[发明专利]一种用于金属表面防腐的复合纳米硅烷膜及其成膜方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及金属表面的防腐膜，特别涉及用于冷轧钢和镀锌钢表面防腐的复合纳米硅烷膜及其成膜方法。

二、背景技术

冷轧钢和镀锌钢具有优良的机械性能，尤其是良好的加工性能，被广泛用于制造汽车、家电、工业设备和各种工程机械等领域。目前，对冷轧钢和镀锌钢的表面处理较多采用铬酸盐钝化或者磷化方法，以使其表面具有良好的耐蚀性并与涂层的结合力更好。但是，铬酸盐钝化技术对人体和环境会产生有害的物质，磷化膜的耐蚀性能和自愈性仍存在部分问题，其处理后的废水对人类赖以生存的水资源有很大影响。因此寻求绿色且高效的表面处理技术显得尤为重要。采用硅烷膜对金属表面进行预处理是一种新型的绿色环保技术，愈来愈受到人们的重视，近年来国内已经有了相关报道。虽然用硅烷对镀锌钢进行表面预处理已经有了一些研究，但使用γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷来提高镀锌钢表面的耐腐蚀性能在国内的报道很少。而在冷轧钢和镀锌钢上用复合纳米γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷膜替代磷化膜进行表面防腐处理，至今在国内外还没见报道。

三、发明内容

本发明针对现有冷轧钢和镀锌钢表面防腐处理的不足，旨在提供一种环保型的复合纳米硅烷膜进行防腐，所要解决的技术问题是遴选适宜的硅烷及其成膜方法。

本发明所称的复合纳米硅烷膜是由γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷加入体积百分浓度1-40％的乙醇水溶液中，使γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷体积百分浓度达1-30％、调pH值8-13后再加入活化的纳米材料搅拌均匀并于10-70℃下水解形成的硅醇溶液，然后将处理好的金属浸入其中适量时间，即可在金属表面生成复合纳米硅烷膜，每升硅烷水解溶液中加入10-500毫克活化纳米材料。

所述的γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷为无色透明液体，沸点85-88℃，用途广泛，既是通用型的增粘剂，又是优良的硅烷偶粘剂等。在本膜形成中的关键步骤是前期的硅烷水解工艺，将γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷加入体积百分浓度1-40％的乙醇水溶液中，使γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷的体积百分浓度达1-30％，搅拌均匀并调pH值8-13后，再加入活化的纳米材料，纳米材料加入量为每升硅烷水解溶液加入10-500毫克，并搅拌均匀。然后在10-70℃条件下水解1-60小时即得复合纳米硅醇溶液。

所述的纳米材料选自纳米SiO₂或/和纳米Al₂O₃。

所述的活化是将纳米SiO₂放入硫酸∶水＝1∶1(体积比)的溶液中浸泡5-10分钟(min)，取出后用水反复洗涤至pH为7左右，再在马弗炉中600℃焙烧2小时(h)后自然冷却至室温。

纳米Al₂O₃的活化：在马弗炉中600℃焙烧2小时，自然冷却，取出备用。

本复合纳米硅烷膜的成膜方法，所述的成膜是指在经过除锈、除油、清洗后的冷轧钢件或镀锌钢件的表面成膜，该成膜方法包括金属件的表面处理、水解、浸渍和干燥，与现有技术的区别是所述的水解是将γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷加入体积百分浓度1-40％的乙醇水溶液中，使γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷的体积百分浓度达1-30％，搅拌均匀并调pH值8-13后，再加入活化的纳米材料，纳米材料加入量为每升硅烷水解溶液加入10-500毫克，并搅拌均匀。然后在10-70℃条件下水解1-60小时可得到复合纳米硅醇溶液。所述的浸涂是将经表面处理后的冷轧钢件或镀锌钢件浸没上述溶液中不少于3分钟，浸涂结束后取出金属部件进行干燥，所述的干燥是将浸涂后的金属置于一定温度的干燥箱中，恒温一定时间。干燥的条件为：温度20-150℃，时间是20-1200分钟。便在金属工件的表面形成一层致密均匀的复合纳米硅烷膜。

所述的纳米材料及其活化同上。

硅烷水解的时间与pH值和温度有关，当pH值一定时，水解时间与温度反相关，即温度低时，时间长一些，高则短一些。

本复合纳米硅烷膜防腐性能十分优异。在3.5％NaCl溶液中阳极极化曲线过电位达700mV时腐蚀电流仍几乎为零。

四、附图说明

图1分别给出表面有、无复合纳米硅烷膜的冷轧钢试样在30℃的3.5％NaCl水溶液中的阳极极化曲线，扫描速率为1mv/s。

0号曲线为无复合纳米硅烷膜的冷轧钢试样的极化电位与腐蚀电流的关系；

d号曲线为有复合纳米硅烷膜的冷轧钢试样的极化电位与腐蚀电流的关系。