CN116397136A - 一种自愈合铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金表面处理技术领域，尤其是一种自愈合铝合金及其制备方法，针对问题，现提出以下方案，铝合金为以下物质：纯铝、Al‑Cu、铝合金Al‑Mn、Al‑Si、Al‑Mg、Al‑Mg‑Si、Al‑Zn‑Mg中的一种，首先将铝合金表面抛光，打磨光滑，利用水热预处理活化铝合金表面，然后采用聚硅氧烷制备Si‑O‑Al交联前驱体涂层，最后利用层层组装技术在铝合金表面雾化喷涂聚乙烯亚胺和聚丙烯酸构建自愈合涂层，经老化处理，得到一种自愈合铝合金。一旦铝合金在搬运、安装、实际使用等过程中受到物理损伤或划伤，受潮湿空气中水分子的激发，可快速修复缺陷，提高铝合金的耐腐蚀性。本发明制备方法简单、易操作、反应条件温和、成本低、利于后期维护。

Description

一种自愈合铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金表面处理技术领域，尤其涉及一种自愈合铝合金及其制备方法。
背景技术
铝及其合金因其具有密度低、机械强度高、塑性好等优点，已广泛应用于汽车、飞机、医疗、电子等领域。然而，铝合金容易受到各种类型的腐蚀，如晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、剥落和点蚀等。因此，有必要对铝合金表面进行表面修饰处理，例如电镀、微弧氧化、阳极氧化、化学转化膜等，以提高铝合金的耐腐蚀性能。化学转化处理技术是提高铝合金耐腐蚀性能的有效手段，具有低成本和操作简单等优点。
其中，铬酸盐转化涂层具有优异的耐腐蚀性和良好的涂层附着力，然而，由于其对人类和环境具有毒性，相关环境指令禁止使用含有六价铬的涂层或溶液。因此，开发环境友好型表面处理手段，有利于铝合金的广泛应用。高分子涂层具有良好的生物相容性可用于铝合金表面处理。
但是，一旦高分子涂层在搬运、安装、实际使用等过程中受到物理损伤或划伤，将暴露铝合金基底于大气中，加速铝合金的腐蚀速率，影响铝合金的性能。因此有必要在铝合金表面制备自愈合涂层。
发明内容
基于高分子涂层在搬运、安装、实际使用等过程中受到物理损伤或划伤，将暴露铝合金基底于大气中，加速铝合金的腐蚀速率，影响铝合金的性能的技术问题，本发明提出了一种自愈合铝合金及其制备方法。
本发明提出的一种自愈合铝合金，所述铝合金为以下物质：纯铝、Al-Cu、铝合金Al-Mn、Al-Si、Al-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg中的一种。
优选地，一种自愈合铝合金的制备方法包括以下步骤：
S1、将铝合金表面利用磨抛机打磨抛光，迅速对铝合金表面进行水热预处理，即将铝合金材料浸渍于150～400g/L的氢氧化钠溶液中进行碱化处理，反应时间为1～5h，反应温度为50～100℃，然后经水洗、干燥，干燥处理的温度为90～120℃，干燥时间为2～5h；
S2、聚硅氧烷溶液以V聚硅氧烷：V乙醇：V水＝1～5：7～12：15～30的体积比以300～600rpm搅拌速度混合，混合时间为3～6h，将水热预处理的铝合金浸渍于聚硅氧烷溶液中进行交联，反应时间为1～3h，反应温度为40～65℃，然后水洗并干燥，干燥时间为2～5h，干燥温度为75～100℃，在铝合金表面形成Si-O-Al交联前驱体涂层，厚度为11～19μm；
S3、将前驱体涂层铝合金转移至雾化喷涂室，依次喷涂5～12g/L浓度的聚乙烯亚胺和2～8g/L浓度的聚丙烯酸，雾化喷涂处理的喷涂工作距离为12～25cm，喷涂速度为10～25mL/min，喷涂时间为8～15s，水洗干燥，干燥处理的温度为85～130℃，干燥时间为1～3h，以喷涂-水洗-干燥作为一个喷涂循环，重复5-20次，即在铝合金表面构建聚乙烯亚胺/聚丙烯酸多层膜涂层，其厚度为2～5μm，老化处理的温度为85～130℃，老化温度为1～5h。
