复合防腐蚀涂层（共7篇）
复合防腐蚀涂层 篇1
0前言
低碳钢加工性能优良、强度高、韧性好,应用广泛,但在潮湿的空气中极易受到侵蚀,尤其在沿海地区更为严重。涂层保护是最简单有效的方法之一,传统涂层材料多以溶剂型为主,给环境构成巨大危害,涂层材料的水性化是今后发展的趋势。丙烯酸酯乳液具有良好的耐候性和成膜性,是水性防腐蚀涂层材料的首选[1]。但是涂层的屏蔽性能不够理想,很难实现苛刻条件下对金属的长期保护。
有机氟是一类低表面能单体,将其引入丙烯酸酯聚合物中,在成膜过程中含氟链段可以向涂层表面迁移,降低涂层的表面能,提高涂层的疏水性[2]。同时,氟原子的电子云可以屏蔽碳-碳主链,使改性后的聚合物具有良好的耐久性和抗化学药品性[3],从而为涂层提供良好的防腐蚀性能。但是,含氟单体是一种硬单体,其引入会降低丙烯酸酯乳胶涂层与基材的湿态附着力。叔碳酸乙烯酯分子链柔韧性好,将其引入聚合物中可以克服含氟丙烯酸酯乳液的缺点;同时,叔碳单体较大的空间位阻所产生的伞型屏蔽效应,可以保护自己及周围的基团,协助氟原子改善聚合物的附着力和耐水性[4,5],进一步提高涂层的防腐蚀性能。聚苯胺(PANI)性能稳定,对环境友好,且其氧化还原电位远高于低碳钢等金属,在酸性或中性介质中可以通过电子转移作用和氧化还原作用使金属表面钝化,形成起保护作用的氧化层,在腐蚀防护方面受到广泛的关注[6]。但是聚苯胺本身成膜性不好,将其与丙烯酸酯聚合物混合制备复合涂层可以共同发挥防腐蚀作用。目前,报道的聚苯胺/丙烯酸酯复合防腐蚀材料的制备方法有两种,一种是将聚苯胺粉末溶于特定的溶剂中再与丙烯酸酯树脂混合[7];另一种是将聚苯胺粉末加入丙烯酸酯树脂中共同研磨分散[8]。以上这两种方法都难以用于制备水性聚苯胺/丙烯酸酯复合材料,限制了聚苯胺在水性涂料中的应用。肖伟玲[9]将聚苯胺包裹炭黑乳液与聚丙烯酸酯乳液共混制备了防腐蚀涂层,但其防腐蚀效果要小于聚苯胺乳液和聚丙烯酸酯乳液的,故还有待研究。
本文作者前期研究了聚苯胺乳液与含氟丙烯酸酯乳液复合涂层的防腐蚀性能[10]。为了进一步提高水性复合涂层的防腐蚀性能,本工作研究了不同乳化剂对合成聚苯胺乳液稳定性及其与叔氟丙烯酸酯(VFAc)乳液混溶稳定性的影响,同时研究了复合乳胶涂层在不同p H值的Na Cl溶液中对Q235钢的防腐蚀效果,结合聚苯胺的氧化还原特性、叔氟丙烯酸酯的疏水性和附着力,将聚苯胺/叔氟丙烯酸酯水性复合乳液乳胶涂层用于金属的腐蚀防护,具有实际意义。
1 试验
1.1 聚苯胺乳液的合成
将十二烷基苯磺酸(DBSA,分析纯)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS,分析纯)、十二烷基硫酸钠(SDS,分析纯)、壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10,分析纯)分别和20.000 g水加入到三口瓶中,搅拌至完全溶解,然后加入0.093 g苯胺(An),搅拌0.5 h。缓慢滴加含0.228g过硫酸铵(APS,分析纯)引发剂的水溶液,滴加完毕后,恒温反应6 h,得到不同乳化剂的聚苯胺乳液。苯胺与各乳化剂的摩尔比均为1∶1,反应温度为10℃。
1.2 叔氟丙烯酸酯(VFAc)乳液的合成
叔氟丙烯酸酯乳液的合成[11]:将一定量乳化剂烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵(DNS-86,工业级)、引发剂过硫酸铵(APS,分析纯)、缓冲剂(Na HCO3,分析纯)在蒸馏水中溶解后,加入装有电动搅拌机、冷凝管、温度计的250 m L四口烧瓶中,当体系的温度达到80℃时,同时滴加丙烯酸丁酯(BA,分析纯)、甲基丙烯酸甲酯(MMA,分析纯)、甲基丙烯酸(MAA,分析纯)组成的核单体和APS、DNS-86组成的引发剂乳化剂溶液,调整滴加速度,使核单体与引发剂乳化剂溶液同时滴完,滴加完毕后,保温反应40 min,得到核乳液;然后向核乳液中加入BA、MMA、MAA、叔碳酸乙烯酯(Veova10,工业级)、甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA,工业级)组成的壳单体和APS、DNS-86组成的引发剂乳化剂溶液,滴加完毕后,继续反应1 h,得到VFAc乳液。
1.3 聚苯胺/叔氟丙烯酸酯复合涂层的制备
对Q235钢依次用240,600,1 000号金相砂纸打磨,然后在抛光机上抛光,用丙酮、乙醇擦净表面,然后采用环氧树脂进行封装制成电极,使裸露电极面积为1 cm2,干燥备用。
将制备好的聚苯胺乳液分别与丙烯酸酯乳液(Ac,工业级)或自制的VFAc乳液按质量比2∶1混合,并在磁力搅拌器上搅拌10 min。将得到的复合乳液均匀涂于电极表面,放入50℃烘箱中干燥24 h,涂膜厚度为(50±5)μm。
1.4 性能测定
(1)乳液稳定性
将制备好的聚苯胺乳液放置24h,观察乳液是否分层。
(2)与Ac、VFAc乳液的混溶稳定性
将制备好的稳定的聚苯胺乳液分别与Ac乳液或VFAc乳液按质量比2∶1混合,并在磁力搅拌器上搅拌10 min,放置2 h后观察混合后乳液是否有分层、破乳或凝胶现象。
(3)乳液粒径分布
采用LS-POP(Ⅲ)激光粒度分析仪,以去离子水作分散剂,通过静态非超声波振动法测定乳胶粒子尺寸及其分布。
(4)乳胶膜接触角和吸水率
选用洁净基材制备乳胶膜,用静滴法在JY-82型接触角测定仪上测定乳胶膜表面对水的接触角;将乳胶膜在去离子水中浸泡48 h,取出后擦干表面的水,根据下式计算乳胶膜的吸水率:
(5)乳胶膜附着力
按GB/T 9286-1998的规定用HGQ漆膜划格器测试乳胶膜的干态附着力;湿态附着力是先将试样在水中浸泡24 h,然后擦干表面的水,再按GB/T 9286-1998的规定用HGQ漆膜划格器测试。
(6)电化学性能
用INTERFACE 1000电化学工作站对涂覆涂层的电极进行电化学阻抗和极化曲线测试,以铂丝电极为辅助电极,Ag/Ag Cl电极作为参比电极,涂有复合乳胶膜的Q235钢作为工作电极,工作面积为1 cm2。测试的腐蚀介质为3.5%Na Cl溶液,通过添加盐酸或氢氧化钠调节p H值为1,4,10,13。电化学阻抗谱的交流扰动电压为10 m V,测试频率范围为1×(10-1~105)Hz;极化曲线的测试电压范围为-0.3~0.4 V(相对开路电位)。
