金属表面复合保护涂层的制备与性能研究
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18 · 9
材料 导报
20 0 7年 5月第 2 卷 专辑 Ⅷ 1
金属 表 面 复合 保 护涂 层 的 制备 与性 能 研 究
李海洋 蔡 弘华 陈耀存 李玉亭 , 湘琴 李 小文 罗仲 宽 , , , 杜 , ,
( 深圳 大学化学与化工学 院, 1 深圳 5 8 6 ; 深圳龙华 自来水有 限公 司, 1002 深圳 5 8 0 ) 10 0
14 有机一 机纳 米复 合涂层 的 制备 . 无
本研究采 用提 拉法进行溶胶涂覆 .在提拉过程 中第一步为 基板 的浸 渍 , 第二步为膜 的成形 , 第三 步为溶剂 的挥发 .具体操
1 实验
1 1 试 剂及原 料 .
正硅酸 乙i TE ) 甲基丙烯酰氧基丙基三 甲氧基硅烷 ~( OS ,
图 1 有 机 一 机 杂 化 结 构 图 无
F g S r c u e f r to f t e h b is i.1 tu t r o ma in o h y rd
图 3 涂层 S M 照 片 E
F g 3 S M co r p fc aigo tie fe i. E mir g a h o o tn ban d atra h a-rame ta 4 ℃ fr2 e tte t n t1 0 o h
13 前 驱体溶 胶 的制备 .
先将 一定量的 KH5 0溶 液放 置于烧 杯 中 , 7 加入 适量 的 乙 醇和水 , 磁力搅拌 5 n后将定量 的正硅酸 乙酯 ( E S 加入 到 mi T O )
上述 溶 液 中 ( r 5 W Ds: Eal: l 【一2 : 1 VK 7 H o: 0 V t h ~ V 捌e e d r 9: 0:
2 0 o0
10 O0
0
Wa eu e/m v n mb r c
通过上式的水解并 以以下方式进行缩聚 :
S 一 0H + 0H — S 一 S 一 0 ～ S ; + H2 i i i i O 三 S 一 0R+ 0H ～ S三 — 三三 i O— S三 + R0H 三 i 三 i三 三S — 三 i三 三
LIHay n CAIH o g u CHEN o u LIYu ig , ia g , nh a, Ya c n , t n
DU a g i LIXio n , Xin qn , a we LUO h n k a Z o g un
( Colg fCh mitya dCh m ia gn e ig, h n h nUnv ri S e z e 1 0 0 1 l eo e s r n e c l e En ie rn S e z e iest h n h n 5 8 6 ~ y, 2 Lo g u a e ., d S e z e 1 0 0 n h aW t rC o Lt., h n h n 5 8 0 )
图 1 所示 .
涂层表 面光洁 , 均匀 .原 因可能 是溶胶 的制备过 程是在含 有少 量水和 乙醇 的溶液 中进行 的, 因而使得无 机部分水解完全 , 分散
性能提高 .
. H - O a c-
i
\ , O …
O— cH
CH a 一
.
=L = C H a
H c
/~ O
关 键 词 有机无机复合 涂层 溶胶一 凝胶
中图分类号 : B 3 T 32
文献标识码 : A
Pr p r to nd Pr pe te fOr a c i r a c Hy rd Pr t c in e a a in a o riso g ni-no g ni b i o e to Co tn n M ea u f c a i g o t lS r a e
用库尔特公司 的 N4 L P US激光光 散射粒 度分 析仪测 定溶胶 粒 径, 使用 天津市道 里试验机厂 QHQ A 型铅笔 划痕试 验仪进 行
复合保护涂层 的硬度测试 , 按照 G 1 6—9对涂层进 行耐腐 蚀 B 7 37 实验 , 用德 国徕卡公 司的 D P D S ML / ML P偏 光显微镜 进行金 属
*浙 江 省 科 技 计 划 重 点 攻 关 项 目( 号 :0 5 1 0 4 编 2 0 C 14 )
作如下 : 将清洗好的不锈钢基 板浸入溶 胶 中 l i 后 , m n 用提拉机
将基板 以 4 mm/ 的速度 提拉 出来 , 基板表 面的湿 凝胶 流平 , s 待
李海洋 : ,9 1年生, 男 18 硕士研 究生 Emall ayn vp 16 cr - i i ia g i 2 .o :h @ n
图 2 凝胶热处理后 的红外光谱 图
Fg2 i. 瓜 s e ta o es mp e p c r ft a ls h
2 5 金 属表 面形 貌讨 论 .