与现有技术相比，本发明提供了一种自愈合铝合金及其制备方法，具备以下有益效果：
1、本发明通过首先在铝合金表面预涂覆聚硅氧烷，然后利用层层组装技术在其表面喷涂高分子涂层，该涂层可以提供行之有效的防护手段，在涂层被破坏之初，受潮湿空气中水分子的激发，可快速修复缺陷，提高铝合金的耐腐蚀性。
2、本发明是由聚阳离子聚电解质-聚乙烯亚胺和聚阴离子聚电解质-聚丙烯酸通过层层组装技术构建的高分子多层膜涂层，与常规高分子涂层相比，该铝合金表面自愈合涂层不仅可以增强铝合金的耐腐蚀性，还具有快速、稳定、多次循环自愈合能力，并且该自愈合涂层表面具有大量的氨基和羟基基团，有利于后续构建生物功能化表面。
3、本发明首先对铝合金表面进行水热碱化预处理，可获得一层碱化涂层，能为铝合金提供一定的耐蚀性，然后预涂覆聚硅氧烷高分子，构建交联前驱体层，使基体材料更加致密均匀，聚硅氧烷前驱体涂层具有更多反应活性位点，有利于后续反应效率，并且该高分子涂层还能提供铝合金的耐腐蚀性，减轻铝合金基体的腐蚀速率。
附图说明
图1为本发明提出的一种污水处理用淤泥清理装置的流程结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种自愈合铝合金，铝合金为以下物质：纯铝、Al-Cu、铝合金Al-Mn、Al-Si、Al-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg中的一种。
本发明中，一种自愈合铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铝合金表面利用磨抛机打磨抛光，迅速对铝合金表面进行水热预处理，即将铝合金材料浸渍于185g/L的氢氧化钠溶液中进行碱化处理，反应时间为2.5h，反应温度为60℃，然后经水洗、干燥，干燥处理的温度为95℃，干燥时间为4h；
S2、聚硅氧烷溶液以V聚硅氧烷：V乙醇：V水＝3：7：26的体积比以600rpm搅拌速度混合，混合时间为4h。将水热预处理的铝合金浸渍于聚硅氧烷溶液中进行交联，反应时间为2.5h，反应温度为62℃，然后水洗并干燥，干燥时间为2.5h，干燥温度为95℃，在铝合金表面形成Si-O-Al交联前驱体涂层，厚度为12.4μm；
S3、将前驱体涂层铝合金转移至雾化喷涂室，依次喷涂10.5g/L浓度的聚乙烯亚胺和7g/L浓度的聚丙烯酸，雾化喷涂处理的喷涂工作距离为15cm，喷涂速度为11mL/min，喷涂时间为10s。水洗干燥，干燥处理的温度为130℃，干燥时间为1h。以喷涂-水洗-干燥作为一个喷涂循环，重复8次，即在铝合金表面构建聚乙烯亚胺/聚丙烯酸多层膜涂层，其厚度为2.4μm，老化处理的温度为110℃，老化温度为4h。
实施例2
本实施例提供一种自愈合铝合金的制备方法，还包括以下步骤：
S1、将铝合金表面利用磨抛机打磨抛光，迅速对铝合金表面进行水热预处理，即将铝合金材料浸渍于350g/L的氢氧化钠溶液中进行碱化处理，反应时间为5h，反应温度为95℃，然后经水洗、干燥，干燥处理的温度为95℃，干燥时间为3h；
S2、聚硅氧烷溶液以V聚硅氧烷：V乙醇：V水＝3：9：20的体积比以600rpm搅拌速度混合，混合时间为4.5h。将水热预处理的铝合金浸渍于聚硅氧烷溶液中进行交联，反应时间为2h，反应温度为60℃，然后水洗并干燥，干燥时间为3.5h，干燥温度为99℃，在铝合金表面形成Si-O-Al交联前驱体涂层，厚度为13.7μm；
S3、将前驱体涂层铝合金转移至雾化喷涂室，依次喷涂7.5g/L浓度的聚乙烯亚胺和7g/L浓度的聚丙烯酸，雾化喷涂处理的喷涂工作距离为21cm，喷涂速度为22mL/min，喷涂时间为13s。水洗干燥，干燥处理的温度为115℃，干燥时间为2.5h。以喷涂-水洗-干燥作为一个喷涂循环，重复18次，即在铝合金表面构建聚乙烯亚胺/聚丙烯酸多层膜涂层，其厚度为4.6μm，老化处理的温度为120℃，老化温度为3h。
实施例3
