CN114752935A - 防腐防污功能一体化的改性铁基非晶复合涂层和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种防腐防污功能一体化的改性铁基非晶复合涂层和制备方法，属于涂层领域。该复合涂层包括表面羟基化改性后的铁基非晶涂层和涂覆在非晶涂层上的纳米二氧化硅增强水凝胶，利用非晶涂层表面外露的羟基与纳米增强水凝胶产生化学键合，能大幅度提升水凝胶和非晶涂层之间的结合强度，有效结合了铁基非晶涂层优异的耐腐蚀性与水凝胶涂层的广谱防污性能，实现海洋环境中复合涂层防腐防污一体化的功能。本发明方法工艺简单，成本较低，且可有效提高水凝胶与无孔涂层间的结合强度，该复合涂层在海洋防污领域具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于涂层技术领域，更具体地，涉及一种防腐防污功能一体化改性铁基非晶复合涂层及其制备方法。
背景技术
海洋环境十分苛刻复杂，传统金属材料若不采用有效防护错误，在海洋环境服役时通常会在较短时间内发生严重的腐蚀。腐蚀不仅降低材料使用寿命、增加维护成分，严重时还危害生命与环境安全。铁基非晶涂层作为新型表面防污材料，兼具高耐蚀性和高耐磨性，其优良的耐腐蚀能力，在海洋工程、国防军事等领域呈现出广阔的应用前景。
此外，在海洋环境中，除了海水腐蚀之外，还伴随着严重的生物污损。非晶涂层防腐性能优异，但几乎没有防海洋生物污损的能力。海洋污损生物也称海洋附着生物，是生长在船底和船中一切设施表面的动物植物和微生物。海洋污损生物种类繁多，其中危害较大且常见的有藤壶、牡蛎、海藻等，他们大多生存于海岸及港湾处。污损生物的附着会增加行船阻力、降低行船速度、增加能源消耗、增加清洗次数，甚至造成生物入侵。为减轻污损生物对材料的巨大破坏，防污涂层的开发显得极为重要。大部分防污涂层均采用防污剂，而防污剂的广谱杀生性会对环境造成不可避免的破坏。
水凝胶是亲水性高分子与水分子形成的凝胶体系，具有三联互联网络结构，可以在水中溶胀却不溶解的。在海洋环境中，水凝胶的高度亲水表面会在吸水后形成动态水化层，具有良好的污损阻止效果。水凝胶涂层防污剂含量少、防污效果好，成为新一代防污涂层，作为软性亲水性材料表现出对多种海洋生物污损的优异防污能力。水凝胶涂层虽然具有环境友好性以及较好的防海洋生物附着的性能，但是在无孔金属表面等存在结合力差，服役过程容易与基体材料剥离等缺点，导致防污寿命和效果大大降低。
其中，对水凝胶进行改性的方法主要有：(1)纳米复合水凝胶，将纳米粒子通过物理吸附或者化学交联的方式引入到聚合物基体中能够提高复合材料的力学性能。纳米粒子在水凝胶中形成无数的交联中心，可以提升材料的强度和模量，但纳米粒子的团聚问题也成为该种改性方法的一大难题；(2)双网络水凝胶，硬而脆的高度交联聚电解质作为第一刚性网络，低度交联的软而韧的中性高分子聚合物作为第二网络，这样的组合能赋予弹性与延展性。两种网络相互配合可以有效的耗散能量，有效提高水凝胶机械性能，但双网络水凝胶操作过程较为复杂，且粘附效果较差，难以满足在实际领域中大幅生产应用的要求。
而对无孔铁基非晶涂层表面进行改性的方法包括：(1)表面形态学改性，在不改变基体表层化学组成的前提下，对基体表层进行机械加工或机械处理，包含喷丸、光量化处理等，最终目的是达到要求的尺寸、形状、精度和特性，而无法在基体表面产生强化层或附加层；(2)物理化学改性，改变基体材料表面能、表面电荷和表面组成等物化性质以影响材料性能，主要有离子注入、激光表面熔覆、溅射镀膜、化学气相沉积等。物理化学改性成本较高、并且对于后续的高分子复合涂层的结合无法起到较好的提升效果，难以应用在海洋环境中：(3)生物化学改性，将有机高分子物质或官能团引入基体表面使其具有更直接且优良的表面活性，可用于后续与其他高分子涂层连接，有望广泛应用于海洋防污领域等。主要手段有基于自组装单分子层的化学修饰，通过固—液界面间的化学反应或化学吸附使得活性剂分子一端的反应基于基体表面物质发生自动且连续的化学反应，在基片表面形成化学键连接的、紧密的二维有序自组装单分子膜，层内分子间作用力仍为范德华力和静电力。
