一种等离子处理铝合金表面制备耐磨耐污耐腐蚀涂层的方法

摘要

本发明公开了一种等离子处理铝合金表面制备耐磨耐污耐腐蚀涂层的方法，将六方氮化硼纳米片在去离子水中超声分散均匀，将其添加到水性环氧树脂中，高速搅拌分散均匀，加入水性固化剂、有机改性碳化硅、改性的纳米二氧化硅溶胶及湿法改性的氧化锌晶须，搅拌均匀得耐磨耐污耐腐蚀涂料；将铝合金表面先用金相砂纸打磨，经蒸馏水冲洗干净，再用无水乙醇超声震荡清洗，用吹风机冷风吹干，进行喷砂处理，对处理好的铝合金基体表面进行氧气低温等离子体处理后，采用静电喷涂设备在铝合金基体表面喷涂所得耐磨耐污耐腐蚀涂料，喷涂过程中使涂料经过等离子体处理设备，将喷涂好的铝合金试样放入固化箱中固化后，随炉冷却到室温。

说明书

技术领域

本发明属于铝合金领域，具体涉及一种等离子处理铝合金表面制备耐磨耐污耐腐蚀涂层的方法。

背景技术

铝合金作为一种轻金属，应用的领域也十分的广泛，铝合金表面特别容易形成氧化膜以保护铝合金，但是当该氧化膜遭受到永久性破坏时，铝合金的耐蚀性较差问题也就凸显出来了。

铝合金拥有优异的性能，因此广泛应用于多个行业。铝合金表面的氧化铝薄膜可以有效保护铝合金基体被进一步氧化腐蚀，但无法抵御细菌的附着和繁殖，细菌附着在铝合金表面会污染铝合金并对铝合金的各项使用性能造成不良影响。因此实现铝合金抗菌功能化就突显出十分重要的意义。铝合金抗菌改性方法主要包括制备合金型抗菌铝合金和铝合金表面抗菌改性，合金化过程复杂且不环保，还会引起铝合金组织成分改变，且可选抗菌成分有限；铝合金表面抗菌改性的常见方法是在铝合金表面涂覆抗菌涂层，然而涂层易脱落，这制约了该种方法的使用。因此研究简单易行、结合稳定、对基材本身力学性能影响小的铝合金表面抗菌改性方法具有十分重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种等离子处理铝合金表面制备耐磨耐污耐腐蚀涂层的方法，依照该方法处理的铝合金表面涂层具有优异的耐磨性能、耐污性能和耐腐蚀性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种等离子处理铝合金表面制备耐磨耐污耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：

（1）氧化锌晶须湿法改性工艺：

将5-10份氧化锌晶须在120-125℃下真空干燥7-10h；将1.5-3份无水乙醇、0.3-0.6份去离子水、0.2-0.4份硅烷偶联剂KH570混合制成偶联剂的乙醇溶液，用催化剂盐酸调节pH为3，水解55-65min得偶联剂的水解液；将干燥后的氧化锌晶须和3.2-6.4份无水乙醇混合分散1-2h后，倒入偶联剂的水解液，在70-75℃水浴中快速搅拌偶联反应2-3h后，抽滤、用无水乙醇和去离子水洗涤3-5次，在80-85℃下干燥10-12h，得到湿法改性的氧化锌晶须；

采用硅烷偶联剂KH570对氧化锌晶须进行湿法表面改性，偶联剂分子与晶须表面的羟基发生化学反应来实现对晶须的表面修饰，填充到涂料中可提高铝合金表面涂层的耐磨性；

（2）掺杂水性环氧树脂制备耐磨耐污耐腐蚀涂料：

将1-2份六方氮化硼纳米片在10-20份去离子水中超声1-2h分散均匀，将其添加到90-100份水性环氧树脂中，高速搅拌30-40min分散均匀，加入45-50份水性固化剂、3-6份有机改性碳化硅、6-12份改性的纳米二氧化硅溶胶及（1）中所得湿法改性的氧化锌晶须，搅拌均匀得耐磨耐污耐腐蚀涂料；

