<bdo id="tyrs4"></bdo>

      1. <nobr id="tyrs4"></nobr>

        <track id="tyrs4"></track>
      2.  
         
         
         
         
         
          您現在的位置是:首頁 >> 技術專欄 >> 技術文章
        鎂合金表面處理工藝及有機防護涂層耐腐蝕性能

                              鎂合金表面處理工藝及有機防護涂層耐腐蝕性能
                        移易1,邵旭東2,王李軍1,王留方1,倪維良1,朱亞君1
            (1.中海油常州涂料化工研究院,江蘇常州213016;2.中國人民解放軍駐370廠軍事代表室,江蘇常州213022)
            摘要:為提高鎂合金的耐腐蝕性能,研究了鎂合金的化學轉化膜技術原理、有機防腐涂裝層次結構及其涂膜防腐性能。結果表明該化學轉化膜可以提高鎂合金與有機涂層的結合力,同時配套復合有機涂層體系對鎂合金有較好防護及耐腐蝕性能。
            關鍵詞:鎂合金;表面處理;有機防護涂層;耐腐蝕
            0·引言
            鎂合金是工業應用中最輕的金屬工程材料,其密度低(1.74 g/cm3),僅為鋁的2/3、鐵的1/4,比強度及比剛度高,具有阻尼減震與電磁屏蔽性能優良,散熱性、導電性良好,加工成型方便、易于回收利用及符合環保要求等諸多優點,在汽車、電子、航空航天、國防等領域有著重要的應用價值和廣闊的應用前景,被譽為“21世紀的綠色工程材料”[1]。鎂合金具有極強的電化學活性,標準電極電位為-2.37 V,在潮濕、CO2、Cl-的環境中易發生腐蝕鈍化,在空氣中能自然形成堿式碳酸鹽,膜的防護性差。同時鎂合金中含有的雜質元素、合金元素都容易使其在使用過程中產生電偶腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕等,大大限制了鎂合金材料的廣泛應用[2]。要提高金屬鎂的抗腐蝕能力,從設計合金和提高鑄造條件的角度,應降低雜質含量,添加合金元素,制造高純金的表面生成具有保護性能的膜或涂層,來提高和改善耐蝕性能。通過冶金的方法降低雜質的含量,或者加入其他合金元素限制雜質的存在狀態,提高鎂合金的耐蝕性能,將會使鎂合金的應用范圍進一步擴大,但這種方法卻僅限于添加稀土元素等少數幾種元素,還未得到廣泛的應用,不能滿足工業要求。表面改性主要分為電化學法、化學法、熱加工法、高真空法和其他物理方法。一些新型的表面處理方法[3]如錫轉化膜、激光表面處理、PVD(物理氣相沉淀法)、氮化鉻涂層、鎂合金表面沉積鋁等方法也應運而生。
            在眾多鎂合金防腐蝕的方法中,有機防護涂層以其施工簡單、經濟適用、不受設備形狀的約束以及具有一定的裝飾效果而被廣泛應用。所以開發出適宜鎂合金的涂裝體系是改善其防腐性能的經濟而有效的方法。在鎂合金防護體系中,正確選擇多層復合涂裝體系是十分必要的。本文針對鎂合金的前處理工藝及有機涂層防護涂層技術對鎂合金的耐腐蝕性能加以探討。
            1·鎂合金表面處理技術-化學氧化(轉化)膜處理
            通過化學轉化可以在鎂合金基體表面形成由氧化物或金屬鹽構成的無機膜層,這層膜與基體具有良好的結合力,能阻止腐蝕介質對基體的侵蝕。這樣的轉化膜本身一般不太致密,耐腐蝕能力并不太強,僅可用于短期大氣腐蝕的防護。但重要的是它可以為后續涂層打底,以增強鎂合金基底與后續涂層間的結合力。鎂合金的化學轉化膜按溶液類型可分為鉻酸鹽系及無鉻化學轉化系,其中無鉻轉化學轉化系中應用最多的為磷化膜。
            1.1鉻酸鹽化學轉化膜
            鉻酸鹽處理即將工件浸入含鉻酸或鉻酸鹽的溶液中,通過金屬表層的自身轉化生成某些氧化物或鹽類,使表面得以鈍化。膜中的六價鉻可溶,有緩蝕性能,腐蝕時它還被還原為不溶性的三價鉻離子而阻止腐蝕的進一步進行,鉻酸鹽處理得到的表面膜有一定的自愈能力。
            雖然鉻化工藝比較成熟,但該工藝過程產生有害的六價鉻離子,廢液不易處理,對環境造成污染。鉻化工藝逐漸被無鉻轉化工藝所替代已是必然的趨勢。一個比較典型的鉻化處理工藝為:甲苯/二甲苯除油→堿洗(70~80℃,10 min)→鉻化、酸洗(70~80℃,10 min)→重鉻酸洗(70~80℃,10 min)→純凈水洗→干燥老化。
            1.2鎂合金磷化化學轉化膜
            磷化是金屬與稀磷酸或酸性磷酸鹽溶液反應而形成磷酸鹽保護膜的過程,是取代有毒鉻酸鹽處理的方法之一。它在金屬表面,通過化學反應生成一層非金屬的、不導電的、多孔的磷酸鹽薄膜。此外,磷化膜還能使金屬表面由優良導體轉變為不良導體,從而抑制了金屬表面微電池的形成,有效地阻礙了涂層的腐蝕,可以成倍地提高涂層的耐蝕性和耐水性,所以磷化膜己被公認為良好的涂層基底。
            趙明[4]等對鎂合金磷酸鹽-高錳酸鹽化學轉化處理工藝進行了研究,發現pH值為4、K2HPO4含量為150 g/L、KMnO4含量為40 g/L的處理液能顯著提高鎂合金表面的耐腐蝕性能。磷化處理一般也是作為涂裝處理的打底層。周婉秋[5]等將鎂緩蝕劑加入錳鹽和磷酸鹽組成的體系中,在AZ91D鎂合金上獲得了化學轉化膜。
            典型的磷化處理工藝:脫脂及酸化氧化去皮→酸洗(70~80℃,10 min)→磷化處理→純凈水洗→干燥老化。
            2·有機防護涂層
            有機防護涂層通常作為最后一道防護措施與其他防腐蝕手段配套使用,應用廣泛[6]。該技術的關鍵是提高涂層的附著力和增強涂層的耐蝕性。底層表面粗糙度與涂層材料的性質決定著附著力和耐蝕性。有機涂層的保護作用是在金屬機體和環境介質間充當阻擋層,阻礙水、離子、O2、電荷傳至機體,阻止腐蝕電路的形成。
            有機涂層保護技術具有品種和顏色多樣、適應性廣、成本低、工藝簡單的優點[7]。
            3·實驗部分
            3.1原料和底材
            環氧樹脂E-51、901、621:工業級,藍星新材料無錫樹脂廠;酚醛環氧固化劑(DPA)、環氧有機硅樹脂:工業級,中海油常州涂料化工研究院;鋁粉:工業級,章丘市金屬顏料有限公司;8#鑄鎂合金:工業級,東莞粵魯特鎂業。
            3.2有機涂層
            利用化學轉化膜對鎂合金進行表面處理,從鎂合金的防腐、耐高溫、耐候性等基本要求出發,設計出防腐底漆、面漆、罩光清漆3道涂層。
            3.3結果與討論
            3.3.1層間附著力
            化學轉化膜對鎂合金的表面做了化學改性及鈍化,并使表面變得粗糙,有利于防腐底漆與鎂合金金屬表面結合。
                    
