CN102703892A - 微弧氧化涂层硅烷化处理液及封孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种微弧氧化涂层硅烷化处理液及封孔方法。(1)按照体积比为3-6∶1∶1的比例将去离子水、醇、硅烷偶联剂混合，调pH值，制成微弧氧化涂层硅烷化处理液；(2)对微弧氧化涂层硅烷化处理液进行12h以上的水解处理得到硅烷偶联剂水解溶液；(3)将微弧氧化涂层在上硅烷偶联剂水解溶液中浸渍10s-20min，取出风干得到吸附水解溶液的涂层；(4)将吸附水解溶液的涂层在50-300℃温度下加热固化15-300min。本发明通过浸渍-固化的方法对微弧氧化涂层进行硅烷化处理，工艺简单、成本低廉，适用于镁合金、铝合金以及钛合金微弧氧化涂层的封孔处理。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种阀金属表面原位生成陶瓷涂层的表面处理技术。具体地说是一种微弧氧化涂层的封孔的硅烷化处理液。本发明也涉及一种通过硅烷化处理液进行封孔的方法。
背景技术
微弧氧化是一种在阀金属表面原位生成陶瓷涂层的表面处理技术。这种陶瓷涂层通常由基底材料本身的氧化物组成，能够为基底材料提供保护。该技术适用于铝、镁、钛等金属及其合金的表面防护处理。微弧氧化具有对预处理要求低、工艺简单、不污染环境及涂层性能优异的优点，可以显著改善材料的耐蚀性，还能够大幅度地提高表面的硬度、耐磨性、电绝缘性等性能。
微弧氧化技术是由常规的阳极氧化技术发展而来的，是对阳极氧化技术的一大改进。该技术通过微弧放电形成局部高温高压环境，在电解质溶液参与的情况下在阀金属表面原位形成陶瓷涂层。该技术实施过程中击穿放电-局部熔化-凝固的过程反复进行，从而实现涂层的逐渐增厚。受此生长特性决定，微弧氧化涂层表面存在大量微米尺度的放电残留微孔。这些微孔为腐蚀介质穿透涂层、渗入到涂层/基体界面提供了通道，是诱发基体材料腐蚀的潜在缺陷。大量研究已经证实，放电残留微孔的存在严重影响了微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。
为了消除放电微孔的不良影响、提高微弧氧化涂层的耐蚀性能，可对微弧氧化处理后的构件进行封孔处理。公开号为CN101709497A的专利文件中曾公开了一种镁合金微弧氧化涂层的封孔方法，该方法使用一种以植酸盐或植酸为主要物质的溶液，将溶液温度控制在30-100℃范围内进行封孔处理。经该方法封孔处理后涂层中的微孔尺寸减小，但该工艺仅限于对镁合金微弧氧化涂层的封孔处理，适用范围有限。
目前关于微弧氧化涂层封孔处理的公开报道数量非常有限，且涵盖范围很小，不能满足实际构件的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用广泛的微弧氧化涂层硅烷化处理液。本发明的目的还在于提供一种应用微弧氧化涂层硅烷化处理液的封孔方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的微弧氧化涂层硅烷化处理液是由去离子水、醇、硅烷偶联剂，按照体积比为3-9∶1∶1的比例混合，调pH值而成的硅烷偶联剂水解溶液。
所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、甲基丙烯含氧基硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂或者巯基硅烷偶联剂中的一种或几种的混合物。
所述醇是甲醇，所述硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂。
所述醇是乙醇，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。
所述环氧基硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
所述氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
用本发明的微弧氧化涂层硅烷化处理液的封孔方法为：
(1)按照体积比为3-6∶1∶1的比例将去离子水、醇、硅烷偶联剂混合，调pH值，制成微弧氧化涂层硅烷化处理液；
(2)对微弧氧化涂层硅烷化处理液进行12h以上的水解处理得到硅烷偶联剂水解溶液；
(3)将微弧氧化涂层在上硅烷偶联剂水解溶液中浸渍10s-20min，取出风干得到吸附水解溶液的涂层；
(4)将吸附水解溶液的涂层在50-300℃温度下加热固化15-300min。
本发明为了解决微弧氧化涂层因其多微孔特性使其耐腐蚀性能受限制的问题，提出了一种对微弧氧化涂层进行硅烷化处理而达到封孔目的的方法。该封孔工艺通过浸渍-固化的方法对微弧氧化涂层进行硅烷化处理，工艺简单、成本低廉，适用于镁合金、铝合金以及钛合金微弧氧化涂层的封孔处理。
本发明的关键要点如下：
1.本发明微弧氧化涂层硅烷化处理封孔方法，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、甲基丙烯含氧基硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂或者巯基硅烷偶联剂中的一种或几种，浓度为3-35％。
2.本发明微弧氧化涂层硅烷化处理封孔方法，所述水解溶剂为水与甲醇或乙醇的混合体系，水与甲醇或乙醇的体积比为3∶1-9∶1。
3.本发明微弧氧化涂层硅烷化处理封孔方法，所述在水解溶液中的浸渍时间为10s-20min。
4.本发明微弧氧化涂层硅烷化处理封孔方法，所述固化温度为50～300℃，固化时间为15-300min。
5.本发明微弧氧化涂层硅烷化处理封孔方法，适用于镁合金、铝合金以及钛合金微弧氧化涂层的封孔处理。
