CN109054608A - 金属材料及其制备方法 - Google Patents

金属材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属材料及其制备方法;首先制备基于富马酸二酯的功能填料,再通过有机无机杂化反应,制备功能改性体系,最后利用有机物之间合理配方结合功能改性体系,在限定原料比例下,得到性能最优的产品。由于产物结构中引入了一定量的含氟苯基,得到的产品耐高温性能和粘接性能优良,尤其是创造性的提出功能填料的制备,结合不同有机组分的采用,更易分散在涂料中,减小了团聚的现象,耐盐水、耐盐雾、耐酸性能都高。

Description

金属材料及其制备方法
技术领域
本发明属于表面处理技术,涉及一种金属材料及其制备方法。
背景技术
金属材料用途广泛,尤其是铝制材料,其质量轻加工容易,在幕墙、门窗、装置、存储领域应用很多。由于金属材料的广泛应用,各行各业对金属材料也有更高的要求。在众多防腐技术中,涂层技术是最直接,且相对简单的一种,因此在土木工程领域、装饰装修方面、金属防腐技术得到了广泛的应用。现有金属材料应对外界复杂环境变化的能力较差,其成膜后的涂层稳定性受到很大破坏,难以起到抵抗腐蚀侵蚀破坏的作用。
发明内容
本发明提供一种金属材料及其制备方法,具有出色的防水性能,经盐雾实验证明该复合涂层有超高耐腐蚀性,以及耐热性。
为达到本发明所述的发明目的,采用的技术方案如下:
一种金属材料及其制备方法,制备方法包括如下步骤:
(1)在氮气保护下,混合六氯铱酸铵、水合硝酸镍、硝酸钴、乙醇和丙酸;然后回流搅拌110分钟,然后加入氨水、氯化石蜡;回流反应10分钟;然后除去溶剂得到固体物;将固体物热处理后磨碎、水洗、干燥得到填料;所述热处理为200℃烧结10分钟,然后于500℃煅烧15分钟,然后于750℃煅烧3分钟;冰水浴条件下,将填料、富马酸二酯、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯混合后,机械搅拌2小时,然后超声处理3小时,得到功能填料;
(2)将二甲基二甲氧基硅烷溶液、正硅酸乙酯加入五氟苯乙烯溶液中,搅拌20分钟后加入纳米氮化硼,搅拌0.5小时后加入功能填料,然后于80℃反应1.5小时,再加入六甲基三亚乙基四胺、三烃基一氯硅烷,继续反应0.5小时,得到功能组分;
(3)将功能组分与六甲基二硅氮烷、异丙醇、邻苯二甲酸二缩水甘油酯混合后,60℃搅拌1小时;再加入六偏磷酸钠、二苯基硅二醇、腰果酚,于90℃搅拌0.5小时,得到防腐体系;
(4)将铝材经过表面处理,得到金属基材;
(5)将防腐体系涂覆与金属基材表面,然后于80℃烘5分钟;再于120℃固化2分钟,得到金属材料。
一种金属结构及其制备方法,制备方法包括如下步骤:
(1)在氮气保护下,混合六氯铱酸铵、水合硝酸镍、硝酸钴、乙醇和丙酸;然后回流搅拌110分钟,然后加入氨水、氯化石蜡;回流反应10分钟;然后除去溶剂得到固体物;将固体物热处理后磨碎、水洗、干燥得到填料;所述热处理为200℃烧结10分钟,然后于500℃煅烧15分钟,然后于750℃煅烧3分钟;冰水浴条件下,将填料、富马酸二酯、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯混合后,机械搅拌2小时,然后超声处理3小时,得到功能填料;
(2)将二甲基二甲氧基硅烷溶液、正硅酸乙酯加入五氟苯乙烯溶液中,搅拌20分钟后加入纳米氮化硼,搅拌0.5小时后加入功能填料,然后于80℃反应1.5小时,再加入六甲基三亚乙基四胺、三烃基一氯硅烷,继续反应0.5小时,得到功能组分;
(3)将功能组分与六甲基二硅氮烷、异丙醇、邻苯二甲酸二缩水甘油酯混合后,60℃搅拌1小时;再加入六偏磷酸钠、二苯基硅二醇、腰果酚,于90℃搅拌0.5小时,得到防腐体系;
(4)将铝材经过表面处理,得到金属基材;
(5)将防腐体系涂覆与金属基材表面,然后于80℃烘5分钟;再于120℃固化2分钟,得到金属材料;
