[发明专利]金属表面硅烷化处理方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及金属工件的防护层，尤其涉及一种金属表面硅烷化处理方法及其应用。

背景技术

硅烷化处理是一种新型的金属表面防护性处理技术。由于对环境友好，该技术被认为有望替代传统的金属表面磷化与铬酸盐钝化工艺。硅烷化工艺以硅烷(结构通式为R-Si-R′，其中R为有机官能团如烷基、烯烃基、环氧基、氨基等；R′为可水解的烷氧基)的有机溶剂/水溶液为处理液，通过浸涂或喷涂或旋转涂覆的方式沉积在金属表面，并通过后续的升温固化工序得以实现硅烷的成膜。然而，上述传统工艺得到的硅烷膜的厚度很薄(一般为几百纳米)，对金属只能起到有限的防护效果。

硅烷的成膜性能与处理液中硅烷组分的水解、缩合状态密切相关。合适的溶液参数(如醇水比、pH值、溶液温度、预水解时间等)可以得到具有良好成膜性能的硅烷组分(如合适的硅烷聚体大小、聚体中活性羟基的数目等)。遗憾的是，上述传统以硅烷单体作为前躯体的硅烷溶液具有可调控性差、成膜性能不甚理想等诸多缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有金属表面硅烷化技术的不足，提供一种金属表面硅烷化处理方法及其应用。

金属表面硅烷化处理方法包括如下步骤：

1)取质量百分比为0.1％～10％的液态硅烷预聚体加入到体积比为1∶10～50∶1的醇水混合溶液中，pH为3.5～8.0，在10～50℃恒温水槽中预水解1～72小时，得到硅烷处理液，待用；

2)金属基体经打磨、除油、冲洗、吹干待用；

3)将金属基体浸入硅烷处理液中10～600s，于60～130℃烘箱内烘干10～60分钟，得到金属表面硅烷膜。

所述液态硅烷预聚体的结构通式为：

其中，R为甲基或乙基。X为烷基、烯基、被至少一个氨基、环氧基或巯基取代的烷基，，m和n分别为平均水解和未水解单元数，聚合度m+n为2-25，m/(m+n)为0.01-0.99。

所述液态硅烷预聚体为：甲基三甲氧基硅烷预聚体、乙烯基三甲氧基硅烷预聚体、十二烷基三甲氧基硅烷预聚体、氨基丙基三乙氧基硅烷预聚体。所述的醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇或其混合物。所述的金属基体为低碳钢、不锈钢、镀锌钢，铝、锌、镁、铜、锡及其合金。

金属表面硅烷膜应用于金属的表面防护。

本发明采用分子量更大的硅烷预聚体作为前躯体的硅烷化处理液，可在金属表面沉积得到厚度更厚、更致密、防护性能更优异的硅烷薄膜。与采用硅烷单体相比，由于硅烷预聚体的大小可实现调控，故可根据不同的防护需求进行预聚体的筛选设计。

附图说明

图1分别给出以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)单体与聚合度为8的MTMS预聚体作为前躯体的处理液对不锈钢进行硅烷化的表面掠角反射红外谱图，说明以预聚体为前躯体的硅烷膜层厚度增加，红外吸收峰强度增强；

图2分别给出以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)单体与聚合度为8的MTMS预聚体作为前躯体的处理液对不锈钢进行硅烷化后试样电极在NaCl水溶液中的阻抗谱图，说明以预聚体为前躯体的硅烷膜电极阻抗值得到显著提高。

具体实施方式

金属表面硅烷化处理方法包括如下步骤：

1)取质量百分比为0.1％～10％的液态硅烷预聚体加入到体积比为1∶10～50∶1的醇水混合溶液中，pH为3.5～8.0，在10～50℃恒温水槽中预水解1～72小时，得到硅烷处理液，待用；

2)金属基体经打磨、除油、冲洗、吹干待用；

3)将金属基体浸入硅烷处理液中10～600s，于60～130℃烘箱内烘干10～60分钟，得到金属表面硅烷膜。

所述液态硅烷预聚体的结构通式为：

其中，R为甲基或乙基。X为烷基、烯基、被至少一个氨基、环氧基或巯基取代的烷基，m和n分别为平均水解和未水解单元数，聚合度m+n为2-25，m/(m+n)为0.01-0.99。

所述液态硅烷预聚体为：甲基三甲氧基硅烷预聚体、乙烯基三甲氧基硅烷预聚体、十二烷基三甲氧基硅烷预聚体、氨基丙基三乙氧基硅烷预聚体。所述的醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇或其混合物。所述的金属基体为低碳钢、不锈钢、镀锌钢，铝、锌、镁、铜、锡及其合金。金属表面硅烷膜应用于金属的表面防护。

本发明采用液态硅烷预聚体的制备方法见200910099100.3发明专利申请

实施例1