[發(fā)明專(zhuān)利]一種金屬表面有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合涂層及其制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310418282.2
• 申請(qǐng)日: 2013-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103469286A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳守剛;張玉平;邢樹(shù)楠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)海洋大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C25D15/00
• 分類(lèi)號(hào): C25D15/00
• 代理公司: 青島海昊知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所有限公司 37201
• 代理人: 王鐸

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬表面耐腐蝕性涂層及其制備工藝，特別是涉及一種金屬表面有機(jī)-無(wú)機(jī)耐腐蝕性復(fù)合涂層及其制備工藝。

背景技術(shù)

金屬腐蝕是自然界普遍存在的一種自然現(xiàn)象，是金屬材料和周?chē)h(huán)境發(fā)生化學(xué)或者電化學(xué)的作用而被破壞的現(xiàn)象。每年由于金屬腐蝕產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)損失占國(guó)民生產(chǎn)總值的3%左右，因此，金屬的腐蝕與防護(hù)關(guān)系到整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)金屬進(jìn)行表面處理是目前應(yīng)用非常廣泛并且效果顯著的一個(gè)措施。傳統(tǒng)的用于金屬表面處理的技術(shù)主要是鉻酸鹽處理和磷酸鹽處理技術(shù)，但是傳統(tǒng)的金屬表面處理技術(shù)對(duì)于人體和環(huán)境都有很大的損害，越來(lái)越不能適合人類(lèi)社會(huì)更高的環(huán)境要求。

目前國(guó)內(nèi)外腐蝕科學(xué)領(lǐng)域都在尋求環(huán)境友好、綠色環(huán)保的鉻酸鹽鈍化處理的替代技術(shù)，目前已經(jīng)有了很多的新的環(huán)保型的表面處理技術(shù)的研究，其中一些具有多個(gè)羥基/或氨基基團(tuán)的有機(jī)聚合物制備的有機(jī)涂層備受研究人員的青睞，能在有機(jī)-無(wú)機(jī)材料間架起橋梁的有機(jī)溶劑-硅烷偶聯(lián)劑成為較具潛力的表面處理劑，作為傳統(tǒng)磷化、鈍化等技術(shù)的替代技術(shù)。

有機(jī)涂層重要的功能是阻止H₂O、O₂和Cl^-?的侵入，但是，一旦有缺陷產(chǎn)生，腐蝕粒子就會(huì)很容易到達(dá)金屬表面，發(fā)生局部腐蝕，即單純的有機(jī)涂層對(duì)金屬基體的保護(hù)作用不能持久，大大限制了其在工程中的應(yīng)用。另外，傳統(tǒng)的浸涂法或是旋涂法制備的涂層都受到厚度、均勻性的限制，不能對(duì)金屬基體起到持久保護(hù)作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在提供一種能對(duì)金屬基體起到持久防護(hù)作用的耐蝕性有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合涂層，同時(shí)提供一種簡(jiǎn)單易操作，能實(shí)現(xiàn)可控制備的制備工藝。

本發(fā)明金屬表面有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合涂層的制備工藝，包括以下步驟：將配制的由無(wú)機(jī)納米粒子包覆的羧基化碳納米管的溶膠加入到具有多個(gè)羥基/或氨基基團(tuán)的有機(jī)聚合物中，采用脈沖電沉積技術(shù)在30-55℃、0.05-20Hz，低電壓下將有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體系電沉積于金屬表面，制得有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合涂層。

所述脈沖電沉積步驟在負(fù)電壓下進(jìn)行，優(yōu)選：基礎(chǔ)電位-0.55~-0.30V，脈沖沉積電位-2.0~-0.5V。

本發(fā)明金屬表面有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合涂層的質(zhì)量百分組成為：無(wú)機(jī)納米粒子：5%-13%，羧基化的碳納米管：0.5%-5.0%，具有多個(gè)羥基/或氨基基團(tuán)的有機(jī)聚合物：?82.0%-94.5%。

所述金屬基體包含有鋁合金、銅合金、鈦合金、鎂合金、不銹鋼、碳鋼或中性鋼。

所述無(wú)機(jī)納米粒子為T(mén)iO₂、SiO₂、CeO₂、ZrO₂、LaO₂中的一種或幾種。

所述碳納米管包括單壁碳納米管、多壁碳納米管或雙壁碳納米管。

所述含有具有多個(gè)羥基/或氨基基團(tuán)的有機(jī)聚合物，包括聚醇胺類(lèi)化合物、天然及合成的多羥基化合物以及其它具有多個(gè)羥基或氨基基團(tuán)的有機(jī)聚合物，如聚乙烯醇、多巴胺、殼聚糖、硅烷偶聯(lián)劑等，優(yōu)選硅烷偶聯(lián)劑，更優(yōu)選雙-[3-(三乙氧基）硅丙基]四硫化物（BTESPT)。

本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單易行，成膜速度明顯提高，得到的膜層更加致密、均勻，在3.5%wt.NaCl中性電解質(zhì)溶液中進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，與裸樣相比，制備的復(fù)合涂層的低頻阻抗模值從10^3.4提高到10^6.2，自腐蝕電位從-0.83V提高到-0.58V，明顯右移，自腐蝕電流也顯著下降。與常規(guī)的浸涂法相比，該發(fā)明對(duì)金屬表面平整性要求較低、能有效實(shí)現(xiàn)可控制備；制得的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合涂層無(wú)毒環(huán)保，膜層更厚、更致密、均勻，對(duì)金屬基體有著更持久、穩(wěn)定的保護(hù)效果。因此，該方法制備的抗腐蝕復(fù)合涂層有著很好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是在2024Al合金表面脈沖電沉積制得的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合涂層在3.5%wt.NaCl中性電解質(zhì)溶液中浸泡30min時(shí)的波特（bode)圖。

圖2是在2024Al合金表面脈沖電沉積制得的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合涂層在3.5%wt.NaCl中性電解質(zhì)溶液中浸泡30min時(shí)的相位角圖。

圖3是2024Al合金表面脈沖電沉積制得的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合涂層在3.5%wt.NaCl中性電解質(zhì)溶液中的動(dòng)電位極化曲線(xiàn)。

圖4為在2024鋁合金表面脈沖電沉積制備的BTESPT/TiO₂/MWCNT有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合涂層的微觀形貌圖。