一種適用於海霧環境下的鎂合金防腐塗層及其製備方法
2023-09-15 05:33:15 3
專利名稱：一種適用於海霧環境下的鎂合金防腐塗層及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種防腐塗料，特別是一種鎂合金防腐塗層及其製備方法。
背景技術：
地球上超過70%的面積為海洋佔有，所以充分利用廣闊的海洋資源，逐漸成為各國關注的重點。國外早在20世紀30、40年代就開始研究合金鑄鐵、低碳鋼、不鏽鋼及各種鋁合金、鋁鋅合金在海洋中的腐蝕行為。國內從20世紀70年代以後為了適應沿海工業的發展，如石油化工企業、火電、核電站的建立、海洋石油、礦產的開發及海洋運輸等，開始對適用於沿海及海洋工業的各種合金及其耐蝕性進行研究。海洋作業的特點就是空氣中鹽含量高，溼度大。在海霧環境中使用的材料需要有極好的耐鹽鹼耐潮溼腐蝕的性能。同時，為保證一些特殊部位的構件的使用效果，金屬的表面需要一定的強度和耐磨性。鎂合金以其輕質、高比強以及良好的減震性而逐漸引起廣泛的關注。鎂的平均比重約1. 80，大概比鋁的比重輕三分之一；該金屬的比強度比硬鋁的高20%，比最好的飛機用鋼高50%。因此鎂在功能材料，甚至結構材料領域，都有廣泛的應用前景。但是，由於鎂電位較低，容易和其他的雜質元素構成原電池，發生點腐蝕。而且，鎂腐蝕後的主要產物氧化鎂形成的膜層非常疏鬆，不能有效的隔絕外層介質。因此，在使用中為了提高鎂合金的耐蝕性，通常鎂合金都需要進行防腐處理。傳統的鎂合金防腐處理方法主要包括化學轉化處理，陽極氧化，金屬塗層和雷射處理。但這些傳統的防腐處理有一些不足之處化學轉化膜質地較薄、而且軟，防護能力弱，強度不夠；陽極氧化膜的脆性較大、多孔，在複雜工件上難以得到均勻的氧化膜層，而氧化膜的不均勻性是導致點蝕發生的重要原因；金屬塗層的結合力低，點腐蝕趨勢嚴重；雷射處理時易發生氧化、蒸發和產生汽化、氣孔以及熱應力。由此看來，單一方法很難製備出結合性能好，強度高，耐鹽鹼耐潮溼且均勻緻密的抗腐蝕塗層。因此，將傳統的技術結合，開發出耐鹽鹼耐潮溼性能好、具 有一定耐磨性和強度的鎂合金防腐塗層十分必要。
發明內容
本發明的目的在於提供一種工藝簡單、成本低廉、耐鹽鹼耐潮溼、並具有一定強度和耐磨性的適用於海霧環境下的鎂合金防腐塗層及其製備方法。本發明主要是採用粘合性能好，耐鹽鹼耐潮溼性能好的高分子樹脂材料作為基體，通過添加具有一定強度和耐磨耐蝕性的鋁或鋅的氧化物粉末形成高分子-金屬複合耐海霧防腐塗層，製備出緻密的耐鹽鹼耐潮溼、具有一定強度和耐磨性的防腐塗層。本發明的技術方案如下
本發明的鎂合金防腐塗層的主要成分為耐蝕高分子樹脂材料和金屬氧化物粉末，其中高分子樹脂包括聚亞安酯，三聚氰胺甲醛和脲甲醛，三者的質量比為1:1:1，質量和佔總質量的60-75 Wt. %，以提高塗層的耐蝕性能和結合力；金屬氧化物包括納米級氧化鋁或氧化鋅顆粒，其含量佔總質量的5-10 wt. % ;餘量為丙三醇溶劑。
