分水解后，加入一定质量的（NH4）2TiF6和C6H8O7·H2O，用1:1氨水控制pH，搅拌至其全部溶解；具体工艺参数如下：
H2O：KH560：（NH4）2TiF6：C6H8O7·H2O的质量比为（70~95）：（5~25）：（0.01~5）：（0.05~2）；
配制温度 15~60℃；
溶液pH 2~5；
水解时间 18~48h；
b．钝化膜的制备
将上述制备的钝化剂水浴加热至一定温度，把合金样品放置在钝化剂中浸泡一段时间后，在干燥箱内加热到一定温度进行表面老化，一段时间后随炉冷却，合金表面钝化膜的制备完成；其工艺参数如下：
水浴温度 30~45℃；
浸泡时间 10~120S；
老化温度 80~160℃；
老化时间 1~4h；
降温梯度 随炉冷却。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
1）操作过程简单，实验条件容易达到；2）制备过程无毒性，无污染；3）制备的无机复合硅烷膜耐腐蚀性高，与常规铬酸盐钝化相当；4）制备的无机复合硅烷膜一定的自愈性能。
具体实施方式
本发明的具体实施叙述于下：
实施例1
本实施案例中，先配制100ml钝化剂，将KH560按1:10质量比缓慢加入去离子水中，在恒温磁力搅拌器上搅拌30min后，静置水解24h；溶液充分水解后，加入0.02g（NH4）2TiF6和0.5gC6H8O7·H2O，用1:1氨水控制pH=3，搅拌至其全部溶解。将上述制备的钝化剂水浴加热至45℃，把预处理好的合金样品放置钝化剂中浸泡30s后，在干燥箱内加热至80℃老化120min，随炉冷却至室温。
对制备的钝化膜进行CuSO4点蚀试验，耐黑时间为190s；进行5%NaCl浸泡试验，第8天合金样品表面始出现部分白色锈迹和黑斑，浸泡用NaCl溶液透明澄清，达到常规铬酸盐钝化腐蚀标准。
实施例2
本实施案例中，先配制100ml钝化剂，将KH560按1.5:10质量比缓慢加入去离子水中，在恒温磁力搅拌器上搅拌30min后，静置水解24h；溶液充分水解后，加入0.02g（NH4）2TiF6和0.5gC6H8O7·H2O，用1:1氨水控制pH=2，搅拌至其全部溶解。将上述制备的钝化剂水浴加热至30℃，把预处理好的合金样品放置钝化剂中浸泡20s后，在干燥箱内加热至80℃老化150min，随炉冷却至室温。
对制备的钝化膜进行CuSO4点蚀试验，耐黑时间为159s；进行5%NaCl浸泡试验，第7天合金样品表面始出现部分白色锈迹和黑斑，浸泡用NaCl溶液透明澄清，达到常规铬酸盐钝化腐蚀标准。
实施例3
本实施案例中，先配制100ml钝化剂，将KH560按1:10质量比缓慢加入去离子水中，在恒温磁力搅拌器上搅拌30min后，静置水解24h；溶液充分水解后，加入0.1g（NH4）2TiF6和3gC6H8O7·H2O，用1:1氨水控制pH=3，搅拌至其全部溶解。将上述制备的钝化剂水浴加热至45℃，把预处理好的合金样品放置钝化剂中浸泡30s后，在干燥箱内加热至80℃老化120min，随炉冷却至室温。
对制备的钝化膜进行CuSO4点蚀试验，耐黑时间为173s；进行5%NaCl浸泡试验，第8天合金样品表面始出现部分白色锈迹和黑斑，浸泡用NaCl溶液透明澄清，达到常规铬酸盐钝化腐蚀标准。
实施例4
本实施案例中，先配制100ml钝化剂，将KH560按1.5:10质量比缓慢加入去离子水中，在恒温磁力搅拌器上搅拌30min后，静置水解24h；溶液充分水解后，加入0.1g（NH4）2TiF6和3gC6H8O7·H2O，用1:1氨水控制pH=2，搅拌至其全部溶解。将上述制备的钝化剂水浴加热至45℃，把预处理好的合金样品放置钝化剂中浸泡30s后，在干燥箱内加热至100℃老化150min，随炉冷却至室温。
对制备的钝化膜进行CuSO4点蚀试验，耐黑时间为210s；进行5%NaCl浸泡试验，第9天合金样品表面始出现部分白色锈迹和黑斑，浸泡用NaCl溶液透明澄清，达到常规铬酸盐钝化腐蚀标准。
实施例5
本实施案例中，先配制100ml钝化剂，将KH560按2:10质量比缓慢加入去离子水中，在恒温磁力搅拌器上搅拌30min后，静置水解48h；溶液充分水解后，加入2g（NH4）2TiF6和5gC6H8O7·H2O，用1:1氨水控制pH=3，搅拌至其全部溶解。将上述制备的钝化剂水浴加热至45℃，把预处理好的合金样品放置钝化剂中浸泡30s后，在干燥箱内加热至80℃老化120min，随炉冷却至室温。
对制备的钝化膜进行CuSO4点蚀试验，耐黑时间为181s；进行5%NaCl浸泡试验，第8天合金样品表面始出现部分白色锈迹和黑斑，浸泡用NaCl溶液透明澄清，达到常规铬酸盐钝化腐蚀标准。
实例证明利用本发明制备的无机复合硅烷膜，具有很高的耐腐蚀性能和一定的自愈能力，钝化膜无色透明与合金基体结合性好，且原料成本低廉、绿色无污染，适合工业生产及应用。

Claims (1)

1.一种无机复合制备合金钝化膜的方法，其特征在于，具有以下的制备过程和步骤：
a．KH560钝化剂的制备
将KH560按一定质量比缓慢加入去离子水中，在恒温磁力搅拌器上搅拌一段时间后，静止水解；溶液充分水解后，加入一定质量的（NH4）2TiF6和C6H8O7·H2O，用1:1氨水控制pH，搅拌至其全部溶解；具体工艺参数如下：
H2O：KH560：（NH4）2TiF6 ：C6H8O7·H2O的质量比为（70~95）：（5~25）：（0.01~5）：（0.05~2）；
配制温度 15~60℃；
溶液pH 2~5；
水解时间 18~48 h；
b．钝化膜的制备
将上述制备的钝化剂水浴加热至一定温度，把合金样品放置在钝化剂中浸泡一段时间后，在干燥箱内加热到一定温度进行表面老化，一段时间后随炉冷却，合金表面钝化膜的制备完成；其工艺参数如下：
水浴温度 30~45℃ ；
浸泡时间 10~120S；
老化温度 80~160℃；
老化时间 1~4h；
降温梯度 随炉冷却。
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