CN108531967A - 一种纳米陶瓷复合涂层及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米陶瓷复合涂层的制备工艺，主要原料为氟锆酸/氟钛酸、纳米二氧化硅、导电高分子树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、偶联剂；使用本发明制备的纳米陶瓷复合涂层具有以下优点：在轻金属表面通过通电形成纳米锆/钛、高分子树脂的复合涂层；通过通电氧化处理在基材表面形成纳米锆/钛氧化物，同时纳米二氧化硅和导电高分子树脂在带电定向移动填充在纳米锆/钛氧化物的膜孔里，形成致密的纳米锆/钛、高分子树脂的复合涂层。形成致密的，超高防腐蚀、耐摩擦的纳米陶瓷复合涂层。由于形成了上述致密的纳米锆/钛、高分子树脂的复合涂层从而达到超高耐腐蚀性能和耐摩擦性能。

Description

一种纳米陶瓷复合涂层及工艺

技术领域

本发明涉及一种纳米陶瓷复合涂层及工艺，具体涉及一种通过在金属表面通电处理而生成的含有纳米锆/钛、高分子树脂复合涂层的工艺。

背景技术

铝、镁、钛等金属在轻量化方面潜力巨大，在汽车、航空航天及电子领域的应用前景广泛。然而到目前为止，轻合金在工业上的应用依然不及钢铁广泛。铝、镁及其合金具有很强的化学活性，因此其在大气环境和化学环境下极容易被腐蚀，进而影响性能。现有的技术解决方案一般为化学钝化+油漆/粉末喷涂，或者在通电条件下来的氧化。化学钝化+喷涂的技术工艺流程多，设备投入高，且生产参数控制复杂，整个工艺流程中产生的“三废”量比较大；氧化工艺流程短，对设备和工艺管控要求相对简单，因此在在高腐蚀防护要求下，业界一般常用微弧氧化的技术对轻合金进行表面处理。然而微弧氧化由于使用电压电流高，通电时间长，能耗和成本较高，限制了其大规模的工业化应用；另一方面，微弧氧化形成的膜层韧性差，在温度冲击或者机械冲击的条件下容易失效；再次，微弧氧化的原理是在氧化金属基体，在其表面形成惰性的金属氧化层，但是对于含有其它金属/非金属元素的合金（不同牌号的合金）而言，一旦这些元素不能被氧化或均匀氧化，那么微弧氧化的膜层的覆盖率和均匀性就会极大降低，影响最终的耐腐蚀性能，因此微弧氧化的工业化应用受合金成分制约较大。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种通过在金属表面通电氧化处理而生成的含有纳米锆/钛、高分子树脂复合涂层的工艺。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种纳米陶瓷复合涂层，由以下重量份数的配比组成：氟钛酸1～10％、纳米二氧化硅0.5～5％、导电高分子树脂1～10％，偶联剂1～5％。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的无机酸为氟钛酸、氟钛酸钾、氟钛酸钠、氟锆酸、氟锆酸钾、氟锆酸钠的一种或两种的混合物，以及其衍生物及盐类。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的二氧化硅的粒径为10-100纳米。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的导电高分子树脂选自环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂及其衍生物的一种或两种的混合物。

根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷复合涂层，其特征在于，所述的偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂及其衍生物。

本发明还提供了上述纳米陶瓷复合涂层的制备工艺，包括如下步骤：

步骤（1），脱脂去油：先用去油液对待加工的轻金属基材进行脱脂去油处理后，再冲去残液后备用；

步骤（2），再次清洗：用清水再次对轻金属基材进行清洗，静置干燥备用；

步骤（3），复合电解液制备：电解液包括按如下质量比原料混合而成：氟钛酸10％、纳米二氧化硅5％、导电高分子树脂8％、偶联剂1％，制得电解液；

S4）纳米陶瓷复合膜处理：将轻金属基材置于复合电解液中通过通电氧化处理形成纳米二氧化钛、纳米硅、高分子树脂的复合涂层，通电工艺参数如下，随后水洗。

电压：100~500V，电流密度：1~20A/dm2，温度20~60度，时间1~30分钟

使用本发明制备的纳米陶瓷复合涂层具有以下优点：

1、在轻金属表面通过通电形成纳米锆/钛、高分子树脂的复合涂层；通过通电氧化处理在基材表面形成纳米锆/钛氧化物，同时纳米二氧化硅和导电高分子树脂在带电定向移动填充在纳米锆/钛氧化物的膜孔里，形成致密的纳米锆/钛、高分子树脂的复合涂层。