简言之，在铁基非晶涂层与水凝胶涂层海洋防腐防污方面，相关技术存在功能单一、涂层与基材结合力差、服役过程中易脱落而失效、无法实现应用等问题，因此开发一种防腐防污功能一体化、环境友好型、结合强度好、工艺简单、成本较低的技术对于海洋领域具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种防腐防污功能一体化改性铁基非晶复合涂层及其制备方法，通过改性铁基非晶涂层和改性水凝胶，解决铁基非常涂层和水凝胶涂层间的界面结合力差的问题，制备获得了强度较高的防腐防污功能一体化的复合涂层，该涂层具有长效的防海洋生物污损的能力与优异的耐腐蚀能力。
为实现上述目的，本发明提供了一种防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层，其包括经过表面羟基化改性的铁基非晶层、层叠在铁基非晶层表面的经纳米二氧化硅改性的水凝胶层，铁基非晶层表面上分布羟基结合位点，羟基结合位点用于与水凝胶中的高分子链产生化学键合，纳米二氧化硅能提供水凝胶中交联位点，用于增大水凝胶的交联密度，实现水凝胶与铁基非晶层表面羟基之间的范德华力增大。
进一步的，铁基非晶层厚度为400μm～600μm，水凝胶层厚度为150μm～300μm。
进一步的，其防污能力和防腐能力采用抗蛋白粘附率来衡量，其抗蛋白黏附率超过80％。
制备如上所述的防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层的方法，其包括如下步骤：
S1：对金属基体进行表面处理，获得洁净且粗糙的表面，
S2：在金属基体上洁净且粗糙的表面放置网格模板，采用热喷涂方式向金属基体表面沉积一层铁基非晶层，
S3：采用酸性溶液对铁基非晶层表面进行羟基化改性处理，
S4：在步骤S3获得的铁基非晶层表面涂覆纳米二氧化硅增强水凝胶，纳米二氧化硅增强水凝胶中包括水凝胶和经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅。
以上发明构思中，金属基体上洁净且粗糙的表面放置网格模板时，热喷涂获得的铁基非晶层具有网格状的喷涂花纹，喷涂花纹可有效增大与水凝胶涂层之间的接触面积。
进一步的，步骤S3中，酸性溶液为食人鱼溶液，所述食人鱼溶液为质量分数98％H2SO4和质量分数70％H2O2混合而成，质量分数98％H2SO4和质量分数70％H2O2的体积比为5:2～7:2。
进一步的，采用酸性溶液对铁基非晶层表面进行羟基化改性处理的具体工艺为：采用食人鱼溶液浸泡铁基非晶层20分钟～40分钟，取出使用去离子水清洗，再浸泡在去离子水中3小时～5小时至完全去除残余溶液。
进一步的，步骤S2中热喷涂方式为超音速火焰喷涂，喷涂移动速度为300～600mm/s，喷涂距离为135～145mm，辅气采用氢气，送粉速度为20-30g/min。
进一步的，纳米二氧化硅增强水凝胶中经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅的质量分数为1％～5％。
进一步的，制备硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅的工艺为：
首先，取甲苯溶液和纳米二氧化硅颗粒混合以配置成悬浊液，然后向悬浊液中加入硅烷偶联剂，进行超声分散，得到均匀混合悬浊液，
接着，将均匀混合悬浊液置于水浴或者油浴环境下，并进行搅拌，以促使硅烷偶联剂与纳米二氧化硅反应，水浴或者油浴的温度为85℃～95℃，水浴或者油浴的时间为7小时～9小时，
然后，将水浴或者油浴环境下反应后的溶液进行多次离心分离和多次超声分散，一次离心分离和一次超声分散的具体过程为：置于高速离心机进行常温分离，高速离心机的转速为11000r/min～13000r/min，获得改性后的纳米二氧化硅，取出后进行超声分散3～4分钟，离心分离与超声分散分别重复4次～7次，
最后，将改性后纳米二氧化硅转移至真空干燥箱，常温干燥，获得硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅粉末。
