碳钢表面纳米水性锌铝涂层的配方及性能研究

论文摘要

传统的达克罗涂层凭借其优异的耐蚀、耐热等性能以及低污染无氢脆的生产特点得到了广泛的应用。但随着人们环保意识的增强,达克罗涂层中铬酸盐的使用受到了越来越严格的限制,无铬化涂层成为了发展的必然趋势。但无铬达克罗涂层因失去铬酸盐的缓蚀和自修复作用,其耐蚀性能还有待进一步提高。另外,无铬达克罗涂层的硬度和耐磨性能也不高,限制了该涂层的应用领域。本课题在原有达克罗涂层研究的基础上,首先通过探索试验选择了合适的缓蚀剂和粘结剂来代替传统涂料中的铬酸盐,并确定了涂料中各个组分的大致含量,然后根据涂料主要组分设计了4因素4水平的正交试验,通过考察涂层外观、结合力和耐蚀性确定了优化配方,并在优化配方的基础上改善了涂层的制备工艺。在此基础上,涂层中加入了SiO2、TiO2、Al2O3、ZnO四种不同的纳米微粒制备了纳米复合涂层。最后运用SEM、EDS、XRD等手段分析了涂层的组织、形貌和成分,并研究了加入纳米微粒前后涂层硬度、结合力及耐蚀性能的变化。研究结果表明:涂料的优化配方为,金属粉（锌铝比为4:1）26%（质量百分比,下同）、润湿分散剂20%、缓蚀剂6%、粘结剂8%、增稠剂0.1%、消泡剂及其他表面助剂12%、余量为去离子水;涂层制备工艺参数为,23档甩液3060s、8590℃烘干1015min、290℃固化30min;未加纳米微粒时,涂层表面以锌、铝相为主,片状锌铝粉层层相叠,涂层厚度约为20μm左右,涂层显微硬度为126.267HV,结合良好,涂层在3.5%的NaCl溶液中的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为-0.95V和1.674×10-6A/cm2,在20%的硝酸铵溶液中腐蚀3h不出现锈斑,在5%的中性NaCl盐雾试验中涂层可耐720h腐蚀不出现红锈;加入SiO2、TiO2、Al2O3和ZnO纳米微粒后,涂层表面形貌和相组织基本未发生变化,硬度分别提高了8.2%、15.6%、24.7%和10%,在3.5%的NaCl溶液中加入ZnO、SiO2及TiO2纳米微粒的涂层自腐蚀电流密度均较小(维持在10-6数量级),而加入Al2O3纳米微粒后电流密度有所增大,四种纳米涂层在5%的中性NaCl盐雾中腐蚀1000h后表面均没有出现红锈,只有少量白锈生成,其耐盐雾腐蚀时间较未加时提高了280h。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 金属的腐蚀与防护
• 1.1.1 金属腐蚀的危害
• 1.1.2 金属腐蚀的类型及理论基础
• 1.1.3 金属腐蚀常用的防护方法
• 1.1.4 涂层的防护机理与类型
• 1.2 达克罗涂层技术
• 1.2.1 达克罗涂层技术简介
• 1.2.2 达克罗涂层的优点
• 1.2.3 达克罗涂层的弊端
• 1.3 无铬达克罗涂层技术
• 1.3.1 无铬达克罗涂层技术简介
• 1.3.2 无铬达克罗涂层的优点与不足
• 1.3.3 无铬达克罗涂层的应用及发展方向
• 1.4 本课题的研究意义与研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 试验材料、设备及原理
• 2.1 试验方案
• 2.2 试验材料及主要药品
• 2.3 试验设备
• 2.4 涂料的评价方法
• 2.4.1 黏度
• 2.4.2 分散性
• 2.4.3 稳定性
• 2.5 涂层的评价方法
• 2.5.1 表面形貌及成分分析
• 2.5.2 涂覆量及涂层厚度分析
• 2.5.3 涂层硬度测试
• 2.5.4 涂层附着力测试
• 2.5.5 涂层耐蚀性测试
• 第三章 无铬锌铝涂层配方的设计与优化
• 3.1 涂料基本组分及其作用
• 3.1.1 金属粉
• 3.1.2 润湿分散剂
• 3.1.3 还原缓蚀剂
• 3.1.4 粘结剂
• 3.1.5 其它助剂
• 3.2 单组分的选择
• 3.2.1 金属粉的选择
• 3.2.2 润湿分散剂的选择
• 3.2.3 铬酐替代物的选择
• 3.2.4 增稠剂的选择
• 3.3 正交试验确定理想配方
• 3.3.1 试验方案设计
• 3.3.2 试验结果分析
• 3.4 涂层制备工艺的优化
• 3.4.1 甩液工艺的优化
• 3.4.2 烘干工艺的优化
• 3.4.3 固化工艺的优化
• 第四章 优化配方的涂层组织形貌、成分及性能分析
• 4.1 涂层的宏观及微观形貌
• 4.1.1 涂层的宏观形貌
• 4.1.2 涂层的微观形貌
• 4.2 涂层的成分及物相分析
• 4.2.1 EDS 能谱分析
• 4.2.2 XRD 物相分析
• 4.3 涂层的结合力及硬度
• 4.3.1 涂层的结合力
• 4.3.2 涂层的硬度
• 4.4 涂层的耐蚀性及耐蚀机理
• 4.4.1 硝酸铵快速腐蚀试验
• 4.4.2 中性盐雾试验
• 4.4.3 极化曲线试验
• 4.4.4 涂层的耐蚀机理
• 4.5 无铬锌铝涂层与达克罗涂层的比较
• 第五章 添加纳米微粒对涂层性能的影响
• 5.1 纳米微粒及其添加量的选择
• 5.1.1 纳米微粒的选择
• 5.1.2 添加量的确定
• 5.2 添加纳米微粒后涂层形貌及成分分析
• 5.2.1 涂层表面形貌及成分分析
• 5.2.2 涂层截面形貌及成分分析
• 5.3 添加纳米微粒后涂层硬度、结合力的研究
• 5.3.1 涂层硬度的变化
• 5.3.2 涂层结合力的变化
• 5.4 添加纳米微粒后涂层耐蚀性的研究
• 5.4.1 极化曲线
• 5.4.2 中性盐雾试验
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文