涂层 的表面显微结构 照片如 图 3所示 .从 图 3 以看 出 , 可
进一步反应形 成 了二氧 化硅 .有机 硅 KH50的分子式 为 7 H C=C C ) 02c ) iO 2 ( H. C ( H2 S( CH.. 有机一 机复 合结构 如 ), 无
表 面 形 貌 观 测 ,H 值 由 P - p HS3型精 密 酸度 计 测 定 .
材料性 能调节余地大等特点 , 以很 方便 地通过改 变参与 反应 可
的有机与无机组分的含量来实现纳米涂层性能 的调节_ .本 5 ] 实验将具有特种性能的纳米 SO2 i 材料 添加 到有机成 分 中, 采用 溶胶一 凝胶方法来制备有 机无机 复合透 明保护 涂层 .有 机硅成 分形成均匀柔性涂层 , 主要 网络结构 ; 起 无机 氧化 硅溶胶结 合在
度 承受 范围之内 , 较高 的温度能促使涂层 与金属更好地结合 , 有 利 于提 高涂 层的硬度和耐磨性.
Βιβλιοθήκη Baidu6 0
5O
4O
的方式 , 该方法充分利 用 了有 机和无机 成分 的优势性 能 .复合
涂层 中的有机硅成分具有 良好的成膜 性能 , 能起 主要 网络的骨 架作用 , 形成具有可控厚度 的涂层 , 表面光滑 , 无裂缝产生 ; 无机
好的成膜性 能 , 可以形成可控膜 厚的涂 层. 溶胶一 凝胶技术 作 为一 种先 进 的工艺 方 法 , 有 反应 温 度 具 低, 对基材的尺寸与形状 没有 过高要求 , 仪器费用低 , 操作简单 ,
外, 其它试剂均为分析纯.
12 涂 层性 能测试 .
采用 日本 岛津 F R 8 0 P S红 外光谱 仪进行 红外 分析 , TI -30 C
Ab t a t src
Th rp rt n o ra i- o g nc h b i o t g y te s l e e h iu n h i-o t g ep e a ai fo g nci ra i y r ca i s b h o— 1tc nq e a d t edp c ai o n d n g n
涂层 .
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从 而使 涂层 中无机物含量也随之提高 , 1 1 ~ 10 c 在 10 0 0 m- 处的
S- S 键 的伸缩振 动强度 增强 也可 以说 明这一 点.所 以在 温 i i O-
2 结果与讨论
2 1 成 膜机理 的讨 论 .
采用溶胶凝胶法制 备有机一 机复 合涂层 是 目前 普遍 采 用 无
射, 老化, 耐 防腐 蚀 , 硬 , 磨 等 , 经成 为 当 前研 究 的热 超 耐 已 点_ .有机无机复合材料 中, 1 ] 有机相 和无机 相以化学键 相连 , 兼备有机材料和无机 材料 的综 合性质 .其 中, 机相赋予 材料 无 高强度 , 高模量 , 高耐划痕 , 耐腐蚀等特 性 ; 有机相赋予材料低密 度, 良好 的柔韧性 , 可调光学性质 , 高疏水性 等特性 , 同时具有 良
me h d t r t c h x e n ls f c f t il s t e r ic s e . e s r c u e n r p r iso h o tn r t o o p o e tt e e t r a ura e o a n e s s e l e d s u s d Th tu t r sa d p o e te ft e c a i g a e s a iv s i a e y I a d h r n s e t I a ec n l d d fo t er s lst a h r a i io g n ch h i o a y t n e tg td b R n a d e s t s. tc n b o cu e r m h e u t h t eo g n c n r a i y rd s l s e s o t - i f r c a i g wh c s u i r n o p c , n h y rd c a ig c n i p o e t e p r o ma c so h u s r t u h o m o t ih i n f m a d c m a t a d t eh b i o tn a n o m r v h e f r n e ft es b t a e s c 3 ih a r so e i a c n o g n s , S wel3 n i o r so . 8 h g b a in r s s n ea d t u h e s 3 l Sa t c ro in t —
摘要
采用溶胶一 凝胶 法合成 了有机一 无机 复合溶胶 .用提 拉 法将复合 溶胶涂覆 在不锈 钢基板 上, 基板 上的 湿
凝胶经热处理后便形成 了透明保 护涂层.对制备好 的涂 层进 行 了附着力和硬 度等性 能分析 , 分析 结果表 明: 有机一 无
机复合溶胶 易于成膜 , 且成膜具有很好的耐磨性 , 韧性和 耐腐蚀性 .