2、形成致密的，超高防腐蚀、耐摩擦的纳米陶瓷复合涂层。由于形成了上述致密的纳米锆/钛、高分子树脂的复合涂层从而达到超高耐腐蚀性能和耐摩擦性能。

3、纳米陶瓷涂层技术不仅能很好的满足现有轻合金表面的的耐腐蚀和涂装结合力测试，同时由于自身耐磨性强以及其它物理化学特性，可以赋予轻金属更多的功能性应用。纳米陶瓷复合涂层技术全工艺不含重金属及有毒物质，而且工艺流程简单，相比现有技术具有较大的综合成本优势。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

实施例1

本发明一种纳米陶瓷复合涂层所用处理液，其组成如下：

氟锆酸 10％

纳米二氧化硅 2％

环氧树脂 3％

偶联剂 1％

进一步的，二氧化硅的粒径为10纳米。

进一步的，偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

上述产品工艺流程：包括以下步骤，

S1）脱脂去油：先用除油剂对待加工的铝合金基材进行脱脂去油处理后，再冲去残液后备用；

S2）再次清洗：用清水再次对轻金属基材进行清洗；

S3）复合电解液制备：电解液包括按如下质量比原料混合而成：氟锆酸10％、纳米二氧化硅2％、环氧树脂3％、偶联剂1％，制得电解液；

S4）陶瓷复合膜处理：将铝合金基材置于复合电解液中通过通电氧化处理形成纳米二氧化钛、纳米硅、高分子树脂的复合涂层，通电工艺参数如下，随后水洗制成。

电压：300V，电流密度：10A/dm2，温度25度，时间5分钟

实施例2

实施例2与上述实施例相比，原料及制备方法相同，不同之处在于，原料所使用的配比：

氟钛酸 8％

纳米二氧化硅 1％

环氧树脂 5％

偶联剂 1％

进一步的，二氧化硅的粒径为20纳米。

进一步的，偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

上述产品工艺流程：包括以下步骤，

S1）脱脂去油：先用除油剂对待加工的铝合金基材进行脱脂去油处理后，再冲去残液后备用；

S2）再次清洗：用清水再次对轻金属基材进行清洗；

S3）复合电解液制备：电解液包括按如下质量比原料混合而成：氟钛酸8％、纳米二氧化硅1％、环氧树脂5％、偶联剂1％，制得电解液；

S4）陶瓷复合膜处理：将铝合金基材置于复合电解液中通过通电氧化处理形成纳米二氧化钛、纳米硅、高分子树脂的复合涂层，通电工艺参数如下，随后水洗制成。

电压：500V，电流密度：10A/dm2，温度25度，时间3分钟

实施例3

实施例3与上述实施例相比，原料及制备方法相同，不同之处在于，原料所使用的配比：

氟锆酸 5％

纳米二氧化硅 1％

聚氨酯树脂 2％

偶联剂 1％

进一步的，二氧化硅的粒径为15纳米。

进一步的，偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

上述产品工艺流程：包括以下步骤，

S1）脱脂去油：先用除油剂对待加工的压铸铝合金基材进行脱脂去油处理后，再冲去残液后备用；

S2）再次清洗：用清水再次对轻金属基材进行清洗；

S3）复合电解液制备：电解液包括按如下质量比原料混合而成：氟锆酸5％、纳米二氧化硅1％、聚氨酯树脂2％、偶联剂1％，制得电解液；

S4）陶瓷复合膜处理：将压铸铝基材置于复合电解液中通过通电氧化处理形成纳米二氧化钛、纳米硅、高分子树脂的复合涂层，通电工艺参数如下，随后水洗制成。

电压：400V，电流密度：15A/dm2，温度40度，时间5分钟

实施例4

实施例4与上述实施例相比，原料及制备方法相同，不同之处在于，原料所使用的配比：

氟钛酸 10％

纳米二氧化硅 1％

丙烯酸树脂 2％

偶联剂 1％

进一步的，二氧化硅的粒径为10纳米。

进一步的，偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

上述产品工艺流程：包括以下步骤，

S1）脱脂去油：先用除油剂对待加工的钛合金基材进行脱脂去油处理后，再冲去残液后备用；

