[发明专利]一种Q型POSS改性的金属表面前处理剂及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种Q型POSS改性的金属表面前处理剂，以水为溶剂，以硅烷作为主成膜剂，以氟锆酸盐和/或氟锆酸为第二种成膜剂，并添加八(氨丙基二甲基硅氧基)笼型八聚硅倍半氧烷(氨基Q型POSS)作为膜层封闭剂和修补剂，还可以包括酸、金属促进剂、稀土化合物、稳定剂。本发明所述Q型POSS改性的金属表面前处理剂在成膜时是硅烷成膜和氟锆酸盐陶化成膜同步进行，相互掺杂，形成致密的无机‑有机杂化膜，硅烷可以及时修补氟锆酸盐成膜过程中的缺陷，优化膜结构，而Q型POSS的多个氨基可以同时和膜层中多个位点发生作为，封闭效果会明显提升，实现了对膜层中缺陷的更好修补和封闭。

技术领域

本发明涉及金属表面处理领域，具体是一种Q型POSS改性的金属表面前处理剂及其制备方法、应用。

背景技术

金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。金属腐蚀时，在金属的界面上金属与空气、水等发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化(离子)状态，这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命。

在金属表面上施用覆盖层保护是防止金属腐蚀的最常用的重要方法。覆盖层的作用在于使金属制品与周围介质隔离开来，以防止或减少腐蚀。除了防腐蚀外，覆盖层还有一定的装饰性或者功能性。但是，由于涂料涂层属于有机涂层，与金属的结合力差，需要在涂装前对金属表面进行前处理，增加一层过渡层，增强金属表面与有机涂层之间的结合力。

传统的金属表面前处理方法主要有化学转化膜法，典型的化学转化膜法有磷化处理、铬化钝化处理等，但这些传统的表面处理技术面临着巨大的环境压力。因为铬酸钝化法存在严重的铬污染，该方法已限制使用；而磷化法存在严重的磷污染，同时还带来其它重金属污染，也属于被淘汰技术。为解决传统方法的污染问题，人们越来越多的把研究的重点放在了能够替代传统表面处理工艺的技术上。

目前，新型的金属表面前处理技术主要有钛盐转化膜(陶化)技术、锆盐转化膜(陶化)技术、丹宁酸盐转化膜技术、钼酸盐转化膜、铈盐转化膜技术和硅烷转化膜等。钛盐转化膜(陶化)技术、丹宁酸盐转化膜技术、钼酸盐转化膜、铈盐转化膜技术由于综合性能有缺陷，仅在某些特殊领域得到应用，未能在大范围推广使用，而锆盐转化膜(陶化)技术和硅烷转化膜由于性能优异，受到广泛研究，并得到较大范围应用。

锆盐转化膜(陶化)技术是指以氟锆酸盐作为化学转化膜活性组分，在金属前处理过程中，氟锆酸盐在金属表面水解形成二氧化锆膜层。这种技术的优势是膜层较磷化膜致密，所需要的膜层较磷化膜大大降低，且其成膜工艺流程与磷化类似，故可以在前处理生产线上直接替代磷化。但是，由于该陶化膜层仍有较多的成膜缺陷，一般需要添加封闭剂。

硅烷化金属表面处理技术作为一种新型的技术，克服了传统的磷化、铬化等金属表面处理技术中的能耗大、污染大等自身无法克服的缺点，近些年来己经得到了广泛的发展，在工业应用领域得到了实际的应用。硅烷是一类硅基的有机/无机杂化物，其基本分子式为：Y(CH₂)_nSiR²_x(OR³)_3-x，其中OR³是可水解的基团，Y是有机官能团。OR³基团在水解促进剂的作用下，水解生成Si—OH基团，与金属表面的—Me—OH脱水缩合，形成Si—O—Me键，同时Si—OH键自身发生脱水缩合形成空间三维网络结构。Y(CH₂)_n取代基与有机涂层相容性好，必要时Y官能团可以和有机涂层的相关官能团发生相应化学反应，实现通过硅烷的分子桥作用，实现无机金属层与有机层之间的作用，提高涂层在金属表面的结合力。