[发明专利]氧化物掺杂改性的阴极电泳涂层的制备方法及其用途

说明书

技术领域

 本发明属于金属防腐蚀领域，尤其涉及氧化物掺杂改性的阴极电泳涂层的制备方法及其用途。 

技术背景

 金属材料由于其优良性能，不论是在工业建设还是日常生活中都无处不在。但是绝大多数金属在接触到环境或是腐蚀介质时，就会发生腐蚀进而造成严重的经济损失甚至导致安全事故，所以提高金属耐蚀、预防或减缓金属腐蚀得到了广泛关注和研究，其中在金属表面涂覆涂层是相对简单、经济、应用广泛的提高金属防护性能的方法。可以通过多种方法在金属表面涂覆涂层，其中电泳是近30年快速发展的涂覆涂层技术，由于其涂膜均匀可重复性高、涂料高回收利用率、环境友好、防腐性能好等多种优势，在汽车、家电等行业得到了快速广泛的应用。 

 涂覆涂层（包括电泳）前的金属表面预处理直接关系到涂层和金属之间的结合力和涂层体系整体防护性能得到了广泛研究。目前为止，效果较好、应用最广泛的金属表面预处理通常采用磷化或铬酸盐钝化技术，但它们会引起严重的环境安全问题，所以绿色环保且效果较好的金属预处理技术得到了广泛研究。 

 近些年来快速发展的溶胶-凝胶(sol-gel)法有望取代磷化或铬酸盐钝化技术来制备各种预处理层或复合预处理层以同时满足环保和优秀防腐性能。其中，ZrO₂、Co₃O₄ 膜由于具有好的机械性能、化学稳定性好、硬度高等多种优势，得到了广泛研究。 

 F. Perdomo 等人（Journal of Sol-Gel Science and Technology 15 (1999) 87–91）采用sol-gel法在不锈钢表面制备了ZrO₂层用于防腐。L. Fedrizzi等人（Electrochimica Acta 46 (2001) 3715–3724）将采用sol-gel法制备的ZrO₂层作为有机涂层的预处理层，提高涂层体系的防护性能。但是前面得到的氧化物预处理层都是通过浸涂或者旋涂法制备，后续需要较高温度进行烘烤，这容易使基体产生应力；同时，在制备氧化物预处理层时所用的原料通常价格高且不稳定，而且还需要一些有机聚合物来提高氧化物预处理层的性能。 

发明内容

 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供氧化物掺杂改性的阴极电泳涂层的制备方法及其用途。本发明是直接向电泳漆涂料中加入一定量的硝酸盐，在阴极电泳时，某些硝酸盐（硝酸锆、硝酸钴、硝酸锌）遇OH^-离子生成氢氧化物进而转化为氧化物沉淀，与树脂粒子一同沉积在金属基体表面。一方面，氧化物对电泳涂层的微孔和缺陷起到填充作用，另一方面，电泳过程中，氧化物可优先富集于金属表面形成“预处理”层，最终提高涂层的防腐性能。 

氧化物掺杂改性的阴极电泳涂层的制备方法，它的步骤如下： 

1）向水性电泳涂料中加入硝酸盐，搅拌均匀，以被保护的金属基材为阴极，以稳定材料为阳极，进行电泳电压；

2）用水冲洗除去附着在金属基材表面残余的电泳漆，晾干后，放入空气鼓风干燥箱，固化后在金属基材表面得到经氧化物掺杂改性的阴极电泳漆涂层。

  所述步骤1）中，向水性电泳涂料中加入浓度为0.001-0.05M的硝酸盐，阴阳极间距为20～50 cm，槽液温度为25～30 ℃，电泳电压40～200V，电泳时间1～20 min。 

  所述步骤1）中，以石墨或耐酸不锈钢为阳极。 

  所述的硝酸盐以下的一种或多种：硝酸锆（Zr(NO₃)₄）、硝酸钴（Co(NO₃)₂）、硝酸锌（Zn(NO₃)₂）。 

  步骤2）中所述固化的温度120 ~ 200 ℃。 

  步骤2）中所述阴极电泳漆涂层的厚度为18～22 μm 

  所述的水性电泳涂料为：水性环氧树脂、丙烯酸树脂、环氧聚氨酯树脂。

  所述的金属基材为碳钢、镀锌钢、冷轧钢、铝、锌、铜、镁或锡，以及上述任一金属单质的合金。 

一种所述方法制备的氧化物掺杂改性的阴极电泳涂层的用途，用于金属的腐蚀防护。 

一种所述方法制备得到的具有氧化物掺杂改性的阴极电泳涂层的金属，包括碳钢、镀锌钢、冷轧钢、铝、锌、铜、镁或锡的防腐蚀金属，以及上述任一金属单质的合金的防腐蚀金属。