Ke r s y wo d
o g nc io g nch b i c aig s l e r a i- ra i y r n d,o t , o— l n g
功能性有机一 机纳米复合材料具有某些 特殊功能 , 无 如抗辐
( KH5 O , 7 )盐酸 , 氧化 钠 , 氢 丙酮 , 乙醇 , 馏水 .除 KH5 0之 蒸 7
5, )加入盐酸调节溶液 的 p H值 4 , ～5 继续搅拌 3 ~5 mi.将 0 0 n
有机硅 中, 增加 了硅 的含 量, 使涂料的耐洗刷性 , 耐磨性 , 附着 力 等得到显著改善 , 而得 到新 型高性能有机一 从 无机复合涂层 .
搅拌好的溶液在室温气氛中静置 2 h后即可用于涂层的制备 . 4
1 .o 26 c r n
罗仲宽 : ,92年生, 士, 男 16 博 教授 Emalloh n k a @ - i u zo g un :
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金属表面复合保护涂层的制备与性能研 究/ 李海洋等
晾干后在 1 0 4 ℃下热 处理 2 , h 即得 到透 明的有 机无机复 合保护
30 2 O
1 O
部分 , 通过 最终水解 结合在有机 硅 中, 有坚 固的强度 , 具 而柔软 度和厚度的缺陷则通过有机部分的形成得到弥补 .硅的水解通
过 以下 反 应 进 行 [ ] 5 :
S ～ 0R+ H2 一 ~ S- i o i OH + R0H
4o O0
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材料 导报
20 0 7年 5月第 2 卷 专辑 Ⅷ 1
金属 表 面 复合 保 护涂 层 的 制备 与性 能 研 究
李海洋 蔡 弘华 陈耀存 李玉亭 , 湘琴 李 小文 罗仲 宽 , , , 杜 , ,
( 深圳 大学化学与化工学 院, 1 深圳 5 8 6 ; 深圳龙华 自来水有 限公 司, 1002 深圳 5 8 0 ) 10 0
14 有机一 机纳 米复 合涂层 的 制备 . 无
本研究采 用提 拉法进行溶胶涂覆 .在提拉过程 中第一步为 基板 的浸 渍 , 第二步为膜 的成形 , 第三 步为溶剂 的挥发 .具体操
1 实验
1 1 试 剂及原 料 .
正硅酸 乙i TE ) 甲基丙烯酰氧基丙基三 甲氧基硅烷 ~( OS ,
图 1 有 机 一 机 杂 化 结 构 图 无
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图 3 涂层 S M 照 片 E
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13 前 驱体溶 胶 的制备 .
