硅烷粘結(jié)劑和無鉻達(dá)克羅涂層的制備及其耐蝕性能研究.pdf

1、達(dá)克羅涂層是迄今最有效的金屬材料的表面防腐方法。該涂層的核心是在利用鉻酸鹽粘結(jié)劑在金屬材料表面形成達(dá)克羅涂層。但是，鉻離子特別是六價(jià)鉻對(duì)人體是非常有害的，很多國家從環(huán)保的角度已禁止使用。因此，為滿足環(huán)保的要求，摒棄有毒六價(jià)鉻的使用，十分需要開發(fā)“以無毒粘結(jié)劑替代有毒的鉻酸鹽制各無鉻達(dá)克羅涂層，并保留達(dá)克羅涂層優(yōu)異的耐蝕、耐熱等性能以及低污染的生產(chǎn)特點(diǎn)”的技術(shù)。為此，開展了本研究。
　　本文從粘結(jié)劑硅烷偶聯(lián)劑入手，選取水溶性γ-（2

2、，3-環(huán)氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（γ-GPS）和醇溶性乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)，通過兩輪正交實(shí)驗(yàn)，利用硫酸銅點(diǎn)滴實(shí)驗(yàn)確定了硅烷處理液主要成分及處理工藝。
　　采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)和X射線能譜(EDS)等技術(shù)研究了金屬基體表面硅烷膜層的表面形貌、成分和結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:硅烷膜主要含有Si、C、O等元素;硅烷與金屬基體界面處發(fā)生了化學(xué)鍵合作用，生成Si-O-M

3、e鍵，而非簡單的物理沉積;并且通過硅醇(Si-OH)間的縮合形成了-Si-O-Si-網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即在金屬表面形成透明的硅烷膜層。
　　運(yùn)用極化曲線、交流阻抗(EIS)、SEM和EDS考察了Q235鋼、熱鍍鋅鋼板和純鋁三種基體表面硅烷膜的耐蝕性能。結(jié)果表明，金屬基體表面硅烷膜層能夠降低腐蝕介質(zhì)（H2O，O2和Cl-等）向基體的擴(kuò)散速度，對(duì)基體起到良好的保護(hù)作用。在VTES溶液中摻雜1×10-3mol/L硝酸鈰，鈰的氧化物或氫氧化物等不

4、溶性物質(zhì)沉積或填充Si-O-Si、Si-O-Me的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，覆蓋了基體的活性區(qū)域，有效抑制了基體的腐蝕。
　　選用水溶性硅烷γ-GPS代替鉻酐作為粘結(jié)劑，其它組分參考達(dá)克羅涂液，首先通過單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)無鉻達(dá)克羅涂液的基本組分進(jìn)行選擇確定，然后利用正交試驗(yàn)確定了各主要組分的配比，最后通過考察涂層外觀、結(jié)合力和耐蝕性等綜合性能確定了無鉻達(dá)克羅涂液配方，即金屬粉（鋅鋁比為6∶1）35％（質(zhì)量百分比，下同）、潤濕分散劑12％、粘結(jié)劑γ-GP

5、S12％、緩蝕劑0.6％、增稠劑0.1％、消泡劑及其他表面助劑0.5％、余量為去離子水。制備工藝參數(shù)為，烘干溫度80℃，時(shí)間10～15min，固化溫度控制在290℃左右，時(shí)間30min左右。
　　討論了鈰鹽摻雜硅烷包覆改性鋁粉的方法，采用鈰鹽摻雜硅烷包覆改性鋁粉替代普通鋁粉獲得改良無鉻達(dá)克羅涂層。借助SEM、XPS、FTIR和EDS等技術(shù)確定了片狀鋁粉表面成功包覆了鈰鹽摻雜的VTES硅烷膜層。包覆改性鋁粉的抗腐蝕效率提高至72％。

6、
　　采用SEM、EDS、開路電位、極化曲線、交流阻抗(EIS)研究了無鉻達(dá)克羅涂層和改良涂層的形貌、成分及其耐蝕性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種涂層中片狀鋅、鋁粉平行于基體排列，呈層疊狀結(jié)構(gòu)分布，鋅、鋁粉表面覆蓋了一層硅烷膜，不含Cr元素，表明涂層主要由鋅、鋁粉和硅烷粘接劑組成。兩種涂層在3.5％ NaCl溶液中的腐蝕電化學(xué)過程均包括三個(gè)不同的階段。在浸泡初期，涂層中的金屬粉由于電解液的侵襲開始活化，體系開路電位較負(fù)，并隨著腐蝕的進(jìn)行電位向

7、正的方向移動(dòng)，改良涂層中包覆鋁粉的腐蝕速度減緩，涂層腐蝕電流密度降低。在浸泡中期，主要以涂層中金屬粉對(duì)基體的犧牲陽極的陰極保護(hù)為主，改良涂層中鋅、鋁粉的腐蝕速度降低，腐蝕產(chǎn)物在涂層內(nèi)的積累較慢，腐蝕電位正移速度減慢，體系腐蝕電位在-0.9～-0.75V(vs.SCE)電位區(qū)間能夠持續(xù)較長時(shí)間，犧牲陽極的陰極防護(hù)作用與無鉻達(dá)克羅涂層相比較能夠持續(xù)更長時(shí)間。浸泡后期，涂層不再具備犧牲陽極保護(hù)作用，主要為涂層中鋅、鋁粉腐蝕產(chǎn)物的阻擋作用，體系