CN110239162A - 一种金属表面复合防护层及其制备方法 - Google Patents

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张正义
杨勇
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Abstract

本发明涉及一种金属表面复合防护层及其制备方法，其特征在于：1）.金属基底打磨平整，依次用丙酮、无水乙醇超声清洗10~20 min，80℃干燥10~30 min；2）.基底表面涂1~3mm有机胶；3）.有机胶上贴附厚0.12~0.30 mm的超薄玻璃，边贴附边辊压，四周用卡具固定，来回碾轧10~30min；4）.20~100℃固化5min~24h，取卡具，清除四周固化有机胶并打磨边缘，得0.15~0.33 mm的有机/无机复合防护层。本发明优点：1.有有机和无机防护层性能互补的优点，能起优异的保护作用；2.工艺简单、成本低；3.解决了普通环境中金属材料易腐蚀、易磨损、难清洁及易导电问题。

Description

一种金属表面复合防护层及其制备方法
技术领域
本发明属于金属防护技术领域，具体涉及一种金属表面复合防护层及其制备方法。
背景技术
在日常生活或工业使用时金属材料常会遇到不同程度的锈蚀、划伤、摩擦，而在一些使用环境复杂、条件苛刻的情况下就要求金属材料表面具有高硬度、高化学稳定性、低摩擦系数以及绝缘等性能。金属材料本身很难具备此类性能，目前解决此类问题的最佳方案是在金属材料表面制备一层高性能涂层，金属材料表面的涂层通常有机涂层和无机涂层。有机涂层（如油漆等）具有优异的防腐蚀效果，其制备方法（常用喷涂或刷涂）简单，适用于大面积或复杂结构金属构件，但该类涂层硬度低且耐热温度有限。无机涂层（如陶瓷涂层等）通常具有较高的硬度和耐热温度，同时还具有低的摩擦系数，尤其是对于那些用于极端环境下的金属材料来说是较为理想的表面涂层材料，但无机涂层的制备工艺（等离子喷涂、微弧氧化、物理气相沉积或化学气相沉积等）较为复杂且成本较高，对于在一般环境下使用的大面积金属材料来说并不适用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有金属材料单一涂层（有机涂层或无机涂层）存在的极端条件下防护效果不理想或生产制备成本高的问题，提供一种金属表面复合防护层及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种金属表面复合防护层，包括金属基底，其特征在于：在金属基底表面涂覆一层有机胶，在有机胶表面粘附一层厚0.12~0.30 mm的超薄玻璃。
进一步，所述有机胶为有机硅胶、环氧树脂胶或硅橡胶中任一种。
进一步，所述金属基底为钢铁、铝合金和金属铜，金属基底可为平面或曲面。
一种金属表面复合防护层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）.使用80~200目砂纸对金属基底（钢铁、铝合金、铜）进行打磨，以使金属基底表面平整、无小颗粒凸起，打磨时间为5~15 min，然后用丙酮将打磨好的金属基底进行超声清洗10~20 min去除去金属基底表面的碎屑颗粒及油渍，随后再用无水乙醇对玻璃基底进行超声清洗10~20 min以使金属基底表面洁净、无污渍，超声清洗中丙酮和乙醇浸没过金属基底即可，随后80℃干燥10~30 min；
