本发明属于金属材料表面处理，具体涉及一种环保高效酸洗高强钢表面硅烷预处理液及其制备方法。
背景技术：
1、在金属材料加工领域，高强钢以其卓越的机械性能和广泛的应用领域而受到重视。然而，高强钢在生产、加工及存储过程中，其表面容易受到氧化、锈蚀等不良影响，这不仅损害了材料的外观，更降低了其使用寿命和性能。因此，对高强钢表面进行预处理，以增强其耐腐蚀性和涂装附着力，成为金属表面处理领域的重要研究方向。
2、传统的酸洗工艺是金属表面处理中常用的一种方法，它能够有效去除钢材表面的氧化皮、锈蚀等污染物，为后续的涂装或防锈处理提供干净的金属表面。然而，传统的酸洗工艺多使用强酸，如硫酸、盐酸等，这些强酸不仅对人体有害，而且处理过程中产生的废液、废气会对环境造成严重的污染。同时，传统的酸洗工艺对高强钢的处理效果有限，难以满足现代工业对材料表面质量的高要求。近些年，随着人们环保意识的日益增强和表面处理技术的不断发展，开发一种环保高效的酸洗高强钢表面处理方法成为当务之急。
技术实现思路
1、本发明提出了一种环保高效酸洗高强钢表面硅烷预处理液及其制备方法，该预处理液由环保型溶剂、硅烷偶联剂、助剂等组成，通过优化各组分的种类和用量，实现了对酸洗高强钢表面的高效、环保处理。本技术方案通过控制反应条件和处理步骤，确保了预处理液的处理效果，不仅解决了传统酸洗工艺存在的环保问题，而且提高了酸洗高强钢的表面处理效果，为金属表面前处理领域的发展提供了全新的技术思路。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供了一种环保高效酸洗高强钢表面硅烷预处理液，所述酸洗高强钢表面硅烷预处理液包括如下质量份数的组分：硅烷偶联剂20～32份，有机溶剂30～52份，酸性催化剂1～6份，表面活性剂0.5～5份，缓蚀剂0.1～5份，稳定剂0.5～5份，消泡剂0.1～3份，防腐剂0.1～4份，去离子水60～85份。
3、上述技术方案中，进一步的，所述硅烷偶联剂由γ-氨丙基三乙氧基硅烷、n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷按重量比(3～4):3:3混合制备。所述硅烷偶联剂为成膜主要成分，硅烷偶联剂作为一种新型的表面处理剂，具有无毒、无味、无污染等环保特点，同时能够与金属表面形成稳定的化学键合，显著提高金属表面的耐腐蚀性和涂装附着力。
4、进一步的，所述有机溶剂由乙醇(纯度>99.8％)和异丙醇(纯度≥99.7％)按重量比(2～3):2混合制备，该有机溶剂用于溶解硅烷偶联剂。
5、所述酸性催化剂由醋酸和磷酸按重量比(6～7):3混合制备，该酸性催化剂用于促进硅烷的水解反应。
6、所述表面活性剂由十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯辛基苯酚醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和椰油酰胺丙基甜菜碱按重量比(5～6):5:5:4混合制备，该表面活性剂用于提高其润湿性。
7、此外，还添加了缓蚀剂、稳定剂、消泡剂和防腐剂，分别起到防止金属腐蚀、螯合金属离子、消除泡沫和抑制细菌和霉菌的作用。通过合理的药剂选择和比例控制，旨在获得性能稳定的硅烷前处理剂。
8、所述缓蚀剂由苯骈三氮唑、甲基苯并三氮唑和5,6-二甲基苯并三氮唑按重量比(4～5):3:2混合制备，该缓蚀剂用于防止金属腐蚀。
9、所述稳定剂由二钠盐(edta)和三钠盐(nta)按重量比(2～3):2混合制备，该稳定剂用于螯合金属离子。
10、所述消泡剂由有机硅消泡剂、聚醚消泡剂和矿物油消泡剂按重量比(4～5):3:2混合制备，该消泡剂用于消除泡沫。
11、所述防腐剂由苯甲酸钠和山梨酸钾按重量比(6～7):3混合制备，该防腐剂用于抑制细菌和霉菌。
12、所述去离子水作为溶剂，能够确保处理液中各组分的稳定性和相容性。通过去离子水的稀释和混合作用，各组分能够均匀分散在整个处理液中，形成均一稳定的体系。
13、一种上述环保高效酸洗高强钢表面硅烷预处理液的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
14、①将乙醇(浓度>99.8％)和异丙醇(浓度≥99.7％)按配方比例倒入干净的容器中并开启搅拌器，以200～300转/分的速度搅拌15～20分钟，使两种溶剂充分混合，获得有机溶剂。
15、②将醋酸(浓度>80％)与磷酸(浓度>85％)按配方比例入另一容器中混合，使用搅拌器以200～350转/分的速度搅拌10～15分钟获得酸性催化剂。
