[发明专利]金属基体上自清洁超疏水转化膜及其制备方法、成膜剂

说明书

本发明为金属基体上自清洁超疏水转化膜及其制备方法、成膜剂，该方法包括以下内容：获得转化膜的成膜剂，转化膜的成膜剂主要包括以下组分：硅烷交联剂、腐蚀抑制剂、离子辅助剂、成膜促进剂、表面能调节剂、pH调节剂；离子辅助剂为能与金属基体发生置换反应的彩色金属盐，成膜促进剂为能促进硅烷与金属基体发生键合反应，同时能够氧化离子辅助剂中的金属元素；表面能调节剂能与由离子辅助剂引入的被氧化的金属元素或其氧化物生成具有特定颜色的盐，并在金属基体表面生长成膜，且在成膜过程中与硅烷/缓蚀剂相互交联协同防护，在金属基体表面形成致密膜层。该转化膜具有特殊颜色外观和类荷叶效应、具有环保、制备工艺简单、成本低廉等优势。

技术领域

本发明属于金属表面处理工程技术领域，具体涉及一种金属基体上自清洁超疏水转化膜及其制备方法、成膜剂。

背景技术

金属腐蚀造成的危害严重且比较普遍，金属或合金的腐蚀问题仍然是研究者关注的焦点。锌及其合金已被广泛用作钢铁防腐蚀镀层材料，可以同时为钢基体提供物理屏障保护和牺牲阳极保护。为防止镀锌层的快速腐蚀，提高工件的耐蚀性，通常采用铬酸盐钝化和磷化进行表面处理。然而，磷元素容易引起水体富营养化，导致水体污染，而Cr⁶⁺(VI)铬酸盐有剧毒，危害人体健康，具有高致癌性，在很多国家已经被限制使用。因此，开发一种绿色环保型的表面处理技术以取代当前的铬酸盐钝化和磷化成为腐蚀防护领域的研究热点。

超疏水表面虽然可以为金属基体提供短暂的防护，但这些表面通常机械性能相对较差，极易遭受破坏，一旦表面丧失超疏水特性，腐蚀性介质会迅速扩散至基体，造成基体腐蚀，无法满足金属结构件在长期服役过程中的防护需求。因此，超疏水膜层破坏后，如何为金属基体提供额外的防护作用以延缓基体的腐蚀速率也是一个值得考虑的问题。

专利(CN105002487A)公开了一种具有憎水表面性能的金属镀后无铬钝化剂，该钝化剂主要由硅烷偶联剂、纳米材料、钛酸酯偶联剂和水性蜡组成，虽然具有一定的憎水性但是钝化膜不具有自修复性，耐蚀性欠佳，难以为金属提供长久的保护。专利(CN107893223A)公开了一种锌层表面高耐蚀自清洁超疏水磷化复合膜的制备方法，该专利中首先在锌基体上制备一种磷化膜构建粗糙结构，再采用低表面能改性剂进行疏水改性处理得到超疏水磷化复合膜，该制备方法涉及粗糙结构和低表面能改性两个主要步骤，工艺流程相对繁琐，耗时长，而且磷化废液容易引起水体等环境污染问题。

尽管已有相关专利采用不同方法在金属基体表面制备出超疏水表面，但这些技术具有需要特殊的条件和处理工艺、耗时长、制备效率低等缺点，制约了其大规模制备和发展。

据我们所知，目前采用氧化自组装法在锌或镀锌钢表面制备具有一定综合性能的超疏水表面鲜有报道。因此，本发明提供了一种蓝色自清洁超疏水转化膜及制备方法，有望为金属的表面处理提供一种有效的技术路径。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是提供一种金属基体上自清洁超疏水转化膜及其制备方法、成膜剂。通过本发明制备出的转化膜具有特殊颜色外观和类“荷叶效应”，具有防腐、自清洁、延缓结冰等多种功能特性；而且本发明所述的超疏水转化膜的具有环保、制备工艺简单、成本低廉等优势，易于推广和产业化。

为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种金属基体上自清洁超疏水转化膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下内容：

获得转化膜的成膜剂，转化膜的成膜剂主要包括以下组分：硅烷交联剂、腐蚀抑制剂、离子辅助剂、成膜促进剂、表面能调节剂、pH调节剂；

所述离子辅助剂为能与金属基体发生置换反应的彩色金属盐，

成膜促进剂为能促进硅烷与金属基体发生键合反应，同时能够氧化离子辅助剂中的金属元素；