一種用于鋁合金表面的復(fù)合溶膠涂料、其制備方法及涂覆方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬表面復(fù)合涂層的制備技術(shù)，涉及一種用于鋁合金表面的復(fù)合溶膠涂料、其制備方法及涂覆方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金材料廣泛應(yīng)用于航空、航天、建筑、汽車等諸多工業(yè)領(lǐng)域，是最為常用的金屬材料之一。但是大多數(shù)鋁合金的耐蝕性能不佳，在使用時(shí)一般都需要進(jìn)行表面防護(hù)處理，如陽極氧化、化學(xué)氧化等。然而陽極氧化工藝盡管能夠提供良好的耐蝕膜層，但是對(duì)鋁合金基體的疲勞性能損害;化學(xué)氧化工藝一般都要用到六價(jià)鉻等危害環(huán)境和人體健康的物質(zhì)。同時(shí)，陽極氧化、化學(xué)氧化膜層的耐磨性能一般，在有耐磨要求的情況下往往難以滿足。
[0003]有機(jī)硅氧烷和金屬醇鹽是溶膠-凝膠化學(xué)中兩類主要的前驅(qū)體物質(zhì)，其中有機(jī)硅氧烷兼具有機(jī)與無機(jī)性質(zhì)，在溶膠-凝膠化學(xué)中的應(yīng)用十分廣泛。目前以有機(jī)硅氧烷和金屬醇鹽為主要成分的復(fù)合溶膠涂料參見下列文獻(xiàn)(摻雜納米粒子有機(jī)-無機(jī)復(fù)合涂層的疏水、防護(hù)性能，鄭順麗，李澄，李恒。Journal of Materials Protect1n，2012)。其缺點(diǎn)是:為達(dá)到耐磨效果，一般都向復(fù)合溶膠涂料中直接摻雜納米或微米顆粒，納米或微米顆粒與復(fù)合溶膠涂料的親和性往往不高，會(huì)產(chǎn)生團(tuán)聚、分散性差等問題，影響最終涂層中顆粒分布的均勻性，進(jìn)而降低其耐磨性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提出一種用于鋁合金表面的復(fù)合溶膠涂料、其制備方法及涂覆方法，以便提高最終涂層中納米或微米顆粒分布的均勻性，進(jìn)而提高最終涂層耐磨性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于鋁合金表面的復(fù)合溶膠涂料，其特征在于:它由有機(jī)硅氧烷、金屬醇鹽、催化劑、紫外活性溶液、有機(jī)聚合引發(fā)劑和溶劑組成;有機(jī)硅氧烷占復(fù)合溶膠涂料的體積百分比為20%?80%;金屬醇鹽催化劑占復(fù)合溶膠涂料的體積百分比為2%?10%;紫外活性溶液占復(fù)合溶膠涂料的體積百分比為2%?8%;有機(jī)聚合引發(fā)劑占復(fù)合溶膠涂料的體積百分比為0.1%?2%;余量為溶劑;所述的有機(jī)硅氧烷是下列物質(zhì)其中之一或者它們的混合物:2-(3，4_環(huán)氧環(huán)己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3，4_環(huán)氧環(huán)己烷基)乙基三乙氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧基甲基二乙氧基硅烷、1，2-雙(三甲氧基硅基)乙烷、1，2-雙(三乙氧基硅基)乙烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯;所述的金屬醇鹽是正丁醇鈦、異丁醇鈦、異丙醇鈰、正丁醇釔、異丁醇釔、正丙醇鋯、異丙醇鋯;所述的催化劑是乙酸、乙二酸、檸檬酸或乙酰丙酮;所述的紫外活性溶液是氯金酸溶液或氯鉑酸溶液;所述的有機(jī)聚合引發(fā)劑是下列物質(zhì)其中之一或者它們的混合物:甲基咪唑、二亞甲基三胺、乙二胺、Ν-胺基乙基-哌嗪、偶氮二異丁氰;所述的溶劑是下列物質(zhì)其中之一或者它們的混合物:甲醇、乙醇、丙醇、去離子水。
[0006]如上面所述的復(fù)合溶膠涂料的合成方法，其特征在于:制備的步驟是:
[0007]1、備料:按照比例量取有機(jī)硅氧烷、金屬醇鹽、催化劑、紫外活性溶液和溶劑；
[0008]2、配制有機(jī)硅氧烷溶膠:將有機(jī)硅氧烷加入到溶劑中，加熱到10°C?50°C，攪拌至少lh;
[0009]3、配制金屬醇鹽溶膠:首先將催化劑加入到溶劑中，再加入金屬醇鹽，攪拌至少lh；
[0010]4、混合有機(jī)硅氧烷溶膠和金屬醇鹽溶膠:混合有機(jī)硅氧烷溶膠和金屬醇鹽溶膠，攪拌至少2h;然后靜置老化48h?72h;
[0011]5、配制紫外活性溶液:將氯金酸或氯鉑酸加入到乙醇中，攪拌至少2h;
[0012]6、配制復(fù)合溶膠涂料:將有機(jī)聚合引發(fā)劑、紫外活性溶液加入到有機(jī)硅氧烷溶膠和金屬醇鹽溶膠混合溶膠中，攪拌至少lh。
[0013]采用如上面所述的復(fù)合溶膠涂料進(jìn)行涂覆的方法，其特征在于:涂覆的步驟是:
[0014]1、清洗鋁合金工件上的待涂覆表面:采用丙酮或乙醇清洗鋁合金工件上的待涂覆表面，保證表面水膜連續(xù)30s以上，然后采用潔凈的壓縮空氣吹干；