进一步的，二氧化硅的粒径为40nm～60nm，硅烷偶联剂型号为KH560。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明所采用的铁基非晶涂层可大面积制备，耐蚀性能优异。水凝胶是新型环保友好型防污涂料，具有防污广谱性、防污效果优异、制备工艺简单的优点。热喷涂铁基非晶涂层表面的喷涂花样可有效增大与水凝胶涂层之间的接触面积，有助于提高结合力。表面羟基化改性后的铁基非晶涂层可较大程度提高铁基非晶涂层与水凝胶层之间的结合强度。采用硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅，再利用纳米二氧化硅增加水凝胶和羟基化铁基非晶的结合力，能有效发挥水凝胶层的防污功能和铁基非晶的耐腐蚀性能，从而达到海洋环境中防腐防污功能一体化的目的。本发明的复合涂层具有基材普适性高、耐腐蚀强的特点，其表面防污能力强、能够有效防止海洋生物的附着。
本发明的制备方法简单，工艺过程可靠，制备成本较低，可进行大批量生产。
附图说明
图1是本发明的防腐防污功能一体化的改性铁基非晶复合涂层结构示意图，其中，各个标号的含义分别为：1—金属基体，2—铁基非晶层，3—水凝胶层。
图2是本发明防腐防污功能一体化复合涂层制备流程示意图。
图3是使用硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅分散性路程示意图。
图4(a)是超音速火焰喷涂铁基非晶涂层示意图，其中的细铁丝网与金属基体表面相隔距离而不是紧密贴合。
图4(b)是铁基非晶涂层喷涂花样的实物图。
图4(c)是铁基非晶涂层喷涂花样的横截面光学显微镜照片。
图5是超音速火焰喷涂所得铁基非晶涂层的XRD图。
图6(a)是本发明实施例与对比例的结合强度对比图。
图6(b)是本发明实施例与对比例的胶带剥离法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶复合涂层，图1是本发明的防腐防污功能一体化的改性铁基非晶复合涂层结构示意图，由图可知，该复合涂层附着在金属基体1上，在金属基体上方热喷涂铁基非晶层2后经超强酸化进行表面羟基化改性，再在经过表面羟基化改性后的铁基非晶层上方涂覆纳米二氧化硅水凝胶，形成水凝胶层3。铁基非晶涂层成分为FeCoCrMoCBY，金属基体为铜铝合金等。铁基非晶层厚度为400μm～600μm，水凝胶层3厚度为150μm～300μm，其防污能力和防腐能力采用抗蛋白黏附率指标衡量，分别为抗蛋白黏附率超过80％。
制备如上所述的防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层的方法，其包括如下步骤：
S1：对金属基体进行表面处理，获得洁净且粗糙的表面，
S2：在金属基体上洁净且粗糙的表面放置网格模板，采用热喷涂方式向金属基体表面沉积一层铁基非晶层，步骤S2中热喷涂方式为超音速火焰喷涂，喷涂移动速度为300～600mm/s，喷涂距离为135～145mm，辅气采用氢气，送粉速度为20-30g/min。
S3：采用酸性溶液对铁基非晶层表面进行羟基化改性处理，步骤S3中，酸性溶液为食人鱼溶液，所述食人鱼溶液为质量分数98％H2SO4和质量分数70％H2O2混合而成，质量分数98％H2SO4和质量分数70％H2O2的体积比为5:2～7:2。采用酸性溶液对铁基非晶层表面进行羟基化改性处理的具体工艺为：采用食人鱼溶液浸泡铁基非晶层20分钟～40分钟，取出使用去离子水清洗，再浸泡在去离子水中3小时～5小时至完全去除残余溶液，
S4：在步骤S3获得的铁基非晶层表面涂覆纳米二氧化硅增强水凝胶，纳米二氧化硅增强水凝胶中包括水凝胶和经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅。纳米二氧化硅增强水凝胶中经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅的质量分数为1％～5％。本步骤中，硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅的制备方法如下：
首先，取甲苯溶液和纳米二氧化硅颗粒混合以配置成悬浊液，然后向悬浊液中加入硅烷偶联剂，进行超声分散，得到均匀混合悬浊液，二氧化硅的粒径为40nm～60nm，硅烷偶联剂型号为KH560。接着，将均匀混合悬浊液置于水浴或者油浴环境下，并进行搅拌，以促使硅烷偶联剂与纳米二氧化硅反应，水浴或者油浴的温度为85℃～95℃，水浴或者油浴的时间为7小时～9小时。然后，将水浴或者油浴环境下反应后的溶液进行多次离心分离和多次超声分散，一次离心分离和一次超声分散的具体过程为：置于高速离心机进行常温分离，高速离心机的转速为11000r/min～13000r/min，获得改性后的纳米二氧化硅，取出后进行超声分散3～4分钟，离心分离与超声分散分别重复4次～7次。最后，将改性后纳米二氧化硅转移至真空干燥箱，常温干燥，获得硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅粉末。