S2）再次清洗：用清水再次对轻金属基材进行清洗；

S3）复合电解液制备：电解液包括按如下质量比原料混合而成：氟锆酸10％、纳米二氧化硅1％、丙烯酸树脂2％、偶联剂1％，制得电解液；

S4）陶瓷复合膜处理：将钛合金基材置于复合电解液中通过通电氧化处理形成纳米二氧化钛、纳米硅、高分子树脂的复合涂层，通电工艺参数如下，随后水洗制成。

电压：150V，电流密度：10A/dm2，温度30度，时间15分钟

实施例5

实施例5与上述实施例相比，原料及制备方法相同，不同之处在于，原料所使用的配比：

氟钛酸 5％

纳米二氧化硅 2％

环氧树脂 2％

偶联剂 1％

进一步的，二氧化硅的粒径为30纳米。

进一步的，偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

上述产品工艺流程：包括以下步骤，

S1）脱脂去油：先用除油剂对待加工的镁合金基材进行脱脂去油处理后，再冲去残液后备用；

S2）再次清洗：用清水再次对轻金属基材进行清洗；

S3）复合电解液制备：电解液包括按如下质量比原料混合而成：氟钛酸5％、纳米二氧化硅2％、环氧树脂2％、偶联剂1％，制得电解液；

S4）陶瓷复合膜处理：将镁合金基材置于复合电解液中通过通电氧化处理形成纳米二氧化钛、纳米硅、高分子树脂的复合涂层，通电工艺参数如下，随后水洗制成。

电压：100V，电流密度：5A/dm2，温度25度，时间5分钟

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种在轻金属表面通过通电形成的纳米陶瓷复合涂层，其特征在于，其所用处理液组成如下：

氟锆酸/氟钛酸 1～20％

纳米二氧化硅 0.5～5％

导电高分子树脂 1～10％

偶联剂 1～5％ 。

2.根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷复合涂层，其特征在于，所述的轻金属为铝及其合金、压铸铝、镀铝钢板、钛合金、镁合金的一种或多种材质上。

3.根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷复合涂层，其特征在于，所述的无机酸为氟钛酸、氟钛酸钾、氟钛酸钠、氟锆酸、氟锆酸钾、氟锆酸钠的一种或两种的混合物，以及其衍生物及盐类。

4.根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷复合涂层，其特征在于，所述的二氧化硅的粒径为10-100纳米。

5.根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷复合涂层，其特征在于，所述的导电高分子树脂选自环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂及其衍生物的一种或两种的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷复合涂层，其特征在于，所述的偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂及其衍生物。

7.根据权利要求1-4任一所述的一种纳米陶瓷复合涂层的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤，

S1）脱脂去油：先用除油剂对待加工的轻金属基材进行脱脂去油处理后，再冲去残液后备用；

S2）再次清洗：用清水再次对轻金属基材进行清洗；

S3）复合电解液制备：电解液包括按如下质量比原料混合而成：氟钛酸10％、纳米二氧化硅5％、导电高分子树脂8％、偶联剂1％，制得电解液；

S4）纳米陶瓷复合膜处理：将轻金属基材置于复合电解液中通过通电氧化处理形成纳米二氧化钛、纳米硅、高分子树脂的复合涂层，通电工艺参数如下，随后水洗。

电压：100~500V，电流密度：1~20A/dm2，温度20~60度，时间1~30分钟。