2 结果与讨论
2.1 聚苯胺乳液的性能
表1给出了用不同乳化剂制备的聚苯胺(PANI)乳液的性能;粒径分布见图1。可以看出:用阴离子乳化剂DBSA、SDS和SDBS制备的PANI(分别记为DBSA-PANI、SDS-PANI、SDBS-PANI)乳胶粒子的粒径大小虽有不同,但乳液的放置稳定性都比较好;而用OP-10非离子乳化剂制得的PANI乳胶粒子的粒径很大,乳液放置24 h后会分层,说明该乳化剂制备的PANI乳胶粒子处于团聚状态。综上所述可知,用阴离子乳化剂可以制备较稳定的PANI乳液。另外,以DBSA为乳化剂制备的PANI乳液与Ac乳液和VFAc乳液混溶后均破乳,而以SDS和SDBS为乳化剂制备的PANI乳液与Ac乳液和VFAc乳液混溶后均是稳定的,这是因为DBSA的酸性较强,破坏了Ac乳液和VFAc乳液的稳定结构,而SDS和SDBS本身就是制备丙烯酸酯类乳液的良好的乳化剂。因此,选用SDS和SDBS为乳化剂可以制得能与VFAc乳液混溶的PANI乳液。同时,也说明了自制的VFAc乳液同购买的Ac乳液一样,具有较好的稳定性。
2.2 复合涂层的防腐蚀性能
2.2.1 复合涂层的疏水性和附着力
表2给出了复合涂层的接触角、吸水率、干态附着力和湿态附着力数据。从表2可以看出,VFAc涂层的接触角为100.2°,远高于Ac涂层的;VFAc涂层的吸水率为2.90%,低于Ac涂层的,说明VFAc涂层的疏水性比Ac涂层好;VFAc涂层的干态附着力和湿态附着力也都达到0级,较Ac涂层好;在VFAc乳液中混入聚苯胺乳液后制备的SDS-PANI/VFAc复合涂层和SDBS-PANI/VFAc复合涂层的疏水性与附着力均与VFAc涂层的基本一致,说明聚苯胺乳液的引入并没有破坏涂层原有的疏水性和附着力。
2.2.2 复合涂层在3.5%Na Cl溶液中的电化学行为
图2为涂覆Ac、VFAc、SDS-PANI/VFAc和SDBS-PANI/VFAc乳胶涂层电极在p H=7的3.5%Na Cl溶液中的极化曲线,拟合数据见表3。可以看出:VFAc乳胶涂层的腐蚀电流密度低于Ac的,说明制备的VFAc乳胶涂层的防腐蚀性能比Ac的好;而SDS-PANI/VFAc和SDBS-PANI/VFAc乳胶涂层的自腐蚀电流密度均低于VFAc乳胶涂层,说明PANI的引入有利于提高涂层的防腐蚀性能,尤其是以SDS-PANI的引入,使涂层具有最低的腐蚀电流密度,为7.03×10-8A/cm2。这是因为SDBS呈碱性,而SDS偏弱酸性,用SDS合成PANI乳液具有较好的掺杂状态,从而提供了更好的防腐蚀性能。
图3为涂覆VFAc、SDS-PANI/VFAc和SDBS-PANI/VFAc乳胶涂层电极在p H=7的3.5%Na Cl溶液中的电化学阻抗谱。由图3知,涂覆SDS-PANI/VFAc乳胶涂层电极的电化学阻抗谱的容抗弧半径比涂覆VFAc和SDBS-PANI/VFAc的都大(见图3a),阻抗值也最大(见图3b),说明SDS-PANI乳液能给复合涂层提供更好的防腐蚀性能。
图4是涂覆VFAc、SDBS-PANI/VFAc和SDS-PANI/VFAc复合乳胶涂层电极在p H=7的3.5%Na Cl溶液中浸泡不同时间后的腐蚀电流密度曲线。从图4可以看出:随着浸泡时间的延长,VFAc乳胶涂层的腐蚀电流密度呈先缓慢后急剧再缓慢增大的趋势,这是因为最初涂层对腐蚀介质的渗入具有较强的阻止作用,随着时间的延长,腐蚀介质越来越多地渗入涂层,所以腐蚀电流密度急剧增大,随后生成的腐蚀产物吸附在电极表面,对腐蚀起到了短暂的抑制作用;SDBS-PANI/VFAc和SDS-PANI/VFAc复合乳胶涂层的腐蚀电流密度先增大,然后有所下降,最后再次增大,这是因为随着浸泡时间的延长,腐蚀介质逐渐向涂层内部渗透,腐蚀电流密度逐渐增大,当腐蚀介质扩散到金属表面时,会产生腐蚀电流,微弱的电流使聚苯胺本身会发生氧化还原反应,在金属表面形成致密的钝化膜,因而腐蚀电流密度下降,随着浸泡时间延长,直到钝化膜发生破坏,金属开始腐蚀,腐蚀电流密度再增大;SDS-PANI/VFAc复合乳胶涂层的腐蚀电流密度在浸泡过程中一直小于SDBS-PANI/VFAc的,说明SDS-PANI/VFAc复合乳胶涂层的防腐蚀效果更好。
2.2.3 不同p H值介质中复合涂层的防腐蚀性能
图5是涂覆SDS-PANI/VFAc复合乳胶涂层电极在不同p H值的3.5%Na Cl溶液中的极化曲线,拟合数据见表4。从图5可以看出,在不同p H值的Na Cl溶液中,电极的腐蚀电流密度变化不大,腐蚀电流密度均在10-8A/cm2的数量级上,说明该涂层可用于较为宽泛的环境中。
3 结论
(1)以DBSA、SDS和SDBS为乳化剂制备的PANI乳液稳定性较好。
(2)以SDS和SDBS为乳化剂制备的PANI乳液与VFAc乳液的混溶稳定性较好。
(3)SDS-PANI/VFAc复合乳胶涂层具有更好的防腐蚀性能,在25℃3.5%中性Na Cl溶液中,其腐蚀电流密度为7.03×10-8A/cm2,阻抗可达到108Ω·cm2;在p H=1到p H=13的3.5%Na Cl溶液中,其腐蚀电流密度均在10-8A/cm2的数量级上,在p H值较为宽泛的腐蚀环境中均可应用。
参考文献
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复合防腐蚀涂层 篇2
粉末涂料不含溶剂, 具有近100%的利用率, 高效、环保、节能、经济, 其涂层具有优异的机械性能和耐候抗腐蚀性能, 近二十年来在世界范围内取得了迅猛的发展。目前采用含有片状材料的环氧树脂粉末涂料作热喷涂金属涂层的封闭层, 同时又采用具有装饰和防护作用热固性粉末涂料作外层的技术设计还未见有公开的报导。
在徐州问世金属表面腐蚀防护的复合涂层, 在金属表面紧密结合覆盖有由底层、中间层和外层组成的复合涂层, 复合涂层的底层是热喷涂金属层、中间层为环氧粉末涂料喷塑层、外层为热固性粉末涂料喷塑层。
复合防腐蚀涂层 篇3
