CN115537794B - 一种金属表面多功能处理液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属表面处理的技术领域，具体涉及一种金属表面多功能处理液及其制备方法。本申请公开了一种金属表面多功能处理液，包括如下重量份的原料：氢氧化锆30‑40份、磷酸酯10‑20份、三乙醇胺10‑20份、硅酸钾30‑40份、丙三醇10‑20份、烷基磺胺乙酸钠5‑10份、改性二氧化硅溶胶30‑40份。本申请制备得到的金属表面多功能处理液，集润滑、防锈功能为一体，使用多功能处理液后形成的涂层，具有良好的耐腐蚀性和附着力。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种金属表面多功能处理液及其制备方法。
背景技术
现有金属表面化学处理技术中最常见的是表面磷化处理技术，采用磷化剂对金属表面进行处理，使其表面形成一层磷化膜，其主要组成是磷酸盐晶体，并且，其磷酸盐晶体以均匀细致，灰色多孔且附着力强的结晶在金属表面物理堆积成膜。
现有的金属表面化学包括在金属的表面涂抹磷化膜或者防锈剂；在加工中进行磷化处理时需要使用流动水对涂有磷化膜的金属进行冲洗，容易导致大量的磷进入废水中，不利于废水的处理。
而传统的防锈液、防锈油存在较多的缺点。普通防锈液中含大量的亚硝酸钠，有致癌性，不利于环保和人身体健康，而采用保湿剂延长防锈液的寿命，又带来沾手、沾灰尘的弊病，且不能长期防锈；而硬膜型的防锈油虽然适合长期防锈，成膜也透明美观，但是该类型的防锈油不稳定也易氧化变色，且需要有机溶剂溶解，带来易燃易爆的危险，也不利于环保和健康。
因此研发出一种集润滑、防锈一体且有利于废水排放的多功能处理液，将非常适合当前金属表面处理工艺领域。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种金属表面多功能处理液及其制备方法，制备得到的多功能处理液，集润滑、防锈功能为一体，使用多功能处理液形成的涂层，具有良好的耐腐蚀性和涂膜附着力。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种金属表面多功能处理液，包括如下重量份的原料：
氢氧化锆30-40份、磷酸酯10-20份、三乙醇胺10-20份、硅酸钾30-40份、丙三醇10-20份、烷基磺胺乙酸钠5-10份、改性二氧化硅溶胶30-40份；
进一步的，所述氢氧化锆的粒径为5-10nm；
进一步的，所述硅酸钾的模数为2-3；
进一步的，所述改性二氧化硅溶胶，以重量份为单位，包括以下原料：
二氧化硅溶胶29-38份、改性剂1-2份；
进一步的，所述改性剂为丙烯酸十二酯、丙烯酸十六酯中的任一种；
进一步的，所述二氧化硅溶胶，包括以下摩尔比的原料：
有机硅源:氨水:乙醇＝20-25:1:5-6；
所述有机硅源为正硅酸四乙酯、正硅酸甲酯中的一种；
本发明也提供了一种金属表面多功能处理液的制备方法，包括以下步骤：
S1.二氧化硅溶胶的制备
按照摩尔比，有机硅源:氨水:乙醇＝20-25:1:5-6的比例备料，将上述原料混合均匀后，在反应温度为40-50℃下，反应5-6天，形成二氧化硅溶胶；
S2.改性二氧化硅溶胶的制备
按照质量比，准备二氧化硅溶胶、改性剂；将二氧化硅溶胶、改性剂进行充分混合后，在40-50℃下反应15-24h，得到改性二氧化硅溶胶；
S3.处理液的制备
将氢氧化锆和2倍的水以及硅酸钾进行充分混合后，超声分散20-30min，再加入磷酸酯、三乙醇胺、硅酸钾、丙三醇、烷基磺胺乙酸钠，进行充分混合后，超声分散40-50min，得到分散液；