先将 一定量的 KH5 0溶 液放 置于烧 杯 中 , 7 加入 适量 的 乙 醇和水 , 磁力搅拌 5 n后将定量 的正硅酸 乙酯 ( E S 加入 到 mi T O )
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通过上式的水解并 以以下方式进行缩聚 :
S 一 0H + 0H — S 一 S 一 0 ～ S ; + H2 i i i i O 三 S 一 0R+ 0H ～ S三 — 三三 i O— S三 + R0H 三 i 三 i三 三S — 三 i三 三
LIHay n CAIH o g u CHEN o u LIYu ig , ia g , nh a, Ya c n , t n
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( Colg fCh mitya dCh m ia gn e ig, h n h nUnv ri S e z e 1 0 0 1 l eo e s r n e c l e En ie rn S e z e iest h n h n 5 8 6 ~ y, 2 Lo g u a e ., d S e z e 1 0 0 n h aW t rC o Lt., h n h n 5 8 0 )
图 1 所示 .
涂层表 面光洁 , 均匀 .原 因可能 是溶胶 的制备过 程是在含 有少 量水和 乙醇 的溶液 中进行 的, 因而使得无 机部分水解完全 , 分散
性能提高 .
. H - O a c-
i
\ , O …
O— cH
CH a 一
.
=L = C H a
H c
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关 键 词 有机无机复合 涂层 溶胶一 凝胶
中图分类号 : B 3 T 32
文献标识码 : A
Pr p r to nd Pr pe te fOr a c i r a c Hy rd Pr t c in e a a in a o riso g ni-no g ni b i o e to Co tn n M ea u f c a i g o t lS r a e
用库尔特公司 的 N4 L P US激光光 散射粒 度分 析仪测 定溶胶 粒 径, 使用 天津市道 里试验机厂 QHQ A 型铅笔 划痕试 验仪进 行
复合保护涂层 的硬度测试 , 按照 G 1 6—9对涂层进 行耐腐 蚀 B 7 37 实验 , 用德 国徕卡公 司的 D P D S ML / ML P偏 光显微镜 进行金 属
*浙 江 省 科 技 计 划 重 点 攻 关 项 目( 号 :0 5 1 0 4 编 2 0 C 14 )
作如下 : 将清洗好的不锈钢基 板浸入溶 胶 中 l i 后 , m n 用提拉机
将基板 以 4 mm/ 的速度 提拉 出来 , 基板表 面的湿 凝胶 流平 , s 待
李海洋 : ,9 1年生, 男 18 硕士研 究生 Emall ayn vp 16 cr - i i ia g i 2 .o :h @ n
图 2 凝胶热处理后 的红外光谱 图
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2 5 金 属表 面形 貌讨 论 .
涂层 的表面显微结构 照片如 图 3所示 .从 图 3 以看 出 , 可
进一步反应形 成 了二氧 化硅 .有机 硅 KH50的分子式 为 7 H C=C C ) 02c ) iO 2 ( H. C ( H2 S( CH.. 有机一 机复 合结构 如 ), 无
表 面 形 貌 观 测 ,H 值 由 P - p HS3型精 密 酸度 计 测 定 .
材料性 能调节余地大等特点 , 以很 方便 地通过改 变参与 反应 可
的有机与无机组分的含量来实现纳米涂层性能 的调节_ .本 5 ] 实验将具有特种性能的纳米 SO2 i 材料 添加 到有机成 分 中, 采用 溶胶一 凝胶方法来制备有 机无机 复合透 明保护 涂层 .有 机硅成 分形成均匀柔性涂层 , 主要 网络结构 ; 起 无机 氧化 硅溶胶结 合在
度 承受 范围之内 , 较高 的温度能促使涂层 与金属更好地结合 , 有 利 于提 高涂 层的硬度和耐磨性.
Βιβλιοθήκη Baidu6 0
5O
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的方式 , 该方法充分利 用 了有 机和无机 成分 的优势性 能 .复合
涂层 中的有机硅成分具有 良好的成膜 性能 , 能起 主要 网络的骨 架作用 , 形成具有可控厚度 的涂层 , 表面光滑 , 无裂缝产生 ; 无机
好的成膜性 能 , 可以形成可控膜 厚的涂 层. 溶胶一 凝胶技术 作 为一 种先 进 的工艺 方 法 , 有 反应 温 度 具 低, 对基材的尺寸与形状 没有 过高要求 , 仪器费用低 , 操作简单 ,
外, 其它试剂均为分析纯.
12 涂 层性 能测试 .
