一种用于金属表面防腐的复合纳米硅烷膜，由γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷加入体积百分浓度1-40％乙醇水溶液中混合使硅烷体积百分浓度达1-30％、调pH值8-13后再加入活化的纳米材料SiO2或/和Al2O3搅拌均匀并于10-70℃下水解形成的硅醇溶液，然后将处理好的金属浸入其中适量时间，即可在金属表面生成复合纳米硅烷膜，每升硅烷水解溶液中加入10-500毫克活化纳米材料。本复合纳米硅烷膜防腐性能十分优异，在3.5％NaCl溶液中阳极化曲线的过电位达700mV时腐蚀电流仍几乎为零。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属表面的防腐膜，特别涉及用于冷轧钢和镀锌钢表面防腐的复合纳米硅烷膜及其成膜方法。
技术介绍
冷轧钢和镀锌钢具有优良的机械性能，尤其是良好的加工性能，被广泛用于制造汽车、家电、工业设备和各种工程机械等领域。目前，对冷轧钢和镀锌钢的表面处理较多采用铬酸盐钝化或者磷化方法，以使其表面具有良好的耐蚀性并与涂层的结合力更好。但是，铬酸盐钝化技术对人体和环境会产生有害的物质，磷化膜的耐蚀性能和自愈性仍存在部分问题，其处理后的废水对人类赖以生存的水资源有很大影响。因此寻求绿色且高效的表面处理技术显得尤为重要。采用硅烷膜对金属表面进行预处理是一种新型的绿色环保技术，愈来愈受到人们的重视，近年来国内已经有了相关报道。虽然用硅烷对镀锌钢进行表面预 处理已经有了一些研究，但使用Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷来提高镀锌钢表面的耐腐蚀性能在国内的报道很少。而在冷轧钢和镀锌钢上用复合纳米Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷膜替代磷化膜进行表面防腐处理，至今在国内外还没见报道。
技术实现思路
本专利技术针对现有冷轧钢和镀锌钢表面防腐处理的不足，旨在提供一种环保型的复合纳米硅烷膜进行防腐，所要解决的技术问题是遴选适宜的硅烷及其成膜方法。本专利技术所称的复合纳米硅烷膜是由Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷加入体积百分浓度1-40%的乙醇水溶液中，使Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷体积百分浓度达1-30%、调pH值8-13后再加入活化的纳米材料搅拌均匀并于10-70°C下水解形成的硅醇溶液，然后将处理好的金属浸入其中适量时间，即可在金属表面生成复合纳米硅烷膜，每升硅烷水解溶液中加入10-500毫克活化纳米材料。所述的Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷为无色透明液体，沸点85_88°C，用途广泛，既是通用型的增粘剂，又是优良的硅烷偶粘剂等。在本膜形成中的关键步骤是前期的硅烷水解工艺，将Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷加入体积百分浓度1-40%的乙醇水溶液中，使Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷的体积百分浓度达1-30%，搅拌均匀并调pH值8-13后，再加入活化的纳米材料，纳米材料加入量为每升硅烷水解溶液加入10-500毫克，并搅拌均匀。然后在10-70°C条件下水解1-60小时即得复合纳米硅醇溶液。所述的纳米材料选自纳米SiO2或/和纳米A1203。所述的活化是将纳米SiO2放入硫酸水=I I (体积比)的溶液中浸泡5-10分钟(min)，取出后用水反复洗涤至pH为7左右，再在马弗炉中600°C焙烧2小时(h)后自然冷却至室温。纳米Al2O3的活化在马弗炉中600°C焙烧2小时，自然冷却，取出备用。本复合纳米硅烷膜的成膜方法，所述的成膜是指在经过除锈、除油、清洗后的冷轧钢件或镀锌钢件的表面成膜，该成膜方法包括金属件的表面处理、水解、浸溃和干燥，与现有技术的区别是所述的水解是将Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷加入体积百分浓度1-40%的乙醇水溶液中，使Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷的体积百分浓度达1_30%，搅拌均匀并调PH值8-13后，再加入活化的纳米材料，纳米材料加入量为每升硅烷水解溶液加入10-500毫克，并搅拌均匀。然后在10-70°C条件下水解1-60小时可得到复合纳米硅醇溶液。所述的浸涂是将经表面处理后的冷轧钢件或镀锌钢件浸没上述溶液中不少于3分钟，浸涂结束后取出金属部件进行干燥，所述的干燥是将浸涂后的金属置于一定温度的干燥箱中，恒温一定时间。干燥的条件为温度20-150°C，时间是20-1200分钟。便在金属工件的表面形成一层致密均匀的复合纳米硅烷膜。