镁合金具有许多优异的性能,已被应用于汽车、航空航天以及3C等领域。但是,镁合金极其活泼,在空气中很容易氧化,生成疏松、保护能力差的氧化膜,在大气、土壤和海水中极易发生严重的腐蚀[1,2,3],极大地限制了其更广泛的应用。目前,常用化学转化、阳极氧化、微弧氧化、金属镀层及有机涂层等对镁合金进行防护[4,5]。有机涂层最经济有效[6],但与镁合金黏着不好,若对镁合金进行预处理使其表面粗化,则可以增强两者间的附着力[7,8]。
本工作对AZ91D镁合金作2种预处理后进行阴极电泳和喷涂面漆,制备了2种有机复合涂层;通过盐雾和电化学试验研究了其耐腐蚀性能。
1 试 验
1.1 基材的预处理
以AZ91D镁合金为基材,尺寸为10.0 mm×4.5 mm×3.0 mm,其化学成分见表1。
采用水性砂纸对AZ91D镁合金打磨,抛光;用3%专用脱脂粉,5%专用脱脂剂除油,温度50～70 ℃,时间 5 min;蒸馏水清洗。此后,分别作2种预处理。
(1)无铬转化:80 g/L JM - A,1 g/L JM - B;pH值2.4～2.8,表调时间90～120 s,成膜时间5 min。(2)微弧氧化:5 g/L Na2SiO3,8 g/L KF,11 g/L KOH;电源频率400 Hz,电压360～380 V,电流115～145 A,占空比8%～10%;时间8 min。
1.2 有机复合涂层的制备
(1)阴极电泳底层
采用环氧电泳漆;电压220 V,pH值5.3±0.5,槽液温度27.5 ℃,时间4 min。
(2)喷涂面漆
将8678S/J4037型有机硅树脂与NC - 1048纳米陶瓷涂料以3 ∶1质量比混合,用W61型设备进行常规喷涂。
(3)固化
烘烤温度160～180 ℃,时间20～30 min。
以无铬转化预处理的有机复合涂层为1号试样,微弧氧化预处理的为2号试样。
1.3 性能测试
采用TT260涡流测厚仪测量无铬转化膜和微弧氧化膜的厚度。采用PosiTector 6000型超声波测厚仪测量有机复合涂层的厚度。分别按GB/T 9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验和GB/T 6739-1996涂膜硬度铅笔测定法,测试其附着力和硬度,铅笔与膜平面呈45°。使用金相显微镜观察膜及有机复合涂层的表面形貌。
通过盐雾试验和电化学方法测试膜及有机复合涂层的耐腐蚀性能[9],测试前用石蜡或环氧树脂对试样进行封边,留出工作面,其他条件如下 :
根据ASTM D 3359202,在涂层上划出30°～45°的×,并露出AZ91D镁合金;按照GB 6458-86,以3.5%NaCl为介质,pH值6.5～7.2,喷雾;(35±2) ℃,120 h;设备为YWX/Q - 250盐雾试验箱;按GB/T 6461-2002评定等级。
采用三电极体系进行电化学测试:以铂电极作辅助电极,饱和甘汞电极(SCE 232)作参比电极,涂层试样作工作电极,有效曝露面积1 cm2;设备为PGSTAT30电化学综合测试仪,电解液为3.5%NaCl,测量开路电位和Tafel极化曲线的扫描速率为1 mV/s。
2 结果与讨论
2.1 有机复合涂层的形貌
图1是2种预处理及有机复合涂层的显微形貌。图1a属于正常形貌。图1b中棉絮状的球形颗粒是纳米陶瓷颗粒,黑灰色部分是有机硅树脂固化后的形态。图1c和图1d中2种机复合涂层的形貌没有区别,是因为面涂料及涂装工艺完全相同,且涂层表面均平整、均匀。
2.2 有机复合涂层的力学性能
表2为2种有机复合涂层的力学性能。从表2可以看出,2种有机复合涂层都具有良好的附着力和硬度,2号的比1号的高,原因如下:(1)无铬转化膜表面由大量宽为1～3 μm、纵横交错的多边形“裂纹”组成,近似成锯齿状,能与有机复合涂层形成良好的附着,而微弧氧化膜表面存在着大量的显微空洞,可以吸附大量的涂料,并有利于向微弧氧化膜内部渗透,形成机械嵌合,因而与有机复合涂层的黏结性比无铬转化的好;(2)阴极电泳底层在整个有机复合涂层中起到了承上启下的作用,环氧电泳漆中的极性基团-NCO,环氧键等可以与基材表面形成化学键结合,提高了有机复合涂层与基体的附着力;(3)涂料中加入纳米陶瓷颗粒,由于小尺寸效应、量子效应和诱导效应[10],提高了涂料的光泽度、流平性、柔韧性和抗紫外光的老化能力,有助于提高有机复合涂层的韧性和其他力学性能,尤其是大大提高了抗划伤性能;(4)微弧氧化膜的光泽度和硬度高于无铬转化膜层。
2.3 有机复合涂层的耐盐雾腐蚀性能
2种预处理及有机复合涂层的耐盐雾腐蚀结果见图2。由图2可见:2种有机复合涂层表面都轻度变暗;1号试样的×边缘出现了局部点蚀和鼓泡现象(图4b○处),交叉点的腐蚀程度较其他地方严重,出现了剥离,2号试样×边缘的腐蚀特征与1号的相似,但程度较轻,只有一处发生鼓泡,且交叉处未发生剥离、开裂现象。由上可知,2种有机复合涂层对AZ91D镁合金都具有良好的防腐蚀能力,都有优异的附着性,2号涂层的耐盐雾性能、力学性能比1号的好。两者耐蚀性的差异是由预处理工艺的不同而造成的,因为微弧氧化膜包含与基材呈冶金结合的致密层和表面多孔层:多孔层能增大实际接触面积,加强涂层与基材的机械嵌合,提高附着力;致密层具备一定的耐腐蚀性能,延缓了腐蚀介质与基材的接触。无铬转化提高有机复合涂层耐蚀性的原理和微弧氧化的基本一样,但膜厚(约2～5 μm)远低于微弧氧化膜(一般达10 μm以上),故而耐腐蚀效果稍差。
2.4 有机复合涂层的电化学性能
有机复合涂层的开路电位曲线显示:2种有机复合涂层均显著提高了AZ91D镁合金的开路电位,即提高了其耐腐蚀性,但2号涂层的效果更好;随着时间的延长,2种有机复合涂层的开路电位基本不变(见表3),表明2种有机复合涂层在浸泡过程中均未发生腐蚀。
图3是基材和2种涂层的Tafel极化曲线,其具体参数见表4。
