钛合金表面前处理方法对涂层附着力的影响研究

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1、钛合金表面前处理方法对涂层附着力的影响研究赵欣1，汪洋2。刘兰轩2(1．北京星航机电设备制造厂，北京100074；2．武汉材料保护研究所，湖北武汉430030)[摘要]采用打磨、化学氧化、偶联剂前处理液处理3种方式对钛合金进行表面处理，通过测试2种底漆在其表面的拉拔附着力，比较3种处理方式对钛合金表面涂层附着强度的促进效果。结果表明：化学氧化和偶联荆前处理液处理能显著提高钛合金表面有机涂层的附着强度，拉拔附着力可达IOMPa。[关键词]钛合金；化学氧化；前处理剂；拉拔附着力1前言钛合金具有密度小、比强度高、无磁性、无毒、耐腐蚀性强等众多优于普通金属的特性，是具有较大发展前途的

2、新型结构材料，现在不仅成为航空航天工业中不可缺少的结构材料，在造船、化工、冶金、医疗等方面也获得了广泛的应用⋯。钛合金属于高电位金属，极易引起其它接触的低电位金属的电偶腐蚀，如铝、钢材等，因此在与其他异种金属同时使用时，需在钛合金表面涂覆绝缘性保护涂料。但由于钛金属活性较大，在自然状态下，其表面易形成一种表面能低下的氧化物薄膜旧J，此惰性氧化物薄膜粘附性极差，严重影响钛合金与有机涂层的结合力，长时间工作环境中涂层易脱落，影响涂层的使用寿命。对钛合金进行表面处理，使基体表面粗化、去除表面能低下钛氧化物薄膜或通过偶联剂键接等方式，可增强钛合金与聚合物的附着力。本文采用打磨、化学氧

3、化、偶联剂处理等3种表面处理方法对钛合金试板进行前处理，并对前处理方式对钛合金上漆膜的附着强度的影响情况进行了比较研究。2试验部分主要原材料表l主要原材料列表续表12．2试验方法试验主要采用TC4，TA2试板进行试验，按照3种前处理方法对试样进行表面前处理，然后按涂料施工工艺喷涂钛合金表面配套底漆，干燥固化后进行拉拔附着力试验。2．2．1打磨采用360目砂纸对钛合金试板进行打磨处理，除去表面的低表面能氧化物薄膜，并使试板表面粗化，然后使用丙酮清理除油，干燥后待用。2．2．2化学氧化处理化学氧化是使用强酸对具有强耐蚀性的钛合金表面进行清除处理，然后将其浸渍于无机酸或碱f生溶液中

4、使之氧化着色，在钛合金表面形成致密的氧化物膜，是一种提高钛合金表面涂层附着力的有效方法13J。钛合金的化学氧化按照如下工艺及参数进行：匦垂堑圜一匾垂圃_圆一+匿亟噩噩囹i匿主觋卜圆一匝藿觋一圆其中酸洗槽液配方组成及工艺参数如表2所示：钛合金表面前处理方法对涂层附着力的影响研究49表2酸洗液的配方组成及工艺参数项目参数硝酸氢氟酸反应温度反应时间250mL／l40ral／l40—6。℃5—10min其中氧化槽液配方组成及工艺参数如表3所示：表3氧化液的配方组成及工艺参数项目参数氢氧化钠过氧化氢反应温度反应时间20—309／L20～40∥L60，70℃10一20min2．2．3偶联

5、剂前处理液处理WH一1150前处理液中包含能与金属和聚合物均具有高键合能力的偶联剂，使用其进行钛合金表面处理时，偶联剂可与金属表面的氧化层形成化学键合，同时能与底漆中的活性基团反应，是一种提高金属表面涂层附着力的简单、便捷方法HJ。将试板用360目砂纸打磨后，用丙酮擦拭钛合金表面除去灰尘和油污，待丙酮干燥后，在试板上涂刷WH一1150钛合金表面处理剂，处理剂干燥后，进行底漆涂装。3结果与讨论3．13种前处理方法的效果比较钛合金试板表面涂层的拉拔附着力测试数据如表4和表5所示：表4WH一1152a底漆在钛合金上的拉拔附着力表5WH一1152b底漆在钛合金上的拉拔附着力备注：表4

6、和表5中测试数据后面的字母代表其破坏形式，其中A代表涂层与基材的脱落，B代表漆膜的内聚破坏，C代表胶粘剂的破坏。比较表4和表5中的数据可知：TC4试板上涂层的附着力要优于TA2试板上涂层附着力；WH一1152a底漆相比WH一1152b底漆，在钛合金表面具有更好的附着强度，WH一1152a底漆在只进行打磨处理时附着力达到10MPa，而WH一1152b仅为1MPa左右，并且破坏形式均为漆膜与基材的脱离；采用化学氧化和偶联剂处理液处理后的试板上漆膜的附着力明显增强，特别是钛合金上附着力相对较差的底漆WH一1152b，TC4上的附着力可提高至11MPa，TA2上的附着力可提高至8MP

7、a，破坏形式变成漆膜的内聚破坏。3．2偶联剂前处理液浓度对涂层附着力的影响从偶联剂提高涂层附着力的机理分析，偶联剂前处理液的浓度对涂层附着力的影响较大。不同浓度偶联剂前处理剂处理后，WH一1152a底漆的附着力如表6所示：表6不同浓度前处理剂处理后漆睦的附着力由表6数据可知，前处理剂的稀释比例对涂层的粘接性能有很大的影响。粘接强度随前处理剂浓度的增大而增大；当浓度增加到一定范围后，粘接强度反而下降。这是因为前处理剂，组要是通过硅烷偶联剂的化学键接作用来提高涂层的附着力，而硅烷提高涂层粘接强度起作用的只是