一种无铬压铸铝封闭剂、制备方法及其应用
阅读说明：本技术 一种无铬压铸铝封闭剂、制备方法及其应用 (Chromium-free die-casting aluminum sealant, preparation method and application thereof ) 是由 段勇旭 秦远春 潘微 龙义福 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无铬压铸铝封闭剂、制备方法及其应用,所述封闭剂包括以下重量份的组份：3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15-150份、水560-970份、无水乙醇10-100份、4-磺胺基苯甲酸或苯甲酸钠5-75份、壳聚糖或纤维素0.1-65份、硝酸铈或硝酸钴0.01-15份、纳米二氧化硅或水性硅溶胶0.1-10份、EDTA二钠或柠檬酸钠0.5-25份。本发明的无铬压铸铝封闭剂可以大幅度提高压铸铝的耐蚀性能,可以完全取代传统的六价铬钝化,且不含氟,还更加环境友好。(The invention discloses a chromium-free die-casting aluminum sealant, a preparation method and application thereof, wherein the sealant comprises the following components in parts by weight: 15-150 parts of 3-glycidyl ether oxypropyltrimethoxysilane, 970 parts of water 560-. The chromium-free die-casting aluminum sealant disclosed by the invention can greatly improve the corrosion resistance of die-casting aluminum, can completely replace the traditional hexavalent chromium passivation, does not contain fluorine, and is more environment-friendly.)
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种压铸铝封闭剂、制备方法及其应用。
技术背景
压铸铝铸造是金属冶炼加工的一种工艺，是利用金属的重力在模具中进行浇铸。“铝压铸”不是靠重力完成的，而是施加了一定压力。有点类似“注塑”。但它有一套技术含量较高的抽芯，冷却等系统。总的来说，都是通过一个集中入口将材料送到要铸“注”造的型腔内，形成零件。适合压铸工艺的铝就是压铸铝，通常是压铸铝合金。
压铸铝具有以下特点：①产品质量好，铸件尺寸精度高，一般相当于6～7级，甚至可达4级；表面光洁度好，一般相当于5～8级；强度和硬度较高，强度一般比砂型铸造提高25～30％。②经济效果优良。由于压铸铝件尺寸精确，表泛光洁等优点，一般不再进行机械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时。另外，铸件价格便宜，可以采用组合压铸铝以其他金属或非金属材料，既节省装配工时又节省金属。
随着工业发展迅速，市场对压铸铝耐腐蚀性能要求普遍提高，特别是目前市场上现有六价铬铬酸盐封闭剂不环保，废水处理困难，越来越限制压铸铝的广泛使用。有鉴于此，研发一款取代六价铬钝化的压铸铝封闭剂显得尤为重要，要求该封闭剂既能提高压铸铝产品表面处理后膜层的耐腐蚀性，又比六价铬封闭剂环保。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种无铬压铸铝封闭剂，要求既能改善压铸铝产品表面处理后膜层的耐腐蚀性和保持工件本色，又比传统六价铬封闭剂更加环保。
本发明的另一目的在于提供这种无铬压铸铝封闭剂的制备方法。
本发明的再一目的在于提供这种无铬压铸铝封闭剂在压铸铝表面处理中的应用。
为实现以上发明目的，本发明采用如下的技术方案：
一种无铬压铸铝封闭剂，所述封闭剂包括以下重量份的组份：3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15-150份、水560-970份、无水乙醇10-100份、4-磺胺基苯甲酸或苯甲酸钠5-75份、壳聚糖或纤维素0.1-65份、硝酸铈或硝酸钴0.01-15份、纳米二氧化硅或水性硅溶胶0.1-10份、EDTA二钠或柠檬酸钠0.5-25份。
在一个具体的实施方案中，所述封闭剂包括以下重量份的组份：3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷25-125份、水647-933份、无水乙醇20-80份、4-磺胺基苯甲酸或苯甲酸钠15-60份、壳聚糖或纤维素5-50份、硝酸铈或硝酸钴1-10份、纳米二氧化硅或水性硅溶胶0.15-8份、EDTA二钠或柠檬酸钠1-20份。
在一个优选的实施方案中，所述封闭剂包括以下重量份的组份：3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷35-100份、水711-900份、无水乙醇30-70份、4-磺胺基苯甲酸或苯甲酸钠20-50份、壳聚糖或纤维素10-40份、硝酸铈或硝酸钴1.5-8份、纳米二氧化硅或水性硅溶胶0.25-6份、EDTA二钠或柠檬酸钠3-15份。
在一个更优选的实施方案中，所述封闭剂包括以下重量份的组份：3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷50份、水824.5份、无水乙醇60份、4-磺胺基苯甲酸或苯甲酸钠30份、壳聚糖或纤维素28份、硝酸铈或硝酸钴2份、纳米二氧化硅或水性硅溶胶0.5份、EDTA二钠或柠檬酸钠5份。
本发明的另一方面，前述的无铬压铸铝封闭剂的制备方法，包括如下步骤：将一定重量份的3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入容器中，在搅拌下滴加水，滴加完后加入无水乙醇并搅拌1.5h～2.5h，再加入4-磺胺基苯甲酸或苯甲酸钠，搅拌下加入壳聚糖或纤维素搅拌均匀，再加入硝酸铈或硝酸钴、纳米二氧化硅或水性硅溶胶，充分混合均匀，再加入EDTA二钠或柠檬酸钠，搅拌均匀，加入剩余的水至1000份，即可得压铸铝封闭剂。
在一个具体的实施方案中，所述一定重量份的组份为：3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15-150份、水560-970份、无水乙醇10-100份、4-磺胺基苯甲酸或苯甲酸钠5-75份、壳聚糖或纤维素0.1-65份、硝酸铈或硝酸钴0.01-15份、纳米二氧化硅或水性硅溶胶0.1-10份、EDTA二钠或柠檬酸钠0.5-25份。
在一个具体的实施方案中，所述制备过程在常温、常压下进行。
在一个具体的实施方案中，所述搅拌的转速为300～600rpm。
本发明的再一方面，前述的无铬压铸铝封闭剂在压铸铝表面处理中的应用。
其中，具体使用时，按质量分数为15％加入到水中稀释形成压铸铝封闭剂溶液后再直接使用。
与现有技术相比，本发明的无铬压铸铝封闭剂至少存在以下有益效果：
(1)本发明的无铬压铸铝封闭剂，,可以大幅度提高压铸铝的耐蚀性能。压铸铝产品经处理后，耐盐雾性能可达到720h表面无腐蚀，远好于传统的封闭剂。
(2)本发明的无铬压铸铝封闭剂可以完全取代传统的六价铬钝化，且不含氟，更加环保；并且本发明的封闭剂封闭处理后可以作为裸露防蚀保护膜，膜层具有较低的接触电阻，其抗腐蚀能力明显提高。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的无铬压铸铝封闭剂，由按以下重量份的各组分配制而成：3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15-150份、水560-970份、无水乙醇10-100份、4-磺胺基苯甲酸5-75份、壳聚糖0.1-65份、硝酸铈0.01-15份、纳米二氧化硅0.1-10份、EDTA二钠0.5-25份。
