锌铝涂层防腐蚀保护原理

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1、锌薄片涂层阴极抗腐蚀保护原理Dr.UdoHofmann（霍夫曼博士），Dr.VolkerKrenzel（克伦兹博士）AtotechGermanyGmbH,Trebur（安美特德国有限公司）目前，在文献和专利中已经有大量的基于锌/铝薄片制成的锌粉涂料和富锌涂层系统的报道。本文的主要目的是对基于溶剂或水基型配方的锌片涂料进行概述，并对添加剂和涂料组分对材料性能的影响进行讨论。关于用锌粉做为涂层材料的商业化配方早在1840年就有报道，但是该配方最终没有成功。其主要原因是该配方中使用的锌粉太过粗糙，污染也太多，而且没有使用合适的粘合剂。过了90年后，业界开始出现基于锌的防锈底漆[1]，而且Victo

2、rNightingall还在1937年申请了一个澳大利亚专利（见图1）。该专利中采用的是基于锌粉的二组分涂层体系，使用的是水基碱性硅酸盐粘合剂。在20世纪60年代早期到70年代晚期这段时间内，这一基于硅酸钾的抗腐蚀保护涂层是当时最畅销的防锈底漆产品[2,3]。图1：1937年7月17日由VictorCharlesJohnNightingall申请的澳大利亚专利（专利号104,231）“硅酸盐组分的粘合性及其改良”上述粘合体系后来逐渐被溶剂型的硅酸乙酯所代替。但是随着减少涂层中VOC含量的呼声越来越强，业界又开始关注那些水基型的硅酸盐粘合剂[4]。硅酸锂（硅酸盐含量最高达8.5：1）体系由于锂

3、离子半径小、碱含量低，而且还能在室温下自行固化，所以具有最佳腐蚀保护效果。此外该材料还具有很长的适用期限，其涂层在几小时后就具有防水性能，而且极少风化，粘合强度也高[5]。尽管如此，由于硅酸锂价格较高，所以目前主要使用的还是硅酸钾。如今业界使用的粘合剂种类繁多（本文也会随后详细描述），除了硅酸盐和硅酸乙酯外，也不缺乏基于硅的体系。此外，目前大量使用的还有有机型二组分体系。而基于钛的粘合体系仅在几微米的涂层厚度下，就能为溶剂型高性能防腐体系带来极佳的抗腐蚀效果。1安美特在锌片涂层抗腐蚀保护领域拥有多年经验。目前公司正在努力优化这类体系，使其具有极佳的腐蚀保护性能和经济性。在各种产品系列中，安美

4、特开发的产®®品包括Zintek200（安美特标准银色底涂）和黑色底涂体系Zintek300B等。这些产品中使用的粘合体系都是根据锌片进行特定优化，从而确保产品能在工件上产生一层出色的防腐涂层。锌粉和锌片的对比虽然在20世纪60年代早期就已经出现了锌片的使用[8]，但是通常说到基于锌的防锈底漆时，我们通常都认为锌粉是其活性颜料。在随后的底漆开发中，尽管也有关于锌片颜料的报道，然而在实际应用中都没有获得什么突破[6-9].下表（表1）显示了锌粉和锌片各种典型性质的对比。这些涂层的腐蚀保护效果主要基于2个方面[10]：隔层保护和阴极保护（与铁类基底相比，锌的混合电势电负性更强：约-950mV/S

5、CE），在这两个方面，这两种形状的颗粒都有各自的优势和劣势。表1：锌粉和锌片的典型技术数据锌粉锌片晶粒形状球形层状总锌含量最少98.5%约95%锌金属最少94%约85%表观（松装）密度约2.2kg/l1.0–1.3kg/l吸油性约6.5g/100g20-25g/100g22比表面积(Fischer)约2500cm/g11000–13000cm/g平均颗粒大小dF(FSSS)2-4µm(0,65–1,0µm)RRS(DIN4190)约18µm筛分>32µm的约0.01%>45µm的最多3%图2：锌颗粒的显微照片。a)锌球粉[11]；b)锌层片由于几何形状差异（见图2），锌片的比表面积要比锌粉大

6、的多，所以对相应粘合剂的吸收也要大很多。此外，锌片的流变特性也更为合理有利：与锌粉相比，锌片能极大减少沉积现象，所以在涂料存储较长时间后，对沉积物搅拌也要简单的多。2如果要在铁制基底上产生良好且持久的阴极保护的话，一般都要有一个先决条件：即锌粉之间以及锌（做为牺牲阳极）和钢铁表面（受保护）之间要有良好的导电性。所以在使用时，一定要确保整个锌粉组分与基底有一个直接的“金属”接触。在将富锌涂料优化交联后，锌颗粒就会有一部分完全被单层粘合剂所覆盖，所以在球状锌粉间会出现一层不导电层，这样电接触就仅限于单单几个接触点（图3三）。由于以上原因，对于球状锌粉漆来说，为了取得较好的阴极保护效果，其所需的锌

7、粉体积浓度（PVC）就很高，所以其“临界锌粉体积浓度（CPVC）”也极高。Pereyra等人[12]测定纯锌粉漆的CPVC值为高于60%。所以对于纯锌粉漆来说，PVC：CPVC的比值变化就很小。另一方面，如果不按照这一比率进行配制的话，就会产生一层多孔涂层，该涂层的抗渗透性和粘合性较差，所以仅适用于做为厚膜体系使用。有些时候市场上的部分锌粉漆PVC值很低，其结果就是这些涂漆由于粘合体系的阻隔而不再具有阴极保护