采用十六烷基三甲基溴化胺对碳化硅进行有机改性，使其由亲水性变为亲油性，有机改性可以改善碳化硅在涂料中的分散性，进而提高涂料涂层的耐磨性能；

（3）采用低温等离子体喷涂法制备耐磨耐污耐腐蚀涂层：

将铝合金表面先用金相砂纸打磨，经蒸馏水冲洗干净，再用无水乙醇超声震荡清洗，用吹风机冷风吹干，进行喷砂处理30-40s，对处理好的铝合金基体表面进行氧气低温等离子体处理2-3min后，采用静电喷涂设备在铝合金基体表面喷涂（2）中所得涂料，喷涂过程中使涂料经过等离子体处理设备，将喷涂好的铝合金试样放入210-220℃固化箱中固化30-40min后，随炉冷却到室温。

进一步的，步骤（2）中有机改性碳化硅的制备：将3-6份碳化硅在去离子水中超声分散30-40min，添加0.21-0.42份十六烷基三甲基溴化胺，在60-65℃油浴中磁力搅拌2-3h，分离过滤、用去离子水洗净，在60-65℃烘箱中烘干10-12h，得到有机改性碳化硅。

进一步的，步骤（2）中改性的纳米二氧化硅溶胶的制备：将1.5-3份纳米二氧化硅1:10加入溶剂乙醇中，超声分散15-20min，用移液枪加入0.3-0.6份十七氟癸基三甲氧基硅烷和0.6-1.2份硅烷偶联剂KH550，水解45-55min，得到改性的纳米二氧化硅溶胶。

进一步的，步骤（3）中喷砂工艺参数：16目棕刚玉、压缩气体、气压为0.8-0.9Mpa、喷砂距离100-150mm、喷砂角度70°-80°；

喷涂工艺参数：压缩空气压力0.4-0.7Mpa，静电喷涂电压50-60KV，喷枪与工件的距离100-150mm。

本发明相比现有技术具有以下优点：

通过超声分散方法将六方氮化硼纳米片均匀分散于水中，再利用高速搅拌将超声分散均匀的六方氮化硼分散液与双组分水性环氧树脂搅拌均匀，六方氮化硼在水溶液中大约以相对较薄的多层存在，这将有利于其形成致密的物理隔绝层，延缓了腐蚀介质在环氧涂层中的扩散，改善其对基底的防护性能。

用十七氟癸基三乙氧基硅烷和硅烷偶联剂KH550对纳米二氧化硅进行改性，制得了改性的纳米二氧化硅溶胶，将其添加到水性环氧树脂中制备超疏水耐污涂层，具有明显的超疏水效果和耐污性能。

具体实施方式

实施例1

一种等离子处理铝合金表面制备耐磨耐污耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：

（1）氧化锌晶须湿法改性工艺：

将5份氧化锌晶须在120℃下真空干燥10h；将1.5份无水乙醇、0.3份去离子水、0.2份硅烷偶联剂KH570混合制成偶联剂的乙醇溶液，用催化剂盐酸调节pH为3，水解55min得偶联剂的水解液；将干燥后的氧化锌晶须和3.2份无水乙醇混合分散1h后，倒入偶联剂的水解液，在70℃水浴中快速搅拌偶联反应3h后，抽滤、用无水乙醇和去离子水洗涤3次，在80℃下干燥12h，得到湿法改性的氧化锌晶须；

（2）掺杂水性环氧树脂制备耐磨耐污耐腐蚀涂料：

将1份六方氮化硼纳米片在10份去离子水中超声1h分散均匀，将其添加到90份水性环氧树脂中，高速搅拌30min分散均匀，加入45份水性固化剂、3份有机改性碳化硅、6份改性的纳米二氧化硅溶胶及（1）中所得湿法改性的氧化锌晶须，搅拌均匀得耐磨耐污耐腐蚀涂料；

其中，有机改性碳化硅的制备：将3份碳化硅在去离子水中超声分散30min，添加0.21份十六烷基三甲基溴化胺，在60℃油浴中磁力搅拌3h，分离过滤、用去离子水洗净，在60℃烘箱中烘干12h，得到有机改性碳化硅；

改性的纳米二氧化硅溶胶的制备：将1.5份纳米二氧化硅1:10加入溶剂乙醇中，超声分散15min，用移液枪加入0.3份十七氟癸基三甲氧基硅烷和0.6份硅烷偶联剂KH550，水解45min，得到改性的纳米二氧化硅溶胶；

（3）采用低温等离子体喷涂法制备耐磨耐污耐腐蚀涂层：

将铝合金表面先用金相砂纸打磨，经蒸馏水冲洗干净，再用无水乙醇超声震荡清洗，用吹风机冷风吹干，进行喷砂处理30s，对处理好的铝合金基体表面进行氧气低温等离子体处理2min后，采用静电喷涂设备在铝合金基体表面喷涂（2）中所得涂料，喷涂过程中使涂料经过等离子体处理设备，将喷涂好的铝合金试样放入210℃固化箱中固化40min后，随炉冷却到室温；

