CN105331965A - 一种铝合金减摩固化膜成型液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金减摩固化膜成型液，它是由下述重量份的原料组成的：气相白炭黑1.7-3、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物100-110、钛酸丁酯10-12、多壁碳纳米管3-5、硝酸铈0.8-1、三羟甲基丙烷0.3-1、聚四氟乙烯0.08-0.1、甲基苯并三氮唑2-4、苯扎溴铵0.2-0.3、二巯丙磺酸钠1.6-2、苄基三乙基氯化铵0.1-0.3、羊毛脂2-3。本发明的固化膜采用气相白炭黑与羊毛脂共混，得到了具有润滑特性的表面膜，满足了铝合金在特殊行业的需求，具有很好的减摩效果。

Description

一种铝合金减摩固化膜成型液及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金表面处理技术领域，尤其涉及一种铝合金减摩固化膜成型液及其制备方法。
背景技术
硅烷由于其独特的分子结构、无毒环保、成本低、相容性好等特点开始被人们应用于金属防腐领域。硅烷经过水解可以与金属基体紧密的结合，在表面形成致密的膜层，对金属有良好的保护效果。但是当硅烷膜本身多孔，对腐蚀介质侵蚀抵抗力比较弱，在腐蚀环境中，Cl-等特别容易沿这些缺陷发生腐蚀，腐蚀产物在界面处的堆积会使界面形成应力区，造成膜层的剥离脱落，这样硅烷膜一旦遭到破坏，无法进行自修复，很容易造成金属基体的腐蚀。研究发现通过在硅烷膜中掺杂无机纳米粒子和具有自修复功能的物质（如Ce、La等稀土金属离子）制备有机-无机硅烷复合膜，可以有效的防止硅烷复合膜的这些缺陷。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种铝合金减摩固化膜成型液及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种铝合金减摩固化膜成型液，它是由下述重量份的原料组成的：
气相白炭黑1.7-3、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物100-110、钛酸丁酯10-12、多壁碳纳米管3-5、硝酸铈0.8-1、三羟甲基丙烷0.3-1、聚四氟乙烯0.08-0.1、甲基苯并三氮唑2-4、苯扎溴铵0.2-0.3、二巯丙磺酸钠1.6-2、苄基三乙基氯化铵0.1-0.3、羊毛脂2-3。
一种所述的铝合金减摩固化膜成型液的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物与去离子水、无水乙醇按1-2:3-4:90-100的体积比混合，超声分散10-20分钟，加入冰醋酸，调节PH为4-5，在20-30℃下保温46-50小时，得偶联剂溶液；
（2）将上述甲基苯并三氮唑加入到6-10倍无水乙酯中，搅拌均匀，加入羊毛脂，加热到70-80℃，加入上述气相白炭黑重量的30-40%，搅拌至常温，得抗磨剂a；
（3）将上述二巯丙磺酸钠加入到30-46倍去离子水中，加入剩余的气相白炭黑，磁力搅拌1-2分钟，与上述抗磨剂a混合，搅拌条件下加入苄基三乙基氯化铵，200-300转/分搅拌10-20分钟，加入上述偶联剂溶液重量的30-40%，升高温度为50-60℃，400-500转/分搅拌20-30分钟，得偶联剂改性抗磨剂；
（4）将上述硝酸铈加入到其体积200-300倍、4-6%的乙醇溶液中，超声1-2分钟，为稀土醇液；
（5）将上述钛酸丁酯与无水乙醇、乙酸按1-2:25-30:2-3的体积比混合，搅拌均匀，滴加上述稀土醇液，滴加完毕后加入苯扎溴铵，搅拌均匀，陈化20-24小时，得二氧化钛溶胶；
（6）将上述聚四氟乙烯、多壁碳纳米管混合加入到电阻炉中，在480-500℃下加热反应5-6小时，冷却出炉，将产物水洗、烘干，得氟化碳纳米管；
（7）将上述三羟甲基丙烷加入到80-100倍无水乙醇中，搅拌均匀，加入氟化碳纳米管，超声17-20分钟，与上述剩余的偶联剂溶液、偶联剂改性抗磨剂、二氧化钛溶胶混合，加入剩余各原料，搅拌均匀，在75-80℃下蒸馏1-2小时，冷却即得。