由图3可知:2种有机复合涂层都能使AZ91D镁合金的Ecorr明显正移,Jcorr明显降低,Rp分别提高了4倍和7倍。从热力学角度看,Ecorr越正,腐蚀倾向越低,说明其耐蚀性越好。从动力学角度看,Jcorr越小,腐蚀速率越小,即耐蚀性越好。结合表4可知,1号有机复合涂层的自腐蚀电位稍高于2号,但2号涂层的Jcorr却比1号的小。据此可以断定:2种有机复合涂层未发生破坏时的腐蚀倾向大致相同(1号涂层略优于2号涂层);一旦发生腐蚀,2号涂层的腐蚀速率要大大小于1号涂层。这是因为微弧氧化膜与基材呈犬牙交错的冶金结合及呈现表面多孔的结构,与基材及有机复合涂层都具有好的结合性,阻挡了Cl-等腐蚀性离子的侵入,缓解和抑制了基材在盐水溶液中的电化学腐蚀;无铬转化膜层由于结构及厚度的劣势,在阻滞腐蚀介质侵入和扩散方面效果稍差。
3 结 论
(1)无铬转化/阴极电泳层/有机涂层和微弧氧化/阴极电泳层/有机涂层都显著提高了AZ91D镁合金的耐盐雾性能和抗划伤性能,但后者的硬度及与基材的附着力分别达到8 H和0级,比前者更耐盐雾腐蚀,对AZ91D镁合金的总体保护效果更好。
(2)无铬转化/阴极电泳/有机涂层和微弧氧化/阴极电泳/有机涂层的开路电位和自腐蚀电位较AZ91D镁合金发生了明显正移,Ecorr分别提高了约130 mV和80 mV,Jcorr降低了约40%和70%,Rp提高了约4倍和7倍,提高了其耐腐蚀能力。
参考文献
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复合防腐蚀涂层 篇4
通过热喷涂技术制备各种功能性涂层对工件表面进行防护, 正得到广泛的应用[1]。现代科技的迅速发展对材料的要求越来越高, 已有的涂覆技术难以满足其需求, 研发新的技术是目前获得高性能涂层的发展趋势。近年来, 激光与等离子复合喷涂工艺已成为美国、日本、加拿大等国的研究热点, 制备的NiCrBSi, NiTi, Al2O3 - TiO2涂层组织更加均匀致密, 结合强度、耐腐蚀、抗热震、耐磨损等性能进一步提高[2,3,4], 因而具有广阔的应用前景。NiCrAlY被广泛用于制备高温抗氧化涂层和热障涂层的粘结层, 常用的工艺有大气等离子喷涂、低压等离子喷涂、超音速火焰喷涂和爆炸喷涂等[5,6,7]。目前, 利用复合热源制备NiCrAlY涂层, 国内外尚无报道。本工作利用激光与等离子复合热源喷涂 (LHPS) 工艺制备了NiCrAlY涂层, 并对其微观组织、抗盐雾腐蚀性能和机理进行了研究。
1 试 验
1.1 涂层制备材料与工艺
以38CrMoAl为基材:成分 (质量分数, %) :0.350～0.420 C, 0.300～0.600 Mn, 0.700～1.100 Al, 0.200～0.450 Si, 0.150～0.250 Mo, 1.350～1.650 Cr, P≤0.035, S≤0.035, Cu≤0.030, Ni≤0.030, Fe为余量;尺寸为35 mm×35 mm×5 mm;用Al2O3喷砂。喷涂材料为超声气体雾化NiCrAlY合金粉末, -280目, 成分 (质量分数, %) :24.000～26.000 Cr, 4.000～6.000 Al, 0.400～0.700 Y, Fe≤0.200, Si≤0.100, C≤0.020, O≤0.085, N≤0.020, Ni为余量。涂层制备设备:AM356型YAG固体激光器与APS2000型等离子喷涂设备, 喷涂参数见表1。
喷涂时等离子焰流垂直于基体扫描, 激光束与基体呈45°, 喷涂层的总厚度为350 μm。
1.2 涂层性能测试
按HB 5476-91, 在Z100电子万能材料试验机上采用对偶拉伸棒测试涂层的结合强度, 每组5个试样, 取其平均值。按GB/T 13298-91, 采用JENAPHOT2000金相显微镜观测涂层的微观组织结构。按GB/T 10125-1997进行中性盐雾腐蚀 (NSS) 试验, 喷雾液为3.5%NaCl溶液, pH值为6.5～7.2, 测试温度35 ℃。有效腐蚀区域为25 mm×25 mm, 其余用氯丁橡胶封闭, 固化后进行腐蚀测试;试验周期为96 h, 在腐蚀试验前后对试样进行清洗与称重。采用D8ADVANCE型X射线衍射仪 (XRD) 对涂层的成分和物相进行分析:Cu Kα靶, 40 kV, 20 mA。采用CamScan3400型SEM设备测试涂层腐蚀前后的形貌及面扫描状况, 电子枪采用钨灯丝发射, 最高可放大40万倍。
2 结果与讨论
2.1 涂层显微组织结构及结合强度
图1为LHPS NiCrAlY涂层状态。由图1可以看出:涂层与基体间如同焊缝一样, 结合得非常致密;界面结合处无明显的缝隙和缺陷;涂层内部出现了冶金结合所特有的枝晶结构, 没有大的孔洞和明显的缺陷。
表2为LHPS NiCrAlY涂层与基体的结合强度。由表2可知, 有3组从胶与基体的结合界面处断开, 这是胶的粘结强度, 而涂层与基体的实际结合强度要高于此拉断值, 其平均结合强度值为63.00 MPa。
涂层的致密组织结构和高的结合强度说明:在LHPS过程中, 激光热源使得喷涂粉末受热熔融更充分, 铺展流动性更好, 同时也使基体表面瞬间产生了微熔池;当熔融态粉末快速喷涂到基体微熔池中时, 实现了液液结合, 因而其涂层组织更加致密, 缺陷少, 结合强度高, 更有利于提高其抗腐蚀性能。
2.2 涂层腐蚀前后的XRD谱
图2为涂层腐蚀前后的X射线衍射谱。由图2可以看到:腐蚀前涂层主要由AlNi3, Al8Cr5, NiO2, AlNi, NiCr2O4等组成;腐蚀后涂层的产物主要由 AlNi3 , Fe (OH) 3, FeCl2, Fe2O3, Al2O3, (Cr, Fe) 2O3等组成。
2.3 涂层抗腐蚀性能与机理
在NSS过程中, 30 min即可观察到基体表面的腐蚀点, 且多点同时出现, 分布均匀, 随腐蚀时间的延长, 腐蚀点迅速增多并快速扩展长大, 数小时后各腐蚀点连结成面, 呈疏松壳层状, 层层叠加累积。在盐雾冲击及腐蚀产物不断流落下, 新的表面不断裸露, 增大了盐雾腐蚀溶液与基体表面的接触面积, 如此循环, 使腐蚀在基体深度方向发展得很快。图3a为基体腐蚀96 h后的形貌, 腐蚀较严重。图3b是NiCrAlY涂层宏观形貌, 腐蚀16 h后表面仅有单个腐蚀点, 且腐蚀点的生成和扩展速度非常缓慢, 随腐蚀时间的延长, 腐蚀点增多, 由于长大速度极其缓慢, 96 h后各腐蚀点仍呈单个分散状态, 无腐蚀产物流下。由此可知, LHPS NiCrAlY涂层的抗盐雾腐蚀性能远远优于基体, 且随腐蚀时间的延长, 优越性更加显著。
