[发明专利]一种金属表面防护性陶瓷膜的电化学制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，具体是指利用电化学诱导溶胶-凝胶法制备具有高效防护性能的金属表面陶瓷膜。

背景技术

金属腐蚀问题遍及国民经济各个领域，给社会造成巨大的经济损失和严重的灾难事故。为将腐蚀造成的损失减到最低限度，人们创造和发展了很多防腐蚀技术，表面处理技术便是其中应用最广泛的防腐蚀技术之一。

传统的金属表面处理技术大多涉及对人体和环境具有很强毒害作用的重铬酸盐的使用，随着人们环保意识的增强，六价铬的使用正受到严格限制。因此，发展环保型金属表面处理技术非常必要和迫切。

近年来发展的溶胶-凝胶技术被认为是最具代铬潜力的环保型金属表面处理技术之一(M.L.Zheludkevich，M.G.S.Ferreira，I.M.Miranda Salvado，J.Mater.Chem.Rev.15(2005)5099)。溶胶-凝胶技术具有反应温度低、制备工艺环保、膜组成易于控制、可大面积涂膜等优点，应用该技术可以在金属表面制备ZrO₂、Al₂O₃、CeO₂、SiO₂等多种氧化物的单组分或多组分陶瓷膜，这类膜通常具有较高的化学稳定性，可以对多种金属发挥较强的防护作用(李青，陈艳.电镀与涂饰，1999，18(4)：19；杨昱，李英杰，许越.材料保护，2005，38(9)：35)。

利用溶胶-凝胶技术制备金属表面防护膜通常采用提拉成膜(如公开号为CN1900360A，申请号为200610054441.5的“镁合金表面功能梯度膜制备方法”)或旋转涂膜(如公开号为CN 101050539A，申请号为200710099438.X的“镁合金表面旋涂法制备均匀耐腐蚀水滑石膜及其制备方法”)，进而干燥、烧结的方式。为得到均匀致密的膜层，一般需要多次涂覆、干燥和烧结，因而工序繁多、耗工耗时，且还易于造成膜层结合力弱、易于开裂等问题。

发明内容

针对现有利用溶胶-凝胶技术制备金属表面防护性陶瓷膜存在的困难和问题，本发明的目的是利用溶胶粒子的电动性质，提供一种可避免多次涂覆、干燥和烧结以及由此造成的膜层结合力弱、易于开裂等问题，工序简单、节约时间和成本的金属表面防护性陶瓷膜的电化学制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种金属表面防护性陶瓷膜的电化学制备方法，包括前处理工序、电化学诱导溶胶-凝胶成膜处理工序和干燥工序；其中，①前处理工序由脱脂工序、水洗工序、纯水洗工序、碱洗工序、温水洗工序、水洗工序、纯水洗工序、酸洗工序、水洗工序和纯水洗工序，其中脱脂工序采用常温下在含1～3％十二烷基苯磺酸钠的丙酮溶液中超声清洗，处理时间控制在1～10分钟；碱洗液组成为：氢氧化钠5～50g/L，其余为纯水；碱洗温度控制在40～60℃，碱洗时间控制在3～20分钟；酸洗液组成为：硝酸1～50g/L，其余为纯水；酸洗温度控制在15～35℃，酸洗时间控制在1～50秒；

水洗工序均为1道，除碱洗后的温水洗工序温度为40～60℃，其他水洗工序温度均控制在10～30℃；

②电化学诱导溶胶-凝胶成膜处理工序是在常温下以硅溶胶、锆溶胶、铈溶胶中的任意一种或其中任意两种溶胶混合而成的复合溶胶为电解液，以待处理金属为阴极、以石墨片为阳极，根据膜层厚度要求确定施加的直流电压值及处理时间：直流电压范围为0.5～3.0V，通电时间2～60分钟；

硅溶胶、锆溶胶、铈溶胶的制备工序为：在常温下依次向容器中加入溶剂、前驱体、稳定剂或纯水或催化剂、表面活性剂、干燥控制剂和pH控制剂，搅拌1～4小时；溶剂为乙醇或丙三醇，前驱体为正硅酸乙酯或氯氧化锆或硝酸亚铈，稳定剂为乙酰丙酮，催化剂为柠檬酸，表面活性剂为十二烷基硫酸钠，干燥控制剂为乙二醇，pH控制剂为稀硝酸或氨水；

③干燥工序采用常温真空干燥，时间为1～24小时；

本发明所达到的有益效果是：本发明采用电化学诱导溶胶-凝胶成膜处理工序，综合了溶胶-凝胶技术和电化学技术的优点，以硅溶胶、锆溶胶、铈溶胶中的任意一种或其中任意两种溶胶混合而成的复合溶胶为电解液，以待处理金属为阴极、以石墨片为阳极，通过调节电压和时间控制膜层厚度，因而可一次性得到均匀致密的规定厚度的高效防护性陶瓷膜，且工序简单、节约时间和成本。

本发明克服了现有溶胶-凝胶技术制备金属表面防护性陶瓷膜需多次涂覆、干燥和烧结，工序繁多、耗工耗时以及膜层结合力弱、易于开裂等问题。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。