在工程实践中，一种防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层的制备方法如图2所示，图2是本发明防腐防污功能一体化复合涂层制备流程示意图，可以包括以下步骤：
步骤一，对金属基体进行表面打磨及喷砂处理；
步骤二，在经过打磨和喷砂处理后金属基体表面设置比如细铁丝网格模板，采用热喷涂在金属基体表面沉积铁基非晶涂层，铁基非晶涂层表面具有网格花样结构。
步骤三，采用超强酸化的方法对铁基非晶涂层进行表面羟基化。所述超强酸化方法为对铁基非晶涂层进行表面羟基化改性，配置食人鱼溶液浸泡样品30分钟，取出使用去离子水清洗，再浸泡在去离子水中4小时至完全去除残余溶液。
步骤四，采用硅烷偶联剂改善纳米二氧化硅分散性，在水凝胶中添加经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅颗粒，含量为2wt％，混合均匀得到纳米二氧化硅增强水凝胶，涂覆在表面羟基化后的铁基非晶层上，在金属基体上形成复合涂层。其中，所述改性纳米二氧化硅的制备原料按总重量的质量百分比计，包括：
50nm的二氧化硅 4％
硅烷偶联剂KH560 2％
甲苯 余量
图3是使用硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅分散性路程示意图，由图可知，制备改性纳米二氧化硅的具体步骤包括：
步骤一，取适量甲苯溶液与4％纳米二氧化硅颗粒混合配置成悬浊液，超声分散30分钟，得到均匀悬浊液；
步骤二，将2％的硅烷偶联剂添加到步骤一中所得的均匀悬浊液，超声分散3～4分钟，得到混合悬浊液；
步骤三，将所述混合悬浊液转移至油浴锅内，采用电动搅拌棒进行搅拌，进行硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅的反应，油浴温度90℃，油浴时间8小时；
步骤四，将所述油浴反应后的溶液转移至高速离心机进行常温分离改性后的纳米二氧化硅，转速12000r/min，时间30分钟，取出后进行超声分散3～4分钟，离心分离与超声分散循环5次。
步骤五，将改性后纳米二氧化硅转移至真空干燥箱，常温干燥8小时，得到改性后的纳米二氧化硅粉末。
下面结合具体的实施例进一步详细说明。
实施例1
(1)前处理
采用80目的砂纸对金属基体进行打磨处理，利用喷砂机对金属基体试样进行表面均匀喷砂，试样表面形成均匀的粗糙表面，然后依次使用丙醇、无水酒精超声清洗，除油除污，最后真空干燥。
(2)超音速火焰喷涂
采用超音速火焰喷涂在金属基体上制备铁基非晶涂层，喷涂移动速度为400mm/s，喷涂距离为145mm，步进距离为3mm，辅气采用氢气，送粉速度为30g/min。。以细铁丝网为模板，喷涂铁基非晶涂层在金属基体上，形成具有花样结构的涂层，利用光学显微镜对喷涂花样涂层进行表面形貌观察。图4(a)是超音速火焰喷涂铁基非晶涂层示意图，其中的细铁丝网与金属基体表面相隔距离而不是紧密贴合，图4(b)是铁基非晶涂层喷涂花样的实物图，由图可知，其表面具有与细铁丝网花纹一致的网格，图4(c)是铁基非晶涂层喷涂花样的横截面光学显微照片，由图可知，其表面形成了网格花样，横截面表现为凹凸的形貌。
(3)表面羟基化处理
采用超强酸化的方法对铁基非晶涂层进行表面羟基化改性，配置食人鱼溶液浸泡样品30分钟，取出使用去离子水清洗，再浸泡在去离子水中4小时至完全去除残余溶液。食人鱼溶液为质量分数为98％H2SO4和质量分数为70％H2O2混合而成，两者体积比为3:1。
(4)硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅
