CN111020591B - 一种疏水性表面抛光的铝合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种疏水性表面抛光的铝合金的制备方法，本发明使用磷酸、硝酸作为抛光液，在抛光液中加入了还原性酸抗坏血酸和还原性的多聚甲醛，从而在抛光中，能够有效的抑制由于硝酸的强氧化性所导致经抛光后的铝合金表面容易形成一层氧化膜，增加了铝合金材料的表面光泽。将经抛光后的铝合金材料，通过涂覆疏水性的改性的二氧化钛纳米粒子，一方面能够保持原来铝合金材料的表面光泽，另一方面使得经涂覆后的铝合金材料表面具有更高的疏水性，从而可以避免铝合金材料在户外经雨水冲洗后留下水痕。

Description

一种疏水性表面抛光的铝合金的制备方法
技术领域
本发明属于合金领域，具体地，涉及一种疏水性表面抛光的铝合金的制备方法。
背景技术
铝及铝合金是有色金属中应用最广泛的材料之一，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶，建筑，装修及化学工业中已大量应用。然而，由于铝的标准电极电位较负，铝及铝合金零件在潮湿大气中容易发生点蚀，在使用过程中易发生腐蚀，影响其性能和外观，须经表面处理后才能使用。通过成熟的热喷涂在铝合金基体上喷涂致密的防腐涂层能够有效增加铝合金的防腐能力。
现有的铝合金抛光大都采用由磷酸、硫酸和硝酸共同组成的抛光液内进行抛光，由于硝酸是强氧化剂，而铝具有强还原性，故当将铝合金放置在抛光液内时，由于硝酸分解速度极快，且会产生大量黄烟，另一方面，由于硝酸、硫酸的强氧化性导致经抛光后的铝合金表面容易形成一层氧化膜，从而造成抛光铝合金表面亮暗交替，成品率低。
在实际应用中，由于铝合金材料暴露在户外，经雨水冲洗后会留下水痕，对于高空作业不易进行清洗，影响美观。因此，开发一种既能保证铝合金表面光泽，又能具有更好的自清洁功能的铝合金材料具有重大的意义。
基于现有技术中所存在的问题，本发明提供了一种疏水性表面抛光的铝合金的制备方法，相对于现有技术，本发明存在以下有益效果：
本发明的抛光液中加入了还原性酸抗坏血酸和还原性的多聚甲醛，从而在抛光中，能够有效的抑制由于硝酸的强氧化性所导致经抛光后的铝合金表面容易形成一层氧化膜，增加了铝合金材料的表面光泽。
将经抛光后的铝合金材料，通过涂覆疏水性的改性的二氧化钛纳米粒子，一方面能够保持原来铝合金材料的表面光泽，另一方面使得经涂覆后的铝合金材料表面具有更高的疏水性，从而可以避免铝合金材料在户外经雨水冲洗后留下水痕。
为了解决本发明的问题，本发明采用了以下技术方案：
一种疏水性表面抛光的铝合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤(A)：铝合金材料的预处理：将铝合金材料浸入有机溶剂中超声处理，用去离子水清洗；将清洗过的铝合金材料依次经酸脱脂、碱性除油液处理后，再用去离子水清洗，得到基底材料；
步骤(B)：配制抛光液，以100重量份计，按照以下组分比例配置抛光液：
Figure BDA0002309561360000021
Figure BDA0002309561360000031
步骤(C)：将经步骤(A)预处理过的铝合金放入步骤(B)所配制的抛光液中，控制抛光液的温度在40-60℃，处理0.5-1min；处理后在60℃下进行真空干燥；
步骤(D)：a.将钛前驱体加入到无水乙醇中，进行充分搅拌；然后缓慢滴入去离子水，并用稀盐酸调节pH为1-2，于室温下充分搅拌后制备得到二氧化钛溶胶；
b.向步骤a所得的二氧化钛溶胶中加入非离子型表面活性剂，并于160-180℃下进行水热反应得到表面修饰的二氧化钛纳米颗粒；
c.待步骤b得到的二氧化钛纳米颗粒加入到无水乙醇中，充分分散均匀；
步骤(E)：将步骤(D)所得的分散液均匀喷涂到经步骤(C)抛光处理过的铝合金材料上，真空干燥30min，得到所述的。
在本发明的技术方案中，其中，步骤(A)中所述的有机溶剂选自丙酮、乙酸乙酯、正己烷、环己烷、乙醇、氯仿中的任意一种。
在本发明的技术方案中，其中，步骤(A)中的酸脱脂使用的酸性除油液为磷酸或硫酸溶液，所述的酸性除油液中还含有十二烷基苯磺酸钠；其中，所述的碱性除油液为：氢氧化钠或碳酸钠的水溶液，所述的碱性除油液中还含有硅酸钠。
在本发明的技术方案中，其中，步骤(B)中所述的消泡剂为甲基硅油、BYK-051、BYK-066中的任意一种，优选为甲基硅油。
