本發(fā)明涉及的是一種鉬酸鹽-硅烷轉(zhuǎn)化膜的制備方法，具體地說是一種提高鋼鐵表面與環(huán)氧樹脂結(jié)合力的鉬酸鹽與硅烷轉(zhuǎn)化膜的制備方法。

背景技術(shù)：

環(huán)氧樹脂是一類具有良好粘接、耐腐蝕、電氣絕緣、高強(qiáng)度等性能的熱固性高分子合成材料。它已被廣泛地應(yīng)用于多種金屬與非金屬的粘接、耐腐蝕涂料、電氣絕緣材料、玻璃鋼/復(fù)合材料等的制造。它在電子、電氣、機(jī)械制造、化工防腐、航空航天、船舶運(yùn)輸以及其他工業(yè)領(lǐng)域中起到重要的作用，同時(shí)也是飛機(jī)機(jī)翼前緣包鐵重要組成部分。環(huán)氧樹脂已成為各工業(yè)領(lǐng)域不可缺少的基礎(chǔ)材料。然而，環(huán)氧樹脂與鋼鐵基體表面結(jié)合力較弱，工業(yè)上有多種零件采用環(huán)氧樹脂復(fù)合材料包覆不銹鋼工藝生產(chǎn)制造，在生產(chǎn)中遇到不銹鋼與復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度低，服役過程中遇到?jīng)_擊界面層脫粘，造成多起事故發(fā)生。因此，如何提高界面結(jié)合力便成為亟待解決的問題。但目前，并未出現(xiàn)專門提高環(huán)氧樹脂與鋼鐵基體結(jié)合力的轉(zhuǎn)化膜制備方法。通過化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理可以使金屬表層原子與介質(zhì)中的陰離子相互反應(yīng)，在金屬表面生成附著力良好的隔離層。傳統(tǒng)的磷系轉(zhuǎn)化膜和鉻系轉(zhuǎn)化膜雖可以改善，但由于以上兩種反應(yīng)產(chǎn)生大量有毒的廢水，會(huì)造成很大的環(huán)境污染問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能提高環(huán)氧樹脂與鋼鐵基體附著力，污染小的提高鋼鐵表面與環(huán)氧樹脂結(jié)合力的鉬酸鹽與硅烷轉(zhuǎn)化膜的制備方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

將鉬酸鈉水溶液與硫酸鋅水溶液混合，用乙酸溶液調(diào)ph至3～5，得到a轉(zhuǎn)化液；

將處理后的硅烷偶聯(lián)劑①溶液與硅烷偶聯(lián)劑②溶液混合，向其中加入氟化鈉水溶液、硫酸鋅中溶液、硫酸銅水溶液，用氫氧化鈉調(diào)ph至10～13，得到b轉(zhuǎn)化液；

將清洗好的鋼鐵基材置于a轉(zhuǎn)化液中，在40～70℃溫度溫度下處理15～45min；

取出用去離子水清洗并烘干后置于b轉(zhuǎn)化液中，在35～60℃溫度下處理3～15min。

本發(fā)明還可以包括：

1、所述硅烷偶聯(lián)劑①的結(jié)構(gòu)式為a-si-b，所述硅烷偶聯(lián)劑②的結(jié)構(gòu)式c-si-d，其中a為γ-二乙烯三胺基丙基、γ-甲基丙烯酸丙酯基或γ-胺丙基，b為乙氧基，c為γ-甲基丙烯酸丙酯基、β-(3,4-環(huán)氧環(huán)已基)或γ-縮水甘油醚丙基，d為甲氧基。

2、a轉(zhuǎn)化液的具體組成為：鉬酸鈉10～30g/l、硫酸鋅0.1～5g/l、冰乙酸、余量為水。

3、b轉(zhuǎn)化液的具體組成為：硅烷偶聯(lián)劑①20～100g/l硅烷偶聯(lián)劑②20～100g/l、氟化鈉0.1～5g/l、硫酸鋅0.1～1g/l、硫酸銅0.005～0.1g/l、氫氧化鈉，余量為水。

