CN105018917A - 纳米表面处理剂及其覆盖于金属材料表面的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纳米表面处理剂及其覆盖于金属材料表面的处理方法。该方法是先将一材料表面的油污、杂质去除，再将纳米表面处理剂披覆于材料表面，使纳米表面处理剂化学键结于材料表面形成一保护膜；其中纳米表面处理剂是由至少一种烷氧化物、水以及碱性化合物相混合，并由碱性化合物催化烷氧化物与水进行缩合反应所形成的纳米溶液，其具有高闪火点特性，并且表面处理剂进一步包含有树脂、助剂及蜡。本发明通过将纳米表面处理剂化学键结于材料表面，增加保护膜于材料表面的附着力，并同时达到防锈蚀以及耐磨的功效。
Description
技术领域
本发明有关于一种金属材料表面处理方法，尤指一种将纳米表面处理剂披覆于金属材料表面以产生一保护膜，并增强该保护膜与材料表面的接合强度，达到防锈蚀以及耐磨功效的表面处理方法。
背景技术
由于金属容易氧化，因此一般的金属制品通常会经过一道表面处理的步骤，来使得该金属制品表面形成一防护膜，以避免金属氧化，并且方便进行后续的处理。
目前所用的金属表面处理方法，包括以酸作化成处理(conversion)或将金属放置在酸液中以阳极氧化(anodizing)来产生一层粗糙多孔的金属氧化物层，这样在后续处理时才能用接着剂来粘着或上漆。
目前所用的酸作化成处理步骤，其是先将金属表面素材经过脱脂洗净步骤以去除表面油污后，经过水洗步骤以确保金属表面的清洁，接着以酸洗步骤来去除离型剂(金属脱模时所用的脱模剂)，之后再经过一次水洗步骤去除酸洗液，随后进行皮膜化成处理，该皮膜化成处理是将金属浸渍于一化成皮膜剂中，使该化成皮膜剂与多孔的金属表面反应以形成一皮膜，以达到皮膜防护功能，使金属在后续上漆时能够达到物理性附着的效果，最后再经过一次水洗步骤以及水切干燥步骤，即可得到一具有皮膜防护层的金属。
上述方法已沿用多年，虽然具有一定的效果，但步骤太过繁杂，同时由于酸洗过程中使用的酸液多为含有重金属如：铬离子(六价铬)、钒离子、锰离子等，因此对环境造成极大的污染，而且无法降低生产成本。
发明内容
有鉴于现有技术的不足及种种不便，本发明的目的在于提供一种纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，使所述金属材料表面以化学键结形式形成一防锈蚀、耐磨的保护膜，并主要应用于金属材料表面，特别是扣件表面。
为了达到上述目的，本发明的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法包括以下步骤：
前处理，将一金属材料表面的油污、杂质去除；
活化处理，将金属材料浸泡于酸性或碱性溶液中进行活化，去除材料表面的氧化物，并形成氢氧基；
薄膜处理，将纳米表面处理剂以现有技术如：浸镀、喷涂或滚轮涂布方式披覆于金属材料表面，直到纳米表面处理剂与所述金属材料表面产生化学键结，形成一保护膜；其中所述纳米表面处理剂是由至少一种烷氧化物、水以及碱性化合物相混合，并由所述碱性化合物催化烷氧化物与水进行缩合反应所形成的纳米溶液，且所述纳米表面处理剂进一步包含有树脂；以及
熟化处理，利用一加热手段对所述保护膜加热，形成一抗蚀层。
在本发明提供的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法中，较佳的是，所述树脂选自酸醇树脂、氨基树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚胺基甲酸乙酯树脂、亚克力树脂、硅氧树脂、氟碳树脂、聚脲酸酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚炔树脂、聚乙二醇树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯树脂和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种的组合。
在本发明提供的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法中，更佳的是，所述纳米表面处理剂进一步包含有助剂，所述助剂选自流平剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、防缩孔剂、干燥促进剂及杀菌剂。