在本发明的技术方案中，其中，步骤(B)中所述的流平剂为聚甲基苯基硅氧烷，聚丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯中的任意一种，优选为聚甲基苯基硅氧烷。
在本发明的技术方案中，其中，步骤(D)中所述钛前驱体为氢氧化钛、四氯化钛或者钛酸正四丁酯，优选为钛酸正四丁酯。
在本发明的技术方案中，其中，步骤(D)中的非离子型表面活性剂为聚乙烯型非离子表面活性剂，优选为辛烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚和壬烷基酚中的任意一种。
在本发明的技术方案中，其中，所述步骤(E)中的喷涂方法为空气喷涂、高压无气喷涂，或者浸涂中的一种
附图说明：
图1：本发明实施例1制备方法得到的铝合金材料表面的接触角示意图
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
步骤(A)：将铝合金(100mm×20mm×5mm)浸入200mL丙酮中，在室温下进行超声处理30min，超声频率为100KHz，超声功率为200W，超声结束后，用去离子水清洗铝合金表面1min；将清洗后的铝合金浸入酸性除油液中于60℃下进行脱脂处理10min，其中，所述的酸性除油液为含有磷酸，十二烷基苯磺酸钠的水溶液，其中磷酸的浓度为0.5mol/L，十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.2mol/L，待脱脂处理结束后，用去离子水清洗1min；将经脱脂后的铝合金浸入碱洗除油液中于60℃下进行处理10min，所述的碱洗除油液为浓度为0.5mol/L的碳酸钠溶液和0.2mol/L的硅酸钠溶液形成的混合溶液；
步骤(B)：按照重量比例(总重量为100份计)称取10份磷酸(质量分数为85％)，8份硝酸(质量分数为98％)，3份氢氟酸(质量分数为98％)，1份抗坏血酸，1份多聚甲醛(质量分数95％)，2份聚乙二醇二缩水甘油醚，0.5份乙二胺四乙酸，1份甲基硅油，1份聚甲基苯基硅氧烷，余量为水，制备形成抛光液；
步骤(C)：将步骤(B)所得的抛光液倒入至抛光槽内，并将抛光液加热至60℃，然后将经步骤(A)处理过的铝合金置入抛光槽内抛光1分钟，之后将铝合金取出用去离子水清洗干净后于60℃下进行真空干燥备用，同时观察铝合金表面特性具有较高的表面亮度，且表面无条纹或花纹；
步骤(D)：a.称取1mol(340g)钛酸正四丁酯加入到5L无水乙醇中，进行充分搅拌；然后缓慢滴入去离子水，并用稀盐酸调节pH为1-2，于室温下充分搅拌后制备得到二氧化钛溶胶；b.向步骤a所得的二氧化钛溶胶中加入非离子型表面活性剂辛烷基酚聚氧乙烯醚5g，并于160-180℃下进行水热反应得到表面修饰的二氧化钛纳米颗粒；
c.将步骤b得到的二氧化钛纳米颗粒加入到500mL无水乙醇中，充分分散均匀备用；
步骤(E)：将步骤(D)所制备得到的二氧化钛纳米颗粒分散液利用空气喷涂法均匀喷涂到步骤(C)所得的铝合金材料上，其中，控制喷涂速率为100mg/h，喷涂时间为10min，并于60℃下真空干燥，固化，在铝合金基底材料表面分布形成均匀分布的涂覆层，观察铝合金表面的特性并测试。
对比例1：
步骤(A)：将铝合金(100mm×20mm×5mm)浸入200mL丙酮中，在室温下进行超声处理30min，超声频率为100KHz，超声功率为200W，超声结束后，用去离子水清洗铝合金表面1min；将清洗后的铝合金浸入酸性除油液中于60℃下进行脱脂处理10min，其中，所述的酸性除油液为含有磷酸，十二烷基苯磺酸钠的水溶液，其中磷酸的浓度为0.5mol/L，十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.2mol/L，待脱脂处理结束后，用去离子水清洗1min；将经脱脂后的铝合金浸入碱洗除油液中于60℃下进行处理10min，所述的碱洗除油液为浓度为0.5mol/L的碳酸钠溶液和0.2mol/L的硅酸钠溶液形成的混合溶液；
步骤(B)：按照重量比例(总重量为100份计)称取10份磷酸(质量分数为85％)，8份硝酸(质量分数为98％)，3份氢氟酸(质量分数为98％)，2份聚乙二醇二缩水甘油醚，0.5份乙二胺四乙酸，1份甲基硅油，1份聚甲基苯基硅氧烷，余量为水，制备形成抛光液；
