無鉻鋅鋁燒結(jié)涂料的研制及耐蝕機(jī)理.pdf

1、兼具重防腐、無氫脆、深涂覆性能的涂層在大型工礦企業(yè)、現(xiàn)代能源工業(yè)、交通運(yùn)輸及海洋工程等各領(lǐng)域均存在強(qiáng)烈的需求。結(jié)合高防腐的鱗片漆和富鋅涂料的防腐原理，并引入鋅、鋁等閥金屬的鈍化膜層防腐，以類似電子漿料的固化方式得到了具有犧牲陽極作用、層疊屏障作用、自鈍化修復(fù)的涂層，即鋅鋁鉻燒結(jié)涂層。為了取代涂層中的六價(jià)鉻，使其進(jìn)一步向綠色技術(shù)發(fā)展，進(jìn)行了本研究。
　　本文研究了處理液的主要組份和燒結(jié)工藝，得到了高耐蝕性無鉻鋅鋁涂層。全面評價(jià)了涂層

2、的耐蝕性，通過涂層結(jié)構(gòu)和腐蝕行為的研究，提出了涂層的耐蝕機(jī)理，并對鋅鋁鉻涂層的自修復(fù)性能進(jìn)行了深入研究。
　　在金屬粉漿的研究中，發(fā)現(xiàn)潤濕劑和偶聯(lián)劑是關(guān)鍵性的組份。潤濕劑不但能分散金屬粉，而且有利于提高處理液穩(wěn)定性。偶聯(lián)劑既能提高涂層附著力也可以大大提高涂層的耐蝕性。以硅烷偶聯(lián)劑和鉬酸鈉代替鉻酐，可以獲得附著力合格耐蝕性較好的涂層，但涂層不具備自修復(fù)性。采用正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化了燒結(jié)工藝。得到最佳的固化工藝為工件浸涂后，置于預(yù)熱110℃

3、的烘箱中，保溫10min，再以10℃/min的升溫速率升溫至270℃，然后保溫15min。
　　研究了光照、攪拌、pH值及雜質(zhì)等對涂料和涂層性能的影響。結(jié)果顯示，為提高涂料的使用壽命及涂層耐蝕性，涂料應(yīng)置于陰冷處且保持連續(xù)攪拌，涂料pH值應(yīng)維持在8.7左右。硫酸鹽、硝酸鹽類的雜質(zhì)對涂料和涂層的影響較小，氯化物嚴(yán)重影響涂層的耐蝕性，硅酸鹽和磷酸鹽則能大大降低涂料的穩(wěn)定性。通過加入TiO2，MoS2，F(xiàn)e2O3和Cr2O3等微粒得到了

4、多顏色的系列涂層。進(jìn)一步的研究表明，涂料中加入TiO2和Cr2O3，涂層的耐蝕性增加，加入Fe2O3對涂層耐蝕性影響不大，而MoS2和PTFE的加入，涂層的耐蝕性變差。
　　采用X射線光電子能譜(XPS)、X射線能譜(EDS)和輝光放電光譜(GDS)等技術(shù)研究了涂層的成分和結(jié)構(gòu)。涂層中主要元素深度分布均勻。涂層中的鋅和鋁大部分以金屬態(tài)存在。涂層中Al3+和Al0的比約為1/2。涂料中的鉬酸鹽大部分被還原成四價(jià)，Mo4+/Mo6+≈

5、5。
　　X射線熒光光譜(XRF)、X射線衍射(XRD)及腐蝕動(dòng)力學(xué)分析表明，鋅鋁涂層在70℃20mass％硝酸銨溶液中完全為脫鋅過程。硝酸銨快速腐蝕實(shí)驗(yàn)不能用于無鉻鋅鋁涂層耐蝕性的評定。
　　采用SEM、EDS、XRD、XRF、自腐蝕電勢(Ecorr)和電化學(xué)阻抗譜法(EIS)考察了燒結(jié)式鋅鋁涂層在海水中的腐蝕行為。發(fā)現(xiàn)，涂層形成微裂紋是涂層破壞的根本原因。腐蝕產(chǎn)物填充在涂層中，一方面使涂層的物理電阻增大，阻礙了金屬鋅和鋁

6、的犧牲陽極作用；另一方面增大了涂層內(nèi)應(yīng)力，引起了涂層微裂紋。對涂層在海水中的電化學(xué)噪聲進(jìn)行了分析。鋅鋁涂層的噪聲電阻總趨勢為折線式下降，直至穩(wěn)定至較小值。
　　構(gòu)建了燒結(jié)式鋅鋁涂層在海水中腐蝕的模型。鋅鋁涂層在海水中的腐蝕是以亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕的萌生開始的，隨后由于腐蝕介質(zhì)的不斷擴(kuò)散和腐蝕產(chǎn)物的積累，促使了個(gè)別蝕點(diǎn)的形成與消亡；直至因涂層內(nèi)應(yīng)力而形成裂紋，導(dǎo)致了大量點(diǎn)蝕的發(fā)生并逐漸連成片，導(dǎo)致涂層遭受破壞。
　　采用腐蝕電勢和阻抗譜