(6)将金属材料组合安装,得到金属结构。
防腐体系在制备金属材料中的应用,所述金属材料包括金属基材与防腐涂层;所述防腐涂层由防腐体系制备得到;所述防腐体系的制备方法包括如下步骤:
(1)在氮气保护下,混合六氯铱酸铵、水合硝酸镍、硝酸钴、乙醇和丙酸;然后回流搅拌110分钟,然后加入氨水、氯化石蜡;回流反应10分钟;然后除去溶剂得到固体物;将固体物热处理后磨碎、水洗、干燥得到填料;所述热处理为200℃烧结10分钟,然后于500℃煅烧15分钟,然后于750℃煅烧3分钟;
冰水浴条件下,将填料、富马酸二酯、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯混合后,机械搅拌2小时,然后超声处理3小时,得到功能填料;
(2)将二甲基二甲氧基硅烷溶液、正硅酸乙酯加入五氟苯乙烯溶液中,搅拌20分钟后加入纳米氮化硼,搅拌0.5小时后加入功能填料,然后于80℃反应1.5小时,再加入六甲基三亚乙基四胺、三烃基一氯硅烷,继续反应0.5小时,得到功能组分;
(3)将功能组分与六甲基二硅氮烷、异丙醇、邻苯二甲酸二缩水甘油酯混合后,60℃搅拌1小时;再加入六偏磷酸钠、二苯基硅二醇、腰果酚,于90℃搅拌0.5小时,得到防腐体系。
本发明中,将铝材经过表面处理,得到金属基材,表面处理为阳极氧化处理,具体工艺为常规技术;金属材料通过焊接组合安装,得到金属结构,比如M51配合M51-F焊丝焊接在工作温度179℃的环境下操作,对于焊接材料的亲和性比较好,多用于对变形控制,特别的本发明的涂层可以承受此焊接温度。本发明的配方的挥发性溶剂少,大大降低了VOC的排放,是一种很好的环保涂料,成膜物质综合了邻苯二甲酸二缩水甘油酯的高附着力,与二苯基硅二醇、腰果酚配合体现了高强度、低收缩率,以及五氟苯乙烯、二甲基二甲氧基硅烷防水性、六甲基三亚乙基四胺、三烃基一氯硅烷耐油耐老化性能和六甲基二硅氮烷、异丙醇、六偏磷酸钠成膜性能的优点,并且由于2-巯基吡啶、正硅酸乙酯与基体有较好的结合力,还可以起到固化的作用,具有优良的防锈性能,尤其是填料、富马酸二酯的配合使用提高了涂层防腐性,氮化硼可以提高散热能力。
上述技术方案中,填料的粒径为180~260纳米;采用通风法除去溶剂。纳米粒子的表面效应使得纳米粒子具有很高的表面能,很容易和涂料中的有机组分结合,使涂层的致密性得到很大提高,使涂层的孔洞和缺陷大大减少,而用改性后的功能填料,更易分散在涂料中,减小了团聚的现象,涂料的附着力、防腐性都比现有技术更加优异。
上述技术方案中,所述六氯铱酸铵、水合硝酸镍、硝酸钴、乙醇、丙酸、氨水、氯化石蜡的质量比为100∶86∶38∶230∶30∶42∶23;所述氨水的质量浓度为22%。丙酸、氨水可以提供良好的混合条件,使得发挥作用的金属元素配合良好,氯化石蜡则在烧结的时候使得固体物热量分散均匀,更关键的是可以得到纳米级产品,并且纳米颗粒表面不平整,提高有机物与填料的附着界面作用面积以及界面作用力。所述填料、富马酸二酯、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯的质量比为28∶5∶8∶11∶18∶15。采用六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯改性的纳米粒子为功能填料,有机物单元在纳米粒子表面反应形成一层有机物膜,不但可以与防腐体系的其他有机组分相互反应,还可以阻止纳米粒子之间相互接触,从而可以提高纳米粒子的界面结合力,减少材料内部缺陷。所述二甲基二甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、五氟苯乙烯、纳米氮化硼、功能填料、六甲基三亚乙基四胺、三烃基一氯硅烷的质量比为20∶36∶18∶3∶30∶42∶13。