步骤(C)：将步骤(B)所得的抛光液倒入至抛光槽内，并将抛光液加热至60℃，然后将经步骤(A)处理过的铝合金置入抛光槽内抛光1分钟，之后将铝合金取出用去离子水清洗干净后于60℃下进行真空干燥备用，同时观察铝合金表面特性，试验结果发现，铝合金材料在经未加入抗坏血酸和多聚甲醛作为还原性试剂的抛光液抛光后表面形成大约5微米的氧化膜，表面光泽明细暗于实施例1方法得到的铝合金材料。
接触角测量
采用表面接触角测定仪为试验测量仪器，其主要参数为：接触角范围0-180°，精度为0.1°，试验采用静滴法，水滴的大小为5μL，实验结果如附图1所示，从图1所得结果可以看出，经本发明实施例方法所得到的铝合金材料与水的接触角为154°，说明本发明的铝合金材料经处理后具有较高的疏水性，能够具有良好的自清洁功能，同时经观察仍然保持较好的光泽亮度。
以上所列举实例仅为陈述本发明的具体操作，不用与限制本发明所要求的保护的权利范围。凡与本发明权利要求所述的步骤、结构、原理类似实验结论，均应包括在本发明权利要求范围内。

Claims (12)

1.一种疏水性表面抛光的铝合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤(A)：铝合金材料的预处理：将铝合金材料浸入有机溶剂中超声处理，用去离子水清洗；将清洗过的铝合金材料依次经酸脱脂、碱性除油液处理后，再用去离子水清洗，得到基底材料；
步骤(B)：配制抛光液，以100重量份计，按照以下组分比例配置抛光液：
Figure FDA0002904128430000011
步骤(C)：将经步骤(A)预处理过的铝合金放入步骤(B)所配制的抛光液中，控制抛光液的温度在40-60℃，处理0.5-1min；处理后在60℃下进行真空干燥；
步骤(D)：a.将钛前驱体加入到无水乙醇中，进行充分搅拌；然后缓慢滴入去离子水，并用稀盐酸调节pH为1-2，于室温下充分搅拌后制备得到二氧化钛溶胶；
b.向步骤a所得的二氧化钛溶胶中加入非离子型表面活性剂，并于160-180℃下进行水热反应得到表面修饰的二氧化钛纳米颗粒；
c.待步骤b得到的二氧化钛纳米颗粒加入到无水乙醇中，充分分散均匀；
步骤(E)：将步骤(D)所得的分散液均匀喷涂到经步骤(C)抛光处理过的铝合金材料上，真空干燥30min，得到所述的疏水性表面抛光的铝合金。
2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(A)中所述的有机溶剂选自丙酮、乙酸乙酯、正己烷、环己烷、乙醇、氯仿中的任意一种。
3.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(A)中的酸脱脂使用的酸性除油液为磷酸或硫酸溶液，所述的酸性除油液中还含有十二烷基苯磺酸钠；其中，所述的碱性除油液为：氢氧化钠或碳酸钠的水溶液，所述的碱性除油液中还含有硅酸钠。
4.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(B)中所述的消泡剂为甲基硅油、BYK-051、BYK-066中的任意一种。
5.如权利要求4所述的方法，其中，步骤(B)中所述的消泡剂为甲基硅油。
6.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(B)中所述的流平剂为聚甲基苯基硅氧烷，聚丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯中的任意一种。
7.如权利要求6所述的方法，其中，步骤(B)中所述的流平剂为聚甲基苯基硅氧烷。
8.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(D)中所述钛前驱体为氢氧化钛、四氯化钛或者钛酸正四丁酯。
9.如权利要求8所述的方法，其中，步骤(D)中所述钛前驱体为钛酸正四丁酯。
10.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(D)中的非离子型表面活性剂为聚乙烯型非离子表面活性剂。
11.如权利要求10所述的方法，其中，步骤(D)中的非离子型表面活性剂为辛烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚和壬烷基酚中的任意一种。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(E)中的喷涂方法为空气喷涂、高压无气喷涂，或者浸涂中的一种。
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