CN113088963B - 一种在金属件微区域上制备含硅防腐涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在金属件微区域上制备含硅防腐涂层的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将含硅有机物溶于乙醇溶液中得到前驱体溶液；(2)将金属件清洗后，用滤纸吸干表面水分，浸渍在前驱体溶液中5‑30min后，取出金属件，放置在通风橱中自然干燥，得到金属基底；(3)将金属基底置于等离子体装置中，进行放电处理，得到防腐涂层。本发明可实现金属微区域的防腐镀膜，有效解决精密元件在局部微区域的涂层防腐问题，操作简便，重复性高，适用范围广。

Description

一种在金属件微区域上制备含硅防腐涂层的方法

技术领域

本发明涉及材料表面改性技术领域，尤其是涉及一种利用等离子体装置在金属件微区域上制备含硅防腐涂层的方法。

背景技术

金属由于其优异的机械性能和较高的性价比被广泛用于各个领域，如电动车、汽车、航空航天、建筑材料等领域。腐蚀不仅使金属和合金材料造成巨大损失，影响设备的使用寿命，而且设备的维修周期缩短，增加了非生产时间和修理费用；此外，设备腐蚀还可能引起的爆炸、火灾等事故，造成巨大的经济损失甚至危及人的生命。因此，金属件的防腐研究具有重要意义。目前为了防止金属件腐蚀，除了选择合适的耐腐材料和添加缓蚀剂外，最常用的一种方法就是进行金属件表面改性，如防腐涂层等。含硅涂层具有结构致密、硬度高、耐腐蚀等优势，被大量运用在电子元件、光电器件、显示器件、航空材料等领域。经过涂层改性后的金属件具有良好的腐蚀效果，不仅能延长设备的使用寿命，降低生产成本，还能提高金属件的机械性能。

近年来，随着微纳加工技术的成熟，各类器件逐渐往微型化、集成化、模块化和功能化方向发展，如集成电路板、电子配件、医用探针等。传统的镀膜技术通常使用有机溶剂，而且处理面积大，很难精准在微区域上进行精准镀膜。微等离子体是一种至少在一个维度限制在亚毫米级别的等离子体，它具有活性高、反应快、不需要使用有机溶剂、且能加工成精细电极等优点，有望成为一种在指定微区域上进行材料改性的手段。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种在金属件微区域上制备含硅防腐涂层的方法。本发明利用含硅有机物溶于乙醇中实现金属浸渍，利用微电极等离子体，实现对金属件表面的微区域的改性，可实现防腐镀膜，有效解决精密元件在局部微区域的涂层防腐问题，操作简便，重复性高，适用范围广。

本发明的技术方案如下：

一种在金属件微区域上制备含硅防腐涂层的方法，包括以下步骤：

(1)将含硅有机物溶于乙醇溶液中得到前驱体溶液，备用；

(2)将金属件清洗后，用滤纸吸干表面水分，浸渍在步骤(1)制备的前驱体溶液中5-30min后，取出金属件，放置在通风橱中自然干燥，得到金属基底，备用；

(3)将步骤(2)制备的金属基底置于等离子体装置中，进行放电处理，得到防腐涂层。

所述金属件为铁、铜、钢、金属合金中的一种。

所述铁为铸铁；铜为无锡青铜；钢为碳素钢或合金钢，所述合金钢为碳锰钢、镍钢、锰钼钢中的一种；金属合金为铜锌合金、铜锡合金、铝合金、钛合金、镁合金中的一种。

步骤(1)中的含硅有机物为双(二甲基氨基)二甲基硅烷、十三氟代正辛基硅烷、四甲氧基硅氧烷、四乙氧基硅氧烷、六甲基二硅氧烷、四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、六甲基二硅氨烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、六甲基二硅氧烷、正辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、三甲氧基氢硅氧烷、苯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、三乙基乙烯基硅烷、六乙基环三硅氧烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、苯基三(三甲基硅氧烷基)硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、二甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、三苯基氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、三氟丙基三氯硅烷、三氟丙基甲基二氯硅烷、二甲基苯基氯硅烷、三丁基氯硅烷、苄基二甲基氯硅烷、六甲基二硅烷基胺、六甲基环三硅烷氨基、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅醚中的一种。