2）.在步骤1）所得的金属基底表面上均匀涂覆（刷涂或刮涂）一层厚1~3 mm的有机胶（有机硅胶、环氧树脂胶、硅橡胶），用毛刷或刮刀反复涂覆2~5 min以使金属基底表面（凹坑、划痕等微尺寸表面缺陷）被有机胶覆盖；
3）.在步骤2）所得金属基底的有机胶上贴附一层厚度为0.12~0.30 mm、莫氏硬度为5.1~5.8、体阻率为1.02×1013~1.33×1015 Ω•cm的超薄玻璃，一边贴附一边用硅橡胶塑料辊筒沿着贴附方向（从金属基底的一端开始逐渐向另一端贴合）缓慢辊压，避免在有机胶与超薄玻璃之间产生气泡，并在四周用一定量的塑料卡具暂将玻璃和金属基底固定在一起，硅橡胶塑料辊筒在超薄玻璃表面反复来回碾轧10~30min，一方面是消除有机胶中的气泡，使金属基底、有机胶及超薄玻璃完全紧密结合，另一方面是将多余的有机胶从玻璃边缘轧出，随着有机胶厚度的减小，在碾轧的同时逐渐拧紧卡具，确保超薄玻璃能够与基底紧密贴合；
4）.根据使用的有机胶性能不同，将步骤3）制得的金属基底连同其有机/无机复合防护层在20~100 ℃下固化5 min~24 h，固化完全后将四周的卡具去除，然后将四周轧出的固化有机胶清除并对整个有机/无机复合防护层边缘进行结构打磨消除边缘的锋利部分，最终在金属基底上得到厚度为0.15~0.33 mm的有机/无机复合防护层。
进一步，所述金属基底上复合防护层厚度为0.15~0.20 mm。
进一步，所述金属基底上复合防护层厚度为0.21~0.25 mm。
进一步，所述金属基底上复合防护层厚度为0.26~0.33mm。
有机/无机复合防护层中以有机胶为有机层，超薄玻璃为无机层。有机胶具有一定的耐热温度、防潮湿性能、绝缘性以及粘结强度，且涂覆工艺简单，可完全（可有效填充到金属表面的微缺陷中）将超薄玻璃粘附在金属表面；该超薄玻璃具有较高硬度和化学稳定性以及较低摩擦系数、易清洁，结构百分百致密，已能够规模化生产且生产成本低，而且超薄玻璃厚度极薄具有柔性能够弯曲，完全可适用于曲面金属材料表面的防护，因而优异的综合性能使得超薄玻璃在大面积金属材料表面防护方面具有突出的优势。
在金属基底表面制备有机胶/超薄玻璃复合防护层只需要对金属基底进行简单的打磨、清洗处理，不需要抛光，通过有机胶将超薄玻璃与金属表面紧紧粘附在一起即可，该制备过程可大面积操作，不需要大型设备，成本低，而且所得到的有机/无机复合防护层结构均匀，对防水、防盐雾、耐腐蚀、耐磨损及绝缘等有优异的效果。
本发明的优点：1.具有有机防护层和无机防护层性能互补的优点，对金属基底能够起到优异的保护作用；2.制备工艺简单且成本低廉；3. 解决了普通环境中金属材料易腐蚀、易磨损、不易清洁及易导电的问题。
附图说明
图1是一种平面金属基底的复合防护层示意图；
图2是一种曲面金属基底的复合防护层示意图。
具体实施方式
结合图1、2，对本发明作进一步的说明，一种金属表面复合防护层及其制备方法，具体实施步骤如下：
以下实施例中所用超薄玻璃为中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司所生产的厚度为0.12~0.30 mm的超薄玻璃。
实施例1