在本发明提供的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法中，较佳的是，上述烷氧化物的通式为(OR)xM-O-M(OR)x、(R)y(OR)x-yM-O-M(OR)x-y(R)y、(OR)xM、M(OR)x-y(R)y或(OR)xM-O-M(OR)x；其中R选自于：烷基、烯基、芳香基、卤烷基及氢；其中M选自：铝、铁、钛、锆、铪、硅、铑、铯、铂、铟、锡、金、锗、铜及钽；其中x>y，且x为2、3、4或5，y为1、2、3或4。
在本发明提供的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法中，较佳的是，上述碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、一级胺、二级胺、三级胺和乙醇钠中一种或几种的组合。
在本发明提供的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法中，更佳的是，所述纳米表面处理剂进一步包含有蜡，所述蜡选自水性蜡、油性蜡及合成蜡，并通过改变所述蜡的添加量调整保护膜经熟化处理后形成的抗蚀层表面的摩擦系数。
本发明的纳米表面处理剂是由至少一种烷氧化物、水以及碱性化合物相混合，并由所述碱性化合物催化烷氧化物与水进行缩合反应所形成的纳米溶液，且所述纳米表面处理剂进一步包含有树脂。
本发明提供的纳米表面处理剂，较佳的是，所述烷氧化物的通式为(OR)xM-O-M(OR)x、(R)y(OR)x-yM-O-M(OR)x-y(R)y、(OR)xM、M(OR)x-y(R)y或(OR)xM-O-M(OR)x；其中R选自：烷基、烯基、芳香基、卤烷基及氢；其中M选自：铝、铁、钛、锆、铪、硅、铑、铯、铂、铟、锡、金、锗、铜及钽；其中x>y，且x为2、3、4或5，y为1、2、3或4。
本发明提供的纳米表面处理剂，较佳的是，上述碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、一级胺、二级胺、三级胺和乙醇钠中的一种或几种的组合。
本发明提供的纳米表面处理剂，更佳的是，所述树脂选自酸醇树脂、氨基树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚胺基甲酸乙酯树脂、亚克力树脂、硅氧树脂、氟碳树脂、聚脲酸酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚炔树脂、聚乙二醇树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯树脂和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种的组合。
本发明提供的纳米表面处理剂，最佳的是，所述纳米表面处理剂进一步包含有助剂，所述助剂选自流平剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、防缩孔剂、干燥促进剂及杀菌剂。
本发明提供的纳米表面处理剂，更佳的是，上述纳米表面处理剂进一步包含有蜡，所述蜡选自水性蜡、油性蜡及合成蜡。
利用本发明的纳米表面处理剂覆盖于扣件的处理方法，其包含下列步骤：
(a)脱脂，将一扣件素材经过脱脂剂处理以去除表面油污；
(b)酸蚀处理，以一酸性溶液对所述扣件素材表面进行酸蚀处理，所述扣件素材表面显露出金属原色、灰色或黑色，并促使所述扣件素材表面活性化；
(c)电镀处理，以一电镀方式于上述扣件素材表面形成一轻金属层；
(d)钝化处理，于具有上述轻金属层的所述扣件素材表面披覆一钝化镀液，直到所述钝化镀液于所述轻金属层表面形成一钝化层；
(e)薄膜处理，披覆一纳米表面处理剂于所述钝化层表面，直到纳米表面处理剂与所述钝化层表面产生化学键结，形成一薄膜；以及
(f)熟化处理，利用加热工艺对上述薄膜加热，形成一抗蚀层；
其中，所述纳米表面处理剂是由至少一种烷氧化物、水以及碱性化合物相混合，并由所述碱性化合物催化烷氧化物与水进行缩合反应所形成的纳米溶液，且所述纳米表面处理剂进一步包含树脂、助剂与蜡。