本发明通过对微弧氧化涂层进行硅烷化处理，在其表面形成硅烷膜，可以有效地堵塞微弧氧化涂层表面的放电微孔，从而阻碍腐蚀介质通过微孔向涂层/基体界面渗透，提高微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。本发明中所用的主要物质为硅烷偶联剂，硅烷偶联剂品种丰富，价格低廉；硅烷化处理的封孔方法工艺简单、易于实施，成本较低。采用本发明对微弧氧化涂层进行封孔处理后，不仅涂层自身的耐腐蚀性能大幅度提高，而且可为后续的有机涂层的制备提供良好的基底，增强微弧氧化涂层与有机涂层的附着力，对促进微弧氧化技术的工程化应用具有重要意义。
附图说明
图1是铝合金微弧氧化涂层试样在封孔前、后的动电位极化曲线，实验采用的腐蚀介质为3.5％NaCl溶液。
图2是封孔处理前、后的铝合金微弧氧化涂层在3.5％NaCl溶液中浸泡1h后的电化学阻抗谱。
图3是封孔处理前、后的铝合金微弧氧化涂层在3.5％NaCl溶液中浸泡11h后的电化学阻抗谱。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
实施例1：
以环氧基硅烷偶联剂KH-560(γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)为例描述通过硅烷化处理对铝合金微弧氧化涂层进行封孔的实施过程。
①配制水解溶液：在180ml的去离子水中加入60ml的甲醇，置于磁力搅拌器上搅拌均匀，再加入60ml的硅烷偶联剂KH-560，搅拌均匀；滴加乙酸调整溶液pH值至5，采用超声波震荡30min使溶液均匀混合；将上述溶液在室温下静置72h，配制成300ml硅烷偶联剂浓度为20％的水解溶液；
②将尺寸为50×50×5mm的铝合金微弧氧化涂层样品放入上述硅烷水解溶液中浸渍20min，取出后在空气中风干；
③样品风干之后放入200℃的烘箱中加热0.5h使硅烷膜固化。
图1的动电位极化曲线表明，经过硅烷化处理后，阳极反应过程受到抑制，腐蚀电流降低，且封孔处理后的涂层在测试过程中始终未出现击穿。可见该封孔处理方法能够显著提高微弧氧化涂层的耐蚀性。
从图2也可以看出，在腐蚀介质中浸泡1h后，封孔后试样的阻抗弧明显大于未进行封孔的试样，说明封孔处理使微弧氧化涂层的耐蚀性提高。
图3表明，在腐蚀介质中浸泡11h后，未经封孔处理的微弧氧化涂层其低频阻抗模值由1.1×106下降至1.1×105，涂层耐蚀性下降；而经过封孔处理的微弧氧化涂层低频阻抗模值由3.2×106增加至6.3×1010，涂层耐蚀性大幅度提高。可见随着在腐蚀介质中浸泡时间的延长，该封孔处理方法对提高微弧氧化涂层耐蚀性的优势更加明显。
实施例2：
以氨基硅烷偶联剂KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)为例描述通过硅烷化处理对镁合金微弧氧化涂层进行封孔的实施过程。
配制水、乙醇、KH-550的体积比为6∶1∶1即硅烷偶联剂浓度为12.5％的水解溶液，按照实施例1所述步骤在镁合金微弧氧化涂层表面制备硅烷膜。实验表明，经过封孔处理后，镁合金微弧氧化涂层耐中性盐雾腐蚀时间提高3倍以上。
Claims (10)
1.一种微弧氧化涂层硅烷化处理液，其特征是：是由去离子水、醇、硅烷偶联剂，按照体积比为3-9∶1∶1的比例混合，调pH值而成的硅烷偶联剂水解溶液。
2.根据权利要求1所述的微弧氧化涂层硅烷化处理液，其特征是：所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、甲基丙烯含氧基硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂或者巯基硅烷偶联剂中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求2所述的微弧氧化涂层硅烷化处理液，其特征是：所述醇是甲醇，所述硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂。
4.根据权利要求2所述的微弧氧化涂层硅烷化处理液，其特征是：所述醇是乙醇，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。
5.根据权利要求3所述的微弧氧化涂层硅烷化处理液，其特征是：所述环氧基硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
6.根据权利要求4所述的微弧氧化涂层硅烷化处理液，其特征是：所述氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
7.一种微弧氧化涂层硅烷化处理液的封孔方法，其特征是：
(1)按照体积比为3-6∶1∶1的比例将去离子水、醇、硅烷偶联剂混合，调pH值，制成微弧氧化涂层硅烷化处理液；
(2)对微弧氧化涂层硅烷化处理液进行12h以上的水解处理得到硅烷偶联剂水解溶液；
(3)将微弧氧化涂层在上硅烷偶联剂水解溶液中浸渍10s-20min，取出风干得到吸附水解溶液的涂层；
(4)将吸附水解溶液的涂层在50-300℃温度下加热固化15-300min。
8.根据权利要求7所述的微弧氧化涂层硅烷化处理液的封孔方法，其特征是：所述醇是乙醇，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。
9.根据权利要求7所述的微弧氧化涂层硅烷化处理液的封孔方法，其特征是：所述醇是乙醇，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。
10.根据权利要求7、8或9所述的微弧氧化涂层硅烷化处理液的封孔方法，其特征是：所述调pH值为用乙酸调整pH值至5。
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