本發(fā)明提供了一種新型環(huán)保轉(zhuǎn)化液，能大大的提高環(huán)氧樹脂與鋼鐵基體附著力，從而減少不必要的損失。

經(jīng)過本發(fā)明處理液處理后的金屬表面形成黑色轉(zhuǎn)化膜，可以大大提高鋼鐵與環(huán)氧樹脂的結(jié)合力。本發(fā)明是一種無毒環(huán)保的轉(zhuǎn)化膜制備方法，可取代傳統(tǒng)的磷系轉(zhuǎn)化膜以及鉻系轉(zhuǎn)化膜，避免產(chǎn)生大量有毒廢水，對環(huán)境造成污染。同時(shí)，本發(fā)明適用于航空航天以及艦船制造等領(lǐng)域，可以有效地避免環(huán)氧樹脂因沖擊、摩擦等因素與基體分離，從而減少不必要的損失。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的能提高鋼鐵表面與環(huán)氧樹脂結(jié)合力的鉬酸鹽-硅烷轉(zhuǎn)化液，采用鉬酸鈉、硫酸鋅、冰乙酸組成a轉(zhuǎn)化液；采用硅烷偶聯(lián)劑①、硅烷偶聯(lián)劑②、氟化鈉、硫酸鋅、硫酸銅、氫氧化鈉組成b轉(zhuǎn)化液。其中硅烷偶聯(lián)劑①(結(jié)構(gòu)式a-si-b)水解液和硅烷偶聯(lián)劑②(結(jié)構(gòu)式c-si-d)水解液組成。

上述結(jié)構(gòu)式中a可能為γ-二乙烯三胺基丙基、γ-甲基丙烯酸丙酯基、γ-胺丙基，b為乙氧基。c可能為γ-甲基丙烯酸丙酯基、β-(3,4-環(huán)氧環(huán)已基)、γ-縮水甘油醚丙基，d為甲氧基。

鉬酸鹽-硅烷轉(zhuǎn)化液的具體制備方法包括如下順序的步驟：

a.將稱量好的鉬酸鈉加入到一定量的去離子水中，用玻璃棒攪拌使其充分溶解；

b.將稱量好的硫酸鋅加入到一定量的去離子水中，用玻璃棒攪拌使其充分溶解；

c.將步驟a、b所得溶液混合，并加入一定量去離子水，使溶液達(dá)到預(yù)定劑量；

d.將步驟c的溶液用乙酸溶液調(diào)ph在3～5范圍內(nèi)；

e.將步驟d的溶液放置一旁作為a轉(zhuǎn)化液；

f.將處理后的硅烷偶聯(lián)劑①溶液與硅烷偶聯(lián)劑②溶液混合，攪拌10min，混合均勻；

g.將稱量好的氟化鈉加入到一定量的去離子水中，用玻璃棒攪拌使其充分溶解；

h.將稱量好的硫酸鋅加入到一定量的去離子水中，用玻璃棒攪拌使其充分溶解；

i.將稱量好的硫酸銅加入到一定量的去離子水中，用玻璃棒攪拌使其充分溶解；

j.將步驟f、g、h、i所得溶液混合，并加入一定量去離子水，使溶液達(dá)到預(yù)定劑量；

k.用氫氧化鈉調(diào)ph在10～13范圍內(nèi)；

l.將步驟k的溶液放置一旁作為b轉(zhuǎn)化液。

本發(fā)明所得a轉(zhuǎn)化液，常溫下為澄清透明液體。

本發(fā)明所得b轉(zhuǎn)化液，常溫下為澄清透明液體。

鋼鐵基材的清洗及轉(zhuǎn)化膜形成過程具體包括：

a.分別依次用320目、400目、600目、800目、1000目、1200目砂紙打磨樣品，出現(xiàn)單方向磨痕后旋轉(zhuǎn)90°繼續(xù)打磨，直至1200目；

b.將打磨后的樣品置于無水乙醇中進(jìn)行超聲波清洗；

c.將超聲波清洗后的樣品用去離子水清洗并烘干，然后進(jìn)行堿洗；

d.將堿洗后的樣品用去離子水清洗并烘干，然后進(jìn)行酸洗；

e.將酸洗后的樣品用去離子水清洗并烘干，置于配制好的轉(zhuǎn)化液a中；

f.將盛有轉(zhuǎn)化液a和樣品的燒杯置于恒溫水浴中，溫度40～70℃，時(shí)間15～45min；

g.用鑷子將樣品取出，用去離子水清洗并烘干，置于配制好的轉(zhuǎn)化液b中；

h.將盛有轉(zhuǎn)化液b和樣品的燒杯置于恒溫水浴中，溫度35～60℃，時(shí)間3～15min；

i.用鑷子將樣品取出，用去離子水清洗并烘干。

下面舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1

a.將樣品進(jìn)行打磨、無水乙醇超聲波清洗、堿洗、酸洗、無水乙醇超聲波清洗；

b.在經(jīng)過轉(zhuǎn)化液a、轉(zhuǎn)化液b處理后鋼鐵的鉬酸鹽-硅烷轉(zhuǎn)化膜層：

(1)配制轉(zhuǎn)化液a：轉(zhuǎn)化液a中包括的成分為鉬酸鈉、硫酸鋅。其中，鉬酸鈉20g/l，硫酸鋅0.5g/l，余量為水；利用氫氧化鈉以及冰乙酸將轉(zhuǎn)化液使用時(shí)ph值調(diào)節(jié)為4；

