[发明专利]一种金属表面有机-无机复合涂层及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面耐腐蚀性涂层及其制备工艺，特别是涉及一种金属表面有机-无机耐腐蚀性复合涂层及其制备工艺。

背景技术

金属腐蚀是自然界普遍存在的一种自然现象，是金属材料和周围环境发生化学或者电化学的作用而被破坏的现象。每年由于金属腐蚀产生的直接经济损失占国民生产总值的3%左右，因此，金属的腐蚀与防护关系到整个国民经济的可持续发展。对金属进行表面处理是目前应用非常广泛并且效果显著的一个措施。传统的用于金属表面处理的技术主要是铬酸盐处理和磷酸盐处理技术，但是传统的金属表面处理技术对于人体和环境都有很大的损害，越来越不能适合人类社会更高的环境要求。

目前国内外腐蚀科学领域都在寻求环境友好、绿色环保的铬酸盐钝化处理的替代技术，目前已经有了很多的新的环保型的表面处理技术的研究，其中一些具有多个羟基/或氨基基团的有机聚合物制备的有机涂层备受研究人员的青睐，能在有机-无机材料间架起桥梁的有机溶剂-硅烷偶联剂成为较具潜力的表面处理剂，作为传统磷化、钝化等技术的替代技术。

有机涂层重要的功能是阻止H₂O、O₂和Cl^- 的侵入，但是，一旦有缺陷产生，腐蚀粒子就会很容易到达金属表面，发生局部腐蚀，即单纯的有机涂层对金属基体的保护作用不能持久，大大限制了其在工程中的应用。另外，传统的浸涂法或是旋涂法制备的涂层都受到厚度、均匀性的限制，不能对金属基体起到持久保护作用。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种能对金属基体起到持久防护作用的耐蚀性有机-无机复合涂层，同时提供一种简单易操作，能实现可控制备的制备工艺。

本发明金属表面有机-无机复合涂层的制备工艺，包括以下步骤：将配制的由无机纳米粒子包覆的羧基化碳纳米管的溶胶加入到具有多个羟基/或氨基基团的有机聚合物中，采用脉冲电沉积技术在30-55℃、0.05-20Hz，低电压下将有机-无机复合体系电沉积于金属表面，制得有机-无机复合涂层。

所述脉冲电沉积步骤在负电压下进行，优选：基础电位-0.55~-0.30V，脉冲沉积电位-2.0~-0.5V。

本发明金属表面有机-无机复合涂层的质量百分组成为：无机纳米粒子：5%-13%，羧基化的碳纳米管：0.5%-5.0%，具有多个羟基/或氨基基团的有机聚合物： 82.0%-94.5%。

所述金属基体包含有铝合金、铜合金、钛合金、镁合金、不锈钢、碳钢或中性钢。

所述无机纳米粒子为TiO₂、SiO₂、CeO₂、ZrO₂、LaO₂中的一种或几种。

所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或双壁碳纳米管。

所述含有具有多个羟基/或氨基基团的有机聚合物，包括聚醇胺类化合物、天然及合成的多羟基化合物以及其它具有多个羟基或氨基基团的有机聚合物，如聚乙烯醇、多巴胺、壳聚糖、硅烷偶联剂等，优选硅烷偶联剂，更优选双-[3-(三乙氧基）硅丙基]四硫化物（BTESPT)。

本发明的制备工艺简单易行，成膜速度明显提高，得到的膜层更加致密、均匀，在3.5%wt.NaCl中性电解质溶液中进行电化学测试，与裸样相比，制备的复合涂层的低频阻抗模值从10^3.4提高到10^6.2，自腐蚀电位从-0.83V提高到-0.58V，明显右移，自腐蚀电流也显著下降。与常规的浸涂法相比，该发明对金属表面平整性要求较低、能有效实现可控制备；制得的有机-无机复合涂层无毒环保，膜层更厚、更致密、均匀，对金属基体有着更持久、稳定的保护效果。因此，该方法制备的抗腐蚀复合涂层有着很好的应用前景。

附图说明

图1是在2024Al合金表面脉冲电沉积制得的有机-无机复合涂层在3.5%wt.NaCl中性电解质溶液中浸泡30min时的波特（bode)图。

图2是在2024Al合金表面脉冲电沉积制得的有机-无机复合涂层在3.5%wt.NaCl中性电解质溶液中浸泡30min时的相位角图。

图3是2024Al合金表面脉冲电沉积制得的有机-无机复合涂层在3.5%wt.NaCl中性电解质溶液中的动电位极化曲线。

图4为在2024铝合金表面脉冲电沉积制备的BTESPT/TiO₂/MWCNT有机-无机复合涂层的微观形貌图。