将分散液和改性二氧化硅溶胶进行充分混合，超声分散40-50min，得到多功能处理液。
本发明的有益效果在于：
本发明中氢氧化锆在硅酸钾的作用下，可以在金属表面形成较致密的氢氧化锆膜层；同时改性二氧化硅溶胶经过疏水改性后，经过退火处理，可以很好的附着在金属的表面，形成稳定的涂层；将氢氧化锆分散液和二氧化硅溶胶结合后，可以很好的涂覆在金属的表面，从而提高金属的耐蚀性，以及提升处理液和金属的附着力，同时在表面形成的涂层，还具有较好的自清洁性能。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种金属表面多功能处理液的制备方法，包括以下步骤：
S1.二氧化硅溶胶的制备
按照摩尔比，丙烯酸十六酯:氨水:乙醇＝25:1:6的比例备料，将上述原料混合均匀后，在反应温度为50℃下，反应6天，形成二氧化硅溶胶；
S2.改性二氧化硅溶胶的制备
按照质量比即二氧化硅溶胶38份、正硅酸甲酯2份，准备二氧化硅溶胶、正硅酸甲酯；将二氧化硅溶胶、正硅酸甲酯进行充分混合后，在50℃下反应24h，得到改性二氧化硅溶胶；
S3.处理液的制备
按照重量份，准备好氢氧化锆(粒径10nm)40份、磷酸酯20份、三乙醇胺20份、硅酸钾(模数3)40份、丙三醇20份、烷基磺胺乙酸钠10份，将氢氧化锆和2倍的水以及硅酸钾进行充分混合后，超声分散30min，再加入磷酸酯、三乙醇胺、硅酸钾、丙三醇、烷基磺胺乙酸钠，进行充分混合后，超声分散50min，得到分散液；
将分散液和改性二氧化硅溶胶40份进行充分混合，超声分散50min，得到多功能处理液。
实施例2
一种金属表面多功能处理液的制备方法，包括以下步骤：
S1.二氧化硅溶胶的制备
按照摩尔比，丙烯酸十二酯:氨水:乙醇＝20:1:5的比例备料，将上述原料混合均匀后，在反应温度为40℃下，反应5天，形成二氧化硅溶胶；
S2.改性二氧化硅溶胶的制备
按照质量比即二氧化硅溶胶29份、正硅酸四乙酯1份，准备二氧化硅溶胶、正硅酸四乙酯；将二氧化硅溶胶、正硅酸四乙酯进行充分混合后，在40℃下反应15h，得到改性二氧化硅溶胶；
S3.处理液的制备
按照重量份，准备好氢氧化锆(粒径5nm)30份、磷酸酯10份、三乙醇胺10份、硅酸钾(模数2)30份、丙三醇10份、烷基磺胺乙酸钠5份，将氢氧化锆和2倍的水以及硅酸钾进行充分混合后，超声分散20min，再加入磷酸酯、三乙醇胺、硅酸钾、丙三醇、烷基磺胺乙酸钠，进行充分混合后，超声分散40min，得到分散液；
将分散液和改性二氧化硅溶胶30份进行充分混合，超声分散40min，得到多功能处理液。
实施例3
一种金属表面多功能处理液的制备方法，包括以下步骤：
S1.二氧化硅溶胶的制备
按照摩尔比，丙烯酸十二酯、丙烯酸十六酯:氨水:乙醇＝22:1:5.5的比例备料，将上述原料混合均匀后，在反应温度为40-50℃下，反应5天，形成二氧化硅溶胶；
S2.改性二氧化硅溶胶的制备
按照质量比即二氧化硅溶胶33份、正硅酸四乙酯、正硅酸甲酯1份，准备二氧化硅溶胶、正硅酸四乙酯、正硅酸甲酯；将二氧化硅溶胶、正硅酸四乙酯、正硅酸甲酯进行充分混合后，在45℃下反应20h，得到改性二氧化硅溶胶；
S3.处理液的制备
按照重量份，准备好氢氧化锆(粒径8nm)35份、磷酸酯15份、三乙醇胺15份、硅酸钾(模数2.5)35份、丙三醇15份、烷基磺胺乙酸钠8份，将氢氧化锆和2倍的水以及硅酸钾进行充分混合后，超声分散25min，再加入磷酸酯、三乙醇胺、硅酸钾、丙三醇、烷基磺胺乙酸钠，进行充分混合后，超声分散45min，得到分散液；
