[發明專利]一種摻雜乙酸鈷的溶膠凝膠膜層及制備方法

無效

• 申請號: 201010586593.6
• 申請日: 2010-12-14
• 公開（公告）號: CN102080224A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 李松梅;丁嬌嬌;劉建華;于美;詹中偉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C23C20/00
• 分類號: C23C20/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種金屬材料的防腐膜層及制備方法，具體涉及一種摻雜乙酸鈷的溶膠凝膠膜層及制備方法，它特別適用于鋁及鋁合金的腐蝕防護。?

背景技術

鋁及鋁合金由于其比重小，加工性能好，導電、導熱性能優良，塑性好，易于成形，價格便宜等優點，廣泛的應用于輕工、建材、航天、電子等領域。不過，鋁合金基體本身容易被腐蝕，在一定情況下需對其進行必要的表面處理。?

鑒于傳統能夠為鋁合金提供耐蝕性能的鉻酸鹽的使用對環境有害而受到限制，在過去的幾年時間里對鉻酸鹽的替代物進行了大量的研究，其中通過在鋁合金上涂覆一層溶膠凝膠膜層，這層膜可以為鋁合金試樣提供一層物理屏障，阻滯腐蝕介質的進入，從而抑制了鋁合金上腐蝕反應的發生，達到提高鋁合金的耐蝕性能。?

盡管對溶膠凝膠膜的研究已經取得了很大的進展，有大量的研究數據驗證了溶膠凝膠膜對鋁合金的腐蝕防護性能具有一定的提高，不過這種防護機制只有在溶膠凝膠膜層完好無損時才成立。當溶膠凝膠膜層上有少量的缺陷存在時，這種膜層體系則不能為裸露區域提供保護。因此，提供腐蝕防護性能不僅意味著為防護表面覆蓋一層致密的膜層，還應當提供緩蝕性能，以便在膜層發生部分破損后仍能繼續提供防護性能。這些性能可以通過向溶膠凝膠體系中添加特定的物質來實現。在溶膠凝膠膜被破壞時，這種添加劑仍可以為局部區域提供腐蝕防護性能。不過添加劑的使用也會產生一些副作用，如降低溶膠凝膠的穩定性，鉬酸根離子會降低溶膠凝膠的網絡結構的穩定性，從而降低其耐蝕性能。此外，有些添加劑因從膜層中快速的釋放使得不容易被控制而且添加劑的溶解度對溶膠凝膠膜的長期的腐蝕防護性能也具有重要的影響，如三價鈰因溶解度太高而不適于用作長期防護。?

本發明提供了一種摻雜乙酸鈷溶膠凝膠膜層的制備工藝，其添加量相較三價鈰的低，它不僅不會破壞膜層的完整性和致密性，而且能提高溶膠凝膠膜層的耐蝕性能。此外這種摻雜溶膠凝膠膜還可以為受到破壞的溶膠凝膠膜提供緩蝕作用。這是由于鈷離子在膜層產生缺陷時，一方面與腐蝕反應生成的OH^-結合產生沉淀，覆蓋在陰極上(Al)，起到了阻塞作用；且由于醋酸鹽呈弱堿性，也可以為Co²⁺發生沉淀反應提供OH^-。另一方面，由于CH3COO^-對金屬具有較強的吸附作用而優先吸附在鋁合金基體表面，和Cl^-發生競爭吸附使Cl^-遠離鋁表面，從而達到抑制腐蝕的目的。?

發明內容

本發明的目的是提供一種摻雜乙酸鈷的溶膠凝膠膜層及制備方法，這層膜完整、致密，可以為鋁及鋁合金提供一層物理屏障，阻滯腐蝕介質的進入，從而抑制了鋁合金上腐蝕反應的發生，達到提高鋁合金的耐蝕性能；這層膜還具有良好的穩定性和耐久性，可以為受到破壞的溶膠凝膠膜提供緩蝕作用，這種緩蝕性能可以減緩甚至抑制腐蝕介質對金屬表面造成的損害。?

本發明的溶膠凝膠膜層采用異丙醇鋯(TPOZ)(75wt.％的正丙醇溶液)和γ-環氧丙氧丙基三甲氧基硅烷(GTMS)(≥98wt.％)作為前驅體，所使用試劑皆為分析純。?

本發明采用無水乙醇作為溶劑。?

本發明采用乙酰乙酸乙酯作為催化劑，以便控制有機鋯鹽的水解速度。?

本發明采用乙酸鈷作為添加劑摻雜到溶膠體系。?

本發明中將乙酸鈷直接添加到配制好的溶膠體系中，攪拌均勻即可。?

這項發明是一種摻雜乙酸鈷溶膠凝膠膜層的制備方法。本發明中乙酸鈷的摻雜不僅不會破壞膜層的完整性和致密性，而且能提高溶膠凝膠膜層的耐蝕性能。此外這種摻雜溶膠凝膠膜還可以為受到破壞的溶膠凝膠膜提供緩蝕作用。本發明中乙酸鈷的摻雜量為0.01～0.5wt.％，優選摻雜量為0.05～0.15wt.％。?

具體實施步驟如下：?

1)鋁及鋁合金的前處理?

①打磨：采用砂紙打磨至800#；?

②流動自來水洗；?

③堿洗：氫氧化鈉55g/L，50～60℃浸漬30s；?

④熱水洗后再流動自來水洗；?

⑤出光：鉻酸：110g/L；硝酸：45g/L；氫氟酸：22g/L；?

⑥流動自來水洗。?

2)溶膠的配制?

①采用量筒量取1L無水乙醇作為溶劑備用；?

②GTMS溶膠體系的配制：將60mL的GTMS緩慢倒入攪拌中的適量溶劑內，然后加入過量的去離子水，使GTMS充分水解；?