上述鎂合金塗層的製備方法1、將聚亞安酯、三聚氰胺甲醛和脲甲醛混合後，將上述混合物溶於丙三醇溶劑，用電磁攪拌儀對上述混合物攪拌30分鐘，使高分子材料在溶劑中混合均勻。然後放入氧化鋁或氧化鋅粉末，繼續用電磁攪拌儀攪拌120分鐘，確保混合均勻。2、配製pH為3的磷酸銨酸溶液和pH為9的氫氧化鈉鹼溶液，先用磷酸銨酸溶液在超聲波環境中對要塗覆的鎂合金表面清洗10分鐘，取出後用乙醇清洗2分鐘；再用氫氧化鈉鹼溶液在超聲波環境中對上述鎂合金表面清洗10分鐘，取出後用乙醇清洗4分鐘，最後用熱風對上述鎂合金表面進行乾燥處理以備用。3、將上述製備好的塗層材料分三次均勻地塗覆在上述鎂合金表面，每次塗覆後，經過500W的高能氦燈照射30-120分鐘，使溶劑分解揮發，待塗層冷卻後，即可形成緻密的防腐塗層。本發明與現有技術相比具有如下優點
1、工藝簡單，成本低廉；
2、通過調節金屬氧化物粉末來調節塗層的強度，可滿足不同的構件的使用需要；
3、採用耐鹽鹼耐潮溼的高分子樹脂材料，防止在海霧環境下塗層發生損毀或與基體分離，保持塗層防護的持久性；
4、由於主要基體是高分子，可以有效阻止表層金屬和基體之間的原電池腐蝕；
5、根據實際使用情況，很容易對塗層進行修復，連續使用。
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圖1是本發明實施例1的AM60合金表面防腐塗層在沿海裸露環境中放置I年的宏觀形貌圖。圖2是本發明實施例2塗覆有防腐塗層的AZ60合金與沒有塗層的AZ60鎂合金和純鎂在3. 5wt. % NaCl環境中的腐蝕速率的對比圖。
具體實施例方式
實施例1
取聚亞安酯250g、三聚氰胺甲醛250g、脲甲醛250g，將它們混合後，溶於200ml丙三醇溶劑中，用電磁攪拌儀對上述混合物攪拌30分鐘，使高分子材料在溶劑中混合均勻。然後放入50g氧化鋁粉末，繼續用電磁攪拌儀攪拌120分鐘，確保混合均勻。配製pH為3的磷酸銨酸溶液和pH為9的氫氧化鈉鹼溶液，先用磷酸銨酸溶液在超聲波環境中對要塗覆的AM60鎂合金表面清洗10分鐘，取出後用乙醇清洗2分鐘；再用氫氧化鈉鹼溶液在超聲波環境中對上述鎂合金表面清洗10分鐘，取出後用乙醇清洗4分鐘，最後用熱風對上述鎂合金表面進行乾燥處理以備用。將上述製備好的塗層材料分三次均勻地塗覆在上述清洗好的鎂合金表面，每次塗覆後，經過500W的高能氦燈照射30分鐘，使溶劑分解揮發，待塗層冷卻後，即可形成緻密的防腐塗層。如圖1所示，塗覆在AM60鎂合金表面的防腐塗層表面光滑，分散十分均勻，在沿海裸露環境中放置I年後，塗層外觀依然完好，沒有發生腐蝕，說明本塗層具有良好的耐潮溼、耐鹽鹼性能。
實施例2
取聚亞安酯200g、三聚氰胺甲醛200g、脲甲醛200g，將它們混合後，溶於300ml丙三醇溶劑中，用電磁攪拌儀對上述混合物攪拌30分鐘，使高分子材料在溶劑中混合均勻。然後放入IOOg氧化鋁粉末，繼續用電磁攪拌儀攪拌120分鐘，確保混合均勻。配製pH為3的磷酸銨酸溶液和pH為9的氫氧化鈉鹼溶液，先用磷酸銨酸溶液在超聲波環境中對要塗覆的AM60鎂合金表面清洗10分鐘，取出後用乙醇清洗2分鐘；再用氫氧化鈉鹼溶液在超聲波環境中對上述鎂合金表面清洗10分鐘，取出後用乙醇清洗4分鐘，最後用熱風對上述鎂合金表面進行乾燥處理以備用。將上述製備好的塗層材料分三次均勻地塗覆在上述清洗好的鎂合金表面，每次塗覆後，經過500W的高能氦燈照射120分鐘，使溶劑分解揮發，待塗層冷卻後，即可形成緻密的防腐塗層。如圖2所示，將具有防腐塗層的AZ60鎂合金、純鎂、未經處理的AZ60鎂合金放在
