[发明专利]用于航空铝合金材料的表面防腐处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对金属或金属合金基体的表面进行处理的方法，尤其涉及一种对用于航空工业的铝及其合金材料的表面进行防腐处理的方法，属于表面处理技术领域。

背景技术

传统的表面处理方法有阳极氧化、化学氧化、电镀和微弧氧化等方法。其中，化学氧化法制备的化学氧化膜具有对金属及金属合金材料的疲劳性能影响小、工艺简单、成本低、生成速度快、附着性良好等优点，常常作为金属及金属合金喷涂底漆及涂料的前处理方法。目前化学氧化法中最常用的是铬酸盐化学氧化法，金属及金属合金经铬酸盐处理后，在其表面形成一层金属铬酸盐的高黏附性薄层沉积物，使得其耐蚀性得到显著提高，还能够增强底漆与基体表面的结合力。但是，该方法有许多缺点，如其工艺过程中出现的六价铬酸盐为一种对环境极不友好的高度致癌物质，对环境的污染极其严重；而且这些工艺在浸渍槽中要使用强酸(包括含氟强酸)、强碱，这都需要使用大量的水来清洗残留在物件表面的处理溶液，同时还需要对生产过程中产生的大量工艺废液和清洗废水进行再处理，该处理过程带来了极大的环境污染问题和高昂的环境处理成本。这就迫切需要研究一种方法简单，工艺操作简便，对设备要求不高，对环境无污染、低成本的表面涂层新技术。

目前国内外用溶胶-凝胶法制备保护涂层的研究开发非常活跃。溶胶-凝胶涂层的技术方法简单，工艺操作简便，对设备要求不高，成本低，环境友好、无污染。此涂层不仅具有良好的化学稳定性，而且所形成的涂层具有网状交联结构，能有效地阻止腐蚀介质对金属基体的破坏作用，从而提高材料的耐腐蚀性和耐磨性，这层化学转化涂层还能够显著提高金属或金属合金基体与底漆的粘和能力。

有文献描述3％-5％的有机硅氧烷的溶胶可在金属或其合金表面形成一层干膜厚度200到500nm的薄膜，该涂层确实大大增强了金属或其合金与随后涂覆的底漆和涂料间的附着力，但其本身并不具有耐腐蚀性能。

对于目前我国航空领域金属或金属合金表面处理的现状，特别是航空铝合金的表面处理现状，迫切需要提出一种能够在多种金属或其合金材料表面上进行防腐处理的方法，该方法可以作为金属及金属合金喷涂底漆及树脂涂层或涂料的前处理方法。由此方法形成的涂层能有效地阻止腐蚀介质对金属基体的破坏作用，从而提高材料的耐腐蚀性、耐化学环境、耐机械刮擦、耐摩擦性能，同时，该涂层还需要具备提高有机涂层(例如：底漆、腻子、颜料、树脂层、涂料等)与金属或其合金制造的基体材料之间的粘和能力。

由于铝及其合金、钛及其合金材料在航空工业的应用较多，因此，本领域的技术人员致力于开发一种对适用于航空工业的铝及其合金、钛及其合金材料的表面进行处理的方法，经过处理后的表面具有耐腐蚀性能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种对用于航空工业的铝及其合金材料的表面进行防腐处理的方法。

为实现上述目的，本发明以有机取代的硅氧烷为溶胶溶液的前驱体，提供了一种适用于金属及其合金基材，特别适合航空铝合金基材的表面防腐处理方法。

在本发明的具体实施方式中，本发明方法能够在航空铝合金表面制备有机杂化的凝胶涂层，该方法利用有机取代的烷氧基硅烷与铝合金表面形成Al-O-Si的化学键，且不同的硅氧烷偶联剂可提供不同的有机基团，可有效地改善无机-有机相的界面粘接能力，同时还能在金属表面和次表面形成高密度的Al-O-Si和Si-O-Si交联网状结构，大大增强涂层的抗腐蚀性能。

本发明的溶胶液中还添加有一定量的氧化石墨烯，由于氧化石墨烯上含有丰富的羧基、醚键和羟基基团，这些基团能够与溶胶-凝胶涂层的网状交联结构中没有完全缩合的羟基基团发生化学键合，非常有效地填补了溶胶-凝胶涂层由于相邻羟基没有完全缩合而惯常会形成微孔、裂隙等结构缺陷。并且，石墨烯的片状结构使其在涂层可以如补丁般填补溶胶-凝胶结构中常有的微孔、裂隙等结构缺陷，有效阻断了腐蚀过程中穿透涂层进而与金属基底发生电化学反应的微粒的进入通道，因此大大提高了涂层的防腐性能。

本发明的目的是提供一种用于航空铝合金材料的表面防腐处理的实施方法，首先，在基体材料的表面形成一种溶胶液；其次，将该溶胶液沉积在基体材料的表面形成溶胶层，溶胶层干燥后形成溶胶-凝胶涂层。其中，溶胶液包括下述组成部分：

(a)1～10wt％的能够在铝合金表面形成致密网状交联结构涂层的至少一种有机硅氧烷；

(b)0.1～5wt％的选自于有机酸或碱的化合物；

(c)45～93wt％的无毒无害的有机溶剂，优选醇类，更优选1到10个碳原子的脂肪醇；