基体盐雾腐蚀的失重量为5.206 g/ (m2·h) , LHPS NiCrAlY涂层的则为0.090 g/ (h· m2) , 涂层的失重量约是基体的1/50。可见, LHPS NiCrAlY涂层的抗盐雾腐蚀性能非常优异。
图4为LHPS NiCrAlY涂层腐蚀前后的SEM和面扫描形貌。由图4a～4e可以看出:腐蚀前涂层中Ni, Cr, Al分布均匀, 没有Y, 而Ni, Cr, Al总是在同一位置出现, 说明NiCrAlY粉末在涂层中始终以合金的形式存在;涂层表面分散有一些圆形颗粒, 大小不一, 面扫描的结果为元素Fe, 这是试样线切割时产生的Fe的氧化物。由图4f～4j可见, 涂层腐蚀后表面形成了疏松的壳层状物, 主要为Fe, 未腐蚀部分仍为NiCrAlY粉末, 且以合金的形式均匀分布, 这也验证了腐蚀产物主要为Fe的氧化物或氯化物, 与X射线衍射的结果相符。
通常, 在腐蚀介质中, 热喷涂涂层内部的非平衡相、夹杂物、残余应力以及孔隙率都可能引发腐蚀[8]。而在LHPS过程中, 被激光热源熔融的基体会有部分同熔融的喷涂粉末一起凝固于涂层中, 成为涂层内部的非平衡相, 且电位较低, 当腐蚀溶液渗透到这些部位时, 便发生腐蚀。在盐腐蚀溶液的作用下, 涂层中大孔和裂纹处是产生腐蚀的主要部位, 孔隙直径或裂纹宽度在0.025～0.100 mm就足以使介质滞留, 引起孔隙内金属的腐蚀[9]。当腐蚀介质进入到涂层孔隙和裂纹内时, 孔隙内金属就处于活化状态 (如基体成分中Fe电位较负) , 而孔隙外涂层表面的金属仍处于钝态 (电位较正) , 于是孔隙内外构成了膜 - 孔电池。孔口及孔内外金属将发生如下反应:
孔内undefined
孔外undefined
孔口 pH值增高, 产生二次反应
undefined
Feundefined
Fe (OH) 3沉积在孔口形成疏松多孔壳状层, 使孔内外物质交换困难, 孔内介质相对孔外介质呈滞流状态。孔内O2浓度继续下降, 而孔外富氧, 形成氧浓差电池, 加速了孔内Fe元素不断离子化, 孔内Fe2+浓度不断增加, 为保持电中性, Cl-向孔内迁移, 并与孔内Fe2+形成可溶性盐 (FeCl2) 。孔内氯化物浓缩、水解等使孔内pH值下降, 腐蚀以自催化过程不断发展下去, 这便是腐蚀点在涂层表面生成以及不断长大和扩展的原因。因此, 复合热源NiCrAlY喷涂层的腐蚀失效机制主要为孔隙腐蚀, 但因NiCrAlY涂层成分中Ni, Cr, Al等非常容易发生钝化, 生成一层保护性的钝化膜, 如Al2O3, 而发生钝化又使得腐蚀扩散阻力变得很大, 造成涂层表面腐蚀点的长大, 扩散速度非常缓慢。
3 结 论
(1) 利用激光与等离子复合热源喷涂工艺在38CrMoAl上成功地制备了NiCrAlY涂层。激光热源的加入使喷涂粉末熔融更充分、流动铺展性更好, 同时基体表面生成微熔池, 与涂层实现了冶金结合, 具有致密的显微组织结构以及高的结合强度。
(2) 激光与等离子复合热源喷涂NiCrAlY层具有优异的抗盐雾腐蚀性能, 腐蚀失效机制主要为孔隙腐蚀;NiCrAlY涂层腐蚀96 h后, 失重量约是基体的1/50, 且随腐蚀时间的延长, 其抗腐蚀优越性更加明显。
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复合防腐蚀涂层 篇5
有机涂层是防止和减缓金属腐蚀的常用方法之一,其制备方法很多,如刷涂、辊涂、静电喷涂法、热喷涂法、旋涂法等,每种方法各有利弊。目前多用静电纺丝法制备过滤材料、生物医用功能材料、传感器材料等领域[1],同时它也是制备高分子涂层的一种新方法。 静电纺丝得到的纤维直径在微米和纳米之间[2],比表面积更大、力学性能更优[3]。近年来,通过静电纺丝技术制备高分子纳米纤维作为金属防腐涂层已成为一种新的防腐技术,以下对其已有研究与应用作一归纳,以期为腐蚀防护提供一种新信息和新方法。
1单一聚合物静电纺丝
聚合物通过静电纺丝制备的纤维可作为金属防腐涂层,简单有效,如聚乙烯醇( PVA) 纤维层,用乙二醛对PVA 120 ℃ 交联反应60 min和150 ℃ 交联反应15 min,3% Na Cl( 质量分数) 溶液中的电化学测试结果表明,对于裸铝,交联后的PVA涂层比未交联的具有更明显的保护作用,前者性能更佳[4]。
使用静电纺丝技术在铝、不锈钢和铜表面沉积得到聚氯乙烯( PVC) 纳米纤维层,在3. 5% Na Cl( 质量分数) 溶液中对其进行了循环极化曲线测试( CPP) 和电化学交流阻抗测试( EIS) ,结果表明,静电纺丝纤维层的腐蚀速率较基体明显下降[1]。在铝表面电纺制备PVA纤维层,纤维直径为80 ~ 100 nm,长度为3 ~ 5 μm,纤维之间互相交缠后直径则为100 ~ 199 nm; 沉积PVC纤维涂层的Al具有相当低的腐蚀电位 ( - 0. 89 V) 、腐蚀速率 ( 0. 027 mm / a ) 和高的阻抗值 ( 132. 8 kΩ·cm2) ,对Al表面提供了优良的保护,对不锈钢和铜同样也有良好的保护作用; PVA纤维涂层能减小腐蚀电流,减缓腐蚀速率,对铝也具有保护作用[3]。
可将单一聚合物与缓蚀剂混纺。缓蚀剂苯并三氮唑( BTAH) 与尼龙混纺,其电纺结构可以用作防腐蚀屏障,也可以作为纳米容器用于储存缓蚀剂,如纺丝液中添加不同含量的BTAH,在铜表面制备尼龙6 -6电纺纤维层,再涂覆一层醇酸树脂清漆加强保护,在氯化铵硫酸盐溶液中浸泡6周,BTAH含量为20% 时效果最佳, 尼龙-BTAH样品( 不论是否涂覆醇酸树脂) 的阻抗模值和噪音电阻比裸铜至少高了1个数量级; 电纺结构可以阻碍活泼离子的扩散[5]。
分别使用静电纺丝法和浸涂技术在镁合金表面涂覆聚乳酸( PLA) ,发现短时间内2种技术均能明显提高镁合金的耐腐蚀能力,两者的腐蚀电位明显提高,但浸泡时间延长后,静电纺丝得到的涂层依然较为稳定, 而浸涂得到的多孔涂层则出现部分降解[6]。
