镁合金水基金属耐蚀涂层地研究

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1、http://www.paper.edu.cn镁合金水基金属耐蚀涂层的研究黄巍，李荻，郑天亮（北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100083）摘要：本文针对镁合金化学性质活泼，不易直接涂装等特点，研究开发了一种主要由微米金属粉、有机硅烷等组成的新型环保水基金属防护涂层。中性盐雾试验、3.5%NaCl溶液浸泡、电化学阻抗和附着力测试等试验结果表明，该涂层具有良好的结合力、耐热性以及对基体的防护性能。结合扫描电子显微镜（SEM）等分析手段对涂层的片状层叠组织结构进行了研究，并探讨了涂层的成膜机理与防护作用。关键词：涂层；镁合金；耐蚀性镁及其合金是迄今在工程中应用的最

2、轻的金属结构材料，具有密度小、比强度高、电磁屏蔽性、减震性好以及优良的铸造性能和机械加工性能，可广泛应用于汽车制造、航空航天、家电、手机、电脑、通讯等产品的制造。镁的化学非常活泼，极易发生腐蚀，因此，对镁合金材料进行必要的表面处理以提高其耐蚀性就显得迫为重要，具有十分重要的现实意义和经济效益[1-8]。涂层技术具有涂装施工方便、适用对象范围广阔、维修补涂方便、耐蚀性好，它还可以赋予材料表面多种功能性能等优点在金属和非金属材料表面防护中得到了广泛地应用[9-12]。然而，涂层技术也带来一系列环境污染问题，涂料中含有大量有机挥发物质（VOC），这些物质不仅会造成空气的污染

3、，危害人们的身体健康，同时也浪费了资源。随着人们环保意识的增强，对于涂料的污染和毒性问题也越来越重视，美国制定的《CleanAiract》和德国的《TechnicalGuidelinesforPreservingthepurityoftheAir1986》法令以及许多欧洲等国家的法律法规对有机溶剂在空气中的含量做了严格的限制。世界涂层技术的发展朝着省资源、省能源、无污染方向发展，符合这一发展趋势的水性涂料具有广阔的发展前景，在镁合金上应用水性涂层技术具有非常大的发展潜力。然而，镁的化学性质较为活泼性，对涂料的品种、组成要求较高，目前国内外在镁合金用涂料方面的研究报道也

4、较少，至于水性涂料的研究就更为少见，近年来，出于环境保护的要求，一些对环境造成污染的表面处理技术已被符合环保要求的绿色表面处理技术所代替，因此，开发研究镁合金表面处理的水性涂层具有非常重要的现实意义与经济效益。本文研究开发了一种由微米金属粉、偶联剂等组成的水性涂料，该涂层可有效的对镁合金进行防护，且具有环保、前处理工艺简便、具有金属光泽等特点。1实验实验中用AZ91D压铸镁合金作金属底材、微米级金属粉和有机硅聚合物作为主要成膜原料。分别采用Q65-07漆膜附着力试验仪、FY—03E盐雾试验机、CHI604A电化学系统、GSM-530型扫描电镜（SEM）及LINKISI

5、S能量色散谱仪（EDS）、SX2—25—12型箱式电阻炉和TDW温控仪研究涂层的组成、结构、结合力、耐腐蚀和耐热性能。涂装工艺流程为：除油→水洗→弱酸洗→水洗（蒸馏水）→浸涂（或喷涂、刷涂、辊涂）→常温干燥10min→200℃烘烤30min→产品。可根据涂层厚度要求进行多次涂装。2实验结果及讨论-1-http://www.paper.edu.cn以涂层的耐蚀性、结合力、片状金属在涂层中的分布情况等为考察因素，经过大量的正交试验，筛选出最佳工艺，并在此工艺基础上进行优化，最后确定了以下工艺配方与工艺参数：金属微粉150g/L甲基纤维素10g/L有机助剂100g/LOP-

6、108g/L有机硅烷120g/L硅油消泡剂3g/L去离子水余量烘烤温度200℃烘烤时间30min采用本配方和前述的工艺流程，可以在AZ91D压铸镁合金表面形成均匀光滑且具有金属光泽的涂层。2.1金属粉的形貌与组成通过对涂层所用超细金属微粉的扫描电子显微镜（SEM）观察及对其进行的能量色散谱仪（EDS）含量分析可知，发现该金属粉主要是由厚为0.1-0.2μm、大小约10μm的鳞片状金属锌粉组成（如图1a,b所示），同时含有约14%的铝粉（见图1c）。a)b)ElmtElement/%Atomic/%O1.273.85Al7.6713.78Zn111.0982.36Tot

7、al120.04100.00c)图1原料金属粉的形貌及组成-2-http://www.paper.edu.cna)金属粉电镜照片b)金属粉电镜照片c)金属粉EDS谱Fig.1SEMmicrographsandcontentofzincpowdera,b)SEMmicrographsofzincpowderc)EDSspectrumofpowder微米级鳞片状金属粉在涂料中是非常好填料，通过与涂层中有机硅烷的相互作用，形成致密的组织，可有效地延缓介质（空气、水）中侵蚀性粒子在涂层中的扩散过程，从而提高了涂层的耐蚀性，延长了材料的使用寿命。同时，在同样涂