[发明专利]一种用于金属表面处理的碱性硅烷稀土掺杂处理剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于金属表面处理的碱性硅烷稀土掺杂处理剂及其制备方法和应用。所述碱性硅烷稀土掺杂处理剂包括硅烷偶联剂，稀土铈化合物，有机稳定剂，杀菌剂，金属螯合剂及水。本发明以水为溶剂，以硅烷偶联剂为主要成膜剂，体系中添加少量的铈盐，作为膜层封闭剂和修补剂，在基体表面形成具有保护性的膜层，降低其腐蚀速率，当体系与金属基材接触时，硅和铈可以在基体表面发生一系列的水解和吸附反应，在基体表面形成复杂的硅烷和铈掺杂的有机无机杂化膜，提高金属耐蚀性。

技术领域

本发明属于金属表面处理领域，具体涉及一种用于金属基材表面防腐蚀的碱性硅烷稀土掺杂处理剂及其制备方法和应用。

背景技术

金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。金属腐蚀时，在金属的界面上金属与空气、水等发生化学或电化学多相反应，使金属转入氧化(离子)状态，这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命。世界上每年因腐蚀的金属约占总产量的三分之一，如何防止金属腐蚀已成为科学界研究的重大课题。

在金属表面上使用表面转化膜处理，施用覆盖保护层保护是防止金属腐蚀的最常用的重要方法，提高工件工序间防锈、提高有机涂层结合力与耐蚀性。覆盖保护层的作用在于使金属制品与周围介质隔离开来，以防止或减少腐蚀。除了处理防腐蚀外，覆盖保护层还有一定的装饰性或者功能性，但是，由于涂料涂层属于有机涂层，与金属的结合力差，需要在涂装前对金属表面进行前处理，增加一层过渡层，增强金属表面与有机涂层之间的结合力。

目前常用的金属表面处理技术是钝化处理和磷化处理。规模化生产中，钝化处理仍以含铬钝化为主，铬对环境的污染和人体的危害很大，六价铬在出口产品中已被限制使用；磷化是防锈、润滑及涂装前预处理的重要工序，用途广泛，但是磷化处理的水洗水、废磷化液中含有磷，容易引起水体富营养化。同时，磷化液中除了含有锌离子外，常常含有镍、锰等其他重金属离子，磷化过程中产生的磷化渣是危险固体废物。因此，钝化、磷化是目前表面处理领域重要的污染源，亟需采用先进的环保性技术取代。

硅烷化处理是以有机官能硅烷或有机非官能硅烷(统称硅烷偶联剂)为主要原料，对金属、非金属材料进行表面处理的技术。与传统的金属表面转化膜处理技术相比，具有绿色环保、步骤简单、能耗小等众多优点。与磷化相比，硅烷化技术可省去表调及磷化后两道水洗工序；可以在常温下处理，更加节能；体系条件温和，可以减少设备的腐蚀；硅烷化处理不产生固废及废水，环境友好方面优于磷化处理；省去表调、加温、除渣等工序，减少设备投入，缩短生产周期，提高生产效率，降低总体成本。因此，近年来，硅烷化处理在材料表面处理领域引起广泛关注。

采用有机硅烷为主要成分的对金属冷轧板的防腐处理，是一种高能效、低成本、低污染的处理方法，硅烷可以与冷轧板表面的-OH结合形成共价键，而且硅树脂之间相互交联，形成一层致密的膜，阻止水分、腐蚀气体和其他腐蚀物质接触冷轧板表面，从而提高冷轧板的防腐性能。虽然有机硅烷膜具有良好的腐蚀防护能力和结合力，但是传统方法制备的单一成分的硅烷膜较薄，质软，致密度低，耐机械性能比较差，常存在气孔和微裂纹等，限制了其单独使用。因此，人们试图通过不同的手段改进硅烷膜的抗腐蚀能力和力学性质。

在WO 2004/076717中要求保护以一种借助用于处理或预处理另外涂层的含水组合物来涂覆金属表面的方法。该含水组合物包含至少一种可水解的硅烷以及至少一种金属螯合物。此外，该组合物包含至少一种有机成膜剂、无机颗粒、润滑剂、有机缓蚀剂、防腐蚀颜料以及其它成分。以这种组合物可制备无铬涂层，尽管其层厚只有0.5-2.0μm，但性能依旧可以达到较高的水平。

专利US 5292549公开了具有提供临时的腐蚀防护的薄的硅氧烷膜的金属涂覆的钢板及施用硅氧烷膜的方法，所述硅氧烷膜可由碱性清洗去除，尽管这样的预处理方法提供不受湿度影响的无毒涂层，但是对所述金属涂覆的钢板赋予了仅仅是临时的抗腐蚀性，且需要在任何进一步涂覆步骤前需将其去除。