根据本发明的具体实施方案，其中，上述各步骤间均含有水洗步骤，以保持扣件素材表面清洁。
利用本发明的纳米表面处理剂覆盖于扣件的处理方法所制备而成的扣件组件，其包括：一扣件、一金属层、一钝化层以及一抗蚀层。
本发明提供的扣件组件，较佳的是，所述金属层披覆于扣件上，上述钝化层披覆于金属层上，而所述抗蚀层披覆于钝化层上；
其中，所述抗蚀层是由至少一种烷氧化物、水以及碱性化合物相混合，并由所述碱性化合物催化烷氧化物与水进行缩合反应所形成的纳米溶液；其中，所述奈纳米表面处理剂进一步包含树脂、助剂与蜡，并以化学键结的方式固定于钝化层上。
本发明提供的扣件组件，更佳的是，其中所述金属层选自于铝、镁、锌、镍、铁及其合金，所述钝化层为一粗糙多孔的金属氧化层，而所述抗蚀层是由前述纳米表面处理剂化学键结于钝化层上形成的。
本发明的纳米表面处理剂以及覆盖于金属材料表面的处理方法具有以下优点：
1、高闪火点：本发明的纳米表面处理剂，为一水性纳米表面处理剂，其可与水相容，其闪火点可大于70℃，并为低挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOC)，无刺鼻溶剂气味，适合环安标准高的环境。此外高闪火点特性使其可以非危险物品方式运输，既安全也可降低运输成本。
2、提高防蚀性：在抗蚀层形成的过程中，以化学键的结合取代传统物理性的咬合作用，产生高薄度、强粘合力的金属合金表面薄膜，提供金属材料表面保护。
3、因应不同摩擦系数的需求：所述纳米表面处理剂可通过蜡的添加以调整金属材料表面的摩擦系数。
4、增加涂装的附着性：经纳米表面处理剂处理后的金属材料表面，其上漆后经百格测试不易脱落，故上漆性良好；配合纳米表面处理剂的多样化，金属材料表面可以透过调整纳米表面处理剂的组成成份，达到不同的粘合、防锈、防蚀及抗水等性能。
5、利用纳米表面处理剂涂布至金属材料表面，可降低指纹及灰尘的附着。
6、抗蚀层形成之后不需经过水洗过程，同时所使用的处理剂均无重金属离子存在，不会产生污染水源的问题。
7、抗蚀层形成方法可用简单的浸镀、喷涂、滚轮涂布等方式，操作容易，让具有防蚀、耐磨的金属材料表面处理所需投入的设备成本大幅降低，加快生产速度。
综上所述，本发明通过纳米表面处理剂以化学键结的形式固定于金属材料表面，取代一般以物理咬合方式形成保护薄膜于材料上，并利用纳米表面处理剂形成抗蚀层，可在材料表面形成保护，且所述抗蚀层因其内部的硅或金属氧化物而具有良好的抗磨效果；再者，本发明不需使用重金属，且在抗蚀层形成之后不需经过水洗步骤，不会造成环境的污染，且能降低水资源的浪费。
附图说明
图1为本发明的扣件组件的立体示意图。
图2为本发明的扣件组件的局部剖面图。
主要附图符号说明：
10螺丝 20金属层 30钝化层 40抗蚀层 11螺牙部
具体实施方式
以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
本发明的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，其包括：
前处理，将一金属材料表面的油污、杂质去除；
活化处理，将金属材料浸泡于酸性或碱性溶液中进行活化，去除材料表面的氧化物，并形成氢氧基；
薄膜处理，将纳米表面处理剂以浸镀、喷雾或滚轮涂布方式披覆于金属材料表面，直到纳米表面处理剂与金属材料表面产生化学键结，形成一保护膜；其中纳米表面处理剂是由至少一种烷氧化物、水以及碱性化合物相混合，并由碱性化合物催化烷氧化物与水进行缩合反应所形成的纳米溶液，且纳米表面处理剂进一步包含有树脂；以及
熟化处理，利用一加热手段对保护膜加热，形成一抗蚀层。
上述树脂选自酸醇树脂、氨基树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚胺基甲酸乙酯树脂、亚克力树脂、硅氧树脂、氟碳树脂、聚脲酸酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚炔树脂、聚乙二醇树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯树脂和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种的组合。
