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无铬锌铝涂料及其工艺的优化

作　者: 马春霞
导　师: 李宁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 无铬锌铝涂层硅烷偶联剂顶涂耐蚀性
分类号: TQ630.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

无铬锌铝涂层是将水性无铬锌铝涂料浸涂、刷涂或喷涂于钢铁零件或构件表面,经高温烘烤形成的以鳞片状锌粉、铝粉为主要成分的无机防腐蚀涂层,为金属底材提供防护。实验优化了涂料配制工艺。通过电导率测试、红外测试对硅烷水解缩聚过程进行了研究,确定了水解较佳工艺参数:SA1、甲醇、水的体积比为1:2:2,pH为4.5,温度为40℃,水解时间48h。用该条件下得到的水解液处理锌铝粉后配制的涂料稳定性提高,同时增强了涂层的结合力和耐蚀性。通过对硝酸铈、碳酸钴等添加剂的研究,发现少量加入硝酸铈、硝酸镧和硝酸锆可以提高涂层的耐蚀性。研究了光照、搅拌、pH值及杂质等对涂液和涂层性能的影响。结果显示,为提高涂液的使用寿命及涂层耐蚀性,涂液应置于阴冷处且保持连续搅拌,涂液pH值应维持在8.7左右。在试验过程中发现耐蚀性测试结果远远低于标准值,通过单因素实验、X射线荧光光谱仪(XRF)测试和胀气试验确定锌铝粉已经变质。进行了硅烷膜与锌铝涂层的复配工艺研究:SA1、甲醇、水的体积比为1:1:1,温度为40℃,水解时间24h;采用两涂两烘方式,一涂后烧结温度100℃,时间10min,从烘箱中取出片后立刻进行二次刷涂,烧结温度150℃,时间30min。得到了均一、稳定的膜层。通过Tafel测试发现腐蚀电流密度降低了三个数量级,在同等厚度下,明显提高了涂层的耐蚀性。且采用新工艺使现有基础上配制的涂料稳定时间由4d延长至9d,得到的涂层表面平滑。通过盐水浸泡试验,电化学阻抗,电化学噪声等多种耐蚀性测试方法对无铬锌铝涂层的腐蚀行为进行了研究。涂层在3.5%NaCl中浸泡7d后发生点蚀,但未出现微裂纹,21d出现红锈,不符合无铬锌铝涂层的腐蚀历程。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题背景和研究意义  9-10
  1.2 涂层的防护机制及失效原因  10-12
    1.2.1 锌铝铬烧结涂层的防护机制  10
    1.2.2 有机涂层的防护机制  10-11
    1.2.3 涂层的失效与涂层下金属的腐蚀  11-12
  1.3 硅烷偶联剂在金属腐蚀防护领域的应用  12-16
    1.3.1 硅烷偶联剂的作用机理  12-14
    1.3.2 目前硅烷化工艺的研究进展  14-16
  1.4 无铬锌铝涂层的应用现状及发展方向  16-17
  1.5 本文主要研究内容  17-18
第2章实验材料与方法  18-25
  2.1 实验药品与仪器  18-19
    2.1.1 药品产地及规格  18
    2.1.2 实验仪器  18-19
  2.2 涂层制备工艺流程  19-20
  2.3 涂料性能测试方法  20-25
    2.3.1 分散性测试  20
    2.3.2 稳定性测试  20
    2.3.3 粘度测试  20-21
    2.3.4 电导率测试  21
    2.3.5 红外测试  21-22
    2.3.6 涂敷量及厚度的测试  22-23
    2.3.7 附着力测试  23
    2.3.8 耐蚀性测试  23-24
    2.3.9 外观及表面形貌测试  24-25
第3章硅烷偶联剂处理锌铝粉工艺的研究  25-41
  3.1 引言  25
  3.2 实验方法  25-26
  3.3 硅烷偶联剂水解工艺的确定  26-31
    3.3.1 初期探索实验  26-27
    3.3.2 水解溶剂的选择  27-29
    3.3.3 工艺参数的影响  29-31
  3.4 硅烷水解体系的红外分析  31-33
  3.5 硅烷化处理对涂层性能的影响  33-40
    3.5.1 涂料及涂层的制备  33-34
    3.5.2 硅烷化处理对涂料稳定性的影响  34-35
    3.5.3 硅烷化处理对涂层结合力的影响  35-36
    3.5.4 硅烷化处理对涂层耐蚀性的影响  36-40
  3.6 本章小结  40-41
第4章无铬锌铝涂料失效原因分析  41-47
  4.1 涂料寿命影响因素分析  41-44
    4.1.1 温度  41-42
    4.1.2 搅拌  42-43
    4.1.3 光照  43-44
  4.2 涂料失效的组分排查  44-45
    4.2.1 金属粉及涂料的胀气试验  45
  4.3 本章小结  45-47
第5章顶涂的工艺研究  47-53
  5.1 概述  47
  5.2 硅烷体系的确定  47-50
    5.2.1 不同硅烷偶联剂的初期探索试验  47-48
    5.2.2 SA1 水解工艺的确定  48-50
  5.3 硅烷偶联剂固化成膜工艺研究  50-52
    5.3.1 固化温度  50
    5.3.2 固化时间  50-52
  5.4 本章小结  52-53
第6章涂层失效过程的电化学探讨  53-65
  6.1 3.5%的盐水中浸泡后涂层表面微观形貌的变化  53-54
  6.2 电化学阻抗谱随时间的变化  54-56
  6.3 电化学噪声随时间的变化  56-64
    6.3.1 电化学噪声的直接分析  56-58
    6.3.2 电化学噪声的时域分析  58-61
    6.3.3 电化学噪声的频域分析  61-64
  6.4 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-72
致谢  72

无铬锌铝涂料及其工艺的优化

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