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含微纳米增强颗粒水性锌铝涂层的配制及耐蚀性研究

朱永胜  
【摘要】:锌铝涂层作为一种具有优异性能的金属防腐涂层,被广泛应用在各行各业。传统的锌铝涂层是以铬酸盐作为成膜骨架,虽然铬酸盐制备的锌铝涂层具有优异的耐蚀性,但是Cr~(6+)有毒致癌,对人体和环境都有巨大的危害,所以制备一种绿色环保,同时具有优异耐蚀性能和良好机械性能的锌铝涂层是一种发展趋势。本论文在传统锌铝涂层的研究基础上,从基本组分入手,采用单因素实验法确定了无铬锌铝涂层的基本组分,通过5因素4水平的正交实验,以涂层附着力、外观和耐蚀性等作为评价指标,确定了无铬锌铝涂层的最优配方,涂液的优化配方为:锌铝合金粉30%、锌铝配比6:1、粘结剂6%、润湿剂20%、增稠剂2%、消泡剂2至3滴,余量的为蒸馏水。在此优化配方的基础上,制备了锌铝涂层,并对涂层外观、硬度和耐蚀性等性能进行了评价。涂层是由片状锌粉和铝粉互相堆叠而成,涂层厚度大约为21mm,与基体结合力较好,在3.5% NaCl溶液中,锌铝涂层的腐蚀电位和腐蚀电流分别为-0.86V和1.1556×10~(-5)A×cm~(-2)。为了进一步提高锌铝涂层的耐蚀性和硬度,本论文选择向锌铝涂层中添加纳米增强颗粒二氧化锆(ZrO_2)、氧化石墨烯(GO)和ZrO_2+GO混合物等纳米增强材料,并制备出相应的纳米复合涂层。通过电化学实验对不同涂层的耐蚀性进行了分析,结果表明纯锌铝涂层,纳米ZrO_2锌铝复合涂层、氧化石墨烯锌铝复合涂层和ZrO_2+GO掺杂锌铝复合涂层的腐蚀电位分别为-1.049V、-0.965V、-0.895V和-0.849V,腐蚀电流密度分别为6.183×10~(-5)A×cm~(-2)、4.063×10~(-5)A×cm~(-2)、1.784×10~(-5)A×cm~(-2)和1.104×10~(-5)A×cm~(-2)。纳米增强材料的加入明显提高了涂层的耐蚀性能。通过显微硬度测试发现,纯锌铝涂层,纳米ZrO_2锌铝复合涂层、氧化石墨烯锌铝复合涂层和ZrO_2+GO掺杂锌铝复合涂层的硬度分别为118.37HV、135.86HV、141.52HV和159.14HV,纳米增强颗粒的加入提高了无铬锌铝涂层的硬度。


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