一种防护性能稳定的有机无机复合涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金的表面处理技术领域，具体涉及一种防护性能稳定的有机无机复合涂层及其制备方法。

背景技术

铝及其合金性能优良，在船舶、航空航天、汽车、家居建材等方面都有广泛应用。但是其化学性质活泼，在实际使用过程中极易发生化学反应而腐蚀失效；尤其是将其应用在海洋环境中的水下精密仪器上时，海洋生物在器件表面的大量附着不仅会降低其灵敏度和操作性，还会加速器件腐蚀、缩短其使用寿命，因此需要对其进行表面防腐防污处理。金属表面的超疏水改性不仅可有效降低金属的表面能，缩短腐蚀介质在其表面的停留时间，提高金属的耐蚀性；而且可降低金属表面涂层中腐蚀介质的浓度，起到防污/自清洁的作用。因此，对铝及其合金表面进行超疏水改性可有效提高其防污耐蚀性能。

层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides，简称：LDH或LDHs)是一种典型的化学转化膜。由于LDH膜是在金属基底表面原位生成，因而与基底表面有较好的结合力，同时LDH膜还因其独特的层状粗糙结构而表现出良好的物理屏障作用和离子交换性能，因此其在金属腐蚀防护领域受到了广泛关注。同时，金属表面硅烷化涂层由于其化学稳定性高、与基底的结合力好、可绿色大面积制备，同时可有效阻止腐蚀离子和氧气到达金属/腐蚀介质表面，也在金属防腐防污领域有广泛应用。

现有制备铝合金表面的超疏水涂层的技术多采用“粗糙结构构建”和“低表面能改性”的“两步法”获得。“两步法”的工艺流程较为复杂，耗时长，且能耗较高。

发明内容

本发明的一个目的是针对以上要解决的技术问题，提供一种铝合金表面的防护性能稳定的有机无机复合涂层的制备方法，整个制备过程工艺简单、耗时少、能耗低，制得的复合涂层与铝基底的结合力高、防腐防污稳定性好。

为了实现以上发明目的，本发明提供了一种防护性能稳定的有机无机复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1：对铝合金基底进行前处理；

S2：将经过前处理后的铝合金基底放在前驱体溶液中进行一步电沉积处理；所述前驱体溶液的溶质为十六烷基三甲氧基硅烷、正硅酸四乙酯、硝酸镍、硝酸铝、硝酸钾和硝酸铈，溶剂为乙醇和去离子水的混合物；

S3：将步骤S2处理后的铝合金表面清洗并烘干。

相比于现有技术，本发明采用一步电沉积法同时构建粗糙结构LDH膜与低表面能化合物硅烷/CeO

优选地，步骤S2中，所述前驱体溶液中十六烷基三甲氧基硅烷的浓度为10～40mL/L，正硅酸四乙酯的浓度为5～30mL/L，硝酸镍的浓度为0.1～0.5mol/L，硝酸铝的浓度为0.05～0.25mol/L，硝酸钾的浓度为0.1～0.4mol/L，硝酸铈的浓度为0.05～0.2mol/L；所述溶剂中乙醇与去离子水混合物的体积比V

优选地，步骤S2中，所述前驱体溶液pH为5～10，电沉积的温度为20～30℃，电沉积的时间为5～60min。

优选地，步骤S2中，所述一步电沉积为恒电位阴极沉积。

优选地，所述恒电位阴极沉积的参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片电极，沉积电位为1.0～5.0V。

优选地，步骤S3中，采用热空气进行烘干处理，热空气烘干温度为60～120℃，烘干时间为10～30min。

优选地，步骤S1中，前处理包括前期包覆、金相砂纸打磨、去油、去离子水清洗和冷风吹干。

优选地，前期包覆步骤中，将铝合金基底用尼龙包覆，裸露出5cm

优选地，前期包覆步骤后，将裸露的铝合金采用800目砂纸进行打磨处理，然后用乙醇和去离子水进行除油和清洗处理。

本发明还提供采用上述制备方法制得的防护性能稳定的LDH-硅烷/CeO

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明成功采用“一步电沉积法”在铝合金表面制备了疏水性的LDH-硅烷/CeO