上述纳米表面处理剂进一步包含有助剂，助剂选自流平剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、防缩孔剂、干燥促进剂及杀菌剂。
上述烷氧化物的通式为(OR)xM-O-M(OR)x、(R)y(OR)x-yM-O-M(OR)x-y(R)y、(OR)xM、M(OR)x-y(R)y或(OR)xM-O-M(OR)x；其中R选自：烷基、烯基、芳香基、卤烷基及氢；其中M选自：铝、铁、钛、锆、铪、硅、铑、铯、铂、铟、锡、金、锗、铜及钽；其中x>y，且x为2、3、4或5，y为1、2、3或4。
上述碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、一级胺、二级胺、三级胺和乙醇钠中的一种或几种的组合。
上述纳米表面处理剂进一步包含有蜡，所述蜡选自水性蜡、油性蜡及合成蜡，并通过改变所述蜡的添加量调整保护膜经熟化处理后形成的抗蚀层表面的摩擦系数。
包含前述所有条件的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法为本发明的最佳实施方法。
本发明的纳米表面处理剂是由至少一种烷氧化物、水以及碱性化合物相混合，并由碱性化合物催化烷氧化物与水进行缩合反应所形成的纳米溶液，且纳米表面处理剂进一步包含有树脂。
上述烷氧化物的通式为(OR)xM-O-M(OR)x、(R)y(OR)x-yM-O-M(OR)x-y(R)y、(OR)xM、M(OR)x-y(R)y或(OR)xM-O-M(OR)x；其中R选自：烷基、烯基、芳香基、卤烷基及氢；其中M选自：铝、铁、钛、锆、铪、硅、铑、铯、铂、铟、锡、金、锗、铜及钽；其中x>y，且x为2、3、4或5，y为1、2、3或4。
上述碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、一级胺、二级胺、三级胺和乙醇钠中的一种或几种的组合。
上述树脂选自酸醇树脂、氨基树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚胺基甲酸乙酯树脂、亚克力树脂、硅氧树脂、氟碳树脂、聚脲酸酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚炔树脂、聚乙二醇树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯树脂和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种的组合。
上述纳米表面处理剂进一步包含有助剂，该助剂选自流平剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、防缩孔剂、干燥促进剂及杀菌剂。
上述纳米表面处理剂进一步包含有蜡，所述蜡选自水性蜡、油性蜡及合成蜡。
包含前述所有条件的纳米表面处理剂为本发明的最佳实施方式。
以下为本发明的纳米表面处理剂的实施例：
实施例1
首先取硅酸乙脂浓缩物(ethyl silicate condense)10克，加入异丙醇14.4克搅拌10分钟，再加入三异丙氧基铝(Aluminum triisopropoxide)4克混合搅拌10分钟，之后加入三甲氧基乙烯基硅(Trimethoxyvinylsilane)10克混合搅拌10分钟，又加入乙二醇丁醚(Ethylene glycol monobutylether,BCS)9.7克、氢氧化钠0.1克混合搅拌10分钟后，加入水15克，混合搅拌2小时使得溶液进一步缩合，并加入乙酰乙酸乙酯(Ethylacetoacetate,EAcAc)1.6克，搅拌1小时，可得一纳米溶液。
取上述纳米溶液10克，再加入聚醋酸乙烯酯7克、消泡剂1克、界面活性剂1克、水81克，混合搅拌2小时，可得一纳米表面处理剂。此纳米表面处理剂经实验测试，闪火点大于93℃。
实施例2
首先取硅酸乙脂浓缩物10克，加入异丙醇14.4克搅拌10分钟，再加入三异丙氧基铝4克混合搅拌10分钟，之后加入三甲氧基乙烯基硅10克混合搅拌10分钟，又加入乙二醇丁醚9.7克、氢氧化钠0.1克混合搅拌10分钟后，加入水15克，混合搅拌2小时使得溶液进一步行缩合反应，并加入乙酰乙酸乙酯1.6克，搅拌1小时，可得一纳米溶液。
取上述纳米溶液10克，再加入聚醋酸乙烯酯17克、消泡剂1克、界面活性剂1克、水71克，混合搅拌2小时，可得一纳米表面处理剂。此纳米表面处理剂经实验测试，闪火点大于70℃。