所述的一种铝合金减摩固化膜成型液，该铝合金固化膜成型液的使用方法为：
（1）将铝合金用碳化硅砂纸打磨后，再用0.5μm的金刚石研磨膏抛光，之后依次用丙酮、乙醇、水三种溶剂超声清洗，将清洗好的样品分别在1.8-2%NaOH溶液及4-5%的HNO3溶液中进行处理，最后用去离子水超声清洗，氮气干燥备用；
（2）将处理好的铝合金用浸渍法在上述溶液中提拉成膜，成膜后送入干燥箱中，115-120℃下固化110-120min，即得固化膜。
本发明的优点是：
本发明加入的碳纳米管化学性质非常稳定，其C-C单键是自然界中最稳定的化学键，能够有效的提高基材表面涂膜的耐蚀性和机械性能；
本发明加入了稀土硝酸盐，经钝化形成的氧化物和氢氧化物可以与有机硅烷的网状结构形成协同作用，与碳纳米管、二氧化碳形成致密的涂层，有效的抑制了阴极去极化反应和阳极溶解反应，降低了腐蚀速率，起到良好的防护作用；
本发明中二氧化钛的加入使硅烷复合膜的致密性增加，有效的阻止了Cl-、H2O和O2等腐蚀离子的侵蚀，能够抑制腐蚀产物的扩散，由于小孔阻塞效应，阻止腐蚀的进一步发生，这是因为一部分TiOH基团将会和金属表面的羟基、Si-OH发生反应，在铝合金基体表面协同吸附，这就有效的增强了膜层与基体的结合力，克服了单纯硅烷膜易于在基体表面剥离的缺点；
本发明在多壁碳纳米管表面生成了C-F键，可以改善与二氧化钛粒子在涂膜中的分散性，有效的降低团聚，同时还可以提高涂膜表面的抗水性；
本发明的复合膜对铝合金基体具有优异的保护性能，可以有效抑制阳极溶解反应，多壁碳纳米管可以与二氧化钛、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物的官能团结合成键，起到了增加膜的致密性，提高了涂膜的稳定性的效果，可以有效的阻止腐蚀介质的浸入，从而提高抗腐蚀性能。
本发明的固化膜采用气相白炭黑与羊毛脂共混，得到了具有润滑特性的表面膜，满足了铝合金在特殊行业的需求，具有很好的减摩效果。
具体实施方式
一种铝合金减摩固化膜成型液，它是由下述重量份的原料组成的：
气相白炭黑1.7、双(γ三乙氧基硅基丙基)四硫化物100、钛酸丁酯10、多壁碳纳米管3、硝酸铈0.8、三羟甲基丙烷0.3、聚四氟乙烯0.08、甲基苯并三氮唑2、苯扎溴铵0.2、二巯丙磺酸钠1.6、苄基三乙基氯化铵0.1、羊毛脂2。
一种所述的铝合金减摩固化膜成型液的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述双(γ三乙氧基硅基丙基)四硫化物与去离子水、无水乙醇按1:3:90的体积比混合，超声分散10分钟，加入冰醋酸，调节PH为4，在20℃下保温46小时，得偶联剂溶液；
（2）将上述甲基苯并三氮唑加入到6倍无水乙酯中，搅拌均匀，加入羊毛脂，加热到70℃，加入上述气相白炭黑重量的30%，搅拌至常温，得抗磨剂a；
（3）将上述二巯丙磺酸钠加入到30倍去离子水中，加入剩余的气相白炭黑，磁力搅拌1分钟，与上述抗磨剂a混合，搅拌条件下加入苄基三乙基氯化铵，200转/分搅拌10分钟，加入上述偶联剂溶液重量的30%，升高温度为50℃，400转/分搅拌20分钟，得偶联剂改性抗磨剂；
（4）将上述硝酸铈加入到其体积200倍、4%的乙醇溶液中，超声1分钟，为稀土醇液；
（5）将上述钛酸丁酯与无水乙醇、乙酸按1:25:2的体积比混合，搅拌均匀，滴加上述稀土醇液，滴加完毕后加入苯扎溴铵，搅拌均匀，陈化20小时，得二氧化钛溶胶；
（6）将上述聚四氟乙烯、多壁碳纳米管混合加入到电阻炉中，在480℃下加热反应5小时，冷却出炉，将产物水洗、烘干，得氟化碳纳米管；
（7）将上述三羟甲基丙烷加入到80倍无水乙醇中，搅拌均匀，加入氟化碳纳米管，超声17分钟，与上述剩余的偶联剂溶液、偶联剂改性抗磨剂、二氧化钛溶胶混合，加入剩余各原料，搅拌均匀，在75℃下蒸馏1小时，冷却即得。
所述的一种铝合金减摩固化膜成型液，该铝合金固化膜成型液的使用方法为：
（1）将铝合金用碳化硅砂纸打磨后，再用0.5μm的金刚石研磨膏抛光，之后依次用丙酮、乙醇、水三种溶剂超声清洗，将清洗好的样品分别在1.8%NaOH溶液及4%的HNO3溶液中进行处理，最后用去离子水超声清洗，氮气干燥备用；