其中，喷砂工艺参数：16目棕刚玉、压缩气体、气压为0.8Mpa、喷砂距离100mm、喷砂角度70°；

喷涂工艺参数：压缩空气压力0.4Mpa，静电喷涂电压50KV，喷枪与工件的距离100mm。

实施例2

一种等离子处理铝合金表面制备耐磨耐污耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：

（1）氧化锌晶须湿法改性工艺：

将10份氧化锌晶须在125℃下真空干燥7h；将3份无水乙醇、0.6份去离子水、0.4份硅烷偶联剂KH570混合制成偶联剂的乙醇溶液，用催化剂盐酸调节pH为3，水解65min得偶联剂的水解液；将干燥后的氧化锌晶须和6.4份无水乙醇混合分散2h后，倒入偶联剂的水解液，在75℃水浴中快速搅拌偶联反应2h后，抽滤、用无水乙醇和去离子水洗涤5次，在85℃下干燥10h，得到湿法改性的氧化锌晶须；

（2）掺杂水性环氧树脂制备耐磨耐污耐腐蚀涂料：

将2份六方氮化硼纳米片在20份去离子水中超声2h分散均匀，将其添加到100份水性环氧树脂中，高速搅拌40min分散均匀，加入50份水性固化剂、6份有机改性碳化硅、12份改性的纳米二氧化硅溶胶及（1）中所得湿法改性的氧化锌晶须，搅拌均匀得耐磨耐污耐腐蚀涂料；

其中，有机改性碳化硅的制备：将6份碳化硅在去离子水中超声分散40min，添加0.42份十六烷基三甲基溴化胺，在65℃油浴中磁力搅拌2h，分离过滤、用去离子水洗净，在65℃烘箱中烘干10h，得到有机改性碳化硅；

改性的纳米二氧化硅溶胶的制备：将3份纳米二氧化硅1:10加入溶剂乙醇中，超声分散20min，用移液枪加入0.6份十七氟癸基三甲氧基硅烷和1.2份硅烷偶联剂KH550，水解55min，得到改性的纳米二氧化硅溶胶；

（3）采用低温等离子体喷涂法制备耐磨耐污耐腐蚀涂层：

将铝合金表面先用金相砂纸打磨，经蒸馏水冲洗干净，再用无水乙醇超声震荡清洗，用吹风机冷风吹干，进行喷砂处理40s，对处理好的铝合金基体表面进行氧气低温等离子体处理3min后，采用静电喷涂设备在铝合金基体表面喷涂（2）中所得涂料，喷涂过程中使涂料经过等离子体处理设备，将喷涂好的铝合金试样放入220℃固化箱中固化30min后，随炉冷却到室温；

其中，喷砂工艺参数：16目棕刚玉、压缩气体、气压为0.9Mpa、喷砂距离150mm、喷砂角度80°；

喷涂工艺参数：压缩空气压力0.7Mpa，静电喷涂电压60KV，喷枪与工件的距离150mm。

对比实施例1

本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（1）中未添加氧化锌晶须，除此外的方法步骤均相同。

对比实施例2

本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（2）中直接添加未经任何改性处理的纳米二氧化硅，除此外的方法步骤均相同。

对照组 只喷涂水性环氧树脂的铝合金

为了对比本发明处理的铝合金表面性能，对上述实施例1、实施例2、对比实施例1、对比实施例2方法对应制得的铝合金，以及对照组对应的只喷涂水性环氧树脂的铝合金，按照行业标准进行性能检测，具体对比数据如下表1所示：

表1

项目涂层硬度接触角滚动角实施例15H157°6°实施例25H156°7°对比实施例13H158°7°对比实施例25H105°15°对照组2H95°20°

按照本发明方法处理的铝合金表面具有优异的耐磨性能、耐污性能和耐腐蚀性能；在对比实施例1中未添加氧化锌晶须，导致涂层硬度降低、耐磨性能降低，

但仍然优于对照组的只喷涂水性环氧树脂的铝合金的涂层硬度和耐磨性能；在对比实施例2中直接添加未经任何改性处理的纳米二氧化硅，导致涂层的疏水效果变差、耐污性能变差，但仍然优于对照组的只喷涂水性环氧树脂的铝合金的涂层疏水效果和耐污性能。