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

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。