Page 36 - 2025年7月防腐蚀专辑

等：复合溶胶感光机理及点 防腐涂层制备

resistance was greatly improved，Among them，he flat bottom layer/TiO -SiO lattice coating
t
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film showed no corrosion marks on the surface after salt spray test，and this coating indicated
strong protective ability for 20 steel plates.
Key words：photosensitive sol-gel；20 steel；TiO -SiO lattice；corrosion resistance
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铁的化学性质活泼，在空气中极易发生腐蚀，使 正硅酸乙酯[（C H O）Si，99%]、甲醇（99. 9%）、盐酸
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其寿命大幅缩短 。涂覆涂层是一种经济有效的防 （98%）、苯甲 丙酮（C H O ，98%）、钛酸四丁酯
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腐 施。其使用方法 活，防护机理是在基体表面 （C H O Ti，99%）、丙 烯 酸（C H O ，99%）：分 析
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涂覆一层耐蚀的疏水薄膜。通过物理屏障以切断与 纯 ，国药集团，以上试剂在使用前未进行进一步
环境的联系，使氧、水及其他腐蚀介质的离子不易渗 提纯。
透进去 。已知在金属表面涂覆防护层是防止金属 1. 2 TiO 、SiO 及TiO -SiO 溶胶的制备
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腐蚀的有效方法，如涂覆有机涂层。然而，有机材料 首先将苯甲 丙酮加入到 CH OH 中，将其在室
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具有固有缺陷，如易降解、热敏感以及对金属基底的 温下置于磁力搅拌器上以 1 000 r/min 搅拌 30 min，得
附着力弱，限制了相关材料的广泛使用 。为防止化 到 黄色的苯甲 丙酮溶液，然后向该溶液中加入
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学腐蚀和氧化，本课题组在前期研究工作中采用溶 钛酸四丁酯和丙烯酸，继续搅拌 2 h，得到 黄色 TiO
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胶-凝胶工艺在金属基体上涂覆了具有防腐效果的 溶胶[如式（1）。接着将（C H O）Si 加入到 CH OH
]
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TiO -SiO 无机涂层 。若能将 TiO -SiO 复合涂层制 中，加 HCl 以及适量去离子水作为催化剂，室温下搅
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作成微米级的 列结构，类似于荷叶表面微观形 拌 1 h，得到无色透明的 SiO 溶胶。最后，将 TiO 溶胶
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貌 ，将极大提升碳钢表面的疏水特性，从而提升碳 与 SiO 溶胶在室温下按照 Ti 与 Si 的物质的量比分别
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钢的耐腐蚀性。而关键点是 TiO -SiO 列的涂覆技 为 1∶2、1∶1 和 2∶1 进行混合，并继续搅拌 1 h，得到不
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术。目前，国内外已有采用离子束干法刻蚀和化学 同 Ti/Si 配比的清晰透明的 TiO -SiO 复合溶胶，使用
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湿法刻蚀等技术制备氧化物微细图形的研究报 前静置陈化 24 h。制备 SiO 溶胶时 ，CH OH、
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道 [6-7] 。然而，这些加工方法成本高、效率低。当前较 （C H O）Si、H O 和 HCl的物质的量比为 35∶1∶2∶1；制
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为流行的感光溶胶凝胶技术 可以有效解决这一问 备 TiO 溶胶时，苯甲 丙酮、CH OH、钛酸四丁酯和丙
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题。由于该方法是对目标产物的凝胶薄膜进行感 烯酸物质的量比为 1∶35∶1∶2。
光，不需要后续的刻蚀，同时可任意调整材料化学计 $) $ ) 0 $)

0 $ 0 $
量比，并可在基材两面同时镀膜，十分适合作为 20钢 J 0$ ) ) 0 $ $) $ ) 0 J 0 $ $) $ ) 0) 式（1）

$ ) $ ) 0 $ )

内外壁制备复合薄膜的技术，因此，溶胶-凝胶涂层
技术制备氧化物 列更具有优势。 1. 3 TiO 及TiO -SiO 涂层的制备
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本研究基于光感应微细加工原理，利用制备 首先将 20 钢经过 400 至 2000 砂 打磨，接着用
-SiO 涂层的原料易与 -二酮类感光剂发生螯合 0. 5 μm 金刚石抛光液抛光其表面，然后用丙酮清洗，
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TiO 2
反应，合成具有紫外感光特性的前驱体。结合溶胶凝 之后用吹风机吹干。随后，通过浸渍提拉法将上述
胶工艺，并借助孔 膜，在20钢上实现TiO -SiO 点 TiO 溶胶和 TiO -SiO 溶胶涂布在 20钢表面形成凝胶
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涂层的制备。重点研究了 TiO -SiO 点 涂层制备 膜。接着将小孔直径为 10 μm 的孔 膜板置于凝
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过程中涉及的感光机理和显影机理，同时对比了受 胶膜上，用波长为 365 nm 的紫外线光固化机（SP-7，
日本 USHIO）照射凝胶膜[反应机理如式（2）。30 min
]
TiO 点 涂层、TiO -SiO 点 涂层和平 底层/TiO -
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SiO 点 涂层保护的20钢在腐蚀介质中的耐腐蚀性， 后去除 膜板，并将 光后的凝胶膜在乙醇中溶洗
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为20钢的腐蚀与防护提供了一种新的思路。 5 s左右显影。通过显影工序可以去除凝胶膜中非
光区域，保留 光区域，得到具有点 图案的凝胶
1 实验部分 膜。最后将其在马弗炉中于 400 ℃退火处理 30 min
后获得相应的点 涂层。为了获得耐腐蚀性更强的
1. 1 主要原料 涂层，先在20钢上制备TiO -SiO 涂层（通过浸渍提拉
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20 钢：尺寸为 2 cm×2 cm×3 mm，迈 金属材料； 法将 TiO -SiO 溶胶涂布在 20 钢上形成 TiO -SiO 涂
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