（2）将处理好的铝合金用浸渍法在上述溶液中提拉成膜，成膜后送入干燥箱中，115℃下固化110min，即得固化膜。
性能测试：
弯曲粘性：
用本发明的固化膜成型液处理铝合金片材，固化成膜后，将铝片对折弯曲60度，用粘性胶带剥离弯曲部分3次，在X20放大镜下检测剥离程度，结果无裂纹；
将固化成膜后的铝合金片材在沸水中浸泡1小时，在室温下放置24小时，然后将铝片对折弯曲60度，用粘性胶带剥离弯曲部分3次，在X20放大镜下检测剥离程度，结果无裂纹；
耐腐蚀性：
用本发明的固化膜成型液处理铝合金片材，固化成膜后，将该材料横向切开，进行喷洒试验，所用试剂为浓度为5%的氯化钠溶液，试验时间300小时，测量在切割线一侧形成的鼓泡宽度，结果鼓泡宽度为0；
将固化成膜后的铝合金片材浸泡在浓度为5%的氯化钠溶液中，浸泡300小时，材料表面基本无变化，浸泡400小时，边缘出现极少量锈斑。

Claims (3)

1.一种铝合金减摩固化膜成型液，其特征在于它是由下述重量份的原料组成的：
气相白炭黑1.7-3、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物100-110、钛酸丁酯10-12、多壁碳纳米管3-5、硝酸铈0.8-1、三羟甲基丙烷0.3-1、聚四氟乙烯0.08-0.1、甲基苯并三氮唑2-4、苯扎溴铵0.2-0.3、二巯丙磺酸钠1.6-2、苄基三乙基氯化铵0.1-0.3、羊毛脂2-3。
2.一种如权利要求1所述的铝合金减摩固化膜成型液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将上述双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物与去离子水、无水乙醇按1-2:3-4:90-100的体积比混合，超声分散10-20分钟，加入冰醋酸，调节PH为4-5，在20-30℃下保温46-50小时，得偶联剂溶液；
（2）将上述甲基苯并三氮唑加入到6-10倍无水乙酯中，搅拌均匀，加入羊毛脂，加热到70-80℃，加入上述气相白炭黑重量的30-40%，搅拌至常温，得抗磨剂a；
（3）将上述二巯丙磺酸钠加入到30-46倍去离子水中，加入剩余的气相白炭黑，磁力搅拌1-2分钟，与上述抗磨剂a混合，搅拌条件下加入苄基三乙基氯化铵，200-300转/分搅拌10-20分钟，加入上述偶联剂溶液重量的30-40%，升高温度为50-60℃，400-500转/分搅拌20-30分钟，得偶联剂改性抗磨剂；
（4）将上述硝酸铈加入到其体积200-300倍、4-6%的乙醇溶液中，超声1-2分钟，为稀土醇液；
（5）将上述钛酸丁酯与无水乙醇、乙酸按1-2:25-30:2-3的体积比混合，搅拌均匀，滴加上述稀土醇液，滴加完毕后加入苯扎溴铵，搅拌均匀，陈化20-24小时，得二氧化钛溶胶；
（6）将上述聚四氟乙烯、多壁碳纳米管混合加入到电阻炉中，在480-500℃下加热反应5-6小时，冷却出炉，将产物水洗、烘干，得氟化碳纳米管；
（7）将上述三羟甲基丙烷加入到80-100倍无水乙醇中，搅拌均匀，加入氟化碳纳米管，超声17-20分钟，与上述剩余的偶联剂溶液、偶联剂改性抗磨剂、二氧化钛溶胶混合，加入剩余各原料，搅拌均匀，在75-80℃下蒸馏1-2小时，冷却即得。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金减摩固化膜成型液，其特征在于该铝合金固化膜成型液的使用方法为：
（1）将铝合金用碳化硅砂纸打磨后，再用0.5μm的金刚石研磨膏抛光，之后依次用丙酮、乙醇、水三种溶剂超声清洗，将清洗好的样品分别在1.8-2%NaOH溶液及4-5%的HNO3溶液中进行处理，最后用去离子水超声清洗，氮气干燥备用；
（2）将处理好的铝合金用浸渍法在上述溶液中提拉成膜，成膜后送入干燥箱中，115-120℃下固化110-120min，即得固化膜。
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