采用 日本 岛津 F R 8 0 P S红 外光谱 仪进行 红外 分析 , TI -30 C
Ab t a t src
Th rp rt n o ra i- o g nc h b i o t g y te s l e e h iu n h i-o t g ep e a ai fo g nci ra i y r ca i s b h o— 1tc nq e a d t edp c ai o n d n g n
涂层 .
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从 而使 涂层 中无机物含量也随之提高 , 1 1 ~ 10 c 在 10 0 0 m- 处的
S- S 键 的伸缩振 动强度 增强 也可 以说 明这一 点.所 以在 温 i i O-
2 结果与讨论
2 1 成 膜机理 的讨 论 .
采用溶胶凝胶法制 备有机一 机复 合涂层 是 目前 普遍 采 用 无
射, 老化, 耐 防腐 蚀 , 硬 , 磨 等 , 经成 为 当 前研 究 的热 超 耐 已 点_ .有机无机复合材料 中, 1 ] 有机相 和无机 相以化学键 相连 , 兼备有机材料和无机 材料 的综 合性质 .其 中, 机相赋予 材料 无 高强度 , 高模量 , 高耐划痕 , 耐腐蚀等特 性 ; 有机相赋予材料低密 度, 良好 的柔韧性 , 可调光学性质 , 高疏水性 等特性 , 同时具有 良
me h d t r t c h x e n ls f c f t il s t e r ic s e . e s r c u e n r p r iso h o tn r t o o p o e tt e e t r a ura e o a n e s s e l e d s u s d Th tu t r sa d p o e te ft e c a i g a e s a iv s i a e y I a d h r n s e t I a ec n l d d fo t er s lst a h r a i io g n ch h i o a y t n e tg td b R n a d e s t s. tc n b o cu e r m h e u t h t eo g n c n r a i y rd s l s e s o t - i f r c a i g wh c s u i r n o p c , n h y rd c a ig c n i p o e t e p r o ma c so h u s r t u h o m o t ih i n f m a d c m a t a d t eh b i o tn a n o m r v h e f r n e ft es b t a e s c 3 ih a r so e i a c n o g n s , S wel3 n i o r so . 8 h g b a in r s s n ea d t u h e s 3 l Sa t c ro in t —
摘要
采用溶胶一 凝胶 法合成 了有机一 无机 复合溶胶 .用提 拉 法将复合 溶胶涂覆 在不锈 钢基板 上, 基板 上的 湿
凝胶经热处理后便形成 了透明保 护涂层.对制备好 的涂 层进 行 了附着力和硬 度等性 能分析 , 分析 结果表 明: 有机一 无
机复合溶胶 易于成膜 , 且成膜具有很好的耐磨性 , 韧性和 耐腐蚀性 .
Ke r s y wo d
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功能性有机一 机纳米复合材料具有某些 特殊功能 , 无 如抗辐
( KH5 O , 7 )盐酸 , 氧化 钠 , 氢 丙酮 , 乙醇 , 馏水 .除 KH5 0之 蒸 7
5, )加入盐酸调节溶液 的 p H值 4 , ～5 继续搅拌 3 ~5 mi.将 0 0 n
有机硅 中, 增加 了硅 的含 量, 使涂料的耐洗刷性 , 耐磨性 , 附着 力 等得到显著改善 , 而得 到新 型高性能有机一 从 无机复合涂层 .
搅拌好的溶液在室温气氛中静置 2 h后即可用于涂层的制备 . 4
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罗仲宽 : ,92年生, 士, 男 16 博 教授 Emalloh n k a @ - i u zo g un :
维普资讯 http://www.cqvip.com
金属表面复合保护涂层的制备与性能研 究/ 李海洋等
晾干后在 1 0 4 ℃下热 处理 2 , h 即得 到透 明的有 机无机复 合保护
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部分 , 通过 最终水解 结合在有机 硅 中, 有坚 固的强度 , 具 而柔软 度和厚度的缺陷则通过有机部分的形成得到弥补 .硅的水解通
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S ～ 0R+ H2 一 ~ S- i o i OH + R0H
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