(2)配制轉(zhuǎn)化液b：鉬酸鹽-硅烷處理液中包括的成分為硅烷偶聯(lián)劑1、硅烷偶聯(lián)劑2、氟化鈉、硫酸鋅、硫酸銅。其中，硅烷偶聯(lián)劑①40g/l，硅烷偶聯(lián)劑②40g/l，氟化鈉2g/l，硫酸鋅0.5g/l，硫酸銅0.1g/l，余量為水；利用氫氧化鈉以及冰乙酸將轉(zhuǎn)化液使用時(shí)ph值調(diào)節(jié)為12；

(3)將鋼鐵置入轉(zhuǎn)化液a中，在50℃恒溫水浴下反應(yīng)30min，在鋼鐵表層形成黑色膜層；

(4)將(3)處理后的鋼鐵經(jīng)過無水乙醇超聲波清洗后，置入轉(zhuǎn)化液b中，在45℃恒溫水浴下反應(yīng)10min，膜層顏色仍為黑色。

c.在經(jīng)轉(zhuǎn)化液b處理后在鋼鐵表面采用懸涂法涂覆環(huán)氧樹脂，然后放在真空烘干箱中烘干，烘干固化處理后獲得環(huán)氧樹脂層。

實(shí)施例2

a.將樣品進(jìn)行打磨、無水乙醇超聲波清洗、堿洗、酸洗、無水乙醇超聲波清洗；

b.在經(jīng)過轉(zhuǎn)化液a、轉(zhuǎn)化液b處理后鋼鐵的鉬酸鹽-硅烷轉(zhuǎn)化膜層：

(1)配制轉(zhuǎn)化液a：轉(zhuǎn)化液a中包括的成分為鉬酸鈉、硫酸鋅。其中，鉬酸鈉30g/l，硫酸鋅0.1g/l，余量為水；利用氫氧化鈉以及冰乙酸將轉(zhuǎn)化液使用時(shí)ph值調(diào)節(jié)為5；

(2)配制轉(zhuǎn)化液b：鉬酸鹽-硅烷處理液中包括的成分為硅烷偶聯(lián)劑1、硅烷偶聯(lián)劑2、氟化鈉、硫酸鋅、硫酸銅。其中，硅烷偶聯(lián)劑①20g/l，硅烷偶聯(lián)劑②20g/l，氟化鈉4g/l，硫酸鋅0.1g/l，硫酸銅0.1g/l，余量為水；利用氫氧化鈉以及冰乙酸將轉(zhuǎn)化液使用時(shí)ph值調(diào)節(jié)為13；

(3)將鋼鐵置入轉(zhuǎn)化液a中，在60℃恒溫水浴下反應(yīng)30min，在鋼鐵表層形成黑色膜層；

(4)將(3)處理后的鋼鐵經(jīng)過無水乙醇超聲波清洗后，置入轉(zhuǎn)化液b中，在55℃恒溫水浴下反應(yīng)5min，膜層顏色仍為黑色。

c.在經(jīng)轉(zhuǎn)化液b處理后在鋼鐵表面采用懸涂法涂覆環(huán)氧樹脂，然后放在真空烘干箱中烘干，烘干固化處理后獲得環(huán)氧樹脂層。

環(huán)氧樹脂附著力實(shí)驗(yàn)：

劃格實(shí)驗(yàn)：使用百格器將實(shí)施例處理后的鋼鐵樣品進(jìn)行百格試驗(yàn)，使用膠帶粘之后，其脫落率為零。

拉開法實(shí)驗(yàn)：使用拉開法專用儀器pull-offtester測試儀測量結(jié)合力，經(jīng)過鉬酸鹽-硅烷轉(zhuǎn)化膜轉(zhuǎn)化后的鋼鐵表面與環(huán)氧樹脂結(jié)合力有顯著提升。未處理時(shí)，鋼鐵基體與環(huán)氧樹脂結(jié)合力為1.44mpa，經(jīng)過處理后結(jié)合力可達(dá)到3.14mpa。