[发明专利]一种掺杂乙酸钴的溶胶凝胶膜层及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料的防腐膜层及制备方法，具体涉及一种掺杂乙酸钴的溶胶凝胶膜层及制备方法，它特别适用于铝及铝合金的腐蚀防护。 

背景技术

铝及铝合金由于其比重小，加工性能好，导电、导热性能优良，塑性好，易于成形，价格便宜等优点，广泛的应用于轻工、建材、航天、电子等领域。不过，铝合金基体本身容易被腐蚀，在一定情况下需对其进行必要的表面处理。 

鉴于传统能够为铝合金提供耐蚀性能的铬酸盐的使用对环境有害而受到限制，在过去的几年时间里对铬酸盐的替代物进行了大量的研究，其中通过在铝合金上涂覆一层溶胶凝胶膜层，这层膜可以为铝合金试样提供一层物理屏障，阻滞腐蚀介质的进入，从而抑制了铝合金上腐蚀反应的发生，达到提高铝合金的耐蚀性能。 

尽管对溶胶凝胶膜的研究已经取得了很大的进展，有大量的研究数据验证了溶胶凝胶膜对铝合金的腐蚀防护性能具有一定的提高，不过这种防护机制只有在溶胶凝胶膜层完好无损时才成立。当溶胶凝胶膜层上有少量的缺陷存在时，这种膜层体系则不能为裸露区域提供保护。因此，提供腐蚀防护性能不仅意味着为防护表面覆盖一层致密的膜层，还应当提供缓蚀性能，以便在膜层发生部分破损后仍能继续提供防护性能。这些性能可以通过向溶胶凝胶体系中添加特定的物质来实现。在溶胶凝胶膜被破坏时，这种添加剂仍可以为局部区域提供腐蚀防护性能。不过添加剂的使用也会产生一些副作用，如降低溶胶凝胶的稳定性，钼酸根离子会降低溶胶凝胶的网络结构的稳定性，从而降低其耐蚀性能。此外，有些添加剂因从膜层中快速的释放使得不容易被控制而且添加剂的溶解度对溶胶凝胶膜的长期的腐蚀防护性能也具有重要的影响，如三价铈因溶解度太高而不适于用作长期防护。 

本发明提供了一种掺杂乙酸钴溶胶凝胶膜层的制备工艺，其添加量相较三价铈的低，它不仅不会破坏膜层的完整性和致密性，而且能提高溶胶凝胶膜层的耐蚀性能。此外这种掺杂溶胶凝胶膜还可以为受到破坏的溶胶凝胶膜提供缓蚀作用。这是由于钴离子在膜层产生缺陷时，一方面与腐蚀反应生成的OH^-结合产生沉淀，覆盖在阴极上(Al)，起到了阻塞作用；且由于醋酸盐呈弱碱性，也可以为Co²⁺发生沉淀反应提供OH^-。另一方面，由于CH3COO^-对金属具有较强的吸附作用而优先吸附在铝合金基体表面，和Cl^-发生竞争吸附使Cl^-远离铝表面，从而达到抑制腐蚀的目的。 

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂乙酸钴的溶胶凝胶膜层及制备方法，这层膜完整、致密，可以为铝及铝合金提供一层物理屏障，阻滞腐蚀介质的进入，从而抑制了铝合金上腐蚀反应的发生，达到提高铝合金的耐蚀性能；这层膜还具有良好的稳定性和耐久性，可以为受到破坏的溶胶凝胶膜提供缓蚀作用，这种缓蚀性能可以减缓甚至抑制腐蚀介质对金属表面造成的损害。 

本发明的溶胶凝胶膜层采用异丙醇锆(TPOZ)(75wt.％的正丙醇溶液)和γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷(GTMS)(≥98wt.％)作为前驱体，所使用试剂皆为分析纯。 

本发明采用无水乙醇作为溶剂。 

本发明采用乙酰乙酸乙酯作为催化剂，以便控制有机锆盐的水解速度。 

本发明采用乙酸钴作为添加剂掺杂到溶胶体系。 

本发明中将乙酸钴直接添加到配制好的溶胶体系中，搅拌均匀即可。 

这项发明是一种掺杂乙酸钴溶胶凝胶膜层的制备方法。本发明中乙酸钴的掺杂不仅不会破坏膜层的完整性和致密性，而且能提高溶胶凝胶膜层的耐蚀性能。此外这种掺杂溶胶凝胶膜还可以为受到破坏的溶胶凝胶膜提供缓蚀作用。本发明中乙酸钴的掺杂量为0.01～0.5wt.％，优选掺杂量为0.05～0.15wt.％。 

具体实施步骤如下： 

1)铝及铝合金的前处理 

①打磨：采用砂纸打磨至800#； 

②流动自来水洗； 

③碱洗：氢氧化钠55g/L，50～60℃浸渍30s； 

④热水洗后再流动自来水洗； 

⑤出光：铬酸：110g/L；硝酸：45g/L；氢氟酸：22g/L； 

⑥流动自来水洗。 

2)溶胶的配制 

①采用量筒量取1L无水乙醇作为溶剂备用； 

②GTMS溶胶体系的配制：将60mL的GTMS缓慢倒入搅拌中的适量溶剂内，然后加入过量的去离子水，使GTMS充分水解；