1.依次使用80目、100目和200目砂纸对平面钢铁基底进行打磨，确保基底表面平整、没有小颗粒凸起，打磨时间为5 min，然后先将打磨好的钢铁基底用丙酮进行超声清洗20min，去除钢铁基底表面的碎屑颗粒及油渍，再用无水乙醇进行超声清洗10 min，超声清洗中丙酮和乙醇浸没过钢铁基底即可，随后80℃干燥10 min，使打磨后的钢铁基底表面干燥、洁净无污渍；
2.在步骤1）所得的钢铁基底表面上均匀刷涂一层厚2mm的有机硅胶，用毛刷反复涂覆2min以使钢铁基底表面（凹坑、划痕等微尺寸表面缺陷）被有机硅胶覆盖；
3.在步骤2）所得钢铁基底的有机硅胶上贴附一层厚度为0.30mm、莫氏硬度为5.8、体阻率为1.30×1015 Ω•cm的超薄玻璃，一边贴附一边用硅橡胶塑料辊筒沿着贴附方向（从钢铁基底的一端开始逐渐向另一端贴合）缓慢辊压，避免在有机硅胶与超薄玻璃之间产生气泡，并在四周用一定量的塑料卡具暂将玻璃和钢铁基底固定在一起，硅橡胶塑料辊筒在超薄玻璃表面反复来回碾轧30min，一方面是消除有机硅胶中的气泡，使钢铁基底、有机硅胶及超薄玻璃完全紧密结合，另一方面是将多余的有机硅胶从玻璃边缘轧出，随着有机硅胶厚度的减小，在碾轧的同时逐渐拧紧卡具，确保超薄玻璃能够与基底紧密贴合；
4.将步骤3）制得的钢铁基底连同其有机/无机复合防护层在25℃下固化60min，固化完全后将四周的卡具去除，然后将四周轧出的固化有机硅胶清除并对整个有机/无机复合防护层边缘进行结构打磨消除边缘的锋利部分，最终在钢铁基底上得到厚度为0.33 mm的有机/无机复合防护层。
实施例2
1.依次使用80目、100目和200目砂纸对平面钢铁基底进行打磨，确保基底表面平整、没有小颗粒凸起，打磨时间为10min，然后先将打磨好的钢铁基底用丙酮进行超声清洗10min，去除钢铁基底表面的碎屑颗粒及油渍，再用无水乙醇进行超声清洗15min，超声清洗中丙酮和乙醇浸没过钢铁基底即可，随后80℃干燥20min，使打磨后的钢铁基底表面干燥、洁净无污渍；
2.在步骤1）所得的钢铁基底表面上均匀刷涂一层厚3mm的有机硅胶，用毛刷反复涂覆5min以使钢铁基底表面（凹坑、划痕等微尺寸表面缺陷）被有机硅胶覆盖；
3.在步骤2）所得钢铁基底的有机硅胶上贴附一层厚度为0.20mm、莫氏硬度为5.5、体阻率为3.42×1014 Ω•cm的超薄玻璃，一边贴附一边用硅橡胶塑料辊筒沿着贴附方向（从钢铁基底的一端开始逐渐向另一端贴合）缓慢辊压，避免在有机硅胶与超薄玻璃之间产生气泡，并在四周用一定量的塑料卡具暂将玻璃和钢铁基底固定在一起，硅橡胶塑料辊筒在超薄玻璃表面反复来回碾轧20min，一方面是消除有机硅胶中的气泡，使钢铁基底、有机硅胶及超薄玻璃完全紧密结合，另一方面是将多余的有机硅胶从玻璃边缘轧出，随着有机硅胶厚度的减小，在碾轧的同时逐渐拧紧卡具，确保超薄玻璃能够与基底紧密贴合；
4.将步骤3）制得的钢铁基底连同其有机/无机复合防护层在100℃下固化5min，固化完全后将四周的卡具去除，然后将四周轧出的固化有机硅胶清除并对整个有机/无机复合防护层边缘进行结构打磨消除边缘的锋利部分，最终在钢铁基底上得到厚度为0.25 mm的有机/无机复合防护层。
实施例3
1.依次使用80目、100目和200目砂纸对弯曲度为25%的曲面钢铁基底进行打磨，确保基底表面平整、没有小颗粒凸起，打磨时间为15min，然后先将打磨好的曲面钢铁基底用丙酮进行超声清洗15 min，去除钢铁表面的碎屑颗粒及油渍，再用无水乙醇进行超声清洗15min，超声清洗中丙酮和乙醇浸没过钢铁基底即可，随后80℃干燥30min，使打磨后的钢铁表面干燥、洁净无污渍；