3.5wt. % NaCl環境中，可以看出，具有防腐塗層的AZ60鎂合金的腐蝕速率相比純Mg和基體鎂合金來說，有很大程度的降低， 塗層保護效果很好。實施例3
取聚亞安酯233g、三聚氰胺甲醛233g、脲甲醛233g，將它們混合後，溶於230ml丙三醇溶劑中，用電磁攪拌儀對上述混合溶劑攪拌30分鐘，使高分子在溶劑中混合均勻。然後放入71g納米級氧化鋅粉末，繼續用電磁攪拌儀攪拌120分鐘，確保混合均勻。配製pH為3的磷酸銨酸溶液和pH為9的氫氧化鈉鹼溶液，先用磷酸銨酸溶液在超聲波環境中對要塗覆的AM60鎂合金表面清洗10分鐘，取出後用乙醇清洗2分鐘；再用氫氧化鈉鹼溶液在超聲波環境中對上述鎂合金表面清洗10分鐘，取出後用乙醇清洗4分鐘，最後用熱風對上述鎂合金表面進行乾燥處理以備用。將上述製備好的塗層材料分三次均勻地塗覆在上述清洗好的鎂合金表面，每次塗覆後，經過500W的高能氦燈照射80分鐘，使溶劑分解揮發，待塗層冷卻後，即可形成緻密的防腐塗層。
權利要求
1.一種適用於海霧環境下的鎂合金防腐塗層，其特徵在於主要成分為耐蝕高分子樹脂材料和金屬氧化物粉末，其中高分子樹脂包括聚亞安酯，三聚氰胺甲醛和脲甲醛，三者的質量比為1:1:1，質量和佔總質量的60-75 Wt. %;金屬氧化物包括納米級氧化鋁或氧化鋅顆粒，其含量佔總質量的5-10 wt. % ;餘量為丙三醇溶劑。
2.上述權利要求1所述的一種適用於海霧環境下的鎂合金塗層的製備方法，其特徵在於 (1)將聚亞安酯、三聚氰胺甲醛和脲甲醛混合後，將上述混合物溶於丙三醇溶劑，用電磁攪拌儀對上述混合物攪拌30分鐘,使高分子材料在溶劑中混合均勻； 然後放入氧化鋁或氧化鋅粉末，繼續用電磁攪拌儀攪拌120分鐘，確保混合均勻； (2)配製pH為3的磷酸銨酸溶液和pH為9的氫氧化鈉鹼溶液，先用磷酸銨酸溶液在超聲波環境中對要塗覆的鎂合金表面清洗10分鐘，取出後用乙醇清洗2分鐘；再用氫氧化鈉鹼溶液在超聲波環境中對上述鎂合金表面清洗10分鐘，取出後用乙醇清洗4分鐘，最後用熱風對上述鎂合金表面進行乾燥處理以備用； (3)將上述製備好的塗層材料分三次均勻地塗覆在上述鎂合金表面，每次塗覆後，經過500W的高能氦燈照射30-120分鐘。
全文摘要
一種適用於海霧環境下的鎂合金防腐塗層及其製備方法，防腐塗層的成分為耐蝕高分子樹脂材料和金屬氧化物納米粉末，其中樹脂材料包括聚亞安酯,三聚氰胺甲醛和脲甲醛；金屬氧化物粉末包括氧化鋁或氧化鋅。三種樹脂的質量比為1:1:1，佔總成分質量的60-75wt.%，金屬氧化物納米粉末的含量佔總成分質量的5-10wt.%，其餘為丙三醇溶劑。其製備方法是將高分子樹脂材料與金屬氧化物納米粉末混合於丙三醇中，將塗層材料分三次噴塗於鎂合金表面，經過500W的高能氦燈照射30-120分鐘，固化後即形成緻密的防腐塗層。本發明工藝簡單、成本低廉、耐鹽鹼耐潮溼，並具有一定強度和耐磨性，尤其適合於海洋環境中鎂合金表層處理。
文檔編號C09D175/04GK103044998SQ20121051404
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月5日 優先權日2012年12月5日
發明者彭秋明, 李雪君, 劉漢峰, 李慧 申請人:燕山大學