            從鎂合金表面處理的外觀可以看出鎂合金表面已經有一層暗紅色的化學轉化膜(圖1),從表1可以看出,防腐底漆在鎂合金界面的附著力明顯增強。鎂合金與鉻化層層界面以化學鍵結合,底漆成膜獲得良好附著力(10MPa)是由涂料大量滲入鉻化層,同時涂料干燥成膜后與鉻化層產生很強的機械嵌合作用。
            北京科技大學高瑾教授進行了鎂、鉻價鍵軌道理論的探討[8],如圖2所示。
                
            從鎂及鉻的價鍵軌道可以看出,鎂的軌道已經填滿飽和,其電子處于價鍵穩定狀態,而鉻離子則有空軌道。有機涂層中的羧基、羥基、羰基等官能團的孤對電子可以與鉻離子空軌道填合,在絡合交聯作用下使化學轉化層/有機涂層界面靠靜電吸附作用而結合,提高了漆膜的附著力。鎂為非過渡金屬,價鍵軌道電子均飽和,其吸附力比鉻化層對有機涂層基團上的孤對電子弱,所以鎂合金直接涂覆有機涂層難以形成較強的界面結合力,而化學轉化膜可明顯增強其界面結合力。同時,鉻化層自身的耐腐蝕性能及一定的介質屏蔽作用,可以降低鎂合金表面的反應活性,延緩界面腐蝕引起的涂層破壞過程的發展。
            3.3.2有機涂層體系的設計
            (1)防腐底漆在鎂合金表面的耐腐蝕性能
            在鎂合金的防腐體系中,防腐底漆對鎂合金的耐腐蝕性能有著重要作用,根據鎂合金實際的應用條件設計合理的防腐底漆至關重要。
            鎂屬于堿土金屬,防腐底漆作為貼近鎂合金的防腐涂層必須以耐堿的涂料為基礎,如聚乙烯醇、聚氨酯、烘烤型酚醛樹脂、環氧樹脂等樹脂體系。環氧樹脂分子結構中所含的醚鍵(─O─)和羥基(─OH)都是強極性基團[9],這些基團可以使環氧樹脂分子與基體(特別是金屬)表面之間產生很強的附著力。環氧涂層固化后,由于分子中含有穩定的苯環和醚鍵,分子結構較為緊密,對化學介質的穩定性較好;因沒有酯基,其耐堿性尤其突出,能長期滿足酸堿腐蝕環境的需要。所以,防腐底漆以環氧體系為主。
            采用酚醛樹脂與環氧樹脂制備的漆膜,具有良好的防腐性能[10]。采用高溫固化的酚醛環氧體系,漆膜的交聯密度高,能阻止腐蝕電流的形成。
            本文設計出烘烤固化溫度在150~180℃的酚醛環氧底漆。利用丁酮擦拭實驗評估漆膜的固化程度、交聯密度和防腐性能。
            由圖3可以看出,在溫度低于150℃時漆膜為假干狀態,丁酮擦拭160次后漆膜變軟或者漆膜被擦破;當溫度高于155℃時耐丁酮擦拭次數200次漆膜無變化,說明漆膜固化完全。
                     
