鎂合金鎳系導電防護涂層的性能研究

鄧培基，王春偉﹡，方逸塵，韋 菲，覃筱燕，何 燦，黃映恒,﹡

(1. 廣西大學材料科學與工程學院，廣西 南寧 530004；2. 廣西經正科技開發有限責任公司，廣西 南寧 530004)

鎂合金鎳系導電防護涂層的性能研究

鄧培基1，王春偉1﹡，方逸塵1，韋 菲2，覃筱燕1，何 燦2，黃映恒1,2﹡

(1. 廣西大學材料科學與工程學院，廣西 南寧 530004；2. 廣西經正科技開發有限責任公司，廣西 南寧 530004)

用高固體分雙組分聚氨酯為成膜物質，鎳粉為導電填料制備鎂合金導電防護涂層。以提高涂層導電性和防腐蝕性能為主要目的，通過電化學噪聲、極化曲線等檢測方法。研究了雙組分聚氨酯鎳粉含量、固化劑與樹脂比值對涂層性能的影響。結果表明：涂層中鎳粉含量與導電性能成正比，與防腐蝕性能成反比；固化劑與樹脂比值為1：2，鎳粉含量為25 %時，涂層性能最優，其中固化劑比重對涂層硬度、表干時間以及防腐蝕性能影響較大。

聚氨酯；導電涂料；鎳粉；導電性；鎂合金；防腐蝕性

鎂及鎂合金是工程應用中最輕的金屬結構材料，有著優良的性能，高比強度、比剛度，阻尼性能好，切削加工性能、導電能力、電磁屏蔽優良等，逐漸應用于汽車、航天、電子、醫學等各個領域[1]。導電防護涂層提高了鎂合金的耐蝕性，同時又保證了鎂合金表面的導電性，并且成本較低，操作簡單[3-4]。本文以高固體分雙組份聚氨酯為成膜物質，偶聯劑改性的鎳粉(球狀：片狀=1：2)為導電填料，添加消泡劑、流平劑、分散劑等助劑在鎂合金AZ91B基材表面制備涂層，研究鎳粉含量、固化劑與樹脂比值對鎂合金導電防護涂層的性能影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料

Desmophen NH 1520樹脂：工業級，廣州昊毅化工科技有限公司；固化劑Desmodur N3390：工業級，廣州昊毅化工科技有限公司；球狀導電鎳粉：平均粒徑6.5 um，上海水田材料科技有限公司；片狀導電鎳粉：平均粒徑13 um，上海水田材料科技有限公司。

1.2 涂層制備

鎂合金基體預處理：打磨-沖洗-除油，干燥備用。

鎳粉硅烷處理：將KH570硅烷偶聯劑與乙醇、水按質量比1：8：1配成稀溶液，加入少量醋酸調節pH值至4～5，與鎳粉按質量比2：1比例混合攪拌30 min；抽濾放入真空干燥箱80 ℃干燥2 h，取出備用。

將聚氨酯與助劑按一定比例混合，添加鎳粉高速(2000 r/min)攪拌分散30 min，添加一定量固化劑低速(1000r/min)攪拌5 min。

用50 um涂布器把涂料均勻涂覆到鎂合金基材表面，自然條件下固化，固化后涂層為38±2 um。

2 檢測結果與分析

2.1 鎳粉含量對涂層性能的影響

實驗配方為：鎳粉含量為20 %～35 %，間隔為5 %，其中分散劑為0.6%，流平劑為0.5%，消泡劑為0.2%，其余為聚氨酯。

圖1、圖2、圖3、圖4分別為鎳粉含量為20 %、25 %、30 %、35 %的導電涂層涂覆的鎂合金基體電化學噪聲時域譜圖。根據電化學噪聲電流、電位信號在時域上的波形特征，判斷或預測腐蝕發生的情況。一般均勻腐蝕或鈍化狀態下對應的曲線比較平穩沒有明顯的暫態峰，而局部腐蝕時域譜曲線有劇烈的波動，并且出現明顯的暫態峰[5-7]。快速下降后緩慢上升的電位噪聲對應于電極表面的孔蝕過程[8]，電位突變表征著鈍化膜的破壞與修復過程;而電位噪聲的快速上升和緩慢下降對應于電極材料的縫隙腐蝕過程[9-10]。因此，通過時域譜噪聲峰的特征可以判斷腐蝕發生的類型。一般而言，暫態峰的強度越大，出現的頻率越高，說明電極表面反應活躍，腐蝕程度越劇烈[11]。

圖1 涂層鎳粉含量為20 %的電化學噪聲時域譜

圖1電位噪聲曲線和電流噪聲曲線均變化較小，均為出現有明顯的暫態峰，且整體趨勢較為平緩，鎂合金基體沒有嚴重的局部腐蝕現象，說明鎂合金基體在導電涂層的防護下沒有明顯的表面缺陷。

圖2 涂層鎳粉含量為25 %的電化學噪聲時域譜

圖2電位噪聲和電流噪聲變化不大，除了兩個小窄峰值基本無其他明顯暫態峰，電位噪聲有上升的趨勢，但也沒有明顯的急升，且在后段電位噪聲曲線也基本趨于平緩。說明鎂合金基體有蝕點死亡的趨向，也就是涂層可能存在有微孔，但微孔腐蝕后自我修復阻塞微孔。

