一種環(huán)境友好鋅鋁涂層的制備與評價

晏琪+鄒文杰+肖軍

摘 要：傳統(tǒng)達克羅技術是指以鱗片狀的Zn、Al片為主要成分的涂料經(jīng)高溫烘烤而形成的鋅鋁防腐涂層，具有良好的耐蝕性，無氫脆，廣泛的應用于鋼結構的腐蝕防護領域，但傳統(tǒng)的達克羅水性鋅鋁涂層中含有六價鉻元素，不僅污染環(huán)境，而且危害人體健康。本研究優(yōu)化了涂層的制備工藝，根據(jù)所制定的正交實驗方案，在解決鉻危害的同時，提升涂層的性能，達到綠色環(huán)保的目的。通過大量的試驗對達克羅鋅鋁涂層的性能進行測試驗證該綠色鋅鋁涂層具有良好耐蝕性能，并在所進行的實驗基礎之上總結出最佳的涂層配比為：為5%，m（環(huán)氧樹脂）：m（聚酰胺）=1：0.8，適量的正丁醇為溶劑。

關鍵詞：達克羅；水性鋅鋁涂層；耐蝕機理；環(huán)氧樹脂；鈍化膜；無鉻；綠色涂層

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.020

1 研究背景及防護機理

1.1 研究背景及意義

鋅鋁防腐技術是當代工業(yè)領域應用較為廣泛的技術之一。2000年前后，該技術引入我國。由于這種水性鋅鋁涂層相比于電鍍鋅等表面處理技術，耗能小、污染少，因此備受工業(yè)防腐領域的青睞，但同時鋅鋁涂層中所含有的毒性很強且危害動植物的生長。隨著世界工業(yè)的發(fā)展以及我國環(huán)保意識和政策的加強，鉻的危害也越來越受到重視，并已經(jīng)開始嚴格限制鉻使用，“綠色環(huán)保”成為當代制造業(yè)的追求。

1.2 無鉻水性鋅鋁涂層的防護機理

①成膜物質(zhì)的屏蔽作用。有機粘結劑燒結形成的成膜物質(zhì)覆蓋在機體表面，形成一層致密表面覆蓋膜，具有機械物理的屏蔽作用，隔絕空氣和腐蝕介質(zhì)，能夠有效的保護機體。

②陰極保護和鈍化作用。由于鋅和鋁以及母材基體存在電位差，三者可以構成電化學原電池中的陽極和陰極，起到陰極保護作用。同時鋁氧化形成致密的氧化膜而隔絕腐蝕介質(zhì)，進一步抑制腐蝕。

③涂層的自修復作用。當致涂層破損時，裸露出來的鋁片會在外界腐蝕介質(zhì)的浸入過程中迅速鈍化，形成一層新的鈍化膜物質(zhì)覆蓋在機械破損處，有效的抑制的腐蝕介質(zhì)的進一步的浸入，從而達到自我修復的效果。

④電化學作用。由于有機物高阻抗性質(zhì)會導致電阻極化，抑制了涂層中陽極和陰極之間由于化學勢差而產(chǎn)生的粒子運動，提高了腐蝕電池回路中的阻抗，減緩了陽極的消耗，從而延長了涂層的壽命。

2 資料及方法

2.1 試驗材料

Zn粉（，長徑比80：1）；Al粉（，長徑比120：1）；（質(zhì)量分數(shù)99%）；環(huán)氧樹脂（E-44）；聚酰胺650；丙酮（A.R.），無水乙醇（A.R）磷鉬酸鈉（質(zhì)量分數(shù)99%）；鉬酸鈉（質(zhì)量分數(shù)99%）；正丁醇（A.R）；硝酸鑭（質(zhì)量分數(shù)99%）去離子水（A.R）。