使用静电纺丝技术在铝表面可以简单经济地获得一种微米和亚微米结构的氟化嵌段共聚物涂层[7],用于制备超疏水涂层,该二嵌段共聚物第一嵌段为聚无规共聚物( 全氟癸酸-co -丙烯酸) ,即PFDA -co -AA,第二嵌段为聚丙烯腈( PAN) ; 130 ℃ 退火处理后,涂层中的含氟嵌段通过降低表面能促进涂层的疏水性,含氟嵌段中的羧酸基团能使涂层完全附着于铝表面,PAN嵌段则确保了涂层退火后表面结构的稳定。该涂层对铝具有良好的附着力并具有优秀的防腐蚀性能。
具有特殊性能的聚合物静电纺丝纤维可以作为填料添加在涂层之中为涂层增加新的性能。将电纺热塑性聚 ε -己内酯( PCL) 纤维随机分散在环氧涂层中制备得到一种形状记忆自修复涂层[8]。使用的PCL是由一种交联网状PCL( n -PCL) 和一种高分子量线性PCL ( l-PCL) 组成的。其中,n -PCL具有形状记忆能力,加热状态下可使形状恢复,而l -PCL则作为自愈合剂对裂缝进行修补。在加热状态下,n -PCL的形状记忆能力将涂层裂缝拉近,熔融流动的PCL纤维将裂缝修补。 制备得到的涂层具有优秀的自修复能力。
2核-壳结构纤维
静电纺丝制备核 -壳结构纳米纤维可作为自愈合涂层,涂层被划伤后,核层的缓蚀剂得到释放,从而起到了自愈合作用。
将2种聚硅氧烷前驱体愈合剂( 催化剂) 添加到串珠形态的核层结构中,同轴电纺沉积在基体表面,愈合剂密闭在壳层聚乙烯吡咯烷酮( PVP) 中[9]; 在涂层被机械划伤后核层愈合剂会释放,到达自愈。在3. 5% Na Cl( 质量分数) 溶液中的电化学试验显示,未涂覆涂层裸样的腐蚀电流极高,只涂覆聚丙烯酸聚氨酯树脂 ( NOA) 涂层的试样的腐蚀电流较高,而涂覆NOA + 自愈合电纺层的试样则表现出了优秀的自愈合性能。
分别将芯层材料自愈合剂二甲基硅氧烷( DMS) 和固化剂二甲基氢硅氧烷混入聚丙烯腈( PAN) 溶液中, 电纺得到2种核-壳结构纤维混合物用作防腐蚀涂层。 当涂层划伤后,芯层的自愈合剂和固化剂被释放,混合反应生成聚二甲基硅氧烷( PDMS) ,产生自愈合效应, 对金属产生保护作用[10]。将电纺沉积不同时间的试样机械划伤,暴露在4% Na Cl溶液和醋酸中,静电纺丝层对钢产生了明显的保护作用,自愈合效果明显。
使用聚四氟乙烯为壳层材料,聚 ε -己内酯( PCL) 为芯层材料,通过同轴静电纺丝制备了超疏水、超疏油纤维,同轴纺丝层对水滴接触角最大约158°,十二烷液滴接触角约130°,均大于PCL纤维层,表明制备得到的纤维层具有优秀的疏水疏油能力[11]。该性质完全可以用于制备防腐蚀涂层或应用于其他领域。
3结论与展望
静电纺丝作为制备防腐蚀涂层的新技术具有广阔的发展前景,但仍存在一些问题: 静电纺丝纤维与基体金属附着力不强,易剥落; 纺丝过程易受到外界温度、 湿度等因素的影响; 操作条件有限,目前难以应用于大面积防腐蚀。
浅谈混凝土防腐蚀涂层质量控制 篇6
防腐蚀涂料不光要具有比较好的防腐蚀性能、抗老化性能,还必须具有优异的工作性能,如保光、保色性能,涂层承受构件变形的能力等,进场后应查看出厂合格证和相关监测资料,按相关规范要求进行见证检验。
2 防腐蚀涂层的施工工艺
2.1 混凝土涂装前的表面处理
混凝土进行涂层涂装施工前,其龄期不应少于28天,并应通过相关单位质量验收合格。施工前要对混凝土表面进行清洁,清洁方式可采用高压水(压力不小于20MPa)冲洗,同时使用各种手动或者动力打磨工具,彻底除去混凝土表面上的不牢灰浆、尖角、海生物、油污等污染物及其它松散附着物。表湿区混凝土表面用淡水冲洗后,会有一部分水残留在混凝土表面上形成水珠或者水迹,这时我们可以通过晾晒或者用无纺布、海绵等将其抹去,尽量使混凝土表面处于表干状态;应采取措施保证表干区混凝土表面在进行防腐蚀涂料涂装前保持干燥,混凝土表面的含水率不应大于6%。对于涂装多层防腐蚀涂层的混凝土,在混凝土表面已有涂层上涂装下一道涂层前,应确保前一层涂层已干燥固化,对于上一道涂层上的泥尘、油污等污染物,可用淡水冲洗或者用清洁剂清除油污,但是要确保在涂装本层涂层前,上一道涂层表面干燥。
2.2 防腐蚀涂层涂装施工
混凝土表面涂装时,要确保施工单位不得随意变更确定的涂料品种及其生产厂家,当遇到特殊情况确实需要变更时,不得降低防腐蚀涂层的设计使用年限要求,施工单位提出的变更要求必须经过试验检测合格,并经过监理工程师和业主批准。
在防腐蚀涂层涂装施工过程中,必须按照涂料生产厂家规定的比例拌合涂料,一套涂料拌合好后,必须在规定的混合使用期内用完,若因特殊原因未能在规定的时间内使用完,其剩余涂料严禁继续使用。涂料拌合时,应使用机械式搅拌器搅拌涂料,同时保证有足够的搅拌时间,确保涂料搅拌均匀。
涂层之间的重涂间隔应参照使用说明书及现场气温确定,第一道封闭底漆的黏度应适当,涂刷应均匀,不应出现露底现象,对边角等不易涂装的部位,用刷涂法进行预先涂装或补涂。
防腐蚀涂层施工不应在雨天或者空气湿度超过规范规定限值的天气环境下进行,根据相关规范规定,防腐蚀涂层施工的环境条件要求为:温度为5℃~38℃空气相对湿度应在85%以下。在雨、雾、雪、大风和较大灰尘的环境条件下,不应进行涂装施工,在涂装施工过程中应做好施工记录。当施工现场的环境温度小于5℃时,应确认防腐蚀涂料能否在低于5℃的条件下使用,否则应采取适当措施。如:使用冬用型固化剂,以保证涂层能顺利固化,达到应有的性能。
在一桶涂料使用完后,应对涂料空桶的数量进行核对并妥善处置,避免环境污染。
大面积涂装施工前应在表干区和表湿区分别选7㎡~20㎡面积试验区进行涂装小区试验。小区试验位置应选择具有代表性的部位,特别应考虑风力、风向等对涂料耗用量的影响。
2.3 涂装小区试验
小区试验整个过程应记录存档,小区试验满足规定要求后,应作为混凝土构件涂装的标准。小区试验使用的每种涂料应取不少于3kg的样品进行相关性能的检验,同时应留置检测样品,涂料检测结果应存档。应使用涂装施工使用的机械设备、机具和工艺进行混凝土表面处理,混凝土表面处理应满足要求。实验区应确定涂料施工工艺参数,包括表干、实干时间,最长和最短的涂覆间隔时间,一道涂层的干、湿膜厚度及理论涂装用量等。