[0015]2、涂覆涂料:采用浸涂法，將鋁合金工件浸漬于復(fù)合溶膠涂料中，浸漬時(shí)間為
0.5min?lOmin，取出招合金工件在室溫條件下干燥60min?120min，或在60°C?80°C的鼓風(fēng)式空氣烘箱中干燥lOmin?20min;按照上述方法重復(fù)涂覆1?4次；
[0016]3、涂層干燥:將涂覆后的鋁合金工件放入60°C?80°C的鼓風(fēng)式空氣烘箱中干燥60min?180min，然后取出在紫外光下照射10s?60s，紫外光的光譜為350nm?450nm;招合金工件到紫外燈的距離為5cm?20cm;最后放入100°C?120°C的鼓風(fēng)式空氣烘箱中干燥30min?60mino
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:提出了一種用于鋁合金表面的復(fù)合溶膠涂料、其制備方法及涂覆方法，大大提高了最終涂層中納米或微米顆粒分布的均勻性，進(jìn)而提高了最終涂層耐磨性。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。一種用于鋁合金表面的復(fù)合溶膠涂料，其特征在于:它由有機(jī)硅氧烷、金屬醇鹽、催化劑、紫外活性溶液、有機(jī)聚合引發(fā)劑和溶劑組成;有機(jī)硅氧烷占復(fù)合溶膠涂料的體積百分比為20%?80%;金屬醇鹽催化劑占復(fù)合溶膠涂料的體積百分比為2%?10% ;紫外活性溶液占復(fù)合溶膠涂料的體積百分比為2%?8% ;有機(jī)聚合引發(fā)劑占復(fù)合溶膠涂料的體積百分比為0.1%?2%;余量為溶劑;所述的有機(jī)硅氧烷是下列物質(zhì)其中之一或者它們的混合物:2-(3，4_環(huán)氧環(huán)己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3，4_環(huán)氧環(huán)己烷基)乙基三乙氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、Ν-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧基甲基二乙氧基硅烷、1，2_雙(三甲氧基硅基)乙烷、1，2_雙(三乙氧基硅基)乙烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯;所述的金屬醇鹽是正丁醇鈦、異丁醇鈦、異丙醇鈰、正丁醇釔、異丁醇釔、正丙醇鋯、異丙醇鋯;所述的催化劑是乙酸、乙二酸、檸檬酸或乙酰丙酮;所述的紫外活性溶液是氯金酸溶液或氯鉑酸溶液;所述的有機(jī)聚合引發(fā)劑是下列物質(zhì)其中之一或者它們的混合物:甲基咪唑、二亞甲基三胺、乙二胺、Ν-胺基乙基-哌嗪、偶氮二異丁氰;所述的溶劑是下列物質(zhì)其中之一或者它們的混合物:甲醇、乙醇、丙醇、去離子水。
[0019]如上面所述的復(fù)合溶膠涂料的合成方法，其特征在于:制備的步驟是:
[0020]1、備料:按照比例量取有機(jī)硅氧烷、金屬醇鹽、催化劑、紫外活性溶液和溶劑；
[0021 ] 2、配制有機(jī)硅氧烷溶膠:將有機(jī)硅氧烷加入到溶劑中，加熱到10°C?50°C，攪拌至少lh;
[0022]3、配制金屬醇鹽溶膠:首先將催化劑加入到溶劑中，再加入金屬醇鹽，攪拌至少lh；
[0023]4、混合有機(jī)硅氧烷溶膠和金屬醇鹽溶膠:混合有機(jī)硅氧烷溶膠和金屬醇鹽溶膠，攪拌至少2h;然后靜置老化48h?72h;
[0024]5、配制紫外活性溶液:將氯金酸或氯鉑酸加入到乙醇中，攪拌至少2h;
[0025]6、配制復(fù)合溶膠涂料:將有機(jī)聚合引發(fā)劑、紫外活性溶液加入到有機(jī)硅氧烷溶膠和金屬醇鹽溶膠混合溶膠中，攪拌至少lh。
[0026]采用如上面所述的復(fù)合溶膠涂料進(jìn)行涂覆的方法，其特征在于:涂覆的步驟是:
[0027]1、清洗鋁合金工件上的待涂覆表面:采用丙酮或乙醇清洗鋁合金工件上的待涂覆表面，保證表面水膜連續(xù)30s以上，然后采用潔凈的壓縮空氣吹干；
[0028]2、涂覆涂料:采用浸涂法，將鋁合金工件浸漬于復(fù)合溶膠涂料中，浸漬時(shí)間為
0.5min?lOmin，取出招合金工件在室溫條件下干燥60min?120min，或在60°C?80°C的鼓風(fēng)式空氣烘箱中干燥lOmin?20min;按照上述方法重復(fù)涂覆1?4次；
[0029]3、涂層干燥:將涂覆后的鋁合金工件放入60°C?80°C的鼓風(fēng)式空氣烘箱中干燥60min?180min，然后取出在紫外光下照射10s?60s，紫外光的光譜為350nm?450nm;招合金工件到紫外燈的距離為5cm?20cm;最后放入100°C?120°C的鼓風(fēng)式空氣烘箱中干燥30min?60mino
[0030]實(shí)施例1
[0031]1)鋁合金試樣前處理
[0032]鋁合金試樣的前處理采用航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB/Z 233-1993《鋁及鋁合金硫酸陽極氧化工藝》中的規(guī)定進(jìn)行。<