步骤(1)中的前驱体中含硅有机物的体积浓度为0.1％～2％，所述乙醇溶液中乙醇的浓度为75％。

步骤(2)中清洗使用超声波清洗机，超声时间10-30min。

步骤(3)中的等离子体装置包括：氩气瓶，三维移动装置，等离子体电源和微电极。

所述氩气瓶通过流量调节阀与三维移动装置连接，三维移动装置上固定有微电极。

所述的微电极的直径为0.5～4mm。

步骤(3)中的等离子体装置进行涂膜的步骤为：

将微电极固定在三维移动装置上，将金属基底放在三维移动装置的配套底板上，设置微电极功率参数为5-20w设置三维移动装置的移动方式为普通移动，用三维移动装置将微电极移动到金属件的上方，打开氩气瓶通氩气，利用流量调节阀调节流量为60％，打开等离子体电源，进行放电处理，得到防腐涂层。

所述的微电极位于金属基底上方1～3mm处。

所述放电处理时间为1～15min。

本发明有益的技术效果在于：

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明利用微电极等离子体，可以通过选择电极尺寸对金属件表面的微区域进行改性，微区域不管多小，根据微区域的尺寸，配套相应的尺寸的微电极，均可实现防腐镀膜，因此有效解决精密元件在局部微区域的涂层防腐问题。同时由于微电极等离子体活性高，局部能量大，可以迅速反应，极短时间完成镀膜，从而不影响正常生产。

(2)本发明利用将三维移动装置与微电极相耦合构成移动式微等离子体，通过编程输入装置后，电极按照程序移动可构建在不同位置不同形状，从而达到智能调控处理区域。

(3)本发明的制备方法中选用含硅有机物为硅前驱体，原料来源简单，安全指数高，并且由此形成的含硅薄膜硬度高，致密性好，防腐蚀能力强。同时调变性强，该方法可以能根据设备要求，灵活调变前驱体类型，进而改变涂层的性能，满足不同工艺要求，方法适用范围广。

(4)本发明的制备方法，操作简便，重复性高。

附图说明

图1为本发明的实验步骤图。

图2为本发明的实验设备示意图。

图中：1、氩气瓶；2、三维移动装置；3、等离子体电源；4、金属基底；5、三维移动装置的配套底板；6、微电极。

图3为本发明实施例1制得的含硅防腐涂层的接触角。

图4为本发明实施例2制得的含硅防腐涂层的接触角。

图5为本发明实施例2制得的含硅防腐涂层的SEM图。

图6为本发明实施例3制得的含硅防腐涂层的接触角。

图7为本发明实施例4制得的含硅防腐涂层的接触角。

图8为本发明实施例5制得的含硅防腐涂层的接触角。

图9为本发明实施例6制得的含硅防腐涂层的接触角。

图10为本发明对比例1制得的含硅防腐涂层的接触角。

图11为本发明实施例1制得的含硅防腐涂层的超景深图。

图12为本发明实施例7制得的含硅防腐涂层的超景深图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。

实施例1

将10uL的十三氟代正辛基硅烷与990uL，75％的乙醇配成体积浓度为1.0％的前驱体后备用。将锌件放入乙醇水溶液中超声清洗10min，用滤纸吸干表面少量残余液体后，浸渍在制备好的前驱体溶液中10min后，取出锌件，放置在通风橱中自然干燥，得到锌金属基底，备用。