实施例3
首先取硅酸乙脂浓缩物10克，加入异丙醇14.4克搅拌10分钟，再加入三异丙氧基铝4克混合搅拌10分钟，之后加入三甲氧基乙烯基硅10克混合搅拌10分钟，又加入乙二醇丁醚9.7克、氢氧化钠0.1克混合搅拌10分钟后，加入水15克，混合搅拌2小时使得溶液进一步缩合，并加入乙酰乙酸乙酯1.6克，搅拌1小时，可得一纳米溶液。
取上述纳米溶液10克，再加入聚醋酸乙烯酯10克、消泡剂1克、界面活性剂1克、水78克，混合搅拌2小时，可得纳米表面处理剂。此纳米表面处理剂经实验测试，闪火点大于85℃。
实施例4
首先取硅酸乙脂浓缩物10克，加入异丙醇14.4克搅拌10分钟，再加入三异丙氧基铝4克混合搅拌10分钟，之后加入三甲氧基乙烯基硅10克混合搅拌10分钟，又加入乙二醇丁醚9.7克、氢氧化钠0.1克混合搅拌10分钟后，加入水15克，混合搅拌2小时使得溶液进一步缩合，并加入乙酰乙酸乙酯1.6克，搅拌1小时，可得一纳米溶液。
取上述纳米溶液10克，再加入聚醋酸乙烯酯5克、水蜡2克、消泡剂1克、界面活性剂1克、水81克，混合搅拌2小时，可得一纳米表面处理剂。此纳米表面处理剂经实验测试，摩擦系数为0.14-0.17。
实施例5
首先取硅酸乙脂浓缩物10克，加入异丙醇14.4克搅拌10分钟，再加入三异丙氧基铝4克混合搅拌10分钟，之后加入三甲氧基乙烯基硅10克混合搅拌10分钟，又加入乙二醇丁醚9.7克、氢氧化钠0.1克混合搅拌10分钟后，加入水15克，混合搅拌2小时使得溶液进一步缩合，并加入乙酰乙酸乙酯1.6克，搅拌1小时，可得一纳米溶液。
取上述纳米溶液10克，再加入聚醋酸乙烯酯5克、水蜡5克、消泡剂1克、界面活性剂1克、水78克，混合搅拌2小时，可得一纳米表面处理剂。此纳米表面处理剂经实验测试，摩擦系数为0.12-0.13。
实施例6
首先取硅酸乙脂浓缩物10克，加入异丙醇14.4克搅拌10分钟，再加入三异丙氧基铝4克混合搅拌10分钟，之后加入三甲氧基乙烯基硅10克混合搅拌10分钟，又加入乙二醇丁醚9.7克、氢氧化钠0.1克混合搅拌10分钟后，加入水15克，混合搅拌2小时使得溶液进一步缩合，并加入乙酰乙酸乙酯1.6克，搅拌1小时，可得一纳米溶液。
取上述纳米溶液10克，再加入聚醋酸乙烯酯5克、水蜡9克、消泡剂1克、界面活性剂1克、水70克，混合搅拌2小时，可得一纳米表面处理剂。此纳米表面处理剂经实验测试，摩擦系数为0.09-0.1之间。
以下为对照本发明的纳米表面处理剂的各实施例的比较例：
比较例1
首先取硅酸乙脂浓缩物10克，加入异丙醇14.4克搅拌10分钟，再加入仲丁氧基铝(C12H27O3Al)4克混合搅拌10分钟，之后加入三甲氧基乙烯基硅(C5H12O3Si)10克混合搅拌10分钟，又加入乙二醇丁醚9.7克、硝酸0.1克混合搅拌10分钟后，加入水15克，混合搅拌2小时使得溶液进一步缩合，并加入乙酰乙酸乙酯1.6克，搅拌1小时，可得一纳米溶液。
取上述纳米溶液10克，再加入聚醋酸乙烯酯5克、消泡剂1克、界面活性剂1克、异丙醇83克，混合搅拌2小时，可得一纳米表面处理剂。此纳米表面处理剂闪火点为16.7℃。
比较例2
首先取硅酸乙脂浓缩物10克，加入异丙醇14.4克搅拌10分钟，再加入仲丁氧基铝4克混合搅拌10分钟，之后加入三甲氧基乙烯基硅10克混合搅拌10分钟，又加入乙二醇丁醚9.7克、硝酸0.1克混合搅拌10分钟后，加入水15克，混合搅拌2小时使得溶液进一步缩合，并加入乙酰乙酸乙酯1.6克，搅拌1小时，可得一纳米溶液。
取上述纳米溶液20克，再加入聚醋酸乙烯酯10克、消泡剂2克、界面活性剂1克、异丙醇67克，混合搅拌2小时，可得一纳米表面处理剂。此纳米表面处理剂闪火点为20℃。
比较例3
首先取硅酸乙脂浓缩物10克，加入异丙醇14.4克搅拌10分钟，再加入仲丁氧基铝4克混合搅拌10分钟，之后加入三甲氧基乙烯基硅10克混合搅拌10分钟，又加入乙二醇丁醚9.7克、硝酸0.1克混合搅拌10分钟后，加入水15克，混合搅拌2小时使得溶液进一步缩合，并加入乙酰乙酸乙酯1.6克，搅拌1小时，可得一纳米溶液。
取上述纳米溶液30克，再加入聚醋酸乙烯酯6克、消泡剂3克、界面活性剂2克、异丙醇59克，混合搅拌2小时，可得纳米表面处理剂。此纳米表面处理剂闪火点为35.2℃。