            (2)面漆及清漆的選擇
            面漆不僅起裝飾作用而且必須具備一定的防護作用,同時面漆與底漆應具有良好的兼容性能,與其他的有機涂層起協同作用[11-13]。針對鎂合金工件的特點,本文選擇鋁粉與環氧有機硅樹脂體系作為面漆。鋁粉采用閃光效果較好的浮型級鋁粉,樹脂體系采用耐介質較好的環氧有機硅樹脂。
            清漆能夠為鋁粉漆提供光澤和保護層。鑒于鋁粉面漆表面能小,清漆很難在其表面附著,利用相似相容原理,清漆也選用環氧有機硅樹脂體系,采用“濕-濕”噴涂工藝可獲得性能優越、外觀優良的復合有機涂層。
            3.4鎂合金有機防腐涂層的性能
            對于鎂合金防腐體系最重要的指標為涂層的耐鹽霧性能。圖4為鎂合金經表面處理后的照片。圖5為經3道涂層涂裝后照片。圖6為鎂合金復合有機涂層經1 000 h耐鹽霧后的照片。
                     

            4·結語
            利用化學轉化膜對鎂合金進行表面處理,從鎂合金的防腐、耐高溫等基本要求出發設計出防腐底漆、面漆、罩光清漆3層有機涂層,并評價了有機涂層體系的防腐性能。
        參考文獻
        [1]慕偉意,奚正平.鎂合金的應用及其表面處理研究進展[J].表面技術,2011,40(2):86-90.
        [2]古坤明.鎂合金表面技術研究進展[J].化學工程與裝備,2010,(1):147-150.
        [3]倪維良,邵旭東,王留方,等.鎂合金防腐表面處理與涂層技術研究進展[J].涂料工業,2012,42(7):75-77.
        [4]趙明,吳樹森,羅吉榮,等.鎂合金磷酸鹽-高錳酸鹽化學轉化處理工藝研究[J].特種鑄造及有色合金,2005,25(6):328-329.
        [5]周婉秋,單大勇.壓鑄AZ91D鎂合金磷酸鹽化學轉化膜及其耐蝕性研究[C]/2002年中國材料研討會,北京:中國材料的研究會,2002,738-743.
        [6]李衛平,朱立群.鎂及其合金表面防護性涂層國外研究進展[J].材料保護,2005,38(2):41-46.
        [7]JONES L E,WERT M D,RIVERA J B.Method and compositionfor treating 
        metal surfaces[P].US Pat:5859106,1999.
        [8]高瑾,涂運驊,李久青.鎂合金涂裝保護體系失效特性及鉻酸鹽轉化膜的影響[J].腐蝕科學與防護技術,2005,17(3):169-171.
        [9]查吉利,龍思遠,宋東福,等.鎂合金預處理對其表面有機涂層耐蝕性的影響[J].材料保護,2010,47(3):63-65.
        [10]朱立群,李雪源.發動機鎂合金件改性硅溶膠防護涂層的研究[J].材料保護,2002,35(2):17-18.
        [11]GRAY J E.Protective Coatings on Magnesium and its Alloysa Critical
         Review[J].Journal of Alloys and Compounds,2002,33(6):88-113.
        [12]朱立群,劉孟蘭,李雪源.飛機發動機用梯度封嚴涂層的研究[J].材料工程,2001,(2):34-35.
        [13]MU W Y,H AN Y.Characterization and Properties of the MgF2/ZnO2 
        Composite Coatings on Magnesium Prepared by Microarc Oxidation[J].
        Surface and Coatings Technology,2008,202:4278-4284.


        關閉窗口


        信息反饋 | 交流合作 | 服務項目 | 廣告刊登 | 關于我們
        電話:0371-63920667 傳真:0371-63696116
        版權說明:本站部分文章來自互聯網,如有侵權,請與信息處聯系
        E-mail:[email protected] 版權所有:防腐涂料網 技術支持:中國化工聯盟
        豫ICP備10204082號-2

        豫公網安備 41010502003722號


        北京快3开奖结果查询一定牛一

              <bdo id="tyrs4"></bdo>

            1. <nobr id="tyrs4"></nobr>

              <track id="tyrs4"></track>

                    <bdo id="tyrs4"></bdo>

                  1. <nobr id="tyrs4"></nobr>

                    <track id="tyrs4"></track>