本实施例提供一种自愈合铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铝合金表面利用磨抛机打磨抛光，迅速对铝合金表面进行水热预处理，即将铝合金材料浸渍于390g/L的氢氧化钠溶液中进行碱化处理，反应时间为2h，反应温度为54℃，然后经水洗、干燥，干燥处理的温度为109℃，干燥时间为2～5h；
S2、聚硅氧烷溶液以V聚硅氧烷：V乙醇：V水＝3.5：10.5：27.5的体积比以440rpm搅拌速度混合，混合时间为4.5h。将水热预处理的铝合金浸渍于聚硅氧烷溶液中进行交联，反应时间为2h，反应温度为55℃，然后水洗并干燥，干燥时间为3h，干燥温度为87℃，在铝合金表面形成Si-O-Al交联前驱体涂层，厚度为16.6μm；
S3、将前驱体涂层铝合金转移至雾化喷涂室，依次喷涂8g/L浓度的聚乙烯亚胺和7g/L浓度的聚丙烯酸，雾化喷涂处理的喷涂工作距离为13cm，喷涂速度为10mL/min，喷涂时间为9.5s。水洗干燥，干燥处理的温度为123℃，干燥时间为2h。以喷涂-水洗-干燥作为一个喷涂循环，重复12次，即在铝合金表面构建聚乙烯亚胺/聚丙烯酸多层膜涂层，其厚度为3.0μm，老化处理的温度为100℃，老化温度为4h。
实施例4
本实施例提供一种自愈合铝合金的制备方法，还包括以下步骤：
S1、将铝合金表面利用磨抛机打磨抛光，迅速对铝合金表面进行水热预处理，即将铝合金材料浸渍于365g/L的氢氧化钠溶液中进行碱化处理，反应时间为4h，反应温度为85℃，然后经水洗、干燥，干燥处理的温度为100℃，干燥时间为3h；
S2、聚硅氧烷溶液以V聚硅氧烷：V乙醇：V水＝3：9：19的体积比以420rpm搅拌速度混合，混合时间为4.5h。将水热预处理的铝合金浸渍于聚硅氧烷溶液中进行交联，反应时间为3h，反应温度为55℃，然后水洗并干燥，干燥时间为4h，干燥温度为80℃，在铝合金表面形成Si-O-Al交联前驱体涂层，厚度为17.0μm；
S3、将前驱体涂层铝合金转移至雾化喷涂室，依次喷涂7g/L浓度的聚乙烯亚胺和7g/L浓度的聚丙烯酸，雾化喷涂处理的喷涂工作距离为15cm，喷涂速度为13mL/min，喷涂时间为10s。水洗干燥，干燥处理的温度为122℃，干燥时间为3h。以喷涂-水洗-干燥作为一个喷涂循环，重复5次，即在铝合金表面构建聚乙烯亚胺/聚丙烯酸多层膜涂层，其厚度为2.0μm，老化处理的温度为99℃，老化温度为4h。
实施例5
本实施例提供一种自愈合铝合金的制备方法，还包括以下步骤：
S1、将铝合金表面利用磨抛机打磨抛光，迅速对铝合金表面进行水热预处理，即将铝合金材料浸渍于260g/L的氢氧化钠溶液中进行碱化处理，反应时间为5h，反应温度为55℃，然后经水洗、干燥，干燥处理的温度为110℃，干燥时间为4h；
S2、聚硅氧烷溶液以V聚硅氧烷：V乙醇：V水＝4：11：27的体积比以550rpm搅拌速度混合，混合时间为4h。将水热预处理的铝合金浸渍于聚硅氧烷溶液中进行交联，反应时间为2h，反应温度为43℃，然后水洗并干燥，干燥时间为3h，干燥温度为87℃，在铝合金表面形成Si-O-Al交联前驱体涂层，厚度为14.5μm；
S3、将前驱体涂层铝合金转移至雾化喷涂室，依次喷涂5g/L浓度的聚乙烯亚胺和5g/L浓度的聚丙烯酸，雾化喷涂处理的喷涂工作距离为17cm，喷涂速度为14mL/min，喷涂时间为9s。水洗干燥，干燥处理的温度为111℃，干燥时间为3h。以喷涂-水洗-干燥作为一个喷涂循环，重复20次，即在铝合金表面构建聚乙烯亚胺/聚丙烯酸多层膜涂层，其厚度为4.9μm，老化处理的温度为123℃，老化温度为3h。
实施例6
本实施例提供一种自愈合铝合金的制备方法，还包括以下步骤：
S1、将铝合金表面利用磨抛机打磨抛光，迅速对铝合金表面进行水热预处理，即将铝合金材料浸渍于320g/L的氢氧化钠溶液中进行碱化处理，反应时间为1h，反应温度为88℃，然后经水洗、干燥，干燥处理的温度为97℃，干燥时间为2h；
