用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物及其使用方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物及其使用方法，組合物包括：一種水溶性硅氧低聚物溶液，一種金屬腐蝕抑制劑或／和一種水溶性樹脂。本發明組合物在清洗過的鋁及鋁合金表面上生成一層納米級的有機無機雜化型皮膜。該皮膜不僅提供優異的裸膜（即無附加涂層）防護性能，并且也有助于提高鋁表面的涂裝性能。適用的涂料包括粉末涂裝，水性和油性漆等。
【專利說明】用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物及其使用方法。
【背景技術】
[0002]鋁合金作為一種重要的工程材料，被廣泛應用于建筑，汽車和航空領領域。在室溫干燥條件下，鋁金屬表面可快速形成一層致密的氧化膜，該氧化膜具有一定的耐腐蝕性。但在潮濕的海洋氣候條件下，腐蝕介質如Cl -離子通過水汽的輔助下，滲入鋁表面的氧化膜并腐蝕膜下的金屬，造成點腐蝕。因此進一步強化鋁及其合金在海洋環境中的耐蝕性成為
一種必要。
[0003]六價鉻鈍化技術作為一種最有效的，并且經濟實用的鋁及鋁合金表面處理技術已經被廣泛應用了多年。但六價鉻離子的毒性大，對人體健康和環境造成巨大危害，因此有必要研發新的替代技術來強化鋁及其合金的耐蝕性能。根據不同的金屬防腐蝕理論，近年來開發的有關鋁及其合金的替代技術可總結為如下幾類:三價鉻鈍化技術，稀土轉化膜技術以及溶膠-凝膠表面處理技術。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種具有耐腐蝕性能的用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物及其使用方法。
[0005]本發明的技術解決方案是:
[0006]一種用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物，其特征是:該組合物包括:一種水溶性硅氧低聚物溶液，一種金屬腐蝕抑制劑或/和一種水溶性樹脂。
[0007]本發明中使用的水溶性硅氧低聚物通常含有有機官能團。這些有機官能團有助于提聞后續的涂裝性能。本發明中所涉及的有機官能團有烷基烷氧基，氣基，服基，環氧基，甲基丙稀酸甲酯基，乙烯基。
[0008]本發明中使用的水溶性硅氧低聚物通常為完全水解或部分水解的線性的倍半硅氧烷，例如氨基的硅氧烷低聚物，氨基丙基倍半硅氧烷低聚物，甲基倍半硅氧烷低聚物和3((2 -氨基乙基)氨基丙基)硅烷三醇均聚物。水溶性硅氧低聚物的分子量應在250 - 650之間，最好是大于500。
[0009]在本發明中，水溶性硅氧低聚物通常用去離子水稀釋到所需的的濃度。稀釋后的溶液的PH值一般不需調節。如需要，可用酸或堿進行調節。所使用的水溶性硅氧低聚物一般稀釋到0.01wt.% -1Owt.%之間。在一種情況下，水溶性硅氧低聚物稀釋到
0.05wt.% - 5wt.%之間。在另一種情況下，水溶性硅氧低聚物稀釋至0.03wt.% - 3wt.%之間。這兩種情況中可加入含氟的過渡性金屬酸。
[0010]本發明中使用的含氟的過渡性金屬酸一般的分子式為H2XF6，其中X為Si, Ti, Zr, Hf，或H3XF6，其中X為Al或B。在本發明的典型實例中使用了 H2TiF6和H2SiF6。H2TiF6和H2SiF6的單獨或混 合加入有增強耐蝕性的作用。一般地，水溶性硅氧低聚物和含氟的過渡性金屬酸的摩爾比例大于I。
[0011]本發明中使用的腐蝕抑制劑為水溶性化合物，可添加到上述水溶性硅氧低聚物或水溶性硅氧低聚物和含氟的過渡性金屬酸的混合物中。這些腐蝕抑制劑包括三價鉻化合物，稀土化合物，高錳酸鉀，釩化合物，磷酸鹽，硫脲或亞硝酸鹽等。可提供三價鉻離子的化合物包括，但不限于，硫酸鉻，醋酸鉻，硝酸鉻及氟化鉻等。適于本發明的釩化合物包括，亞釩酸鈉及釩酸氨等。稀土化合物包括氯 化鈰，硝酸鈰，醋酸鈰和硫酸鈰。
[0012]本發明中還可以選擇性的在上述水溶性硅氧低聚物或水溶性硅氧低聚物和含氟的過渡性金屬酸的混合物中加入水溶性樹脂。樹脂類型有環氧型，丙烯酸型，聚氨酯型或它們的混合物。一般地，樹脂添加量在0.05 -1Owt %。
[0013]配制好的溶液可以浸潰或噴淋方式處理表面清洗后的鋁板。在處理過程中無需加溫。處理時間在I秒-120秒之間。一般為3秒-90秒之間。最好為5秒-60秒之間。處理后的鋁板可室溫晾干或加熱烘干。所形成的膜厚為10納米-50納米之間。