取适量甲苯溶液与占总悬浊液质量分数为4％的纳米二氧化硅颗粒混合配置成悬浊液，超声分散30分钟，得到均匀悬浊液；将占均匀悬浊液总质量2％的硅烷偶联剂添加到步骤一中所得的均匀悬浊液，超声分散3～4分钟，得到混合悬浊液；将所述混合悬浊液转移至油浴锅内，采用电动搅拌棒进行搅拌，进行硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅的反应，油浴温度90℃，油浴时间8小时；将所述油浴反应后的溶液转移至高速离心机进行常温分离改性后的纳米二氧化硅，转速12000r/min，时间30分钟，取出后进行超声分散3～4分钟，离心分离与超声分散循环5次。将改性后纳米二氧化硅转移至真空干燥箱，常温干燥8小时，得到改性后的纳米二氧化硅粉末。其中，二氧化硅的粒径为50nm，硅烷偶联剂型号为KH560。
(5)复合涂层的制备
将硅烷偶联剂改性后的纳米二氧化硅与水凝胶混合，得到混合均匀的纳米增强水凝胶，纳米二氧化硅增强水凝胶中经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅的质量分数为1％。将纳米增强水凝胶均匀涂覆于表面羟基化后的铁基非晶涂层表面，厚度约为200μm，待水凝胶凝固后得到防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶复合涂层。
图5是超音速火焰喷涂所得铁基非晶涂层的XRD图，由图可知，其衍射晶峰呈馒头状，证明表面确实沉积有非晶涂层。
实施例2
本实施例与实施例1区别在于各个步骤的参数不同，其他类似，具体的不同为：
(2)超音速火焰喷涂
采用超音速火焰喷涂在金属基体上制备铁基非晶涂层，喷涂移动速度为600mm/s，喷涂距离为135mm，步进距离为2mm，辅气采用氢气，送粉速度为20g/min。。以细铁丝网为模板，喷涂铁基非晶涂层在金属基体上，形成具有花样结构的涂层，利用光学显微镜对喷涂花样涂层进行表面形貌观察。
(3)表面羟基化处理
采用超强酸化的方法对铁基非晶涂层进行表面羟基化改性，配置食人鱼溶液浸泡样品40分钟，取出使用去离子水清洗，再浸泡在去离子水中3小时至完全去除残余溶液。食人鱼溶液为98％H2SO4和70％H2O2混合而成，体积比为5:2。
(4)硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅
取适量甲苯溶液与占总悬浊液质量分数为4％的纳米二氧化硅颗粒混合配置成悬浊液，超声分散30分钟，得到均匀悬浊液；将占均匀悬浊液总质量2％的硅烷偶联剂添加到步骤一中所得的均匀悬浊液，超声分散3～4分钟，得到混合悬浊液；将所述混合悬浊液转移至油浴锅内，采用电动搅拌棒进行搅拌，进行硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅的反应，油浴温度95℃，油浴时间7小时；将所述油浴反应后的溶液转移至高速离心机进行常温分离改性后的纳米二氧化硅，转速11000r/min，时间30分钟，取出后进行超声分散3～4分钟，离心分离与超声分散循环4次。将改性后纳米二氧化硅转移至真空干燥箱，常温干燥9小时，得到改性后的纳米二氧化硅粉末。其中，二氧化硅的粒径为60nm，硅烷偶联剂型号为KH560。
(5)复合涂层的制备
将硅烷偶联剂改性后的纳米二氧化硅与水凝胶混合，得到混合均匀的纳米增强水凝胶，纳米二氧化硅增强水凝胶中经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅的质量分数为2％。将纳米增强水凝胶均匀涂覆于表面羟基化后的铁基非晶涂层表面，厚度约为300μm，待水凝胶凝固后得到防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶复合涂层。
实施例3
(2)超音速火焰喷涂
采用超音速火焰喷涂在金属基体上制备铁基非晶涂层，喷涂移动速度为300mm/s，喷涂距离为140mm，步进距离为2.5mm，辅气采用氢气，送粉速度为25g/min。。以细铁丝网为模板，喷涂铁基非晶涂层在金属基体上，形成具有花样结构的涂层，利用光学显微镜对喷涂花样涂层进行表面形貌观察。
(3)表面羟基化处理
采用超强酸化的方法对铁基非晶涂层进行表面羟基化改性，配置食人鱼溶液浸泡样品20分钟，取出使用去离子水清洗，再浸泡在去离子水中3小时至完全去除残余溶液。食人鱼溶液为98％H2SO4和70％H2O2混合而成，体积比为7:2。
(4)硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅
