[发明专利]在铝合金表面具有耐腐蚀功能的掺杂纳米微粒自组装膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料表面电化学腐蚀领域，特别是一种在铝合金表面具有耐腐蚀功能的掺杂SiO₂纳米微粒自组装膜的制备方法。

背景技术

铝及铝合金由于具有强度高、密度小、导电导热性强、力学性能优异、可加工性好等优点而广泛应用于化学工业、航空航天工业、汽车制造业、食品工业、电子、仪器仪表业以及海洋船舶工业等领域。但在实际应用过程中，铝合金就呈现出表面硬度较低、耐磨性及耐蚀性差等诸多问题，这在很大程度上限制了铝合金的应用范围。铝合金成分和热处理对铝合金性能的提高固然很大，但在许多场合还要求铝合金表面具有耐磨、耐腐蚀等特殊性能，而且大部分铝合金材料的失效大都是从表面开始的，因而提高材料的表面性能显得尤为重要。目前通过自组装技术在基体表面形成由化学键连接的具有一定取向、紧密排列的二维有序的单分子膜。该方法操作简单方便，无需复杂贵重的仪器，而且得到的自组装膜具有更强的稳定性和高耐蚀性。

发明内容

本发明的目的是提供一种在铝合金表面具有耐腐蚀功能的掺杂SiO₂纳米微粒自组装膜的制备方法。

具体步骤为：

（1）铝合金先经浓度为30~60 g/L的NaOH溶液除去表面包铝层；随后依次用600#、1000#和1200#砂纸打磨至光滑，用分析纯丙酮和超声波清洗5~15分钟；铝合金随后再采用浓度为30~60 g/L的NaOH溶液在30~70℃下碱洗1~10分钟，最后用去离子水清洗2~3次。

（2）配制总体积为80~100 mL，其中无水乙醇、双（γ-三乙氧基硅基丙基）四硫化物和去离子水的体积比为20~50：1~3：79~47的溶液，同时加入20~150 mg SiO₂纳米粒子，滴加分析纯乙酸使溶液的pH为4~6，在20~55℃下磁力搅拌1~3小时，超声波清洗器振荡1~5小时，所述双（γ-三乙氧基硅基丙基）四硫化物为工业级。

（3）将步骤（1）处理后的铝合金浸入步骤（2）所得溶液中浸泡10~40分钟后取出；去离子水超声波清洗以去除表面未反应的小分子和溶剂，80~120℃下真空干燥箱固化1~3小时后获得掺杂SiO₂自组装膜。

本发明成本低，制备工艺简单，所制备的自组装膜具有高阻抗、低腐蚀电流密度，在铝合金基体上结合力好，能很好的提高铝合金表面防腐蚀能力，且对环境和设备不造成污染。

附图说明

图1为本发明实施例制备的掺杂SiO₂纳米微粒自组装膜的SEM图。

具体实施方式

实施例：

（1）铝合金先经浓度为40 g/L的NaOH溶液除去表面包铝层；随后依次用600#、1000#和1200#砂纸打磨至光滑，用分析纯丙酮和超声波清洗15分钟；铝合金随后再采用浓度为40 g/L的NaOH溶液在50℃下碱洗3分钟，最后用去离子水清洗3次。

（2）配制总体积为100 mL，其中无水乙醇、双（γ-三乙氧基硅基丙基）四硫化物和去离子水的体积比为20：1：79的溶液，同时加入60 mg SiO₂纳米粒子，滴加分析纯乙酸使溶液的pH为4，在35℃下磁力搅拌2小时，超声波清洗器振荡3小时，所述双（γ-三乙氧基硅基丙基）四硫化物为工业级。

（3）将步骤（1）处理后的铝合金浸入步骤（2）所得溶液中浸泡30分钟后取出；去离子水超声波清洗以去除表面未反应的小分子和溶剂，100℃下真空干燥箱固化1小时后获得掺杂SiO₂自组装膜。

极化曲线是腐蚀科学中常用的电化学手段之一，是研究膜层、涂层、转化膜等覆盖金属电极腐蚀速率的有效工具。对自组装膜进行电化学耐蚀性能测试，采用三电极体系，3.5%的NaCl为腐蚀介质，对其进行塔菲尔曲线扫描得到结果如表1。

表1： 样品在3.5%(w)NaCl水溶液中的自腐蚀电位及腐蚀电流密度的对比