一个替代的方案中，由按以下重量份的各组分配制而成：3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15-150份、水560-970份、无水乙醇10-100份、苯甲酸钠5-75份、纤维素0.1-65份、硝酸钴0.01-15份、水性硅溶胶0.1-10份、柠檬酸钠0.5-25份。
一个优选的方案中，由按以下重量份的各组分配制而成：3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷50份、水650份、无水乙醇60份、4-磺胺基苯甲酸30份、壳聚糖28份、硝酸铈2份、纳米二氧化硅0.5份、EDTA二钠5份。
配制本发明的无铬压铸铝封闭剂，具体步骤例如为：准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入四口烧瓶中，搅拌下滴加水，滴加完后加入乙醇并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸，搅拌下加入壳聚糖搅拌均匀，再加入硝酸铈，纳米二氧化硅，充分混合均匀，再加入EDTA二钠，搅拌均匀,加水至1L的刻度处,即可得压铸铝封闭剂。
其中，配制过程的温度和压力没有特别的限制，例如可以在常温常压下进行，也优选在常温常压下进行。另外配置过程主要是将各组分按顺序混合、搅拌均匀，至于搅拌的速度也没有特别的限制，可根据实际的情况加以调节，例如搅拌转速为300～600rpm，但不限于此。
本发明的无铬压铸铝封闭剂在使用时需要稀释，例如将压铸铝封闭剂按质量分数为15％加入到水中稀释，由此可得压铸铝封闭剂溶液，再另行使用。
下面通过更具体的实施例进一步解释说明本发明，但不构成任何的限制。
没有特别的说明，本发明实施例和对比例的主要原料均可在市场购得。
其中，钝化膜腐蚀性能的测试
将制备得压铸铝试板进行检测，具体检测如下：
(1)耐盐雾测试
将压铸铝试板放于盐雾测试箱中，连续测试720小时，以板面氧化发黑面积/测试样板面积表示(以％表示)。盐雾测试按照ASTMB117-03标准执行，盐雾箱设定条件为温度35±1℃，饱和空气47±1℃，盐水质量浓度5±l％，pH值6.5-7.2，喷雾量1-2毫升/80平方厘米/小时。
(2)导电性测试
在试样的表面接触电阻，利用微欧计，两个电极与被测表面接触，电极面积为1㎝2、电极压强为1.4MPa，在试样表面任取两点进行测量，共测试3次取平均值(不大于15mΩ)。
实施例1
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷40g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇50g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸25g，搅拌下加入壳聚糖32g搅拌均匀，再加入硝酸铈2g，纳米二氧化硅0.5g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠8g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例2
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷40g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇50g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸35g，搅拌下加入壳聚糖25g搅拌均匀，再加入硝酸铈3g，纳米二氧化硅0.7g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠6g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例3
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷40g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇50g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸38g，搅拌下加入壳聚糖28g搅拌均匀，再加入硝酸铈1g，纳米二氧化硅1g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠6g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例4
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷45g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇60g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸25g，搅拌下加入壳聚糖28g搅拌均匀，再加入硝酸铈3g，纳米二氧化硅1g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠10g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例5
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷50g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇60g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸25g，搅拌下加入壳聚糖30g搅拌均匀，再加入硝酸铈2g，纳米二氧化硅0.5g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠5g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例6
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇100g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸75g，搅拌下加入壳聚糖65g搅拌均匀，再加入硝酸铈15g，纳米二氧化硅0.1g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠0.5g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例7
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷150g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇10g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸5g，搅拌下加入壳聚糖1g搅拌均匀，再加入硝酸铈1g，纳米二氧化硅10g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠25g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例8