将分散液和改性二氧化硅溶胶34份进行充分混合，超声分散45min，得到多功能处理液。
实施例4
一种金属表面多功能处理液的制备方法，包括以下步骤：
S1.二氧化硅溶胶的制备
按照摩尔比，丙烯酸十六酯:氨水:乙醇＝20:1:6的比例备料，将上述原料混合均匀后，在反应温度为40℃下，反应6天，形成二氧化硅溶胶；
S2.改性二氧化硅溶胶的制备
按照质量比即二氧化硅溶胶29份、正硅酸四乙酯、正硅酸甲酯1份，准备二氧化硅溶胶、正硅酸四乙酯、正硅酸甲酯；将二氧化硅溶胶、正硅酸四乙酯、正硅酸甲酯进行充分混合后，在40℃下反应24h，得到改性二氧化硅溶胶；
S3.处理液的制备
按照重量份，准备好氢氧化锆(粒径10nm)30份、磷酸酯20份、三乙醇胺10份、硅酸钾(模数2)40份、丙三醇10份、烷基磺胺乙酸钠10份，将氢氧化锆和2倍的水以及硅酸钾进行充分混合后，超声分散20min，再加入磷酸酯、三乙醇胺、硅酸钾、丙三醇、烷基磺胺乙酸钠，进行充分混合后，超声分散50min，得到分散液；
将分散液和改性二氧化硅溶胶30份进行充分混合，超声分散45min，得到多功能处理液。
对比例1
一种金属表面多功能处理液的制备方法，包括以下步骤：
按照重量份，准备好氢氧化锆(粒径10nm)40份、磷酸酯20份、三乙醇胺20份、硅酸钾(模数3)40份、丙三醇20份、烷基磺胺乙酸钠10份，将氢氧化锆和2倍的水以及硅酸钾进行充分混合后，超声分散30min，再加入磷酸酯、三乙醇胺、硅酸钾、丙三醇、烷基磺胺乙酸钠，进行充分混合后，超声分散50min，得到分散液；使用分散液作为多功能处理液。
对比例2
一种金属表面多功能处理液的制备方法，包括以下步骤：
S1.二氧化硅溶胶的制备
按照摩尔比，丙烯酸十六酯:氨水:乙醇＝25:1:6的比例备料，将上述原料混合均匀后，在反应温度为50℃下，反应6天，形成二氧化硅溶胶；
S2.改性二氧化硅溶胶的制备
按照质量比即二氧化硅溶胶38份、正硅酸甲酯2份，准备二氧化硅溶胶、正硅酸甲酯；将二氧化硅溶胶、正硅酸甲酯进行充分混合后，在50℃下反应24h，得到改性二氧化硅溶胶；使用改性二氧化硅溶胶作为多功能处理液。
对上述实施例1-4以及对比例1-2制备得到的多功能处理液，进行性能测试：
方法：将316L不锈钢加工成20mm*20mm*20mm的试样，经砂纸打磨抛光后，用丙酮超声清洗10min，再使用无水乙醇清洗10min，然后使用去离子水冲洗，最后用干燥箱在105℃下烘干，得到待处理的不锈钢试样；
将待处理的不锈钢试样，放入实施例1-4以及对比例1-2制备得到的多功能处理液，浸渍20min，放入干燥箱中于80℃干燥1h，重复上述操作2次；然后在500℃下退火30min，降至室温，得到经过表面处理的不锈钢试样。
对上述得到的经过表面处理的不锈钢试样(以及空白样：待处理的不锈钢试样)，进行防锈、涂层结合力以及涂层疏水角的测试，其中：防锈性能测试，根据《ISO 9227-2006》中规定的试验方法进行，记录试验过程中试样出现锈蚀或红锈的时间；涂层结合力，根据《GB9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验》规定的试验方法进行膜层的附着强度的试验，记录对应的等级(其中等级越高，膜层结合越好)。
试验结果如下表所述：
| 项目 | 出现锈蚀或红锈的时间(min) | 附着强度等级 | 疏水角(°) |
| 实施例1 | 286 | 4 | 158 |
| 实施例2 | 298 | 4 | 157 |
| 实施例3 | 326 | 4 | 163 |
| 实施例4 | 305 | 4 | 161 |
