一种铝合金表面PEDOT导电涂层的制备方法

本发明涉及一种铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，属于高分子功能材料及金属表面改性防护领域。

背景技术：

1、铝合金因其优异的物理和机械性能、低密度、易加工成型等优点，被广泛应用于各行业工程装备和结构部件。空气中的铝合金表面会形成一层致密的氧化膜，这种氧化膜赋予铝合金一定的耐蚀性，对材料有保护作用。然而，在多种复杂环境的实际应用中，铝合金表面的氧化膜并不能满足材料的耐蚀性能要求。因此，表面处理或涂层防护仍然是铝合金应用面临的重要问题。

2、近年来，将导电聚合物应用于防护涂层的研究和开发日渐广泛。导电聚合物的环保特性以及其稳定性和氧化还原特性使其成为用于金属合金腐蚀防护最有前景的涂料。聚3，4-乙烯二氧噻吩(pedot)作为聚噻吩类导电高分子的代表，具有良好的稳定性、环境相容性和高导电率等优点，广泛应用在金属腐蚀防护领域。

3、电化学沉积是制备pedot涂层的主要手段，其具有所需单体量较少、导电聚合物层可单级制备和易于调节聚合物涂层厚度等优点。目前，普遍采用循环伏安法进行电化学聚合pedot，但在沉积过程中存在还原反应，导致沉积速率缓慢，易促进基体溶解。因此，只适于在惰性金属表面电化学沉积pedot涂层。而在活泼金属表面沉积时，由于基体溶解等问题，一直未获得适宜的涂层制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种铝合金表面的高附着力、均匀、致密的pedot导电涂层的制备方法，采用瞬时大电流密度能击破氧化膜，强电流有利于edot单体的氧化和聚合，并改善具有双分子性质的自由基阳离子间的偶联反应，恒电流法制备pedot涂层，能够减少基底溶解，避免由循环伏安还原过程所引起的pedot数量减少和阳离子插入。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)铝合金基体表面处理：

5、待涂敷铝合金表面用400～1000号砂纸逐级打磨以除去基体表面氧化物层，打磨至不同型号砂纸以获取不同的基体表面粗糙度后，通过丙酮脱脂，乙醇冲洗干净用冷风吹干后，保存在干燥环境内备用；

6、(2)涂层聚合溶液的制备：

7、将提供掺杂阴离子的电解质和预聚合单体溶于乙腈制备涂层聚合溶液，其中：提供掺杂阴离子的四丁基六氟磷酸铵浓度为8g/l～15g/l，预聚合单体3,4-乙烯二氧噻吩的浓度为12g/l～18g/l，乙腈作为溶剂；

8、(3)pedot导电涂层的制备：

9、将表面处理过的待涂敷铝合金基体浸泡在除氧后的涂层聚合溶液内，通过调整输出电流密度使铝合金表面氧化膜尽快击穿，此状态下，基体表面在80s～120s内实现pedot的快速均匀沉积，获得致密、平整的peodt涂层。

10、所述的铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，在步骤(3)涂层制备前，涂层聚合溶液需用氮气除氧20～40min。

11、所述的铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，步骤(3)中，采用恒电位仪或电化学工作站通过恒电流法进行pedot导电涂层制备，待涂敷铝合金为工作电极，对电极采用镀铂钛网或铂片。

12、所述的铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，步骤(3)中，输出电流根据待涂敷铝合金面积调整，铝合金表面pedot导电涂层沉积电流密度范围为15ma/cm2～25ma/cm2。

13、所述的铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，步骤(3)中，通过调整电流密度和沉积时间，进行导电涂层厚度和导电性能的调控，制备的pedot导电涂层厚度为8μm～15μm。

14、所述的铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，步骤(3)后，根据需求对涂层的物理性能、耐蚀性能或导电性能进行测试。

15、本发明的设计思想是：

16、与传统循环伏安制备法相比，恒电流制备方法效率更高，可利用大电流突破铝合金表面氧化膜，且无还原过程，更利于涂层中离子掺杂作用过程，因此导电率较高；此外，较快的沉积速率和效率使得涂层致密，涂层附着力更好。

17、本发明的优点及有益效果是：

18、1、由于pedot电聚合的电位较正，在氧化单体沉积到铝合金表面时，基体金属会发生溶解，基体表面致密的氧化膜也会阻碍氧化单体的沉积。因此，采用较大的电流密度有利于edot单体在铝合金表面电氧化和聚合，同时无还原过程，加快了沉积速率，易制得致密涂层。

19、2、此外，涂层聚合溶液的配方筛选和电化学参数的改变都会对pedot的电化学行为和表面形貌产生重要影响，进而导致不同的涂层状态和缓蚀性能。在铝合金上沉积pedot涂层，其电子特性取决于掺杂阴离子的尺寸，当掺杂大阴离子时，易形成al2o3、pss和导电率较低的聚合物层；而掺杂小阴离子时，导电率相对更好。

20、3、本发明通过改变电解质组成和沉积时间、沉积电流等电化学参数等手段，突破氧化膜并减缓金属溶解速率，获得稳定、致密的pedot导电涂层，可用于铝合金表面防护。

21、4、本发明不局限于铝合金型号、表面形状和尺寸，制备方法简单，所制备的涂层具有良好的附着力和导电性，附着力为1级，电导率范围为6.0～8.0s/cm。

技术特征：

1.一种铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.按照权利要求1所述的铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，其特征在于，在步骤(3)涂层制备前，涂层聚合溶液需用氮气除氧20～40min。

3.按照权利要求1所述的铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，采用恒电位仪或电化学工作站通过恒电流法进行pedot导电涂层制备，待涂敷铝合金为工作电极，对电极采用镀铂钛网或铂片。

4.按照权利要求1所述的铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，输出电流根据待涂敷铝合金面积调整，铝合金表面pedot导电涂层沉积电流密度范围为15ma/cm2～25ma/cm2。

5.按照权利要求1所述的铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，通过调整电流密度和沉积时间，进行导电涂层厚度和导电性能的调控，制备的pedot导电涂层厚度为8μm～15μm。

6.按照权利要求1所述的铝合金表面pedot导电涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)后，根据需求对涂层的物理性能、耐蚀性能或导电性能进行测试。

技术总结本发明涉及一种铝合金表面PEDOT导电涂层的制备方法，属于高分子功能材料及金属表面改性防护领域。将提供掺杂阴离子的电解质和预聚合单体溶于乙腈制备涂层聚合溶液，提供掺杂阴离子的四丁基六氟磷酸铵浓度为8g/L～15g/L，预聚合单体3,4‑乙烯二氧噻吩的浓度为12g/L～18g/L，乙腈作为溶剂；将表面处理过的待涂敷铝合金基体浸泡在除氧后的涂层聚合溶液内，通过调整输出电流密度使铝合金表面氧化膜尽快击穿，基体表面在80s～120s内实现PEDOT的快速均匀沉积，获得致密、平整的PEODT涂层。本发明突破氧化膜并减缓金属溶解速率，获得稳定、致密的PEDOT导电涂层，可用于铝合金表面防护。技术研发人员：闫茂成,范卫华,高博文受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/22