[发明专利]一种应用于金属基体腐蚀保护的氧化钛改性涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于金属基体腐蚀保护的氧化钛改性涂层的制备方法，属于金属基体腐蚀防护涂层领域。

背景技术

金属腐蚀防护对沿海工业发展、海洋资源利用具有重要意义。纳米氧化钛光阴极保护涂层是近年来研究和发展的新型阴极保护技术。当用能量高于氧化钛吸收阈值的光波（λ≤380nm）照射时，其内的电子自价带激发至导带形成负电电子（e^-）和正电空穴（h⁺）。在空间电荷层的作用下，空穴集中到电极表面，与溶液中的电子供体水发生氧化反应；而电子则到达金属，使金属的电极电位降低至腐蚀电位以下，从而使金属进入阴极保护状态。研究表明，氧化钛涂层在光照条件下对碳钢、不锈钢、铜等金属均可提供有效的光阴极保护，并且氧化钛具有化学稳定性好、无毒性、价格低廉等优点，有潜在的应用前景。

但是，从氧化钛腐蚀保护的应用原理可以看出，单纯的氧化钛涂层只有在光照条件下才具有阴极保护功能，无光照时没有光电子产生并到达金属，金属基体电位迅速回归，因此无法利用自然光实现对金属基体的全天候保护。利用可变价金属氧化物调节氧化钛半导体结构，可实现一定时间的无光照电子转移。变价金属元素可实现电子的存储和释放，将变价金属氧化物与氧化钛复合，光照条件下可吸收并存储多余光电子，无光照时则将存储电子释放至金属基体，使金属在无光照时仍能够稳定在较低的阴极保护电位。但实现半导体结构改性，通常所用制备氧化钛涂层的改性方法需要高温加热过程，涂层表面形成大量微缺陷，导致无光照条件下，电解质易通过氧化钛涂层的微缺陷侵入到涂层内部，导致涂层破坏和剥离，并在金属表面诱导形成局部腐蚀，最后致使金属基体失效。

发明内容

为实现氧化钛涂层在无光照条件下的腐蚀保护，减少涂层缺陷，改善腐蚀介质入侵引起的涂层失效，本发明提供一种应用于金属基体腐蚀保护的氧化钛改性涂层的制备方法。

其技术解决方案是：

一种应用于金属基体腐蚀保护的氧化钛改性涂层的制备方法，其包括以下步骤：

（1）配制改性氧化钛溶胶：

将钛酸丁酯和无水乙醇混合，配成A溶液；将去离子水、冰醋酸和无水乙醇混合，向混合液中加入四氯化锡晶体，四氯化锡晶体与A溶液中钛酸丁酯的摩尔比为1：50-1：20，配成B溶液；在搅拌状态下将A溶液与B溶液混合，获得淡黄色透明溶胶，将溶胶置于室温条件陈化，转变成固体凝胶；

（2）制备改性氧化钛粉体：

将步骤（1）获得的固体凝胶干燥，获得疏松粉体，再将疏松粉体研磨后置于坩埚中，放入马弗炉中升温至400-550℃加热20-40分钟，得到改性氧化钛粉体；

（3）制备硅烷溶胶：

将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、水和无水乙醇混合，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、水和无水乙醇的体积比为5-10∶5-10∶80-90，以冰醋酸调节pH值到4-5，然后置于室温条件陈化，得到硅烷溶胶；

（4）制备涂层料浆：

将步骤（2）所得粉体加入到步骤（3）所得溶胶中，所添加粉体的重量与溶胶的体积比为500-1000mg/ml，经超声分散，得到涂层料浆；

（5）涂覆涂层料浆：

将步骤（4）所得涂层料浆涂覆在金属基体表面，室温干燥后置于60-80℃烘箱继续干燥20-30分钟，得到附着在金属基体表面的改性氧化钛涂层。

优选的，步骤（1）中，A溶液中钛酸丁酯和无水乙醇的体积比为1-2∶5-6，B溶液中去离子水、冰醋酸和无水乙醇的体积比为1-2∶1-2∶2-5，A溶液中钛酸丁酯和B溶液中去离子水的体积比为0.5-1∶1-2。

优选的，步骤（1）中，溶胶置于室温条件陈化的时间为22-24小时。

优选的，步骤（3）中，所述陈化时间为22-24小时。

优选的，步骤（4）中，所述超声分散时间为1-1.5小时。

优选的，步骤（5）中，金属基体在涂覆涂层浆料之前进行如下预处理：先用砂纸将金属基体表面打磨平滑，然后用去离子水超声清洗，最后用无水乙醇清洗晾干。

优选的，步骤（5）中，所述涂层料浆重复进行1-7次涂覆。

本发明的有益技术效果是：