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水性铝-锌基金属微粉涂层工艺和耐蚀机理研究

刘银庭  
【摘要】:水性锌-铝基金属微粉涂层是二十世纪六十年代后期诞生的主要用于钢 铁表面的一种新型防锈涂层,因高耐蚀、无氢脆、处理过程少污染、适用加 工的产品品种多,现已在表面处理行业占据一席之地。目前在美国、日本和 欧洲等地广泛应用,但在我国还处于起步阶段。该涂层的研究具有重要的理 论和实际意义。现有的产品及现行研究以锌基金属微粉涂层为主,并且涂层 中铬含量高。为了取代涂层中的六价铬,使其进一步向绿色技术发展,也需 要全面深入地研究该技术。 本文以水性铝-锌基金属微粉涂层工艺和耐蚀机理为研究重点。确定了 水性铝-锌基金属微粉涂层处理液的配方;制定了涂层制备工艺流程:研究 了处理液各组分的作用和影响涂层性能的因素;较全面地评价了涂层的耐蚀 性;通过涂层结构和涂层腐蚀行为的研究,提出了涂层保护基体的耐蚀机 理。 借助扫描电镜(SEM)研究了铝-锌合金粉的形貌。得出金属粉球磨 后:片状铝粉明显细化,但其形状没变;球状锌粉未细化,但有较大程度的 变形。 收集了大量资料,通过试验验证、分析了处理液各组份的作用。得出润 湿剂是关键性的组份,在涂液配制和涂覆时润湿分散金属粉,而且在烧结过 程中作为还原剂。同时比较了磁力搅拌和超声波分散这两种金属粉分散方 法,由于实验采用的超声波频率的空化作用强,破坏了金属粉的叶浮性且使 处理液稳定性下降,所以本文采用磁力搅拌器分散金属粉。 通过正交实验和交互正交实验确定了涂层处理液最佳配方,并通过实验 确定了影响涂层性能的其它因素的工艺参数,如甩液工艺参数,烘干工艺参 数(80℃,10min),烧结工艺参数(300℃,20min)。 采用全浸试验、大气暴露试验检测了涂层的耐蚀性能,检测结果表明涂 层耐蚀性处在金属涂镀层耐蚀性10级标准中的3-4级,耐蚀性能良好。 参照国家标准GB 5270-85,采用划格法检验涂层的结合强度,评分为 9分(满分为10分)。 通过实验测试了涂层的耐热性能及孔隙率,实验数据表明涂层的耐热性 能良好,但孔隙率过高。 水性铝一锌基金属微粉涂层工艺和耐蚀机理研究 采用涂层断面金相、X射线衍射、扫描电镜分析方法,研究了涂层微观 形貌、组织结构、组成成份。涂层中片状铝粉基本上是层层盈加,锌粉不均 匀地夹杂在铝粉中,金属粉之间通过粘结剂粘结在一起.X射线衍射分析结 果表明涂层中主要含有的物相为:^l、Zn、ZnCrZO4、^IP04、 2 n3(P 04)2、C rO3。 据以上研究结果提出了水性铝一锌基金属微粉涂层耐蚀机理。将该涂层 对钢/铁基体的腐蚀防护分为两阶段:第一阶段为壁垒保护阶段,片状铝粉 对腐蚀因子的扩散具有横向导向作用;第二阶段为牺牲阳极保护阶段,涂层 表现得象纯金属的多孔电极,其腐蚀为氧去极化的浓度控制。 据耐蚀机理提出了一条改进和发展工艺的思路.通过改善涂层致密性、 厚度均匀性和使铝在外层富集来增强壁垒效应。


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