取适量甲苯溶液与占总悬浊液质量分数为4％的纳米二氧化硅颗粒混合配置成悬浊液，超声分散30分钟，得到均匀悬浊液；将占均匀悬浊液总质量2％的硅烷偶联剂添加到步骤一中所得的均匀悬浊液，超声分散3～4分钟，得到混合悬浊液；将所述混合悬浊液转移至油浴锅内，采用电动搅拌棒进行搅拌，进行硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅的反应，油浴温度85℃，油浴时间9小时；将所述油浴反应后的溶液转移至高速离心机进行常温分离改性后的纳米二氧化硅，转速13000r/min，时间30分钟，取出后进行超声分散3～4分钟，离心分离与超声分散循环6次。将改性后纳米二氧化硅转移至真空干燥箱，常温干燥8小时，得到改性后的纳米二氧化硅粉末。其中，二氧化硅的粒径为40nm，硅烷偶联剂型号为KH560。
(5)复合涂层的制备
将硅烷偶联剂改性后的纳米二氧化硅与水凝胶混合，得到混合均匀的纳米增强水凝胶，纳米二氧化硅增强水凝胶中经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅的质量分数为4％。将纳米增强水凝胶均匀涂覆于表面羟基化后的铁基非晶涂层表面，厚度约为150μm，待水凝胶凝固后得到防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶复合涂层。
实施例4
(2)超音速火焰喷涂
采用超音速火焰喷涂在金属基体上制备铁基非晶涂层，喷涂移动速度为500mm/s，喷涂距离为138mm，步进距离为3mm，辅气采用氢气，送粉速度为30g/min。。以细铁丝网为模板，喷涂铁基非晶涂层在金属基体上，形成具有花样结构的涂层，利用光学显微镜对喷涂花样涂层进行表面形貌观察。
(3)表面羟基化处理
采用超强酸化的方法对铁基非晶涂层进行表面羟基化改性，配置食人鱼溶液浸泡样品35分钟，取出使用去离子水清洗，再浸泡在去离子水中4.5小时至完全去除残余溶液。食人鱼溶液为98％H2SO4和70％H2O2混合而成，体积比为3:1。
(4)硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅
取适量甲苯溶液与占总悬浊液质量分数为4％的纳米二氧化硅颗粒混合配置成悬浊液，超声分散30分钟，得到均匀悬浊液；将占均匀悬浊液总质量2％的硅烷偶联剂添加到步骤一中所得的均匀悬浊液，超声分散3～4分钟，得到混合悬浊液；将所述混合悬浊液转移至油浴锅内，采用电动搅拌棒进行搅拌，进行硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅的反应，油浴温度90℃，油浴时间8.5小时；将所述油浴反应后的溶液转移至高速离心机进行常温分离改性后的纳米二氧化硅，转速12500r/min，时间30分钟，取出后进行超声分散3～4分钟，离心分离与超声分散循环6次。将改性后纳米二氧化硅转移至真空干燥箱，常温干燥7小时，得到改性后的纳米二氧化硅粉末。其中，二氧化硅的粒径为48nm，硅烷偶联剂型号为KH560。
(5)复合涂层的制备
将硅烷偶联剂改性后的纳米二氧化硅与水凝胶混合，得到混合均匀的纳米增强水凝胶，纳米二氧化硅增强水凝胶中经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅的质量分数为5％。将纳米增强水凝胶均匀涂覆于表面羟基化后的铁基非晶涂层表面，厚度约为250μm，待水凝胶凝固后得到防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶复合涂层。
对比例
本发明的对比例具有四个，见下表1所示。四个对比例中，分别给出了未进行表面羟基化的非晶涂层分别配合原始水凝胶以及添加未改性的纳米二氧化硅水凝胶试验，还给出了表面羟基化非晶涂层分别搭配原始水凝胶以及添加未改性的纳米二氧化硅水凝胶试验。
表1具体实施例与对比例涂层信息