[0014]本發明組合物在清洗過的鋁及鋁合金表面上生成一層納米級的有機無機雜化型皮膜。該皮膜不僅提供優異的裸膜(即無附加涂層)防護性能，并且也有助于提高鋁表面的涂裝性能。適用的涂料包括粉末涂裝，水性和油性漆等。
[0015]下面結合實施例對本發明作進一步說明。
【具體實施方式】
[0016]實施例1.[0017]甲基倍半硅氧烷低聚物用去離子水稀釋到3%，以下稱為#1溶液。并在該溶液中添加不同的含有提供腐蝕抑制能力的離子如Mn04 -和Cr3+的化合物。溶液的pH值無需調節。所配制的溶液成分見表1。#1樣品為清洗后的空白鋁板，沒有經過溶液處理。
[0018]6061鋁合金板經堿液清洗去除表面的有機雜質，后續用自來水和去離子水分別清洗，然后用熱風吹干。清洗后的6061鋁板浸泡于上述溶液中60秒，取出烘干(100°C /5分鐘)。
[0019]對處理后的鋁板進行的中性鹽霧測試和交流電化學阻抗分析，以確定處理后的鋁板的耐蝕性。測試及分析結果見表1。交流電化學阻抗分析的結果用在0.01Hz的低頻阻抗值表示。該數值越高，則表明處理后的鋁板表面耐蝕性越好。
[0020]表1
[0021]
【權利要求】
1.一種用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物，其特征是:該組合物包括:一種水溶性硅氧低聚物溶液，一種金屬腐蝕抑制劑或/和一種水溶性樹脂。
2.根據權利要求1所述的用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物，其特征是:所述水溶性娃氧低聚物含有有機官能團:烷基烷氧基、氣基，服基、環氧基、甲基丙稀酸甲酯基或乙稀基。
3.根據權利要求2所述的用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物，其特征是:所述水溶性硅氧低聚物為氨基的硅氧烷低聚物、氨基丙基倍半硅氧烷低聚物、甲基倍半硅氧烷低聚物或3 ((2-氨基乙基)氨基丙基)硅烷三醇均聚物；水溶性硅氧低聚物的分子量在250 -650之間。
4.根據權利要求1、2或3所述的用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物，其特征是:水溶性硅氧低聚物溶液濃度為0.01wt.% - 10 wt.%之間。
5.根據權利要求4所述的用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物，其特征是:水溶性硅氧低聚物溶液中加入含氟的過渡性金屬酸。
6.根據權利要求4所述的用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物，其特征是:所述含氟的過渡性金屬酸的分子式為H2XF6，其中X為S1、T1、Zr或Hf ;或含氟的過渡性金屬酸的分子式為H3XF6，其中X為Al或B。
7.根據權利要求5所述的用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物，其特征是:水溶性硅氧低聚物和含氟的過渡性金屬酸的摩爾比例大于I。
8.根據權利要求1、2或3所述的用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物，其特征是:所述金屬腐蝕抑制劑是包括三價鉻化合物、稀土化合物、高錳酸鉀、釩化合物、磷酸鹽、硫脲或亞硝酸鹽；所述三價鉻化合物為硫酸鉻，醋酸鉻、硝酸鉻或氟化鉻；所述釩化合物是亞釩酸鈉或釩酸氨；所述稀土化合物為氯化鈰、硝酸鈰、醋酸鈰或硫酸鈰；金屬腐蝕抑制劑的添加量為 30 - 1200ppm。
9.根據權利要求1、2或3所述的用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物，其特征是:所述水溶性樹脂為環氧型、丙烯酸型、聚氨酯型中的一種或幾種；水溶性樹脂添加量為0.05-10wt%o
10.一種權利要求1所述的用于鋁及鋁合金的耐腐蝕處理組合物的使用方法，其特征是:所述組合物以浸潰或噴淋方式處理表面清洗后的鋁板，處理時間在I秒-120秒之間；處理后的鋁板室溫晾干或加熱烘干；所形成的膜厚為10納米-50納米之間。
【文檔編號】C23C22/05GK104005012SQ201410261611
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】曹靜娟, 朱丹青, 俞威 申請人:上海興賽爾表面材料有限公司