| 对比例1 | 81 | 1 | 68 |
| 对比例2 | 15 | 4 | 169 |
| 空白样 | 0.5 | \ | 59 |
因此从上表，可知，经过了实施例1-4的多功能处理液处理后，不锈钢表面得到的涂层，表面出现锈蚀或红锈的时间286-326min，附着强度4级，疏水角157-163°，表现出较好的耐酸性、涂层和金属表面的结合力强、且涂层表面具有超疏水角，因此经过使用本发明制备得到的多功能处理液，处理金属工件的表面，可以提升金属工件的耐蚀性，金属工件表面形成的涂层结合力强，还具有较好的自清洁性能。
而对比例1，在没有加入改性二氧化硅溶胶的情况下制备得到的处理液，经过该处理液处理的不锈钢试样，表面出现锈蚀或红锈的时间81min，附着强度1级，疏水角68°；因为氢氧化锆膜层和不锈钢表面结合力较差，经过浸渍过程以及退火过程后，形成的氢氧化锆膜层致密但相对较薄，因此造成在防锈性能测试中，出现锈蚀或红锈的时间仅81min，附着强度仅1级，没有表现出疏水性能。
而对比例1，在没有加入含有氢氧化锆分散液的情况下制备得到的处理液，经过该处理液处理的不锈钢试样，表面出现锈蚀或红锈的时间30min，附着强度4级，疏水角169°；因为没加入氢氧化锆分散液，改性二氧化硅溶胶虽和不锈钢表面很好的结合，但是其形成了超疏水角的涂层，该涂层不致密，不能很好的分布在不锈钢的表面，因此造成在防锈性能测试中，出现锈蚀或红锈的时间仅15min。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种金属表面多功能处理液，其特征在于，包括如下重量份的原料：
氢氧化锆30-40份、磷酸酯10-20份、三乙醇胺10-20份、硅酸钾30-40份、丙三醇10-20份、烷基磺胺乙酸钠5-10份、改性二氧化硅溶胶30-40份；
改性二氧化硅溶胶，以重量份为单位，包括以下原料：
二氧化硅溶胶29-38份、改性剂1-2份；
改性剂为丙烯酸十二酯、丙烯酸十六酯中的一种；
二氧化硅溶胶，包括以下摩尔比的原料：
有机硅源:氨水:乙醇＝20-25:1:5-6；
有机硅源为正硅酸四乙酯、正硅酸甲酯中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种金属表面多功能处理液，其特征在于，所述氢氧化锆的粒径为5-10nm。
3.根据权利要求1所述的一种金属表面多功能处理液，其特征在于，所述硅酸钾的模数为2-3。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的金属表面多功能处理液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.二氧化硅溶胶的制备
按照摩尔比，有机硅源:氨水:乙醇＝20-25:1:5-6的比例备料，将上述原料混合均匀后，在反应温度为40-50℃下，反应5-6天，形成二氧化硅溶胶；
S2.改性二氧化硅溶胶的制备
按照质量比，准备二氧化硅溶胶、改性剂；将二氧化硅溶胶、改性剂进行充分混合后，在40-50℃下反应15-24h，得到改性二氧化硅溶胶；
S3.处理液的制备
将氢氧化锆和2倍的水以及硅酸钾进行充分混合后，超声分散20-30min，再加入磷酸酯、三乙醇胺、硅酸钾、丙三醇、烷基磺胺乙酸钠，进行充分混合后，超声分散40-50min，得到分散液；
将分散液和改性二氧化硅溶胶进行充分混合，超声分散40-50min，得到多功能处理液。
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