[发明专利]一种用于航空钛合金材料的表面前处理溶胶液及其形成的溶胶-凝胶涂层

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金表面处理领域，尤其涉及用于航空钛合金材料的表面，用于提高钛合金基体材料与底漆结合力的溶胶-凝胶涂层及其处理方法。 

背景技术

由于钛及钛合金具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性，在航空、航天、造船、汽车、核电等国防工业中的应用越来越广泛。目前航空工业中钛合金的需求已占到世界钛材料总量的近一半，且复合材料和钛材料的使用比例正在逐渐扩大。但钛合金也存在一些缺陷，如耐磨性不好、耐高温性较差、可焊性不良、与有机涂层的结合力较差等缺点。为改善和提高钛合金的使用特性，通常采用表面改性或表面处理的方法来改善这些缺陷。常用的钛合金表面处理方法很多，可分为物理法、化学法和电化学法等，可根据钛合金具体使用要求和使用特性，选择不同的技术和工艺。 

钛合金所具有高的比强度和优良的耐蚀性，使其在航空工业中通常直接喷漆涂装使用，但通常钛在热力学上是一种不稳定金属，在空气或水溶液等有氧环境中，表面很快生成一层氧化膜，这层氧化膜给钛合金的进一步表面处理带来很大困难，使得进一步处理所得的膜层和金属基体的结合力差，这就会导致表面处理膜层(包括喷漆涂层)容易脱落。为解决这一问题，表面转化膜技术就成为钛合金表面前处理的一个重要环节。 

长期以来，金属及合金的表面前处理主要为铬酸盐转化膜技术，随着环保意识的增强，六价铬的高度致癌性和对环境极其严重的污染，已使得绿色环保的代铬转化膜技术的研究日益成为人们关注的焦点。Materials Science and Engineering，1998，4(1)：416-419记载了采用HF和甲酰胺或二甲替酰胺溶液进行前处理的报道，能在钛合金表面得到一层致密的TiH₂膜层，但HF的高腐蚀性和对环境的污染限制了其在大规模工业化生产中的应用。这就迫切需要研究一种工艺操作简便，对设备要求不高，环境友好，无污染，低成本的前处理转化膜新技术。作为环保型工艺，近年来稀土转化膜和溶胶-凝胶转化膜技术受到了越来越多的关注。与稀土转化膜技术相比，溶胶-凝胶转化膜技术工艺更加简便，并具有下列突出优点：(1)处理工艺简单、易维护、效率高；(2)处理溶液中无有害物质，利于环保；(3)转化膜层与金属基体和涂层都具有优良的结 合力；(4)膜层耐蚀性好，对热、湿、酸碱环境有良好的耐久性。 

经过对现有文献和专利的检索发现，溶胶-凝胶转化膜技术用于钢、铝合金、镁合金的表面转化涂层方面的研究较多，Progress in Organic Coating，64(2009)，327-338中报道了溶胶-凝胶技术用于各种钢、铝合金及铜和镁合金等基体的前处理转化涂层及防腐涂层的大量研究工作，但该方法用于钛合金的表面前处理却鲜有报道。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和需要，提供一种用于航空钛合金材料的表面前处理溶胶-凝胶涂层及其处理方法，能够在钛合金基体表面形成一层具有致密网状交联结构的溶胶-凝胶涂层，该溶胶-凝胶涂层和钛合金基体材料以及进一步处理的底漆都具有很好的结合力，有效解决了涂层脱落问题。 

本发明的一个目的是提供一种用于航空钛合金材料表面处理的溶胶液。本发明的用于航空钛合金材料表面处理的溶胶液，包括： 

(a)0.1～5wt％的正硅酸乙酯； 

(b)1～10wt％的至少一种有机硅氧烷； 

(c)0.1～5wt％的选自于羧酸、乙醇胺、三乙胺或其混合物的催化剂； 

(d)45～93wt％的无毒无害的有机溶剂，优选醇类，更优选1到10个碳原子的脂肪醇； 

(e)剩余为到100％的去离子水； 

其中，所述组分(b)有机硅氧烷的结构式表示为： 

[Si(R₁)(R₂)₃]或[Si(R₁)₂(R₂)₂]， 

其中基团R₁为C₁-C₄的烷基、丙基二硫基、乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、丁烯基、乙炔基、丙炔基、苯基、萘基、甲基丙烯酰基、甲基丙烯酰基氧丙基、缩水甘油基、缩水甘油氧基、氨芳基或氨烷基； 

基团R₂为C₁-C₆的烷氧基、环丙氧基、环己氧基、苯氧基、酰氧基、乙酰氧基、丙酰氧基或乙酰基。