[发明专利]铝材喷涂前复合纳米陶瓷硅烷复合膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝材表面处理技术领域，尤其是涉及到铝材喷涂前复合有复合膜的铝材。

背景技术

目前，铝材在喷涂前一般采用铬酸盐进行表面处理以形成铬化层，当中的铬化废弃物含有大量六价铬离子等有害成分。由于这些六价铬以及它的流失扩散而构成对生态环境的污染危害。其次是铬渣的强碱性危害。当铬渣在露天堆存时，经长期雨水冲淋后大量的六价铬离子随雨水溶渗、流失、渗入地表，从而污染地下水、江河、湖泊，进而危害农田、水产和人体健康。六价铬离子对人体健康的毒害很大，经科学研究发现，其在人体内具有致癌作用。为此，各国政府及有关部门开始极力倡导具有环境协调性环保材料和绿色材料的开发和研制。可以预见，在相关政策法规的支撑下，铬酸盐在工业生产中的应用必将受到越来越严格的限制，铝型材无铬化表面处理技术将具有广阔的产业化前景和广泛市场需求。

由于传统的铬化槽液工艺中含有氟离子，铝材在处理过程中会产生氟化铝附着在铝材工件的表面上，氟化铝是不溶于水，如果不经过水洗，将严重影响铝材喷涂后的附着力，涂层甚至脱落，因此铝材在喷涂前必须经过水洗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在铝材表面复合无污染的、喷涂前无需水洗的纳米陶瓷硅烷复合膜。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种铝材喷涂前复合纳米陶瓷硅烷复合膜的方法，包括有以下步骤：

1、酸性除油：将铝材浸在硫酸液槽中，其中游离酸含量130g～200g/L，温度为常温，时间1min～3min；

2、水洗：将除油后的铝材浸在水中，其中水要保持溢流，PH值≥2，温度为常温，时间1min～2min；

3、碱蚀：将铝材浸在碱液槽中，其中游离碱含量40～60g/L，温度为常温，时间1min～3min，碱蚀蚀刻量至少1.5g/m²以上；

4、水洗：将碱蚀后的铝材浸在水中，其中水要保持溢流，PH值≤10，温度为常温，时间1min～2min；

5、中和：将铝材浸在硝酸液槽中，中和残留在铝材上的碱液，其中游离酸含量150～200g/L，温度为常温，时间1min～3min；

6、水洗：将铝材浸在水中，PH值≥5，温度为常温，时间1min～3min；

7、纯水洗：其中纯水要保持溢流，PH值6.0～7.0，电导率＜200us/cm，温度为常温，时间1min～3min；

8、硅烷处理：应用溶胶-凝胶技术原理，用有机酸作为化学转化膜成膜催化剂，往硅烷中添加入纳米级SiO₂聚合成纳米陶瓷硅烷处理液，经浸渍或喷淋，在铝材上进行协同复合成膜，其中硅含量25～35mg/L，PH值6.0～7.0，电导率30～200us/cm，温度为常温，时间20s～2min；

9、滴干：将硅烷处理好的铝材进行滴干，滴干至无明显水滴为止；

10、烘干：温度70℃～80℃，时间10min～15min，水分烘干为准。

硅烷是一类硅基的有机物和无机化合物复配而成的化合物，其主要成分的通式为：Y-Si-(OR)₃，其中OR是可水解的基团，Y是有机官能团，硅烷处理后可与涂料等各种有机聚合物结合。硅烷可以有效的用于金属或其合金的表面防护：铝及铝合金，锌及锌合金(包括镀锌钢板)，铁及铁合金(包括普通碳钢与不锈钢)，铜及铜合金，镁及镁合金。

硅烷处理后的金属表面膜层厚度均在纳米级，其成膜反应机理如下：

(1)水解反应：

式中主要的水解产物为硅醇。当溶液中形成足量的活性-Si-OH基团(硅羟基)，该溶液便可用于金属表面钝化处理。

(2)缩聚反应：

-Si-OH基团问可脱水缩合成低聚硅醇(带活性硅羟基)。

(3)交联反应：

低聚物中的-Si-OH与金属表面的羟基-OH形成氢键。

(4)脱水反应并成膜：

-Si-OH基团和金属表面的羟基-OH进一步脱水聚合，在界面上生成Si-O-Me共价键，其反应如下：

式中Si-O-Me构成化学共价键；

-Si-OH基团脱水聚合成Si-O-Si键构成硅烷膜的三维网状结构；