[發(fā)明專利]含金屬鋅的復(fù)合硅烷膜的制備方法及其用途

有效

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• 申請日: 2011-07-06
• 公開（公告）號: CN102268707A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伍廉奎;胡吉明
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C25D9/02
• 分類號: C25D9/02;C25D3/22
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含金屬鋅的復(fù)合硅烷膜的制備方法及其用途。

技術(shù)背景

眾所周知，除了少量貴重惰性金屬（鉑、金等）外，絕大多數(shù)金屬由于在自然條件下易發(fā)生腐蝕，在使用之前一般都要經(jīng)過防護處理以提高其耐蝕性能，延長使用壽命。目前實際應(yīng)用的防護技術(shù)的共同點是，金屬一般都要經(jīng)過預(yù)處理，以提高金屬與防護層的結(jié)合力和增強金屬的耐蝕性。鉻酸鹽鈍化處理與磷酸鹽轉(zhuǎn)化是兩種最常用的金屬表面預(yù)處理技術(shù)，且處理效果極佳。然而，Cr⁶⁺是一種強致癌物質(zhì)，對生物體和環(huán)境都有很大的危害，而傳統(tǒng)磷化工藝也會產(chǎn)生大量的有害廢液引起水體富營養(yǎng)化等。近年來，隨著人們對環(huán)保問題和健康的日益重視，這兩種金屬表面預(yù)處理工藝越來越受到限制。

硅烷化預(yù)處理技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一種新型金屬預(yù)處理技術(shù)，主要是采用環(huán)境友好的硅烷偶聯(lián)劑為原料對金屬進行預(yù)處理，可以有效的避免鉻酸鹽和磷酸鹽處理時對環(huán)境造成的污染。但是，傳統(tǒng)方法，如浸涂，旋涂等制備的硅烷膜較薄，且不完整，一旦硅烷膜在腐蝕性環(huán)境中失效，金屬基體就直接暴露在腐蝕性環(huán)境中，迅速被腐蝕。

Mandler等人(Advanced?Materials?11(5):?384-388.)提出采用陰極電沉積技術(shù)，利用陰極電位下產(chǎn)生的OH^-促進硅烷/硅醇在基體表面成膜，提高了硅烷膜的厚度。而胡吉明等人采用陰極電沉積技術(shù)制備出防護性硅烷膜用于鋁合金的腐蝕防護，與傳統(tǒng)的浸涂成膜技術(shù)相比，陰極電沉積由于促進了硅烷的縮聚成膜過程，制備得到了更加致密，耐蝕性能更好的硅烷膜，然而單獨硅烷膜僅起到機械屏障保護作用，一旦膜層破裂，起不到后續(xù)的防護效果。金屬Zn層作為鋼鐵材料的防護層應(yīng)用由來已久，其中Zn層起到“犧牲陽極”優(yōu)先被腐蝕溶解，從而為鋼鐵提供外加電子使其得到陰極保護。然而，單獨金屬Zn保護層的消耗速度過快，造成資源浪費。

發(fā)明內(nèi)容

????本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有硅烷膜防護技術(shù)的不足，并參考Zn鍍層的防護原理的基礎(chǔ)上，提供一種含金屬鋅的復(fù)合硅烷膜的制備方法及其用途。

含金屬鋅的復(fù)合硅烷膜的制備方法的步驟如下：

1）向電解槽中加入0.5～-10?mL硅烷，1～40?mL水，1～90mL有機溶劑，用醋酸調(diào)節(jié)pH為3.0～9.0，置于25～40℃恒溫水中水解0.5～48h，加入0.005?~?1.0mol/L的鋅鹽，攪拌均勻，得到沉積液；

2）被保護的金屬基材放入除油液中于30～60℃下超聲5～60分鐘，用自來水沖去電極表面殘留堿液，去離子水沖洗電極表面后吹干置于干燥器中，待用；

3）以被保護的金屬基材置于沉積液中作為陰極，以石墨或鉑片為陽極，在-1.3V～-1.0V電位下，相對Ag/AgCl參比電極，電沉積1～30?min；

4）用高壓氮氣吹去附著在金屬基材表面殘余的硅烷溶液，之后放入空氣鼓風(fēng)干燥箱，80～150℃下固化30～90?min。

所述的硅烷為單硅烷或雙硅烷，單硅烷的結(jié)構(gòu)通式為：

其中，R為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基或乙酰基，X為烷基、烯基或被至少一個氨基、環(huán)氧基或巰基取代的烷基或烯基、甲氧基、乙氧基或芐基中的一種或多種。

雙硅烷結(jié)構(gòu)通式為：

其中，R為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基或乙酰基，Y為CH₂CH₂、(CH₂)₃-NH-(CH₂)₃、(CH₂)₃-S₄-(CH₂)₃.。

所述有機溶劑為：甲醇，乙醇，正丙醇，異丙醇、正丁醇或乙酸乙酯中的任一種或兩種以上的組合；

所述的鋅鹽為：硝酸鋅，硫酸鋅，醋酸鋅中的任一種或兩種以上的組合；

所述的除油液的組成為：碳酸鈉8g/L、硅酸鈉5g/L、多聚磷酸鈉8g/L，十二烷基磺酸鈉1g/L、烷基酚聚氧乙烯醚5mL/L。

所述的被沉積金屬為碳鋼，碳鋼為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼。

含金屬鋅的復(fù)合硅烷膜用于金屬的腐蝕防護。