上述比较例1至3均存在强烈且刺鼻的溶剂气味，包含有高挥发性有机化合物，对环境危害性高，且需以危险物品方式运输，增加运输过程中的风险及成本。
由上述本发明的较佳实施例1-6与对照比较例1-3可以证实，本发明的纳米表面处理剂使用碱性化合物-氢氧化钠取代酸类化合物-硝酸，使该纳米表面处理剂具有较高的闪火点(70℃以上)，且无刺鼻酸类溶剂气味、适合环安标准高的环境，并可以非危险物品方式运输等优势。
由本发明的较佳实施例4-6可以证实，随着纳米表面处理剂中的蜡添加量增加，其摩擦系数亦会随之降低，因此可通过调控纳米表面处理剂中蜡的添加量以调整纳米表面处理剂所形成的薄膜的摩擦系数。
利用本发明的纳米表面处理剂覆盖于扣件的处理方法，其包含下列步骤：
(a)脱脂，将一扣件素材经过脱脂剂处理以去除表面油污；
(b)酸蚀处理，以一酸性溶液对扣件素材表面进行酸蚀处理，扣件素材表面显露出金属原色或灰色、黑色，并促使扣件素材表面活性化；
(c)电镀处理，以一电镀方式于扣件素材表面形成一轻金属层；
(d)钝化处理，于具有轻金属层的扣件素材表面披覆一钝化镀液，直到钝化镀液于轻金属层表面形成一钝化层；
(e)薄膜处理，披覆一纳米表面处理剂于钝化层表面，直到纳米表面处理剂与钝化层表面产生化学键结，形成一薄膜；以及
(f)熟化处理，利用一加热工艺对薄膜加热，形成一抗蚀层。
其中，纳米表面处理剂为前述的纳米表面处理剂，且上述各步骤间均含有水洗步骤，以保持扣件素材表面清洁。
利用本发明的纳米表面处理剂覆盖于扣件的处理方法所制备而成的扣件组件，其中该扣件组件为螺丝组件，如图1及图2所示，其包括：一螺丝10、一金属层20、一钝化层30以及一抗蚀层40。
螺丝10包含有一螺丝10本体以及至少一螺牙部11，其中的螺牙部11旋设于螺丝10本体的外周缘。
前述金属层20披覆于螺丝10上，其选自铝、镁、锌、镍、铁及其合金。
前述钝化层30披覆于金属层20上，其为一粗糙多孔的金属氧化层。
前述抗蚀层40由前述纳米表面处理剂化学键结于钝化层30上所形成。
上述利用本发明的纳米表面处理剂覆盖于扣件的处理方法所制备而成的螺丝组件经过ASTM B117盐雾测试，其以喷洒氯化钠水溶液于螺丝组件表面，放置24小时后观察螺丝组件表面的氧化情形，其中被氧化的部份小于5％，显示经过处理后的螺丝组件品质稳定。
上述利用本发明的纳米表面处理剂覆盖于扣件的处理方法所制备而成的螺丝组件经由进一步ASTM B117盐雾测试，防锈时间可达500至2000小时，因此具有高防蚀性。
为因应不同摩擦系数的需求：该纳米表面处理剂可通过蜡的添加以调整螺丝组件的摩擦系数。
本发明的纳米表面处理剂以及覆盖于金属材料表面的处理方法具有以下功效：
1、高闪火点：本发明的纳米表面处理剂，为一水性纳米表面处理剂，其可与水相容，闪火点可大于70℃，低挥发性有机化合物，无刺鼻溶剂气味，适合环安标准高的环境。此外高闪火点特性使其可以非危险物品方式运输，既安全也可降低运输成本。
2、提高防蚀性：在抗蚀层形成的过程中，以化学键的结合取代物理性的咬合作用，可以产生高薄度、强粘合力的金属合金表面薄膜，提供金属材料表面保护。并将前述制备完成的螺丝组件经由ASTM B117盐雾测试发现，其防锈时间可达500至2000小时，由此可证，可以有效提高防蚀性。
3、因应不同摩擦系数的需求：该纳米表面处理剂可通过蜡的添加以调整金属材料表面的摩擦系数。
4、增加涂装的附着性：针对使用纳米表面处理剂处理后的金属材料表面所做的百格测试可证明，该表层所上的漆不会脱落，显示抗蚀层的上漆性良好；配合纳米表面处理剂的多样化，金属材料表面可以透过调整纳米表面处理剂的组成成份，达到不同的粘合、防锈、防蚀及抗水等性能。
5、利用纳米表面处理剂涂布至金属材料表面，可降低指纹及灰尘的附着。
6、抗蚀层形成之后无需经过水洗过程，同时所使用的处理剂均无重金属离子存在，不会产生污染水源的问题。
7、抗蚀层形成方法可用简单的浸镀、喷雾、滚轮涂布等方式，简单且容易操作，让具有防蚀、耐磨的金属材料表面处理所需设备成本大幅降低，加快生产速度。
综上所述，本发明通过纳米表面处理剂以化学键结方式固定于金属材料表面，取代一般以物理吸附方式形成保护薄膜于材料上，并利用纳米表面处理剂形成抗蚀层，可在材料表面形成保护，而且该抗蚀层因其内部的硅或金属氧化物而具有良好的抗磨效果；再者，本发明不需使用重金属，且在抗蚀层形成之后无需经过水洗步骤，因此不会造成环境的污染，且能降低水资源的浪费。