对经过上述方法制得的复合涂层实施例与对比例进行结合强度测试与胶带剥离强度测试，结果如图6(a)和图6(b)所示，图6(a)是本发明实施例与对比例的结合强度对比图，图6(b)是本发明实施例与对比例的胶带剥离法示意图，由图6(b)的结果可知，对比例1的有机交联水凝胶在非晶涂层表面结合强度最低，胶带剥离等级为0B，对比例2、对比例3、对比例4与实施例1的胶带剥离强度均为最高等级5B。结合两图可知，对比例1中，未改性非晶涂层与原始水凝胶的结合力较低，为14.25N/cm2。对比例2中，在水凝胶中添加未改性的50nm二氧化硅颗粒后制得纳米增强水凝胶，在未改性非晶涂层涂覆纳米增强水凝胶，二者之间的结合力改善微弱，为14.68N/cm2。对比例3中，在表面羟基化后的非晶涂层表面涂覆原始水凝胶后，二者之间的结合力有提升，为25.77N/cm2。对比例4中，在表面羟基化后的非晶涂层表面涂覆纳米增强水凝胶后，二者之间的结合力有提升，为25.6N/cm2。实施例1中，在表面羟基化后的非晶涂层表面，涂覆纳米增强水凝胶，涂层之间的结合力最优，达到了45.6N/cm2。对比例1有机交联水凝胶在非晶涂层表面结合强度最低。经表面羟基化改性后，非晶涂层表面上分布大量羟基结合位点，易与水凝胶中的高分子链产生化学键合，分子间作用力增强，大幅增强非晶涂层与水凝胶之间的结合力。同时纳米氧化硅提供水凝胶中交联位点，增大交联密度，令水凝胶与非晶涂层表面的羟基之前的范德华力增大，有效提高了非晶涂层与水凝胶之间的结合强度。该复合涂层工艺简单、成本较低、具备环境友好性、适合工业化大批量生产，因此该涂层在海洋防污领域具有较好的应用前景。
本发明中，铁基非晶涂层成分为FeCoCrMoCBY，金属基体为铜铝合金等。铁基非晶层厚度根据需要选用400μm～600μm，水凝胶层厚度根据需要可以设计为150μm～300μm。
本发明的铁基非晶涂层可以应用于海洋防污领域。本发明中水凝胶的成分为：硅酮改性丙烯酸水凝胶，具体包括两种组分A和B，两种组分的体积比为A:B＝8:1，A组分：硅酮改性丙烯酸树脂、氧化铁红、有机膨润土、氧化锌、吡啶硫酸酮和Sea-Nine211防污剂；B组分：氮丙啶交联剂、正丁醇和水，其具体的成分在公开号为CN 105219206 A的专利中被公开。
以下水凝胶成分也可经本发明方法进行纳米增强强化：
1.聚氨酯水凝胶：聚丙二醇、环已酮、二月桂酸二丁基锡、异佛尔酮二异氰酸酯、三羟甲基丙酮、1,4-丁二醇；
2.双网络有机硅水凝胶：有机硅树脂、四氢呋喃、甲基三乙酰氧基硅烷、N-异丙基丙烯酰胺；
3.甲基硅油水凝胶：甲基丙烯酸甲酯、N-羟甲基丙烯酰胺、甲基硅油、十二烷基硫酸钠、偶氮二异丁氰、凡士林、滑石粉、氧化亚铜、Sea-Nine21。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层，其特征在于，其包括经过表面羟基化改性的铁基非晶层、层叠在铁基非晶层表面的经纳米二氧化硅改性的水凝胶层，铁基非晶层表面上分布羟基结合位点，羟基结合位点用于与水凝胶中的高分子链产生化学键合，纳米二氧化硅能提供水凝胶中交联位点，用于增大水凝胶的交联密度，实现水凝胶与铁基非晶层表面羟基之间的范德华力增大。
2.如权利要求1所述的一种防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层，其特征在于，铁基非晶层厚度为400μm～600μm，水凝胶层厚度为150μm～300μm。
3.如权利要求1所述的一种防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层，其特征在于，其抗蛋白黏附率超过80％。
4.制备如权利要求1-3之一所述的防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1：对金属基体进行表面处理，获得洁净且粗糙的表面，
S2：在金属基体上洁净且粗糙的表面放置网格模板，采用热喷涂方式向金属基体表面沉积一层铁基非晶层，
S3：采用酸性溶液对铁基非晶层表面进行羟基化改性处理，
S4：在步骤S3获得的铁基非晶层表面涂覆纳米二氧化硅增强水凝胶，纳米二氧化硅增强水凝胶中包括水凝胶和经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅。
5.如权利要求4所述的制备防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层的方法，其特征在于，步骤S3中，酸性溶液为食人鱼溶液，所述食人鱼溶液为质量分数98％H2SO4和质量分数70％H2O2混合而成，质量分数98％H2SO4和质量分数70％H2O2的体积比为5:2～7:2。