S2、聚硅氧烷溶液以V聚硅氧烷：V乙醇：V水＝1：11：25的体积比以350rpm搅拌速度混合，混合时间为4.5h。将水热预处理的铝合金浸渍于聚硅氧烷溶液中进行交联，反应时间为2h，反应温度为50℃，然后水洗并干燥，干燥时间为4h，干燥温度为85℃，在铝合金表面形成Si-O-Al交联前驱体涂层，厚度为15.9μm；
S3、将前驱体涂层铝合金转移至雾化喷涂室，依次喷涂7g/L浓度的聚乙烯亚胺和5g/L浓度的聚丙烯酸，雾化喷涂处理的喷涂工作距离为15cm，喷涂速度为13mL/min，喷涂时间为15s。水洗干燥，干燥处理的温度为125℃，干燥时间为2.5h。以喷涂-水洗-干燥作为一个喷涂循环，重复10次，即在铝合金表面构建聚乙烯亚胺/聚丙烯酸多层膜涂层，其厚度为2.7μm，老化处理的温度为90℃，老化温度为1h。
实施例7
本实施例提供一种自愈合铝合金的制备方法，还包括以下步骤：
S1、将铝合金表面利用磨抛机打磨抛光，迅速对铝合金表面进行水热预处理，即将铝合金材料浸渍于250g/L的氢氧化钠溶液中进行碱化处理，反应时间为5h，反应温度为69℃，然后经水洗、干燥，干燥处理的温度为113℃，干燥时间为4h；
S2、聚硅氧烷溶液以V聚硅氧烷：V乙醇：V水＝4.5：10：27的体积比以450rpm搅拌速度混合，混合时间为4h。将水热预处理的铝合金浸渍于聚硅氧烷溶液中进行交联，反应时间为2h，反应温度为55℃，然后水洗并干燥，干燥时间为4h，干燥温度为89℃，在铝合金表面形成Si-O-Al交联前驱体涂层，厚度为17.5μm；
S3、将前驱体涂层铝合金转移至雾化喷涂室，依次喷涂7g/L浓度的聚乙烯亚胺和6g/L浓度的聚丙烯酸，雾化喷涂处理的喷涂工作距离为15cm，喷涂速度为14mL/min，喷涂时间为13s。水洗干燥，干燥处理的温度为121℃，干燥时间为3h。以喷涂-水洗-干燥作为一个喷涂循环，重复7次，即在铝合金表面构建聚乙烯亚胺/聚丙烯酸多层膜涂层，其厚度为2.2μm，老化处理的温度为102℃，老化温度为3h。
实施例8
本实施例提供一种自愈合铝合金的制备方法，还包括以下步骤：
S1、将铝合金表面利用磨抛机打磨抛光，迅速对铝合金表面进行水热预处理，即将铝合金材料浸渍于380g/L的氢氧化钠溶液中进行碱化处理，反应时间为2h，反应温度为65℃，然后经水洗、干燥，干燥处理的温度为105℃，干燥时间为4h；
S2、聚硅氧烷溶液以V聚硅氧烷：V乙醇：V水＝4：11：24的体积比以350rpm搅拌速度混合，混合时间为4h。将水热预处理的铝合金浸渍于聚硅氧烷溶液中进行交联，反应时间为2h，反应温度为56℃，然后水洗并干燥，干燥时间为4.5h，干燥温度为88℃，在铝合金表面形成Si-O-Al交联前驱体涂层，厚度为17μm；
S3、将前驱体涂层铝合金转移至雾化喷涂室，依次喷涂5g/L浓度的聚乙烯亚胺和6g/L浓度的聚丙烯酸，雾化喷涂处理的喷涂工作距离为19cm，喷涂速度为24mL/min，喷涂时间为12s。水洗干燥，干燥处理的温度为89℃，干燥时间为2h。以喷涂-水洗-干燥作为一个喷涂循环，重复9次，即在铝合金表面构建聚乙烯亚胺/聚丙烯酸多层膜涂层，其厚度为2.6μm，老化处理的温度为115℃，老化温度为2h。
实施例9
本实施例提供一种自愈合铝合金的制备方法，还包括以下步骤：
S1、将铝合金表面利用磨抛机打磨抛光，迅速对铝合金表面进行水热预处理，即将铝合金材料浸渍于200g/L的氢氧化钠溶液中进行碱化处理，反应时间为3.5h，反应温度为80℃，然后经水洗、干燥，干燥处理的温度为115℃，干燥时间为3h；
S2、聚硅氧烷溶液以V聚硅氧烷：V乙醇：V水＝2.5：11：17的体积比以400rpm搅拌速度混合，混合时间为5.5h。将水热预处理的铝合金浸渍于聚硅氧烷溶液中进行交联，反应时间为2h，反应温度为44℃，然后水洗并干燥，干燥时间为4h，干燥温度为89℃，在铝合金表面形成Si-O-Al交联前驱体涂层，厚度为12μm；