16、③将十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯辛基苯酚醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和椰油酰胺丙基甜菜碱按配方比例加入容器中混合，并以300～400转/分的速度搅拌15～20分钟获得表面活性剂。
17、④将苯骈三氮唑、甲基苯并三氮唑和5,6-二甲基苯并三氮唑按配方比例混合，以400～500转/分的速度搅拌15～20分钟获得缓蚀剂。
18、⑤将二钠盐(edta)与三钠盐(nta)按配方比例混合，以400～500转/分的速度搅拌20～30分钟获得稳定剂。
19、⑥将有机硅消泡剂、聚醚消泡剂和矿物油消泡剂按配方比例混合，以200～300转/分的速度搅拌15～20分钟获得消泡剂。
20、⑦将苯甲酸钠与山梨酸钾按配方比例混合，以300～400转/分的速度搅拌20～30分钟获得防腐剂。
21、⑧将γ-氨丙基三乙氧基硅烷、n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷按配方比例混合，以400～500转/分的速度搅拌30～45分钟获得硅烷偶联剂。
22、⑨将配制好的所述有机溶剂倒入反应釜中，设置搅拌速度为200～300转/分进行搅拌，缓慢将所述硅烷偶联剂加入反应釜中，同时提高搅拌速度至300～400转/分，控制加热温度为50℃～60℃，持续搅拌60～90分钟，直至硅烷偶联剂完全溶解。保持搅拌速度和加热温度不变，加入配制好的所述酸性催化剂，继续搅拌25～30分钟，然后依次加入已配制的所述表面活性剂、缓蚀剂、稳定剂、消泡剂和防腐剂，在每种添加剂加入后，均持续搅拌10～15min。全部组分添加完成后将搅拌速度调到500～600转/分，加热温度提升至75～85℃，搅拌时间为120～150分钟，最终制得环保高效酸洗高强钢表面硅烷预处理液。
23、与现有技术相比，本发明的有益效果：
24、本发明提供的环保高效酸洗高强钢表面硅烷预处理液，其特点是能够有效改善金属表面的润湿性和耐蚀性，从而提高涂层的质量和耐久性，提高了酸洗高强钢的表面处理效果，为金属表面处理领域的发展提供了新的思路。该方法制得的高强钢表面硅烷预处理液具有广泛的应用前景，可应用于汽车、船舶、建筑等领域的金属材料表面处理中，对提高材料的使用寿命和性能具有重要意义。
1.一种环保高效酸洗高强钢表面硅烷预处理液，其特征在于，所述酸洗高强钢表面硅烷预处理液包括如下质量份数的组分：硅烷偶联剂20～32份，有机溶剂30～52份，酸性催化剂1～6份，表面活性剂0.5～5份，缓蚀剂0.1～5份，稳定剂0.5～5份，消泡剂0.1～3份，防腐剂0.1～4份，去离子水60～85份。
2.根据权利要求1所述的酸洗高强钢表面硅烷预处理液，其特征在于，所述硅烷偶联剂由γ-氨丙基三乙氧基硅烷、n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷按重量比(3～4):3:3混合制备。
3.根据权利要求1所述的酸洗高强钢表面硅烷预处理液，其特征在于，所述有机溶剂由乙醇和异丙醇按重量比(2～3):2混合制备。
4.根据权利要求1所述的酸洗高强钢表面硅烷预处理液，其特征在于，所述酸性催化剂由醋酸和磷酸按重量比(6～7):3混合制备。
5.根据权利要求1所述的酸洗高强钢表面硅烷预处理液，其特征在于，所述表面活性剂由十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯辛基苯酚醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和椰油酰胺丙基甜菜碱按重量比(5～6):5:5:4混合制备。
6.根据权利要求1所述的酸洗高强钢表面硅烷预处理液，其特征在于，所述缓蚀剂由苯骈三氮唑、甲基苯并三氮唑和5,6-二甲基苯并三氮唑按重量比(4～5):3:2混合制备；所述稳定剂由二钠盐edta和三钠盐nta按重量比(2～3):2混合制备。
7.根据权利要求1所述的酸洗高强钢表面硅烷预处理液，其特征在于，所述消泡剂由有机硅消泡剂、聚醚消泡剂和矿物油消泡剂按重量比(4～5):3:2混合制备；所述防腐剂由苯甲酸钠和山梨酸钾按重量比(6～7):3混合制备。
8.一种如权利要求1所述的环保高效酸洗高强钢表面硅烷预处理液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