2.在步骤1）所得的钢铁基底表面上均匀刮涂一层厚1mm的环氧树脂胶，用毛刷反复涂覆4min以使钢铁基底表面（凹坑、划痕等微尺寸表面缺陷）被环氧树脂胶覆盖；
3.在步骤2）所得钢铁基底的环氧树脂胶上贴附一层厚度为0.20mm、莫氏硬度为5.5、体阻率为3.42×1014 Ω•cm的超薄玻璃，一边贴附一边用硅橡胶塑料辊筒沿着贴附方向（从钢铁基底的一端开始逐渐向另一端贴合）缓慢辊压，避免在环氧树脂胶与超薄玻璃之间产生气泡，并在四周用一定量的塑料卡具暂将玻璃和钢铁基底固定在一起，硅橡胶塑料辊筒在超薄玻璃表面反复来回碾轧15min，一方面是消除环氧树脂胶中的气泡，使钢铁基底、环氧树脂胶及超薄玻璃完全紧密结合，另一方面是将多余的环氧树脂胶从玻璃边缘轧出，随着环氧树脂胶厚度的减小，在碾轧的同时逐渐拧紧卡具，确保超薄玻璃能够与钢铁基底紧密贴合；
4.将步骤3）制得的钢铁基底连同其有机/无机复合防护层在20℃下固化30min，固化完全后将四周的卡具去除，然后将四周轧出的固化环氧树脂胶清除并对整个有机/无机复合防护层边缘进行结构打磨消除边缘的锋利部分，最终在钢铁基底上得到厚度为0.23 mm的有机/无机复合防护层。
实施例4
1.依次使用100目和200目砂纸对平面铝合金基底进行打磨，确保基底表面平整、没有小颗粒凸起，打磨时间为10min，然后先将打磨好的铝合金基底用丙酮进行超声清洗10min，去除铝合金基底表面的碎屑颗粒及油渍，再用无水乙醇进行超声清洗10min，超声清洗中丙酮和乙醇浸没过铝合金基底即可，随后80℃干燥20min，使打磨后的铝合金基底表面干燥、洁净无污渍；
2.在步骤1）所得的铝合金基底表面上均匀刮涂一层厚2mm的环氧树脂胶，用毛刷反复涂覆5 min以使铝合金基底表面（凹坑、划痕等微尺寸表面缺陷）被环氧树脂胶覆盖；
3.在步骤2）所得铝合金基底的环氧树脂胶上贴附一层厚度为0.15mm、莫氏硬度为5.2、体阻率为2.12×1013 Ω•cm的超薄玻璃，一边贴附一边用硅橡胶塑料辊筒沿着贴附方向（从铝合金基底的一端开始逐渐向另一端贴合）缓慢辊压，避免在环氧树脂胶与超薄玻璃之间产生气泡，并在四周用一定量的塑料卡具暂将玻璃和铝合金基底固定在一起，硅橡胶塑料辊筒在超薄玻璃表面反复来回碾轧20min，一方面是消除环氧树脂胶中的气泡，使铝合金基底、环氧树脂胶及超薄玻璃完全紧密结合，另一方面是将多余的环氧树脂胶从玻璃边缘轧出，随着环氧树脂胶厚度的减小，在碾轧的同时逐渐拧紧卡具，确保超薄玻璃能够与基底紧密贴合；
4.将步骤3）制得的铝合金基底连同其有机/无机复合防护层在20℃下固化40min，固化完全后将四周的卡具去除，然后将四周轧出的固化环氧树脂胶清除并对整个有机/无机复合防护层边缘进行结构打磨消除边缘的锋利部分，最终在铝合金基底上得到厚度为0.17mm的有机/无机复合防护层。
实施例5
1. 依次使用100目和200目砂纸对弯曲度为10%的曲面铝合金基底进行打磨，确保基底表面平整、没有小颗粒凸起，打磨时间为5min，然后先将打磨好的铝合金基底用丙酮进行超声清洗15min，去除铝合金基底表面的碎屑颗粒及油渍，再用无水乙醇进行超声清洗10min，超声清洗中丙酮和乙醇浸没过铝合金基底即可，随后80℃干燥20min，使打磨后的铝合金基底表面干燥、洁净无污渍；