将直径为1.0mm的微电极固定在三维移动装置上，将锌金属基底放在三维移动装置的配套底板上，设置微电极功率参数为10w设置三维移动装置的移动方式为普通移动，用三维移动装置将微电极移动到锌金属基底的上方2mm，打开氩气瓶通氩气，利用流量调节阀调节流量为60％，打开等离子体电源，进行放电处理1min，得到防腐涂层。取本实施例所得镀膜后的金属件，利用接触角仪器进行测试，测试结果如图3所示。利用超景深进行测试，测试结果如图11。

实施例2

处理工艺及操作条件同实施例1，不同在于：前驱体选取双(二甲基氨基)二甲基硅烷。利用接触角仪器进行测试，测试结果如图4所示。取上述镀膜金属片进行扫描电镜检测，结果如图5所示。

对比实例1、2可以看出，不同的前驱体类型可以改变金属表面亲疏水。

实施例3

处理工艺及操作条件同实施例1，不同在于：选用体积浓度为2％的前驱体。利用接触角仪器进行测试，测试结果如图6所示。

实施例4

处理工艺及操作条件同实施例1，不同在于：选用体积浓度为0.5％的前驱体。利用接触角仪器进行测试，测试结果如图7所示。

对比实例1、3、4可以看出，改变前驱体浓度可以调控接触角大小，从而达到不同的疏水效果要求。

实施例5

处理工艺及操作条件同实施例1，不同在于：选用合金钢。利用接触角仪器进行测试，测试结果如图8所示。

实施例6

处理工艺及操作条件同实施例1，不同在于：选用铜金属件。利用接触角仪器进行测试，测试结果如图9所示。

对比实例1、5、6可以看出，金属件本身物性对涂层无明显影响，该方法对不同的金属件都可以达到同等疏水效果，应用范围广泛。

实施例7

处理工艺及操作条件同实施例1，不同在于：前驱体溶液采用点滴的形式。利用超景深进行测试，测试结果如图12所示。

对于实例1、7可以看出，采用浸渍方法处理的金属件进行镀膜后，镀膜更加平整均匀。

实施例8

将20uL的二苯基二乙氧基硅烷与980uL，75％的乙醇配成体积浓度为2％的前驱体后备用。将碳素钢件放入乙醇水溶液中超声清洗30min，用滤纸吸干表面少量残余液体后，浸渍在制备好的前驱体溶液中18min后，取出碳素钢件，放置在通风橱中自然干燥，得到碳素钢金属基底，备用。

将直径为2mm的微电极固定在三维移动装置上，将碳素钢金属基底放在三维移动装置的配套底板上，设置微电极功率参数为10w设置三维移动装置的移动方式为普通移动，用三维移动装置将微电极移动到碳素钢金属基底的上方2mm，打开氩气瓶通氩气，利用流量调节阀调节流量为60％，打开等离子体电源，进行放电处理8min，得到防腐涂层。

实施例9

将5uL的六甲基二硅醚与995uL，75％的乙醇配成体积浓度为0.5％的前驱体后备用。将锡铜合金件放入乙醇水溶液中超声清洗15min，用滤纸吸干表面少量残余液体后，浸渍在制备好的前驱体溶液中30min后，取出锡铜合金件，放置在通风橱中自然干燥，得到锡铜合金基底，备用。

将直径为4mm的微电极固定在三维移动装置上，将锡铜合金基底放在三维移动装置的配套底板上，设置微电极功率参数为10w设置三维移动装置的移动方式为普通移动，用三维移动装置将微电极移动到锡铜合金基底的上方3mm，打开氩气瓶通氩气，利用流量调节阀调节流量为60％，打开等离子体电源，进行放电处理15min，得到防腐涂层。

实施例10

将1uL的四乙氧基硅氧烷与999uL，75％的乙醇配成体积浓度为0.1％的前驱体后备用。将铸铁件放入乙醇水溶液中超声清洗20min，用滤纸吸干表面少量残余液体后，浸渍在制备好的前驱体溶液中5min后，取出铸铁件，放置在通风橱中自然干燥，得到铸铁金属基底，备用。

