[發明專利]一種用于鋁或鋁合金表面鈍化的無鉻硅系鈍化液、制備及使用方法

在審

• 申請號: 201410502647.4
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104233273A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 劉少杰;張建;趙玉萍;李磊;賈明岳;韓佳佳
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C23C22/56
• 分類號: C23C22/56
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

技術領域

本發明屬于金屬表面處理領域，具體涉及一種用于鋁或鋁合金表面鈍化的無鉻硅系鈍化液、制備及使用方法。

背景技術

鋁及鋁合金材料在建筑、化學化工、航空航天、機械電子、交通運輸等領域具有廣泛應用。該類材料表面在空氣中可以形成一層很薄的氧化膜，但這層膜在各種腐蝕介質、海水及大氣環境中依然很容易使其受到嚴重腐蝕，無法有效保護鋁及鋁合金產品。

鋁及鋁合金表面易發生點蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕開裂及剝落腐蝕等，所以鋁及鋁合金產品在使用之前必須對其表面進行防腐處理。如何采取有效的措施抑制鋁及鋁合金產品的各種腐蝕成為目前科學研究及工業生產應用的一大難題。目前應用最為廣泛和成熟的是六價鉻酸鹽處理技術，因其能顯著提高基體的耐腐蝕性以及低廉的價格得到廣泛應用。但六價或三價鉻的強致癌性對人體及環境已經造成了嚴重的污染，任其發展后患無窮。無鉻化處理技術成為當前重要的研究課題，完全實現無鉻化處理將造福千秋萬代。

2003年2月13日，歐盟發布了“報廢電子電氣設備指令”和“關于在電子電氣設備中限制使用某些有害物質指令”，使得鉻酸鹽在金屬處理中的使用最終將被禁止。我國也在2002年3月6日宣布，擬從2002年7月起對致癌化合物六價鉻(鉻酸鹽)實行限量使用，并與歐盟同步在2006年7月前取消使用鉻酸鹽。因此尋求一種價格低廉、環境友好、無鉻化并且耐蝕性能優于鉻酸鹽的材料及生產工藝成為目前研究的熱點和難點。

目前研究最多的無鉻化鈍化液是鋯鈦系轉化膜和硅烷系轉化膜(參見：JP2004018992A,US6638369,CN200610046516.5,CN10218122A)。采用鋯、鈦等金屬無機鹽為成膜液的主要成分，在特殊有機物及其他添加劑作用下可在鋁及鋁合金表面形成較薄的轉化膜。但是鋁及鋁合金表面經鋯鈦系處理后，其耐腐蝕性能低于鉻酸鹽，而且大量氟離子的加入依然會對環境造成很大危害，并且形成膜沒有顏色難以直接判斷成膜優劣，給工作生產造成不便。

有機硅烷膜采用硅烷偶聯劑為主要成分，通過各種添加劑的加入，控制其水解聚合，在鋁合金表面形成硅烷轉化膜。硅烷膜的制備一般采取溶膠凝膠法。而且，此方法還可在鋁及鋁合金表面制備各種陶瓷涂層，例如二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰及復合氧化物膜等。硅烷表面處理后，外面的基團具有較強的疏水性。硅烷膜的機械強度較高而且其表面疏水性阻礙腐蝕介質擴散到鋁及鋁合金基體，可有效提高其防腐性能。但是，純的硅烷膜在硅烷膜/金屬界面結合強度較弱，而且多以各種多功能基團的復雜結構硅烷偶聯劑作為原材料，價格昂貴，性價比較低。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種用于鋁或鋁合金表面鈍化的無鉻硅系鈍化液、制備及使用方法。該鈍化液的制備方法簡單、成本低、可在常溫下進行鈍化處理并且處理時間短，鈍化后的轉化膜耐腐蝕性能優異，鈍化液穩定性高。

發明概述

本發明采用硅烷偶聯劑為主劑，正硅酸乙酯(TEOS)為輔劑，以鈷、鋯、鈦無機鹽或有機醇鹽水溶液作為水解促進劑，添加有機緩蝕劑，制備得到無鉻硅系鈍化液，該鈍化液屬于有機-無機鈍化液。將該鈍化液用于鋁或鋁合金表面浸漬處理，得到耐蝕性良好的有機無機轉化膜，性能優于鉻酸鹽處理得到的轉化膜，并可規模化生產。

發明詳述

本發明技術方案如下：

一種用于鋁或鋁合金表面鈍化的無鉻硅系鈍化液，該鈍化液是以硅烷偶聯劑為主劑，TEOS為輔劑，以鈷、鋯和/或鈦的無機鹽或有機醇鹽水溶液為水解促進劑，添加有機緩蝕劑，反應制備得到；

所述的有機緩蝕劑為十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基磺酸鈉。

根據本發明，上述無鉻硅系鈍化液的制備方法，步驟如下：

(1)將硅烷偶聯劑和TEOS加入到甲醇水溶液或乙醇水溶液中，攪拌均勻，得溶液A；硅烷偶聯劑：TEOS：水：(甲醇或乙醇)的體積比為1：(0.1-1)：(1-100)：(0.1-2)；

(2)將鈷、鋯和/或鈦的無機鹽或有機醇鹽，十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基磺酸鈉加入到水中，攪拌均勻，得溶液B；

鈷：鋯：鈦的摩爾比為1：(0-1)：(0-1)，鈷：水：(十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基磺酸鈉)的摩爾比為1：(100-2000)：(0.05-1)；

(3)將溶液B滴加到溶液A中，使得鈷：硅烷偶聯劑的摩爾比為1：(5-20)，常溫攪拌反應0.5-5h，即得。

根據本發明，優選的，步驟(1)中所述的硅烷偶聯劑為KH550、KH560、KH570、KH580、KH602、KH792中的一種或多種復配；