Claims (20)
1.一种纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，其包括：
前处理，将一金属材料表面的油污、杂质去除；
活化处理，将金属材料浸泡于酸性或碱性溶液中进行活化，去除材料表面的氧化物，并形成氢氧基；
薄膜处理，将纳米表面处理剂披覆于金属材料表面，直到纳米表面处理剂与所述金属材料表面产生化学键结，形成一保护膜；其中所述纳米表面处理剂是由至少一种烷氧化物、水以及碱性化合物相混合，并由所述碱性化合物催化烷氧化物与水进行缩合反应所形成的纳米溶液，且所述表面处理剂进一步包含有树脂；以及
熟化处理，利用一加热手段对所述保护膜加热，形成一抗蚀层。
2.根据权利要求1所述的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，其中，所述树脂选自酸醇树脂、氨基树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚胺基甲酸乙酯树脂、亚克力树脂、硅氧树脂、氟碳树脂、聚脲酸酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚炔树脂、聚乙二醇树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯树脂和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，其中，所述纳米表面处理剂进一步包含有助剂，所述助剂选自流平剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、防缩孔剂、干燥促进剂及杀菌剂。
4.根据权利要求1或2所述的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，其中，所述烷氧化物的通式为(OR)xM-O-M(OR)x、(R)y(OR)x-yM-O-M(OR)x-y(R)y、(OR)xM、M(OR)x-y(R)y或(OR)xM-O-M(OR)x；
其中R选自烷基、烯基、芳香基、卤烷基及氢；
其中M选自铝、铁、钛、锆、铪、硅、铑、铯、铂、铟、锡、金、锗、铜及钽；
其中x>y，且x为2、3、4或5，y为1、2、3或4。
5.根据权利要求3所述的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，其中，所述烷氧化物的通式为(OR)xM-O-M(OR)x、(R)y(OR)x-yM-O-M(OR)x-y(R)y、(OR)xM、M(OR)x-y(R)y或(OR)xM-O-M(OR)x；
其中R选自烷基、烯基、芳香基、卤烷基及氢；
其中M选自铝、铁、钛、锆、铪、硅、铑、铯、铂、铟、锡、金、锗、铜及钽；
其中x>y，且x为2、3、4或5，y为1、2、3或4。
6.根据权利要求1或2所述的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，其中，所述碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、一级胺、二级胺、三级胺和乙醇钠中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求3所述的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，其中，所述碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、一级胺、二级胺、三级胺和乙醇钠中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求1或2所述的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，其中，所述纳米表面处理剂进一步包含有蜡，所述蜡选自水性蜡、油性蜡及合成蜡，并通过改变所述蜡的添加量调整保护膜经熟化处理后形成的抗蚀层表面的摩擦系数。