将直径为0.5mm的微电极固定在三维移动装置上，将铸铁金属基底放在三维移动装置的配套底板上，设置微电极功率参数为10w设置三维移动装置的移动方式为普通移动，用三维移动装置将微电极移动到铸铁金属基底的上方1mm，打开氩气瓶通氩气，利用流量调节阀调节流量为60％，打开等离子体电源，进行放电处理1min，得到防腐涂层。

以上10个实例均采用同一电极进行多次处理，电极可以多次重复循环利用，处理多次不会改变电极表面特性。

对比例1

处理工艺及操作条件同实施例1，不同在于：不引入乙醇溶液，选用纯的前驱体。利用接触角仪器进行测试，测试结果如图10所示。

对比实例1和对比例1可以看出，直接利用纯的含硅有机物的与引入乙醇溶剂后相比，引入乙醇后疏水性更好，防腐能力更强。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种在精密元件的金属件微区域上制备含硅防腐涂层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）将含硅有机物溶于乙醇溶液中得到前驱体溶液，备用；

（2）将金属件清洗后，用滤纸吸干表面水分，浸渍在步骤（1）制备的前驱体溶液中5-30min后，取出金属件，放置在通风橱中自然干燥，得到金属基底，备用；

（3）将步骤（2）制备的金属基底置于等离子体装置中，进行放电处理，得到防腐涂层；

所述步骤（1）中的前驱体中含硅有机物的体积浓度为0.1%~2%，所述乙醇溶液中乙醇的浓度为75%；所述步骤（2）中清洗使用超声波清洗机，超声时间10-30min；

所述步骤（3）中的等离子体装置包括：氩气瓶（1），三维移动装置（2），等离子体电源（3）和微电极（6）；

所述氩气瓶（1）通过流量调节阀与三维移动装置（2）连接，三维移动装置（2）上固定有微电极（6）；

所述的微电极（6）的直径为0.5~4 mm；

利用所述步骤（3）中的等离子体装置进行涂膜的步骤为：

将微电极（6）固定在三维移动装置（2）上，将金属基底（4）放在三维移动装置的配套底板（5）上，设置微电极（6）功率参数，设置三维移动装置（2）的移动方式，用三维移动装置（2）将微电极（6）移动到金属基底（4）的上方，打开氩气瓶（1）通氩气，利用流量调节阀调节流量，打开等离子体电源（3），进行放电处理，得到防腐涂层。

2.根据权利要求1所述制备含硅防腐涂层的方法，其特征在于，所述金属件为铸铁、无锡青铜、碳素钢、碳锰钢、镍钢、锰钼钢、铜锌合金、铜锡合金、铝合金、钛合金、镁合金中的一种。

3.根据权利要求1所述制备含硅防腐涂层的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的含硅有机物为双（二甲基氨基）二甲基硅烷、十三氟代正辛基硅烷、四甲氧基硅氧烷、四乙氧基硅氧烷、六甲基二硅氧烷、四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、六甲基二硅氨烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷、三甲氧基氢硅氧烷、苯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、三乙基乙烯基硅烷、六乙基环三硅氧烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、苯基三(三甲基硅氧烷基)硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、二甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、三苯基氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、三氟丙基三氯硅烷、三氟丙基甲基二氯硅烷、二甲基苯基氯硅烷、三丁基氯硅烷、苄基二甲基氯硅烷、六甲基二硅烷基胺、六甲基环三硅烷氨基、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅醚中的一种。

4.根据权利要求1所述制备含硅防腐涂层的方法，其特征在于，所述微电极（6）功率参数为5-20w；所述三维移动装置（2）的移动方式为普通移动；所述调节流量是指调节流量为60%。

5.根据权利要求1所述制备含硅防腐涂层的方法，其特征在于，所述的微电极（6）位于金属基底（4）上方1~3 mm处。

6.根据权利要求1所述制备含硅防腐涂层的方法，其特征在于，所述放电处理时间为1~15 min。

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