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷80g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇20g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸60g，搅拌下加入壳聚糖50g搅拌均匀，再加入硝酸铈10g，纳米二氧化硅0.2g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠1g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例9
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷125g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇80g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸15g，搅拌下加入壳聚糖5g搅拌均匀，再加入硝酸铈1.5g，纳米二氧化硅8g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠20g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例10
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷50g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇60g并搅拌2h，再加入苯甲酸钠25g，搅拌下加入壳聚糖30g搅拌均匀，再加入硝酸铈2g，纳米二氧化硅0.5g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠5g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例11
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇100g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸75g，搅拌下加入纤维素65g搅拌均匀，再加入硝酸铈15g，纳米二氧化硅0.1g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠5g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例12
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷150g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇10g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸5g，搅拌下加入壳聚糖1g搅拌均匀，再加入硝酸钴1g，纳米二氧化硅10g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠25g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例13
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷80g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇20g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸60g，搅拌下加入壳聚糖50g搅拌均匀，再加入硝酸铈10g，水性二氧化硅溶胶0.2g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠1g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
实施例14
准确称量3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷125g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇80g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸15g，搅拌下加入壳聚糖5g搅拌均匀，再加入硝酸铈1.5g，纳米二氧化硅8g，充分混合均匀，再加入柠檬酸钠20g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
对比例1
准确称量KH550硅烷偶联剂40g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇50g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸25g，搅拌下加入壳聚糖32g搅拌均匀，再加入硝酸铈2g，纳米二氧化硅0.5g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠8g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
对比例2
准确称量氨基硅烷40g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇50g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸35g，搅拌下加入壳聚糖25g搅拌均匀，再加入硝酸铈3g，纳米二氧化硅0.7g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠6g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
对比例3
准确称量环氧基硅烷40g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇50g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸38g，搅拌下加入壳聚糖28g搅拌均匀，再加入硝酸铈1g，纳米二氧化硅1g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠6g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
对比例4
准确称量三乙氧基甲基硅烷45g加入2L四口烧瓶中，搅拌下滴加水500g，滴加完后加入无水乙醇60g并搅拌2h，再加入4-磺胺基苯甲酸25g，搅拌下加入壳聚糖28g搅拌均匀，再加入硝酸铈3g，纳米二氧化硅1g，充分混合均匀，再加入EDTA二钠10g，搅拌均匀，加水至1L，即可得压铸铝封闭剂。
无铬压铸铝封闭剂使用实验过程：
将压铸铝封闭剂按质量分数为15％加入到水中稀释，由此可得压铸铝封闭剂溶液。取压铸铝试板，用弱碱性脱脂剂将试板表面进行超声波除油清洗除去油污杂质；水洗后进行三价铬钝化；再次水洗后放入封闭剂溶液中在室温下浸泡6min,纯水洗后，在100℃烘干30min即可。
浸泡烘干后的压铸铝，按照前述耐盐雾测试方法和导电性方法进行相关性能测试，测试结果如下表所示：
由上表分析可知，本发明制得的一种压铸铝封闭剂，经处理后的压铸铝产品中性盐雾测试耐蚀性达到720h以上，替代方案也能达到430h以上，在耐盐雾性能方面明显优于对比例，且导电性良好。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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