9.根据权利要求3所述的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，其中，所述纳米表面处理剂进一步包含有蜡，所述蜡选自水性蜡、油性蜡及合成蜡，并通过改变所述蜡的添加量调整保护膜经熟化处理后形成的抗蚀层表面的摩擦系数。
10.根据权利要求1或2所述的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，其中，所述纳米表面处理剂以浸镀、喷涂或滚轮涂布方式披覆于金属材料表面。
11.根据权利要求3所述的纳米表面处理剂覆盖于金属材料表面的处理方法，其中，所述纳米表面处理剂以浸镀、喷涂或滚轮涂布方式披覆于金属材料表面。
12.一种纳米表面处理剂，其是由至少一种烷氧化物、水以及碱性化合物相混合，并由所述碱性化合物催化烷氧化物与水进行缩合反应所形成的纳米溶液，且所述纳米表面处理剂进一步包含有树脂。
13.根据权利要求12所述的纳米表面处理剂，其中，所述烷氧化物的通式为(OR)xM-O-M(OR)x、(R)y(OR)x-yM-O-M(OR)x-y(R)y、(OR)xM、M(OR)x-y(R)y或(OR)xM-O-M(OR)x；
其中R选自烷基、烯基、芳香基、卤烷基及氢；
其中M选自铝、铁、钛、锆、铪、硅、铑、铯、铂、铟、锡、金、锗、铜及钽；
其中x>y，且x为2、3、4或5，y为1、2、3或4。
14.根据权利要求12或13所述的纳米表面处理剂，其中，所述碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、一级胺、二级胺、三级胺和乙醇钠中的一种或几种的组合。
15.根据权利要求12或13所述的纳米表面处理剂，其中，所述树脂选自酸醇树脂、氨基树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚胺基甲酸乙酯树脂、亚克力树脂、硅氧树脂、氟碳树脂、聚脲酸酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚炔树脂、聚乙二醇树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯树脂和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种的组合。
16.根据权利要求12或13所述的纳米表面处理剂，其中，所述纳米表面处理剂进一步包含有助剂，所述助剂选自流平剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、防缩孔剂、干燥促进剂及杀菌剂。
17.根据权利要求12或13所述的纳米表面处理剂，其中，所述纳米表面处理剂进一步包含有蜡，所述蜡选自水性蜡、油性蜡及合成蜡。
18.一种纳米表面处理剂覆盖于扣件的处理方法，其包含下列步骤：
a脱脂，将一扣件素材经过脱脂剂处理以去除表面油污；
b酸蚀处理，以一酸性溶液对所述扣件素材表面进行酸蚀处理，所述扣件素材表面显露出金属原色或灰色、黑色，并促使所述扣件素材表面活性化；
c电镀处理，以一电镀方式于所述扣件素材表面形成一轻金属层；
d钝化处理，于具有所述轻金属层的扣件素材表面披覆一钝化镀液，直到所述钝化镀液于所述轻金属层表面形成一钝化层；
e薄膜处理，披覆一纳米表面处理剂于所述钝化层表面，直到所述纳米表面处理剂与所述钝化层表面产生化学键结，形成一薄膜；以及
f熟化处理，利用一加热工艺对所述薄膜加热，形成一抗蚀层；
其中所述纳米表面处理剂是由至少一种烷氧化物、水以及碱性化合物相混合，并由所述碱性化合物催化烷氧化物与水进行缩合反应所形成的纳米溶液，且所述纳米表面处理剂进一步包含树脂、助剂与蜡。
19.一种利用权利要求18所述的纳米表面处理剂覆盖于扣件的处理方法所制备而成的扣件组件，其包含：
一扣件；
一金属层，披覆于扣件上；
一钝化层，披覆于金属层上；以及
一抗蚀层，披覆于钝化层上；
其中，所述抗蚀层是由至少一种烷氧化物、水以及碱性化合物相混合，并由所述碱性化合物催化烷氧化物与水进行缩合反应所形成的纳米溶液；其中，所述纳米表面处理剂进一步包含树脂、助剂与蜡，并以化学键结的方式固定于钝化层上。
20.根据权利要求19所述的扣件组件，其中，所述金属选自铝、镁、锌、镍、铁及其合金，上述钝化层为一层粗糙多孔的金属氧化层。
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