CN105002487A - 一种具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂，包括含量为0.5～30g/L的硅酸盐、含量为0.01～1g/L的纳米材料，以及含量为0.1～10g/L的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和水性蜡乳液中的至少一种。本发明所述的钝化剂，在镀后金属表面形成钝化膜，达到防腐蚀的目的；经所述钝化剂处理后的金属表面镀层，其具有的良好憎水疏水功能，能产生仿荷叶效应，具有自清洁功能，不易沾灰，而且很容易被水冲刷干净；而且本发明所述的钝化剂对环境友好，制备简单，原料广泛成本低，使用方便，具有广泛应用的前景。

Description

一种具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂
技术领域
本发明涉及金属表面镀后的保护剂及其使用方法，尤其涉及一种具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂。
背景技术
金属镀后，通常要对其进行钝化处理，以提高其耐蚀能力。传统的钝化处理方法，通常采用六价或三价的铬离子的氧化性在镀层表面形成致密的氧化膜，即钝化膜，该膜能防止金属与空气中水、氧气等腐蚀介质接触，从而使达到防腐蚀的作用。由于铬离子对环境和人体均有极大的危害，其使用受到限制。2003年1月，随着欧盟规定出口到欧盟的电子电器产品中禁止使用铬酸盐钝化的镀锌钢板的ROHS指令的通过，其他国家和地区也纷纷仿效出台了相应的法令、法规。
目前，相关研究人员都在研究替代铬酸盐的产品，大致分为三类：无机钝化、有机钝化和无机有机混合钝化。其中无机钝化主要采用高价金属盐(如钼酸盐、钨酸盐、硅酸盐等)的强氧化性，在金属镀层表面形成致密氧化膜。
为了进一步提高耐蚀性，防止金属与空气中水接触，本发明提供了一种具有憎水表面性能的金属镀后钝化剂。
发明内容
本发明的第一个目的是提供了一种具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂，在镀后金属表面形成钝化膜的疏水膜，具有防腐蚀和自清洁作用。
为了实现上述技术方案，本发明采用的技术方案如下：
一种具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂，包括含量为0.5～30g/L的硅酸盐、含量为0.01～1g/L的纳米材料，以及含量为0.1～10g/L的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和水性蜡乳液中的至少一种。
优选的：所述钝化剂还包括消泡剂、分散剂、渗透剂中的至少一种。
优选的：所述纳米材料包括纳米二氧化钛、纳米二氧化硅中的至少一种，所述纳米二氧化钛、纳米二氧化硅的微粒尺寸范围在10～100nm。
优选的：所述钝化剂的pH值由酸碱来调节，其pH值为9.0～12.0。
优选的：所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β－氨乙基)-α-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、阳离子苯乙烯基氨基官能硅烷中的至少一种。
优选的：所述钛酸酯偶联剂为醇胺钛酸酯、多活性基团的螯合型磷酸酯钛偶联剂中的至少一种。
优选的：所述水性蜡乳液的型号为E-842N、E-7025、E-840N、D-838、E-846中的至少一种。
本发明的第二个目的是提供了一种利用具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂对镀后金属进行钝化的方法，包括以下步骤：
(1)对镀后金属进行表面处理；
(2)在室温～80℃，经过步骤(1)处理的金属表面与所述钝化剂完全接触5秒～180秒，干燥。其中，步骤(1)所述表面处理为所述技术领域常规处理方法，或多种方法结合处理；步骤(2)所述接触为浸泡、喷淋、辊涂或刷涂方法中的至少一种。
本发明的有益效果：
(1)本发明不含任何价态的铬，不含镉铅汞，不含多溴联苯，不含多溴二苯醚等污染环境的化合物，从根本上解决了含铬钝化工艺对环境的污染问题。
(2)本发明所述的具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂，在镀后金属表面形成钝化膜，能防止金属与空气中水、氧气等腐蚀介质接触，从而使其达到防腐蚀的目的；另外本发明所述的钝化剂能够在镀后金属表面形成憎水膜，具有憎水表面性能，使其与水接触时不被水润湿，从而防止因水引起的对金属的腐蚀，以便能够进一步提高其耐蚀性。
(3)经所述钝化剂处理后的镀锌、铝、镍、锡等各种单一金属镀层或复合金属表面镀层，其具有的良好憎水疏水功能，能产生仿荷叶效应，因此其表面具有自清洁功能，不易沾灰，而且很容易被水冲刷干净，能长期保持镀件表面的光洁度和原有色泽。
(4)本发明制备简单，原料广泛成本低，使用方便，具有广泛应用的前景。
具体实施方式
实施例1
用去离子水配制硅酸钠浓度为0.5g/L，甲基三甲氧基硅烷偶联剂浓度为0.1～0.5g/L，纳米二氧化钛浓度为0.2g/L的钝化剂，调节pH为12，得到钝化剂1。
实施例2
用去离子水配制硅酸钠浓度为5g/L，甲基三甲氧基硅烷偶联剂和醇胺钛酸酯偶联剂浓度为0.8～1.2g/L，有机硅消泡剂浓度为2g/L，纳米二氧化钛和纳米二氧化硅浓度为0.01g/L的钝化剂，调节pH为10，得到钝化剂2。
实施例3
用去离子水配制硅酸锂浓度为15g/L，γ―氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂和醇胺钛酸酯偶联剂浓度为2～5g/L，纳米二氧化硅浓度为0.5g/L，有机硅消泡剂和C7～9醇聚氧乙烯醚渗透剂浓度为3g/L的钝化剂，调节pH为10，得到钝化剂3。
实施例4
用去离子水配制硅酸钠浓度为20g/L，N-(β－氨乙基)-α-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂浓度为8g/L，纳米二氧化硅浓度为0.6g/L，有机硅消泡剂浓度为6g/L的钝化剂，调节pH为9，得到钝化剂4。
实施例5
用去离子水配制硅酸钠浓度为30g/L，纳米二氧化硅浓度为0.8g/L，3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂浓度为10g/L，有机硅消泡剂分散剂浓度为10g/L的钝化剂，调节pH为9，得到钝化剂5。
实施例6
用去离子水配制硅酸钠浓度为20g/L，纳米二氧化硅浓度为0.4g/L，甲基三甲氧基硅烷偶联剂和水性蜡乳液E-7025浓度为5g/L，C7～9醇聚氧乙烯醚渗透剂浓度为4g/L的钝化剂，调节pH为10，得到钝化剂6。
实施例7
用去离子水配制硅酸钠浓度为25g/L，纳米二氧化钛浓度为1g/L，水性蜡乳液E-842N浓度为4g/L，C7～9醇聚氧乙烯醚渗透剂浓度为5g/L的钝化剂，调节pH为10，得到钝化剂7。
实施例8
用去离子水配制硅酸钠浓度为25g/L，纳米二氧化硅浓度为0.5g/L，醇胺钛酸酯偶联剂和甲基三甲氧基硅烷偶联剂浓度为5g/L，水性蜡乳液E-840N浓度为3g/L，有机硅消泡剂和C7～9醇聚氧乙烯醚渗透剂浓度为4g/L的钝化剂，调节pH为9，得到钝化剂8。
实施例9
用去离子水配制硅酸钠浓度为20g/L，纳米二氧化硅浓度为0.7g/L，多活性基团的螯合型磷酸酯钛偶联剂浓度为8～9g/L，C7～9醇聚氧乙烯醚渗透剂浓度为4g/L的钝化剂，调节pH为9，得到钝化剂9。
实施例10
用去离子水配制硅酸钠浓度为20g/L，纳米二氧化硅浓度为0.7g/L，γ―氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂浓度为4g/L，水性蜡乳液D-838和水性蜡乳液E-846浓度为5g/L，有机硅消泡剂为6g/L的钝化剂，调节pH为9，得到钝化剂10。
为了证明本发明实施例的性能，对上述实施例进行中性盐雾腐蚀试验(NNS)，试验步骤如下：
采用钝化剂1～10对试样进行钝化，经钝化后的试样放在盐雾箱中，参照ISO3768的标准，采用浓度为5％、pH值为6.5～7.2、温度为35±2℃的NaCl溶液进行连续喷雾，观察实验结束时试样表面出现白锈的面积，计算试样表面白锈的百分比，评价试样的耐腐蚀性能。
以经热镀锌后的金属作为试样，测试结果下表所示：
另外，将钝化剂1～10钝化后的试样放入300℃的恒温烤箱中连续烘烤20min后取出，试样表面无红锈、龟裂，说明具有良好的耐高温性能。
综上所述，采用本发明实施例进行钝化的镀品具有良好的耐腐蚀性能和自清洁性能，本发明所述的钝化剂不含任何价态的铬，不含镉铅汞，不含多溴联苯，不含多溴二苯醚等污染环境的化合物，对环境友好；且工艺简单，原料广泛且成本低廉，具有广泛应用的前景。