2.在步骤1）所得的铝合金基底表面上均匀刷涂一层厚2mm的环氧树脂胶，用毛刷反复涂覆5min以使铝合金基底表面（凹坑、划痕等微尺寸表面缺陷）被环氧树脂胶覆盖；
3.在步骤2）所得铝合金基底的环氧树脂胶上贴附一层厚度为0.12mm、莫氏硬度为5.1、体阻率为1.02×1013 Ω•cm的超薄玻璃，一边贴附一边用硅橡胶塑料辊筒沿着贴附方向（从铝合金基底的一端开始逐渐向另一端贴合）缓慢辊压，避免在环氧树脂胶与超薄玻璃之间产生气泡，并在四周用一定量的塑料卡具暂将玻璃和铝合金基底固定在一起，硅橡胶塑料辊筒在超薄玻璃表面反复来回碾轧30min，一方面是消除环氧树脂胶中的气泡，使铝合金基底、环氧树脂胶及超薄玻璃紧密结合，另一方面是将多余的环氧树脂胶从玻璃边缘轧出，随着环氧树脂胶厚度的减小，在碾轧的同时逐渐拧紧卡具，确保超薄玻璃能够与铝合金基底紧密贴合；
4.将步骤3）制得的铝合金基底连同其有机/无机复合防护层在20℃下固化70min，固化完全后将四周的卡具去除，然后将四周轧出的固化环氧树脂胶清除并对整个有机/无机复合防护层边缘进行结构打磨消除边缘的锋利部分，最终在铝合金基底上得到厚度为0.15mm的有机/无机复合防护层。
实施例6
1.依次使用100目和200目砂纸对弯曲度为20%的曲面铝合金基底进行打磨，确保基底表面平整、没有小颗粒凸起，打磨时间为5 min，然后先将打磨好的铝合金基底用丙酮进行超声清洗10 min，去除铝合金基底表面的碎屑颗粒及油渍，再用无水乙醇进行超声清洗10min，超声清洗中丙酮和乙醇浸没过铝合金基底即可，随后80℃干燥20min，使打磨后的铝合金基底表面干燥、洁净无污渍；
2.在步骤1）所得的铝合金基底表面上均匀刷涂一层厚3mm的硅橡胶粘合剂，用毛刷反复涂覆5 min以使铝合金基底表面（凹坑、划痕等微尺寸表面缺陷）被硅橡胶粘合剂覆盖；
3.在步骤2）所得铝合金基底的硅橡胶粘合剂上贴附一层厚度为0.15mm、莫氏硬度为5.2、体阻率为2.12×1013 Ω•cm的超薄玻璃，一边贴附一边用硅橡胶塑料辊筒沿着贴附方向（从铝合金基底的一端开始逐渐向另一端贴合）缓慢辊压，避免在硅橡胶粘合剂与超薄玻璃之间产生气泡，并在四周用一定量的塑料卡具暂将玻璃和铝合金基底固定在一起，硅橡胶塑料辊筒在超薄玻璃表面反复来回碾轧20min，一方面是消除硅橡胶粘合剂中的气泡，使铝合金基底、硅橡胶粘合剂及超薄玻璃完全紧密结合，另一方面是将多余的硅橡胶粘合剂从玻璃边缘轧出，随着硅橡胶粘合剂厚度的减小，在碾轧的同时逐渐拧紧卡具，确保超薄玻璃能够与铝合金基底紧密贴合；
4.将步骤3）制得的铝合金基底连同其有机/无机复合防护层在20℃下固化24h，固化完全后将四周的卡具去除，然后将四周轧出的固化硅橡胶粘合剂清除并对整个有机/无机复合防护层边缘进行结构打磨消除边缘的锋利部分，最终在铝合金基底上得到厚度为0.18mm的有机/无机复合防护层。
实施例7
1.使用200目砂纸对平面金属铜基底进行打磨，确保基底表面平整、没有小颗粒凸起，打磨时间为5 min，然后先将打磨好的铜基底用丙酮进行超声清洗20 min，去除铜基底表面的碎屑颗粒及油渍，再用无水乙醇进行超声清洗10 min，超声清洗中丙酮和乙醇浸没过铜基底即可，随后80℃干燥10min，使打磨后的铜基底表面干燥、洁净无污渍；
2.在步骤1）所得的铜基底表面上均匀刮涂一层厚2mm的硅橡胶粘合剂，用毛刷反复涂覆3 min以使铜基底表面（凹坑、划痕等微尺寸表面缺陷）被硅橡胶粘合剂覆盖；