本发明的有机化合物比如六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯等不仅拥有常规偶联剂分散团聚物的作用,更主要是具有反应效率高、分散效果好,并且能够稳定的存在于颗粒之间,保证了填料分散且与其他组分比如六甲基三亚乙基四胺、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、二苯基硅二醇、腰果酚等发生良好反应的优点,还可以改善涂层材料由于表面张力而引起的缩孔问题,能在显著降低体系粘度的同时反应最终参与固化成膜,对体系物性影响较小。所述五氟苯乙烯溶液中,溶剂为二甲苯;所述二甲基二甲氧基硅烷溶液中,溶剂为甲苯。填料的使用为本发明的一个亮点,从本发明实施的应用效果看,铱可以增强涂层材料的防腐性,与镍钴配合可以延长涂层的使用寿命。
上述技术方案中,所述功能组分、六甲基二硅氮烷、异丙醇、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、六偏磷酸钠、二苯基硅二醇、腰果酚的质量比为20∶6∶38∶11∶3∶22∶6。本发明避免了常规树脂,如环氧树脂、氨基树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂等的使用,采用多组有机化合物通过配比限定与制备工艺选择,得到的涂层在固化成膜之后,还能表现出一般树脂不具有的优势,比如具有良好的光泽、防水性及附着性等特点。现有金属材料涂层材料一般厚度在200~300μm,而本发明金属材料表面的涂层材料是一种超薄材料,其厚度范围为30~35微米,可以在基材表面形成一层致密的薄膜,可以阻止水分以及酸、碱等各种溶液透过,从而发挥防腐效能,同时还具有成本低、配方简单、施工方便、耐油耐老化和防锈性能等优点,克服了现有金属材料普遍存在的性能单一的问题。
具体实施方式
本发明各化合物组合使用,产品表干时间、实干时间非常短,附着力高,吸水率低,光泽好,柔韧性好,涂膜使用寿命长,对大气中的氧、硫化氢、三氧化二硫和氨都比较稳定,同时还具有良好的耐热性,功能填料降低了涂层的导热系数,改善了涂料的耐洗刷性和涂膜表面自洁性,还能增加涂料体系的稳定性;各原料都为市购,符合本领域常规标准。
实施例一
一种金属材料,制备方法包括如下步骤:
(1)在氮气保护下,混合六氯铱酸铵、水合硝酸镍、硝酸钴、乙醇和丙酸;然后回流搅拌110分钟,然后加入氨水、氯化石蜡;回流反应10分钟;然后除去溶剂得到固体物;将固体物热处理后磨碎、水洗、干燥得到填料;所述热处理为200℃烧结10分钟,然后于500℃煅烧15分钟,然后于750℃煅烧3分钟;冰水浴条件下,将填料、富马酸二酯、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯混合后,机械搅拌2小时,然后超声处理3小时,得到功能填料;
(2)将二甲基二甲氧基硅烷溶液、正硅酸乙酯加入五氟苯乙烯溶液中,搅拌20分钟后加入纳米氮化硼,搅拌0.5小时后加入功能填料,然后于80℃反应1.5小时,再加入六甲基三亚乙基四胺、三烃基一氯硅烷,继续反应0.5小时,得到功能组分;
(3)将功能组分与六甲基二硅氮烷、异丙醇、邻苯二甲酸二缩水甘油酯混合后,60℃搅拌1小时;再加入六偏磷酸钠、二苯基硅二醇、腰果酚,于90℃搅拌0.5小时,得到防腐体系;
(4)将铝材经过常规阳极氧化表面处理,得到金属基材;
(5)将防腐体系涂覆与金属基材表面,然后于80℃烘5分钟;再于120℃固化2分钟,得到金属材料。
一种金属结构,制备方法包括如下步骤:
(6)将金属材料焊接组合安装,得到金属结构,用M51配合M51-F焊丝焊接在179℃的环境下焊接,金属结构为框架,用于幕墙。
六氯铱酸铵、水合硝酸镍、硝酸钴、乙醇、丙酸、氨水、氯化石蜡的质量比为100∶86∶38∶230∶30∶42∶23;二甲基二甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、五氟苯乙烯、纳米氮化硼、功能填料、六甲基三亚乙基四胺、三烃基一氯硅烷的质量比为20∶36∶18∶3∶30∶42∶13;填料、富马酸二酯、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯的质量比为28∶5∶8∶11∶18∶15;功能组分、六甲基二硅氮烷、异丙醇、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、六偏磷酸钠、二苯基硅二醇、腰果酚的质量比为20∶6∶38∶11∶3∶22∶6。