测定各层涂料耗用量(kg/m2),并与涂料理论用量比较,计算涂料损耗系数。测定各道涂层的湿膜厚度和干膜厚度。涂层涂装完毕7天后,用混凝土表面涂层厚度测定仪,随机在涂层上均匀选点,测定涂层的干膜厚度,测点总数应不少于30点,通过计算30个测点的涂层干膜厚度算术平均值,用来代表所测涂层的平均干膜厚度,顶面涂层的平均干膜厚度应不小于330μm,最小干膜厚度应不小于280μm,立面区涂层的平均干膜厚度应不小于360μm,最小干膜厚度应不小于306μm。
涂层经7d自然养护后,在试验小区的上、中、下3个部位,每个部位3个测点,采用拉脱式涂层粘结力测试仪,对涂层的粘结强度进行测定。计算出9个测点的粘结强度的算术平均值,作为涂层的粘结强度代表值,涂层的粘结强度代表值不应低于1.5MPa,所测定的9个测点中的最小粘结强度测点值应不小于1.2MPa。
涂层粘结强度测定后,应立即对铝合金铆钉头型圆盘座的底面粘结物的情况进行观察,如果圆盘底面粘附着涂层或混凝土等物体的面积大于圆盘底面面积的75%,则试验数据有效。
如果圆盘底面粘附着涂层或混凝土等物体的面积少于圆盘底面面积的75%,而且测定的粘结强度小于1.5MPa,则可在该测点附近的涂层面上重做粘结强度检测。
小区试验的各种记录,包括混凝土表面处理、涂料品种、各层涂料耗用量(kg/m2)、每道涂层湿膜和干膜厚度、涂层与干燥混凝土表面粘结强度、涂装施工等资料,均应记录归档,并分别作为混凝土涂层防腐蚀施工的参照依据。
在防腐蚀涂料的涂装试验中,若测定涂层的粘结强度不能达到规范要求的1.5MPa时,试验人员应重新选取双倍面积试验区进行新的涂装试验,如所做试验结仍不合格,应重新做该区的混凝土涂层配套设计和试验。
3 施工的质量控制和检查
施工前应对检测仪器和计量工具进行校验,并对施工设备以及用具进行检验,确保相应设备以及用具满足使用要求及安全要求。
在防腐蚀材料施工过程中,在进行下一道工序前,必须确保上道工序检查验收合格。如涂装第一道封闭底漆前,应先确保混凝土表面质量验收合格。
必须保证涂装现场温度、环境和相对湿度等施工条件满足涂料适应的范围才能进行施工,在施工过程中要做好涂装环境条件的记录。涂层应在混凝土表面清洁、干燥的条件下施工,涂层施工之前要对混凝土的表面处理情况进行认真检查。
每道涂装施工前应对上道涂层的表面状况进行检查,当发现已涂装涂层出现漏涂、流挂、变色、针孔、裂纹等情况时,应分析涂装缺陷产生的原因并及时进行修复处理。上道涂层施工完成后,施工单位进行自检,自检合格后,报监理工程师验收,合格后才能进行下一道涂层施工。涂装结束后,尽快组织相关单位对涂层整体进行外观目视检查,并记录检查的结果。涂层的表观质量应表现为厚度和色泽均匀、无气泡、裂纹等缺陷。如发现有缺陷,应根据缺陷的大小采取相应的应对措施来及时进行修复处理。
涂装完成后7d,应进行涂层干膜厚度测定。每500m2面积作为一个检测组,每检测组的检测点数应不少于10个,漆膜厚度检测委托有资质的第三方检测,并出书面检测报告。当不符合干膜厚度要求时,应根据缺陷实际情况进行分析,采取措施对其进行补涂,使其达到规定的干膜厚度要求。
涂装施工完成后7d,施工单位自检和监理单位验收时,可采用拉脱式涂层粘结强度测定仪对涂层的粘结强度进行测定。测定标准为:每500m2面积作为一个检测组,每组测定的总点数应不少于3个,监理单位见证第三方检测,并做好检测记录。当测定结果显示涂层的粘结强度达不到规范要求的1.5MPa时,检查人员应在原检测点附近再次选取涂层面进行测定,此时所选的测点数量要加倍。如仍不合格,涂层施工应返工。
4 检测与验收
4.1 涂料质量检测
涂层涂装施工的质量直接关系到涂层系统防腐的效果,应针对施工时使用的涂料、涂层进行独立的质量检测。
涂层防腐工程质量检测内容主要包括:开工前及涂装小区试验涂料及涂层性能检测;涂料运抵现场后各批次进场涂料性能及涂层性能检测;现场涂层厚度检测、涂层粘结强度检测等。
4.2 涂层验收
涂层验收宜在涂装完成7d后进行,可按涂层分项、分部工程进行验收。涂层分项工程分为:材料(涂料、稀释剂、修补腻子)、混凝土表面处理、涂装、涂层厚度、涂层粘结强度等。
5 结束语
复合防腐蚀涂层 篇7
汽车由各种金属零部件和非金属零部件组成,在使用过程中不可避免地会遇到腐蚀问题,给社会造成了巨大的经济损失。随着社会的发展和人类生活水平的提高,人们对汽车舒适性和耐久性的要求也日益提高;另外,随着消费者维权意识的不断加强,因汽车腐蚀导致的召回事件也越来越多,这就要求汽车整车的防腐蚀性能必须与其使用寿命相适应。为此,发达国家的汽车厂商都制定了针对汽车整车的防腐蚀标准,见表1。
2汽车防腐蚀应对措施
2.1汽车产品设计过程中的防腐蚀措施
2.1.1汽车产品用板材的选择
车身板材的选择非常重要,世界各国汽车行业普遍使用单面镀锌钢板或双面镀锌钢板提高车身的耐腐蚀性能。根据瑞典腐蚀研究所的调查,7~10 μm厚的镀锌层具有良好的耐腐蚀性,2~5 μm厚的锌-镍层防腐能力小于7年。在青岛海洋腐蚀研究所的腐蚀试验场,发现采用相同涂装工艺、但板材不同的2个轿车车门8年后的腐蚀情况出现了明显差别:冷轧板车门由于空腔部位没有泳上电泳漆或电泳漆膜偏薄,在第3年就已经出现锈蚀; 而采用镀锌板的车门8年后基本无腐蚀,见图1。 目前国内绝大部分汽车厂的车身仍全部采用冷轧钢板,只有个别合资企业生产的轿车车身车门等部位采用镀锌钢板。
因此,车身外表面用板材推荐采用电镀锌板和热镀锌板等,车身内表面用板材推荐采用电镀锌、热镀锌、铝板、塑料和复合材料等。目前为满足车身轻量化的需求,高强度钢板和超高强度钢板、铝合金板、复合材料(包括玻璃纤维、碳纤维和天然纤维增强塑料,热塑性塑料和热固性塑料)等在汽车上的应用会越来越广泛。
2.1.2汽车车身结构的设计
为保证整车防腐质量,车身结构设计应特别注意以下几个方面。
2.1.2.1接缝处的设计
接缝处的设计要保证外观平整、光滑,且便于密封和/或防腐处理;同时,应按照汽车行进方向和水飞溅方向设计接缝开口,使之朝向水难以进入的方向,见图2。
2.1.2.2板断面部位的设计
在图3中,设计方式1色圈内区域的漆膜易产生边角效应,漆膜变薄,同时棱边漆膜容易被石击破坏,不利于车身的防腐;2和3的设计方案比较好,板断面底部漆膜有一个保护面,还可以采用喷涂PVC的方式来防止漆膜过早腐蚀;设计方式4的圈内的区域容易堆积淤泥并因此引起锈蚀,不利于车身防腐。目前,欧洲市场的汽车普遍采用第2种设计方式。
2.1.2.3工艺孔的设计
