[发明专利]一种金属表面改性剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及对金属表面的改性。本发明所包含的一类经过化学修饰的硅酸盐类化合物能够分散在液态或脂状介质中，并被介质带入金属表面，与金属表面在一定条件下发生化学反应，从而对金属表面的组成、形貌进行改良，改善金属的机械及化学性能。属于金属材料化学领域。

背景技术

硅酸盐类化合物是一类由金属阳离子与硅酸根化合而成的含氧酸盐矿物。在自然界分布极广，是构成地壳、上地幔的主要矿物，估计占整个地壳的90％以上；在石陨石和月岩中的含量也很丰富。已知的约有800个矿物种，约占矿物种总数的1/4。许多硅酸盐矿物如石棉、云母、滑石、高岭石、蒙脱石、沸石等是重要的非金属矿物原料和材料。组成硅酸盐矿物的元素达40余种。其中除了构成硅酸根所必不可少的Si和O以外，作为金属阳离子存在的主要是惰性气体型离子(如Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Al³⁺等)和部分过渡型离子(如Fe²⁺Fe³⁺、Mn²⁺、Mn³⁺、Cr³⁺、Ti³⁺等)的元素，铜型离子(如Cu⁺、Zn²⁺、pb²⁺、Sn⁴⁺等)的元素较少见。此外，还有OH^-、O^2-、F^-、Cl^-、[CO₃]^2-、[SO₄]^2-等以附加阴离子的形式存在。在硅酸盐矿物的化学组成中广泛存在着类质同象营代，除金属阳离子间的替代非常普遍外，经常有Al³⁺、同时有Be²⁺或B³⁺等替代硅酸根中的Si⁴⁺，从而分别形成铝硅酸盐、铍硅酸盐和硼硅酸盐矿物。此外，少数情况下还可能有OH^-替代硅酸根中的O^2-。

硅酸盐矿物主要应用于建筑业、生产陶瓷材料、提取金属原料等方面。随着现代科技的发展，单一性能的材料已不能满足人们的需要。目前通过对天然的硅酸盐矿物进行化学修饰或者直接制备有机改性硅酸盐材料来克服原有材料的局限性，并且同时在光学、力学、电学以及电化学等方面呈现出许多新的特性。

1987年日本丰田研究院(Okada A，Kawasumi M，Kurauchi T，et al.Polym Prepr.1987，28(2)：447-448.)报道了用插层聚合法制备尼龙/蒙脱土纳米复合材料，由于聚合物/层状硅酸盐(polymer layered silicate简称PIS)纳米复合材料实现了无机纳米相在聚合物中的均匀分散、无机-有机强界面结合和自组装，具有常规聚合物-无机填料无法比拟的优点(如优异的力学性能、热性能和气体阻隔性能等)。

G.L.Wilkes等研究人员通过溶胶-凝胶技术制备了有机改性硅酸盐材料(Wen Jianye，Wilkes.Garth L，Chem.Mater.1996，8(8)，1667-1681)并称之为Ormosils，在微光学元件领域得到了广泛的应用。

Kommann X(KommannX，Berglund L A，Sterte J，et al.PolymerEngineering and Science，1998，38(8)：1351-1358.)报道用硅烷偶联剂处理的蒙脱土制备不饱和聚醋/粘土纳米复合材料，实验证明，在粘土含量很低时复合材料的机械性能得到了大幅度提高。

现有的技术表明，对硅酸盐材料进行化学修饰、甚至是从头制备都是可行的，但是对于化学修饰后的材料的用途，现有的技术都是将其作为建筑、力学、光学等方面的应用，并未发现其应用于金属表面的改性。

发明内容

本发明发明人通过实验证实经化学修饰的硅酸盐类化合物在经摩擦后可在金属表面形成硅酸盐改性层，不仅提高了金属表面的硬度和滑动性，还可修复金属表面存在的磨损，极大地提高了金属表面硬度、光洁度及耐磨性能。