对比例一,在实施例一的基础上,将填料替换为纳米二氧化硅,其余不变。
对比例二,在实施例一的基础上,将富马酸二酯、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯替换为填料质量1.5%的KH550,其余不变。
对比例三,在实施例一的基础上,不加入六甲基三亚乙基四胺、三烃基一氯硅烷,其余不变。
对比例四,在实施例一的基础上,不加入二甲基二甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、五氟苯乙烯,其余不变。
对比例五,在实施例一的基础上,不加入六偏磷酸钠、二苯基硅二醇、腰果酚,其余不变。
根据现有方法进行性能测试,涂层结果如下表。
依据GB/T 10125-1997进行中性盐雾试验,试验温度恒定,保持在35℃左右,pH值为6.5~7.2,周期控制为7s,喷雾压力0.8kg/cm,NaCl的浓度为5%。经耐盐酸腐蚀试验测试,实施例一金属材料腐蚀液浸泡19天无变化,20天后才出现轻微的起皮、起泡现象,而带有普通防腐涂层的现有产品在第5天出现轻微的起皮、起泡现象,第7天就出现较为严重的起泡、褪色现象。

Claims (10)

1.一种金属材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在氮气保护下,混合六氯铱酸铵、水合硝酸镍、硝酸钴、乙醇和丙酸;然后回流搅拌110分钟,然后加入氨水、氯化石蜡;回流反应10分钟;然后除去溶剂得到固体物;将固体物热处理后磨碎、水洗、干燥得到填料;所述热处理为200℃烧结10分钟,然后于500℃煅烧15分钟,然后于750℃煅烧3分钟;冰水浴条件下,将填料、富马酸二酯、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯混合后,机械搅拌2小时,然后超声处理3小时,得到功能填料;
(2)将二甲基二甲氧基硅烷溶液、正硅酸乙酯加入五氟苯乙烯溶液中,搅拌20分钟后加入纳米氮化硼,搅拌0.5小时后加入功能填料,然后于80℃反应1.5小时,再加入六甲基三亚乙基四胺、三烃基一氯硅烷,继续反应0.5小时,得到功能组分;
(3)将功能组分与六甲基二硅氮烷、异丙醇、邻苯二甲酸二缩水甘油酯混合后,60℃搅拌1小时;再加入六偏磷酸钠、二苯基硅二醇、腰果酚,于90℃搅拌0.5小时,得到防腐体系;
(4)将铝材经过表面处理,得到金属基材;
(5)将防腐体系涂覆与金属基材表面,然后于80℃烘5分钟;再于120℃固化2分钟,得到金属材料。
2.一种金属结构的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在氮气保护下,混合六氯铱酸铵、水合硝酸镍、硝酸钴、乙醇和丙酸;然后回流搅拌110分钟,然后加入氨水、氯化石蜡;回流反应10分钟;然后除去溶剂得到固体物;将固体物热处理后磨碎、水洗、干燥得到填料;所述热处理为200℃烧结10分钟,然后于500℃煅烧15分钟,然后于750℃煅烧3分钟;冰水浴条件下,将填料、富马酸二酯、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯混合后,机械搅拌2小时,然后超声处理3小时,得到功能填料;
(2)将二甲基二甲氧基硅烷溶液、正硅酸乙酯加入五氟苯乙烯溶液中,搅拌20分钟后加入纳米氮化硼,搅拌0.5小时后加入功能填料,然后于80℃反应1.5小时,再加入六甲基三亚乙基四胺、三烃基一氯硅烷,继续反应0.5小时,得到功能组分;
