富锌环氧涂层的防腐蚀研究

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1、·试验研究·富锌环氧涂层的防腐蚀研究张微,何莉萍,唐绍裘,赖琛(湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082)摘要:通过研究磷铁粉、硅烷偶联剂处理金属基体对富锌环氧涂层的影响,制备出在金属基体上具有良好附着力和防锈力的富锌环氧涂层,并研究了富锌环氧涂层的防蚀机理及硅烷偶联剂的作用机理。关键词:富锌环氧涂层;磷铁粉;硅烷偶联剂;附着力[3]现裂纹的倾向低于无机富锌涂层,并且涂覆在经硅1前言烷偶联剂处理后的金属表面上的富锌环氧涂层防蚀人们很早以前就认识到锌对于钢件具有优异的性能优异,本文对其加以详细研究。防腐保护性。早在1840年,法国率先开发热浸镀锌2实验部分工艺,用

2、以保护钢件。尽管此项工艺技术经过不断改造,如现在的火焰喷射镀锌工艺仍广泛使用,但从节211原材料约能源和环境保护的角度看,它存在着一定的局限本实验选用原材料的种类及性状见表1。性:首先,热浸镀锌工艺属于高耗能工艺,设备投资和表1主要原料的种类及性状日常维修费用很高;其次,该工艺对底材的表面处理[1]原料名称规格粒度/目产地要求很高,且对环境污染较严重。20世纪40年代锌粉-800国外和50年代,澳大利亚和美国的工程技术人员先后研磷铁粉-1000湖南长沙制成功了富锌涂料,使“冷镀锌”成为可能。经过半个硫酸化学纯-上海化学试剂公司多世纪的发展,富锌涂料技术日趋成熟,开发

3、了许多E-44环氧树脂--江西宜春品种,成功地用于轮船、海上采油平台、码头、贮罐、管KH-550偶联剂--长沙有机硅研究所道、桥梁等的耐久性防护。#650聚酰胺--江西宜春根据成膜物质的不同,富锌涂料一般分为有机富二甲苯--武汉有机合成厂锌涂料与无机富锌涂料两大类。有机富锌涂料是以醋酸丁酯化学纯-江西省赣西化工厂合成树脂(如环氧、聚酯树脂类)为成膜物,以高含量氯化钠化学纯-上海化学试剂公司锌粉为颜填料的防锈涂料;无机富锌涂料则是以无机氢氧化钠化学纯-上海化学试剂公司聚合物(如硅酸盐、磷酸盐、重铬酸盐等)为成膜物,锌正丁醇化学纯-上海化学试剂公司粉与之反应,在金属表面

4、形成锌粉络合物,从而形成坚实的保护膜[2]。212涂层的制备工艺有人认为固化了的环氧树脂导电性差,会妨碍锌在室温下,先将二甲苯与醋酸丁酯按适当比例混粉的电化学保护作用。实际上,由于锌粉含量大,许合,经搅拌配制成混合溶剂。然后再以适当比例将混多锌粉颗粒在涂膜中并没有完全被树脂所包覆,故仍合溶剂与E-44双酚A型环氧树脂混合,经加热搅然能够和钢基材接触而发挥其阴极保护作用。富锌拌配制成一定粘度的环氧树脂粘稠液(加热温度不宜环氧涂层对基材的附着力好、漆膜柔韧、较易与面漆超过60℃)。同时将一定比例的二甲苯与正丁醇混配套,对基材的表面处理要求没有无机富锌涂层那么合,经搅拌配

5、制成混合溶剂,将其与一定量的低分子#苛刻,在厚涂时,涂膜在干燥过程中因产生收缩而出量650聚酰胺混合,经搅拌配制成一定粘度的聚酰·4·涂料工业2002年第12期·试验研究·胺粘稠液。按固化剂聚酰胺加入量为环氧树脂质量表4偶联剂处理金属表面对涂层性能的影响的80%,锌粉占干膜质量的80%配制富锌环氧涂料,550型无偶检测项目测试方法偶联剂联剂并加入适量消泡剂。经搅拌、熟化等工序制成粘稠附着力/级12GB/T9268—88液,采用刷涂法施涂于经常规表面处理后的A3钢件耐盐水性/d4030GB1763—79表面。其工艺流程如图1所示。(25℃,饱和盐水)耐30%NaOH/

6、d107GB1763—79耐10%H2SO4/h2010GB1763—793结果与讨论311富锌环氧涂层的防蚀机理[4]锌粉是一种化学活性颜料,富锌环氧涂层的防腐蚀是通过电化学保护和化学保护来阻止钢件腐蚀[5]的。根据电化学腐蚀理论,在腐蚀电池中始终是电极电位较负的阳极受腐蚀。当外界环境存在电化学腐蚀的条件时,涂层中金属锌是阳极被腐蚀,而基体2+3+金属铁(阴极)受到保护。在Zn,Zn‖Fe,Fe腐蚀图1富锌环氧涂层的制备工艺流程图电池中:213磷铁粉对涂层的影响阳极Zn标准电极电位EZn=-01763V;为寻求填料中磷铁粉(主要为Fe2P)的最佳含阴极Fe标准电极

7、电位EFe=-01409V;量,按磷铁粉与环氧树脂粘稠液的质量比(表2)设计电池的电动势E°=-01409-(-01763)=01354V。以下实验:每个配比各制作6块试样,分成两组,分别同时,锌在涂层表面发生化学反应,形成锌盐及将其面积的2/3浸入饱和盐水、30%氢氧化钠溶液及锌的络合物等,这些生成物是极难溶的稳定化合物,10%硫酸溶液中,室温下放置一个月,按GB1763—79并沉积在涂层表面,以防止氧、水和盐类的侵蚀,从而进行评定(表3)。起到防锈效果,使金属基体得到保护。表2磷铁粉与环氧树脂粘稠液的质量比值得注意的是,干膜中锌粉的含量太低或太高都不能使涂料