6.如权利要求5所述的制备防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层的方法，其特征在于，采用酸性溶液对铁基非晶层表面进行羟基化改性处理的具体工艺为：采用食人鱼溶液浸泡铁基非晶层20分钟～40分钟，取出使用去离子水清洗，再浸泡在去离子水中3小时～5小时至完全去除残余溶液。
7.如权利要求4所述的制备防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层的方法，其特征在于，步骤S2中热喷涂方式为超音速火焰喷涂，喷涂移动速度为300～600mm/s，喷涂距离为135～145mm，辅气采用氢气，送粉速度为20-30g/min。
8.如权利要求4所述的制备防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层的方法，其特征在于，纳米二氧化硅增强水凝胶中经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅的质量分数为1％～5％。
9.如权利要求8所述的制备防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层的方法，其特征在于，制备硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅的工艺为：
首先，取甲苯溶液和纳米二氧化硅颗粒混合以配置成悬浊液，然后向悬浊液中加入硅烷偶联剂，进行超声分散，得到均匀混合悬浊液，
接着，将均匀混合悬浊液置于水浴或者油浴环境下，并进行搅拌，以促使硅烷偶联剂与纳米二氧化硅反应，水浴或者油浴的温度为85℃～95℃，水浴或者油浴的时间为7小时～9小时，
然后，将水浴或者油浴环境下反应后的溶液进行多次离心分离和多次超声分散，一次离心分离和一次超声分散的具体过程为：置于高速离心机进行常温分离，高速离心机的转速为11000r/min～13000r/min，获得改性后的纳米二氧化硅，取出后进行超声分散3～4分钟，离心分离与超声分散分别重复4次～7次，
最后，将改性后纳米二氧化硅转移至真空干燥箱，常温干燥，获得硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅粉末。
10.如权利要求9所述的制备防腐防污功能一体化水凝胶改性铁基非晶涂层的方法，其特征在于，二氧化硅的粒径为40nm～60nm，硅烷偶联剂型号为KH560。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107583600A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-01-16 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 改性二氧化硅水凝胶的制备方法及其产品和应用 |
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107583600A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-01-16 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 改性二氧化硅水凝胶的制备方法及其产品和应用 |
| CN113384750A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-09-14 | 上海交通大学 | 降低骨组织磨损的钛合金表面复合水凝胶涂层的构建方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 汪永华等主编: "《机电设备故障诊断与维修》", 机械工业出版社, pages: 131 - 252 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116589888A (zh) * | 2023-05-22 | 2023-08-15 | 四川长晏科技有限公司 | 一种改性可剥离凝胶、涂层及其制备方法 |
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