(3)将功能组分与六甲基二硅氮烷、异丙醇、邻苯二甲酸二缩水甘油酯混合后,60℃搅拌1小时;再加入六偏磷酸钠、二苯基硅二醇、腰果酚,于90℃搅拌0.5小时,得到防腐体系;
(4)将铝材经过表面处理,得到金属基材;
(5)将防腐体系涂覆与金属基材表面,然后于80℃烘5分钟;再于120℃固化2分钟,得到金属材料;
(6)将金属材料组合安装,得到金属结构。
3.根据权利要求1或者2所述的制备方法,其特征在于,所述六氯铱酸铵、水合硝酸镍、硝酸钴、乙醇、丙酸、氨水、氯化石蜡的质量比为100∶86∶38∶230∶30∶42∶23;所述二甲基二甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、五氟苯乙烯、纳米氮化硼、功能填料、六甲基三亚乙基四胺、三烃基一氯硅烷的质量比为20∶36∶18∶3∶30∶42∶13;所述填料、富马酸二酯、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯的质量比为28∶5∶8∶11∶18∶15;所述功能组分、六甲基二硅氮烷、异丙醇、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、六偏磷酸钠、二苯基硅二醇、腰果酚的质量比为20∶6∶38∶11∶3∶22∶6。
4.根据权利要求1或者2所述的制备方法,其特征在于,填料的粒径为180~260纳米;采用通风法除去溶剂;所述氨水的质量浓度为22%;所述五氟苯乙烯溶液中,溶剂为二甲苯;所述二甲基二甲氧基硅烷溶液中,溶剂为甲苯。
5.根据权利要求1或者2所述的制备方法,其特征在于,表面处理为阳极氧化处理。
6.根据权利要求2所述制备方法,金属材料通过焊接组合安装。
7.根据权利要求2所述金属结构的制备方法制备的金属结构。
8.防腐体系在制备金属材料中的应用,其特征在于,所述金属材料包括金属基材与防腐涂层;所述防腐涂层由防腐体系制备得到;所述防腐体系的制备方法包括如下步骤:
(1)在氮气保护下,混合六氯铱酸铵、水合硝酸镍、硝酸钴、乙醇和丙酸;然后回流搅拌110分钟,然后加入氨水、氯化石蜡;回流反应10分钟;然后除去溶剂得到固体物;将固体物热处理后磨碎、水洗、干燥得到填料;所述热处理为200℃烧结10分钟,然后于500℃煅烧15分钟,然后于750℃煅烧3分钟;
冰水浴条件下,将填料、富马酸二酯、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2-巯基吡啶、亚磷酸酯混合后,机械搅拌2小时,然后超声处理3小时,得到功能填料;
(2)将二甲基二甲氧基硅烷溶液、正硅酸乙酯加入五氟苯乙烯溶液中,搅拌20分钟后加入纳米氮化硼,搅拌0.5小时后加入功能填料,然后于80℃反应1.5小时,再加入六甲基三亚乙基四胺、三烃基一氯硅烷,继续反应0.5小时,得到功能组分;
(3)将功能组分与六甲基二硅氮烷、异丙醇、邻苯二甲酸二缩水甘油酯混合后,60℃搅拌1小时;再加入六偏磷酸钠、二苯基硅二醇、腰果酚,于90℃搅拌0.5小时,得到防腐体系。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,将铝材经过表面处理,得到金属基材。
10.根据权利要求1所述金属材料的制备方法制备的金属材料。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58183761A (en) * 1982-04-20 1983-10-27 Nippon Oil & Fats Co Ltd Antistaining coating material
CN105542529A (zh) * 2016-01-19 2016-05-04 黄伟洪 一种抗氧化阻燃防锈金属板材涂层
CN107331729A (zh) * 2017-06-26 2017-11-07 苏州科技大学 宽温带太赫兹波探测器及其制备方法

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