3.在步骤2）所得铜基底的硅橡胶粘合剂上贴附一层厚度为0.12 mm、莫氏硬度为5.1、体阻率为1.02×1013 Ω•cm的超薄玻璃，一边贴附一边用硅橡胶塑料辊筒沿着贴附方向（从铜基底的一端开始逐渐向另一端贴合）缓慢辊压，避免在硅橡胶粘合剂与超薄玻璃之间产生气泡，并在四周用一定量的塑料卡具暂将玻璃和铜基底固定在一起，硅橡胶塑料辊筒在超薄玻璃表面反复来回碾轧30min，一方面是消除硅橡胶粘合剂中的气泡，使铜基底、硅橡胶粘合剂及超薄玻璃完全紧密结合，另一方面是将多余的硅橡胶粘合剂从玻璃边缘轧出，随着硅橡胶粘合剂厚度的减小，在碾轧的同时逐渐拧紧卡具，确保超薄玻璃能够与铜基底紧密贴合；
4.将步骤3）制得的铜基底连同其有机/无机复合防护层在20℃下固化20h，固化完全后将四周的卡具去除，然后将四周轧出的固化硅橡胶粘合剂清除并对整个有机/无机复合防护层边缘进行结构打磨消除边缘的锋利部分，最终在铜基底上得到厚度为0.15 mm的有机/无机复合防护层。

Claims (7)

1.一种金属表面复合防护层，包括金属基底，其特征在于：在金属基底表面涂覆一层有机胶，在有机胶表面粘附一层厚0.12~0.30 mm的超薄玻璃。
2.根据权利要求1所述一种金属表面复合防护层，其特征在于：所述有机胶为有机硅胶、环氧树脂胶或硅橡胶中任一种。
3.根据权利要求1所述一种金属表面复合防护层，其特征在于：所述金属基底为钢铁、铝合金和金属铜，金属基底为平面或曲面。
4.一种金属表面复合防护层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）.使用80~200目砂纸对金属基底进行打磨，打磨时间为5~15 min，然后用丙酮将打磨好的金属基底进行超声清洗10~20 min，随后再用无水乙醇对玻璃基底进行超声清洗10~20min，超声清洗中丙酮和乙醇浸没过金属基底即可，随后80℃干燥10~30 min；
2）.在步骤1）所得的金属基底表面上均匀涂覆一层厚1~3mm的有机胶，用毛刷或刮刀反复涂覆2~5 min以使金属基底表面被有机胶覆盖；
3）.在步骤2）所得金属基底的有机胶上贴附一层厚度为0.12~0.30 mm、莫氏硬度为5.1~5.8、体阻率为1.02×1013~1.33×1015 Ω•cm的超薄玻璃，一边贴附一边用硅橡胶塑料辊筒沿着贴附方向缓慢辊压，并在四周用一定量的塑料卡具暂将玻璃和金属基底固定在一起，硅橡胶塑料辊筒在超薄玻璃表面反复来回碾轧10~30min，确保超薄玻璃能够与基底紧密贴合；
4）.将步骤3）制得的金属基底连同其有机/无机复合防护层在20~100℃固化5 min~24h，固化后将四周的卡具去除，然后将四周轧出的固化有机胶清除并对整个有机/无机复合防护层边缘进行结构打磨消除边缘的锋利部分，最终在金属基底上得到厚度为0.15~0.33 mm的有机/无机复合防护层。
5.根据权利要求1或4所述一种金属表面复合防护层，其特征在于：所述金属基底上复合防护层厚度为0.15~0.20 mm。
6.根据权利要求1或4所述一种金属表面复合防护层，其特征在于：所述金属基底上复合防护层厚度为0.21~0.25 mm。
7.根据权利要求1或4所述一种金属表面复合防护层，其特征在于：所述金属基底上复合防护层厚度为0.26~0.33mm。
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