Claims (10)

1.一种具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂，包括含量为0.5～30g/L的硅酸盐、含量为0.01～1g/L的纳米材料，以及含量为0.1～10g/L的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和水性蜡乳液中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂，其特征在于：所述钝化剂还包括消泡剂、分散剂、渗透剂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂，其特征在于：所述纳米材料包括纳米二氧化钛、纳米二氧化硅中的至少一种，所述纳米二氧化钛、纳米二氧化硅的微粒尺寸范围在10～100nm。
4.根据权利要求1所述的具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂，其特征在于：所述钝化剂的pH值由酸碱来调节，其pH值为9.0～12.0。
5.根据权利要求1所述的具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂，其特征在于：所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β－氨乙基)-α-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、阳离子苯乙烯基氨基官能硅烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂，其特征在于：所述钛酸酯偶联剂为醇胺钛酸酯，多活性基团的螯合型磷酸酯钛偶联剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂，其特征在于：所述水性蜡乳液的型号为E-842N、E-7025、E-840N、D-838、E-846中的至少一种。
8.一种使用权利要求1～7任一权利要求所述的钝化剂对镀后金属进行钝化的方法，包括以下步骤：
(1)对镀后金属进行表面处理；
(2)在室温～80℃，经过步骤(1)处理的金属表面与所述钝化剂完全接触5秒～180秒，干燥。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述表面处理为所述技术领域常规处理方法，或多种方法结合处理。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤(2)所述接触为浸泡、喷淋、辊涂或刷涂方法中的至少一种。
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