2.2 制備涂層

在燒杯中倒入總質(zhì)量10%-20%的環(huán)氧樹脂，并加入適量的丙酮直到環(huán)氧樹脂完全溶解；按照總重量的20%稱量二氧化錳，將稱量好的鋅粉和鋁粉加入燒杯然后攪拌 10-20 分鐘，使金屬粉末與溶劑均勻混合。按照環(huán)氧樹脂與固化劑的比例為 1：0.8 的重量比稱量聚酰胺固化劑，并加入適量的丙酮直到聚酰胺完全溶解；用100目和400目的砂紙打磨標準碳素鋼試件，然后丙酮清洗，保持表面光潔。根據(jù)涂層所使用的溶劑不同將試驗分為三組：分別為去粒子水乙醇、和正定醇。如表1所示。

（注：硝酸鑭1g/L滴入10-20ml，消泡劑適量）

2.3 驗小結

根據(jù)試驗結果可知，去離子水與有機樹脂以及金屬粉末不相溶，且與粉末會發(fā)生化學反應，不適宜作為鋅鋁涂層的溶劑；經(jīng)長時間攪拌，也會有肉眼可見不均勻的大顆粒，靜置一段時間，涂料分層，且涂層的附著力較差。乙醇可以溶劑有機樹脂，相比與水，鋅鋁粉末能更好跟均勻的分散在溶劑中，但乙醇揮發(fā)太快長時間攪拌涂料容易變的稠密而不利于攪拌和涂敷。正丁醇是最為理想的溶劑，正丁醇不僅能很好的溶解有機溶劑，而且在同等條件下，揮發(fā)速率小于乙醇，長時間攪拌，涂料可均勻分布，無肉眼可見的大顆粒（如圖1所示）。

2.4 實驗測定方法

（1）硬度試驗。ISO 15184 ：1998 規(guī)定進行，鉛筆為101 中華牌繪圖鉛筆。（由軟到硬）為9B-8B-7B-6B-5B-4B-3B-2B-B-HB-F-H-2H-3H-4H-5H-6H-7H-8H-9H的木制繪圖鉛筆。

根據(jù) ISO 15184：1998所規(guī)定的方法進行試驗，測得大部分樣品的硬度為3H-4H，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)達克羅1H-2H的硬度范圍。

（2）耐酸性試驗。按 GB/ T 9274 1988 中甲法（浸泡法〉進行。將樣板浸入 3 % c質(zhì)量 百分數(shù)）鹽酸（化學純）溶液中 至規(guī)定的時間，取出樣板，用流水輕輕地沖洗后立即目視觀察涂膜。如三塊樣板中有兩塊未出現(xiàn)起泡、開裂、剝落、掉粉、明顯變色、明顯失光 等涂膜病態(tài)現(xiàn)象，則評為"無異常" 。如出現(xiàn)以上涂膜病態(tài)現(xiàn)象按 GB/T 1766 2008進行描描述。

按 GB/ T 9274 1988 中甲法（浸泡法〉的規(guī)定進行試驗，測出的4組試樣中有3組無異常，1組存在掉粉現(xiàn)象。（腐蝕前后的金相照片如圖2所示）。

（3）附著力試驗（按 GB/T 9286 1998 規(guī)定進行）根據(jù) GB/T 9286 1998 規(guī)定試驗方法測得試驗樣品中，大部分的樣品的附著力等級為1級。

3 總結

試驗表明，這種環(huán)境友好型的鋅鋁涂層的最佳配比為為5%，，，m（環(huán)氧樹脂）：m（聚酰胺）=1：0.8.溶劑為正丁醇，配制熔液攪拌6小時以上，采用二烘二涂的方式最佳。

由于試驗設備和條件有限，涂敷手段與方式有限，會有涂敷不均勻以及涂敷厚度不一致的問題存在，嚴重影響涂層的性能。部分測試試驗未能如期進行，未能體現(xiàn)涂層的全部性能，后續(xù)實驗中有待解決涂層以及實驗中現(xiàn)存的問題。

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