所述的纳米材料及其活化同上。硅烷水解的时间与pH值和温度有关，当pH值一定时，水解时间与温度反相关，即温度低时，时间长一些，高则短一些。本复合纳米硅烷膜防腐性能十分优异。在3. 5% NaCl溶液中阳极极化曲线过电位达700mV时腐蚀电流仍几乎为零。四附图说明图I分别给出表面有、无复合纳米硅烷膜的冷轧钢试样在30°C的3. 5% NaCl水溶液中的阳极极化曲线，扫描速率为lmv/s。0号曲线为无复合纳米硅烷膜的冷轧钢试样的极化电位与腐蚀电流的关系；d号曲线为有复合纳米硅烷膜的冷轧钢试样的极化电位与腐蚀电流的关系。图2分别给出表面有复合纳米硅烷膜的冷轧钢试样极化腐蚀(在30°C的3. 5%NaCl水溶液中，扫描速率为lmv/s，阳极极化过电位为0.7V。)前后的扫描电子显微镜照片。(a)图为表面有复合纳米硅烷膜的冷轧钢试样在腐蚀前的SEM照片；(b)图为表面有复合纳米硅烷膜的冷轧钢试样在腐蚀后的SEM照片。图3分别给出表面有、无复合纳米硅烷膜的镀锌钢试样在30°C的3. 5% NaCl水溶液中的阳极极化曲线，扫描速率为lmv/s。0号曲线为无复合纳米硅烷膜的镀锌钢试样的极化过电位与腐蚀电流的关系；D号曲线为有复合纳米硅烷膜的镀锌钢试样的极化过电位与腐蚀电流的关系。图4分别给出表面有复合纳米硅烷膜的镀锌钢试样极化腐蚀(在30°C的3. 5%NaCl水溶液中，扫描速率为lmv/s，阳极极化过电位为0.7V。)前后的扫描电子显微镜照片。(A)图为表面有复合纳米硅烷膜的镀锌钢试样在腐蚀前的SEM照片；(B)图为表面有复合纳米硅烷膜的镀锌钢试样在腐蚀后的SEM照片。五具体实施例方式非限定实施例叙述如下。(一 )冷轧钢和镀锌钢的表面处理冷轧钢表面处理打磨一清洗一除油一清洗一除氧化物一清洗镀锌钢表面处理除油一清洗一除氧化物一清洗( 二)纳米材料的活化I、纳米SiO2的活化将纳米材料放入硫酸水=I : I (体积比)的溶液中浸泡5-10分钟(min)，取出后用水反复洗涤直至pH为7左右，再放入马弗炉中600°C焙烧2小时(h)后自然冷却至室温,取出备用。2、纳米Al2O3的活化在马弗炉中600°C焙烧2小时(h)后自然冷却至室温，取出备用。(三)金属件表面成膜实施例I :取液态Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷5ml加入到无水乙醇20ml去离子水175ml的混合溶液中，搅拌均匀，调节PH值为11，再加入经活化后的纳米材料50毫克，搅拌混合均匀。在50°C下恒温水解20小时，得到复合纳米硅醇溶液，待用。将处理好的冷轧钢基体浸入水解后的硅醇溶液中20分钟，于120°C烘箱内烘干0. 5小时即得。 实施例2 取液态Y -氨丙基甲基二乙氧基硅烷IOml加入到无水乙醇IOml去离子水180ml的混合溶液中，搅拌均匀，调节PH为12，再加入经活化的纳米材料40毫克，搅拌均匀后，在40°C下恒温水解25小时，得到复合纳米硅醇溶液，待用。将处理好的镀锌钢基体浸入水解后的硅醇溶液中30分钟，于90°C烘箱内烘干2小时即得。实施例3 取液态Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷2ml加入到无水乙醇15ml去离子水183ml的混合溶液中，搅拌均匀，调节PH值约9，再加入经活化的纳米材料100毫克，搅拌均匀后，在30°C下恒温水解30小时，得到复合纳米硅醇溶液，待用。将处理好的镀锌钢基体浸入水解后的复合纳米硅醇溶液中40分钟，于25°C室温下干燥20小时即得。实施例4 取液态Y -氨丙基甲基二乙氧基硅烷25ml加入到无水乙醇60ml去离子水115ml的混合溶液中，搅拌均匀，调节PH值为8，再加入经活化后的纳米材料2毫克，搅拌混合均匀。在10°C下恒温水解60小时，得到复合纳米硅醇溶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于金属表面防腐的复合纳米硅烷膜，其特征在于将Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷加入体积百分浓度1-40%乙醇水溶液中混合使Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷体积百分浓度达1_30%、调pH值8-13后再加入活化的纳米材料搅拌均匀并于10-70°C下水解形成的硅醇溶液在金属表面生成的复合纳米硅烷膜，每升硅烷水解溶液中加入10-500毫克活化纳米材料。2.根据权利要求I所述的复合纳米硅烷膜，其特征在于所述的纳米材料选自纳米SiO2或/和纳米A1203。3.—种如权利要求I所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁道荣，周洋，牛运峰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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