S3、将前驱体涂层铝合金转移至雾化喷涂室，依次喷涂11g/L浓度的聚乙烯亚胺和7g/L浓度的聚丙烯酸，雾化喷涂处理的喷涂工作距离为21cm，喷涂速度为17mL/min，喷涂时间为13s。水洗干燥，干燥处理的温度为122℃，干燥时间为2.4h。以喷涂-水洗-干燥作为一个喷涂循环，重复13次，即在铝合金表面构建聚乙烯亚胺/聚丙烯酸多层膜涂层，其厚度为3.2μm，老化处理的温度为124℃，老化温度为4.5h。
实施例10
本实施例提供一种自愈合铝合金的制备方法，还包括以下步骤：
S1、将铝合金表面利用磨抛机打磨抛光，迅速对铝合金表面进行水热预处理，即将铝合金材料浸渍于320g/L的氢氧化钠溶液中进行碱化处理，反应时间为3.5h，反应温度为67℃，然后经水洗、干燥，干燥处理的温度为120℃，干燥时间为4h；
S2、聚硅氧烷溶液以V聚硅氧烷：V乙醇：V水＝3：7：19的体积比以350rpm搅拌速度混合，混合时间为4.1h。将水热预处理的铝合金浸渍于聚硅氧烷溶液中进行交联，反应时间为2.4h，反应温度为59℃，然后水洗并干燥，干燥时间为4.5h，干燥温度为95℃，在铝合金表面形成Si-O-Al交联前驱体涂层，厚度为13μm；
S3、将前驱体涂层铝合金转移至雾化喷涂室，依次喷涂11g/L浓度的聚乙烯亚胺和6.5g/L浓度的聚丙烯酸，雾化喷涂处理的喷涂工作距离为14cm，喷涂速度为22mL/min，喷涂时间为14s。水洗干燥，干燥处理的温度为100℃，干燥时间为1h。以喷涂-水洗-干燥作为一个喷涂循环，重复11次，即在铝合金表面构建聚乙烯亚胺/聚丙烯酸多层膜涂层，其厚度为2.9μm，老化处理的温度为90℃，老化温度为4h。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自愈合铝合金，其特征在于：所述铝合金为以下物质：纯铝、Al-Cu、铝合金Al-Mn、Al-Si、Al-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种自愈合铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将铝合金表面利用磨抛机打磨抛光，迅速对铝合金表面进行水热预处理，即将铝合金材料浸渍于150～400g/L的氢氧化钠溶液中进行碱化处理，反应时间为1～5h，反应温度为50～100℃，然后经水洗、干燥，水热预处理活化铝合金表面；
S2、将水热预处理的铝合金浸渍于聚硅氧烷溶液中进行交联，反应时间为1～3h，反应温度为40～65℃，然后水洗并干燥，干燥时间为2～5h，干燥温度为75～100℃，在铝合金表面形成Si-O-Al交联前驱体涂层，厚度为11～19μm；
S3、将前驱体涂层铝合金转移至雾化喷涂室，依次喷涂5～12g/L浓度的聚乙烯亚胺和2～8g/L浓度的聚丙烯酸，水洗干燥，以喷涂-水洗-干燥作为一个喷涂循环，重复5-20次，即在铝合金表面构建聚乙烯亚胺/聚丙烯酸多层膜涂层，其厚度为2～5μm，经老化处理，即制得自愈合铝合金。
3.根据权利要求2所述的一种自愈合铝合金的制备方法，其特征在于，所述干燥处理的温度为90～120℃，干燥时间为2～5h。
4.根据权利要求2所述的一种自愈合铝合金的制备方法，其特征在于，所述聚硅氧烷溶液以V聚硅氧烷：V乙醇：V水＝1～5：7～12：15～30的体积比以300～600rpm搅拌速度混合，混合时间为3～6h，水为去离子水。
5.根据权利要求2所述的一种自愈合铝合金及其制备方法，其特征在于，所述雾化喷涂处理的喷涂工作距离为12～25cm，喷涂速度为10～25mL/min，喷涂时间为8～15s。
6.根据权利要求5所述的一种自愈合铝合金的制备方法，其特征在于，所述干燥处理的温度为85～130℃，干燥时间为1～3h。
7.根据权利要求6所述的一种自愈合铝合金的制备方法，其特征在于，所述老化处理的温度为85～130℃，老化温度为1～5h。
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