(2)该方法制备有机-无机疏水复合涂层时，制备工艺简单、能耗小，并且涂层的性能可通过各制备参数简单调控，与现有制备疏水性涂层的技术相比，可节省能源，简化工艺流程。

(3)该方法在铝合金表面获得的LDH-硅烷/CeO

附图说明

图1为实施例3制得的铝合金表面涂层磨损前后的SEM图和接触角图。

图2为样品磨损实验示意图。

图3为实施例3制得的铝合金表面涂层在3.5wt％NaCl中浸泡20天前后的阻抗图Nyquist图。

图4为实施例3制得的铝合金表面涂层在3.5wt％NaCl中浸泡20天前后的阻抗图Bode图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实例，对基于本发明所做的任何形式上的变通或改变都将属于本发明的范畴。

实施例1：

本实施例按以下步骤制备LDH-硅烷/CeO

首先，将裸露面积为5cm

实施例2：

本实施例按以下步骤制备LDH-硅烷/CeO

首先，将裸露面积为5cm

实施例3：

本实施例按以下步骤制备LDH-硅烷/CeO

首先，将裸露面积为5cm

实施例4：

本实施例按以下步骤制备LDH-硅烷/CeO

首先，将裸露面积为5cm

实施例5

本实施例按以下步骤制备LDH-硅烷/CeO

首先，将裸露面积为5cm

对比例1

本对比例为未经任何表面处理的AA6061铝合金片。

对比例2

首先，将裸露面积为5cm

对比例2和实施例3的区别在于：前驱体溶液中不添加硝酸铈溶液，其它参数与实施例3一致。

对比例3

采用传统的“两步法”，即水热法结合浸渍法制备铝合金表面的LDH-硅烷复合涂层：首先，将所选的裸露表面积为1cm

结构表征及性能测试：

上述实施例中，实施例3为最佳实施例，将实施例3制得的铝合金表面LDH-硅烷/CeO

表1不同样品在3.5wt％NaCl中浸泡20天前后的腐蚀电阻以及不同样品在载重1N，测试温度30℃，摩擦长度200cm下磨损前后的接触角和滚动角

由图1可以看出，实施例3中采用一步电沉积法制备的铝合金表面的LDH-硅烷/CeO

然后，将实施例3中所得样品在3.5wt.％的NaCl水溶液中浸泡20天后进行电化学阻抗(EIS)测试，同时将未浸泡的实施例3中的样品也进行电化学阻抗测试，所得结果如图3和图4所示。电化学阻抗测试中：测试体系为三电极体系，实施例3所得的铝合金片(包括未浸泡和浸泡20天的样品)分别为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂片为对电极。测试所用的电解质溶液为3.5wt.％的NaCl水溶液，测试和浸泡温度均为为2522℃。电化学阻抗测试前先测试体系的开路电位E

表1中列出根据上述方法获得的不同实施例和对比例样品浸泡前后的腐蚀电阻、磨损前后的接触角、滚动角的大小。综合图3～4和表1中的数据可以看出，实施例3中的样品在浸泡20天后，其腐蚀电阻降低一个数量级，但是其腐蚀电阻仍可达到61533Ω·cm

综上，与传统的“两步法”制得的疏水性涂层相比，本发明采用“一步电沉积法”在铝合金表面制备的疏水性的LDH-硅烷/CeO

本发明并不局限于说明书和实施方式所列运用，其完全可以被适用于各种适合本发明的领域，在不背离本发明精神及其实质的情况下，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改和变形，但这些相应的修改和变形都应属于本发明所要求的保护范围。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限定本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，应当包含在本发明的保护范围内。