众所周知,目前车身(驾驶室)100%采用电泳涂装,为了保证良好的涂装性(泳透性),车身(驾驶室)必须合理设置工艺孔的位置、大小和数量。 一般应遵循以下几条原则。
a.通常电泳工艺孔的间距设置为150~200 mm。 间距为150 mm时,孔的直径φ为15 mm;间距为200 mm时,孔的直径φ为20 mm;
b.在封闭区域,内、外板应该交叉开孔;
c.车身搭接的板材之间一般要有3 mm左右的间隙;
d.尽量“借用”总装装配孔、焊接定位孔和冲压定位孔;
e.增设电泳工艺孔时,尽量使其兼备排液孔及防气泡孔的功能,以便使白车身出槽(脱脂、磷化、 纯水洗等)时携带的液体在工艺时间内及时排除, 一般沥液时间≤30 s。
f.增设电泳工艺孔时要考虑是否影响整车的密封性。
图4为某轿车B柱开工艺孔的简要说明。
2.2汽车涂装技术的防腐蚀措施
2.2.1汽车耐腐蚀涂层结构
根据汽车总成及零部件在车上的位置、使用工况和涂层性能(包括耐腐蚀性能)要求不同,使用的涂装材料及采用的涂装工艺也不同。国内外各大汽车公司都有相应的关于汽车油漆涂层的企业标准,国内目前有效的标准是汽车行业标准QC/ T484-1999《汽车油漆涂层》。该标准根据汽车零部件的使用条件和涂漆质量要求,将涂层结构分为10个组、17个等级,每个级别都规定了不同的耐腐蚀性能。随着汽车工业的不断发展,该标准亟需修订。作者根据多年的工作经验、大量试验结果及目前汽车涂装材料的性能,按汽车各个部位推荐几种耐腐蚀的涂层结构及涂层所能达到的耐腐蚀性能,见表2。
注:a.○为必须采用的工艺; b.(○)为可以取消的工艺; c.载货车车架推荐采用环氧电泳涂料+喷涂快干聚脲底面合一涂料,中性盐雾时间≥720 h,耐候性能≥500 h; d.铸锻件涂装要根据铸锻件表面粗糙度确定最佳膜厚。经验值是,涂膜厚度为产品材质表面粗糙度值的3倍以上,才能。
2.2.2汽车特殊部位的防腐措施
2.2.2.1车底喷涂PVC涂料、裙边喷涂抗石击涂料
汽车底板和轮罩等部位在汽车行驶过程中经常受到泥沙、碎石、盐和污水等撞击腐蚀,一般需要喷涂PVC车底涂料;另外,轿车车门裙边、发动机舱盖和A立柱等部位距离地面较近,一般要喷涂抗石击涂料。
2.2.2.2 PVC焊缝密封
为提高车身抗腐蚀能力,所有粘接、焊缝或接缝部位在电泳涂装后都应涂覆密封胶,避免水等介质的浸入而造成腐蚀。
2.2.2.3内腔注蜡(灌蜡)、发泡
汽车内腔部位(如乘用车的前翼子板支撑板、立柱空腔、和车门下部空腔等)因焊接形成的焊缝、夹层和空腔由于屏蔽作用,电泳漆膜较薄、防腐蚀能力较差。为此,通常对这些部位进行喷蜡或注蜡(灌蜡)处理(内腔防锈蜡);高档客车和微型车等进行发泡处理来提高整车耐腐蚀性能。
2.3汽车储运过程中的防腐蚀措施
为保证汽车(尤其是出口汽车)涂层在储运过程中完好如初、无锈蚀现象产生,目前在储运过程中普遍应用的防腐蚀措施有以下几种,这些措施可以有效防止海水、盐雾、高温/高湿和日晒对涂层的侵蚀。
a.车身(驾驶室)喷涂面漆保护蜡、车身保护膜、贴附塑料保护膜、车身护衣等;
b.发动机和变速器等部位喷涂发动机保护蜡;
c.其它底盘件(如车架、车桥、传动轴等)喷涂底盘防锈蜡;
d.车门、行李厢等活动铰链处等喷涂合页蜡。
3汽车涂层耐腐蚀试验方法及评价方法
3.1试验室样板、样件涂层的耐蚀性评价
20世纪90年代以前,都采用单纯的中性盐雾试验来考核汽车涂层的耐蚀性能,依据的标准是GB/T-1771《色漆和清漆耐中性盐雾试验的测定》。 第1版标准GB/T-1771-1991只有盐雾试验方法,没有评价方法;目前最新版本是GB/T-1771-2007,增加了采用ISO方法对试验结果进行评价的内容。90年代中期,德国大众PV1210循环交变腐蚀试验方法被普遍用来考核涂层(当时只考核试验室样板及样件涂层的耐腐蚀性能)的耐腐蚀性能,比单纯的盐雾试验更接近汽车涂层的实际使用工况;日本马自达公司也有相应的循环腐蚀试验方法。
3.2整车涂层耐腐蚀性能评价
2000年以后,海南汽车试验研究所起草了汽车行业标准QC/T732-2005《乘用车强化腐蚀试验方法》,2005年7月1日实施,用来考核整车涂层耐腐蚀性能,试验场地是海南琼海,目前只能对乘用车涂层耐腐蚀性能进行考核。德国大众考核整车道路循环腐蚀试验的方法是EP003.09,试验场地在美国的凤凰城。有关试验方法的对比见表3~表5。
每种试验方法的试验条件各不相同,笔者通过大量试验得出了几种试验方法之间的对比关系,见表6。
无论采用QC/T732方法还是采用EP003.09方法,做完整车道路腐蚀试验后,都要拆车按评价等级进行腐蚀评价,见图5。
3.3涂装线现场拆车进行泳透力测试
电泳质量(尤其是车身内部、缝隙、空腔部位的电泳漆膜厚度),直接影响整车的耐腐蚀性。目前,最普遍、也是最有效的办法是对电泳涂装后的整车进行剖车,验证电泳涂装的泳涂性,并根据泳透力结果,对产品设计进行修正。
某汽车公司的评价方法是:在电泳涂装前确定车身内表面(内腔)每个部位需检测膜厚的位置及检测的点数,然后剖解电泳涂装后的被涂物(车身),按规定的部位及检测点数测定漆膜厚度,与目标膜厚进行比较,合格率达到90%以上为合格。 图6(图中1~9是检测的位置)是某轿车后车门内表面检测部位及检测点数的示意图。
目前,国内外汽车公司公认的车身内表面、内腔电泳漆膜厚度的标准是:乘用车,车身内表面膜厚≥12μ m、内腔膜厚≥10 μm;中重型车,驾驶室内表面膜厚≥10 μm、内腔膜厚≥8 μm。
4结束语
与国外先进汽车企业相比,国内汽车企业在产品设计、制造工艺、防护工艺和材料选择等方面还存在一定差距。在汽车防腐技术方面,整车防腐水平与国外相当,但底盘零部件的防腐水平较低。虽然近年来已经对汽车防腐性能的重要性有了一定认识,但在企业产品开发体系中还没有成立专门的腐蚀评价部门,在产品设计过程中也缺乏腐蚀评审流程。所以应尽快转变国内汽车企业的观念,提高企业对汽车防腐性能的认识,建立企业自己的腐蚀评价体系已是当务之急。
图5 拆车进行耐腐蚀评价
图6 某轿车后车门内表面的检测位置
参考文献
[1]金超,李婷婷,司进华.电泳工艺孔设计对车身耐腐蚀性能的影响[J].现代涂料与涂装,2015(3):57~60.