圖3電流噪聲曲線出現了一個窄峰外基本平緩，電位噪聲緩慢上升，蝕點產生，而后下降趨向平緩，蝕點死亡，有蝕點產生說明涂層存在有微孔，但很快微孔腐蝕就消失了，可能是由于腐蝕產物對小孔的阻塞作用。

圖3 涂層鎳粉含量為30 %的電化學噪聲時域譜

圖4 涂層鎳粉含量為35 %的電化學噪聲時域譜

圖4電位噪聲曲線波動較大，且有明顯的暫態峰，電流噪聲曲線的波動也相對前兩種涂層較大，電位、電流噪聲均有升降，鎂合金基體表面不斷有蝕點產生和死亡，導電涂層可能存在小孔，涂層有發生局部腐蝕。

圖5為鎂合金基體涂覆不同鎳粉含量涂層的極化曲線，由擬合的腐蝕速率可得隨著涂層鎳粉含量的增加，鎂合金的腐蝕速率增大，導電涂層的防腐蝕性能越差。

圖5 鎂合金涂覆不同鎳粉含量涂層的極化曲線

圖6a、6b分別為含30 %、35 %鎳粉的導電涂層做完電化學噪聲和極化曲線測試后的掃描電鏡圖，可觀察到兩種涂層表面均有少量微孔，但圖6b涂層微孔明顯大于圖6a涂層微孔，且微孔中有黑色腐蝕產物。這也證明了鎳粉含量為35 %電化學噪聲時域譜波動較大以及極化曲線擬合的腐蝕速率較大的原因。

圖6a 鎳粉含量為30 %的導電涂層 圖6b 鎳粉含量為35 %的導電涂層

Fig.6a Nickel powder content of 30 % of the conductive coating Fig.6b Nickel powder content of 30 % of the conductive coating

表1為不同鎳粉含量涂層的性能測試結果。

表1 不同鎳粉含量的涂層性能

由表2數據得出隨著導電填料鎳粉的增加涂層電阻率減小，即涂層的電導率增大，涂層的導電性能增強。綜合表中其他性能分析，導電涂層中鎳粉含量為25 %時，導電涂層的綜合性能較優。

2.2 固化劑與樹脂對涂層性能的影響

實驗配方固化劑與樹脂比值以及涂層性能參數如表2，其中實驗配方中鎳粉含量為25 %，助劑成分不變。

表2 不同比值的固化劑與樹脂的涂層性能

由表2雙組分聚氨酯中，固化劑含量越高涂層越光亮，對涂層的附著力、硬度以及干燥時間均有較大影響，本實驗中固化劑比重越大涂層硬度越大，涂層表面干燥時間越短；鹽水浸泡試驗和附著力測試均得出固化劑與樹脂為1：2和2：3時性能最好；另外固化劑與樹脂的比值對涂層的導電性能無明顯影響。固化劑的過高和過低都不利于涂層的防腐蝕性能，需要合適的比例配比使其最大量的交聯固化才能提高其性能[12-13]。綜上實驗結果選擇固化劑與樹脂比值為1：2，涂層綜合性能較好。

3 結論

鎂合金導電涂層中導電填料鎳粉對涂層的導電性能和防腐蝕性能均有較大影響，鎳粉含量越高涂層導電性能越優，防腐蝕性能越差；固化劑與樹脂比值主要對涂層的防腐蝕性能影響較大，合適的比值有利于涂層的防腐蝕性能；綜合分析，本實驗固化劑與樹脂比值為1：2，鎳粉含量為25 %時涂層綜合性能較優。

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(本文文獻格式：鄧培基，王春偉，方逸塵，等.鎂合金鎳系導電防護涂層的性能研究[J].山東化工，2017，46(08)：26-28，32.)

Study on the Performance of Ni - based Conductive Protective Coatings for Magnesium Alloys

DengPeiji1,WangChunwei1﹡,FangYichen1,WeiFei2,QinXiaoyan1,HeCan2,HuangYingheng1,2﹡

(1. School of Materials Science and Engineering, Guangxi University, Nanning 530004,China;2. Guangxi Jingzheng Science and Technology Development Co., Ltd., Nanning 530004, China)

Preparation of magnesium alloy conductive protective coating with high solid two-component polyurethane as film-forming material and nickel powder as conductive filler. In order to improve the conductivity and corrosion resistance of the coating as the main purpose, through the electrochemical noise, polarization curve and other detection methods. Studying the effects of two-component polyurethane powder content, curing agent and resin ratio on the coating properties. The results show that the content of nickel powder in the coating is proportional to the conductivity and is inversely proportional to the corrosion resistance. When the ratio of curing agent to resin is 1: 2 and the content of nickel powder is 25 %, the coating performance is the best, The coating hardness, surface dry time and corrosion resistance of a greater impact.

2017-03-07

鄧培基(1991—)，湖南婁底人，碩士研究生，主要研究方向金屬加工與金屬防護。

TQ633.9

A

1008-021X(2017)08-0026-03