含磷的黏结陶瓷：非临时性防腐层

2016-03-21美国

轨道交通装备与技术 2016年2期

[美国]

含磷的黏结陶瓷：非临时性防腐层

[美国]

钢、铝及其他金属结构件的腐蚀，不仅造成各国数千万美元的维修及部件更换费用，而且也威胁到安全。例如：对于舰艇、坦克、飞机及其他设备的防腐蚀处理，每年消耗军费2.29亿美元。因腐蚀而更换受损材料及部件的费用，约占工业发达国家GDP总量的3.5%，同时还有相应的生产损失、环境影响、运输中断及伤亡事故的费用。

传统的防腐蚀方法已取得了不同程度的成功，但工业方面仍在寻求延长部件寿命的新技术。一种以美国北卡罗来纳州威尔逊市 EonCoat公司命名的EonCoat新的含磷黏结陶瓷(CBPC)，可以提供一种持久的防腐层，这是一种坚实的陶瓷保护层。

1 传统防腐方法的局限性

丙烯酸漆长期以来作为一种物理涂层，用于防止盐水及氧气对钢、铝等材料的腐蚀。该方法在因刮伤、剥落等导致的油漆外层破损前是有效的，但在油漆外层破损后，破损处的油漆层下又会产生腐蚀。

其次是采用活性材料，如：锌及镀锌层用于钢材的防腐。但该方法消耗金属材料，比较浪费，且通常在使用数年之后，又必须重新涂覆。

阴极防腐法，即向钢材施加一个负电压，对管材或可施加电压的静态金属材料可限制其腐蚀。但如不能正确绝缘或电路接地，该方法就会失败。

使用不锈钢等耐腐材料是可行的，但不锈钢的材料费用比较高。

2 防腐蚀的新方法

理想的状态是：使用廉价应用涂层的长效耐腐蚀不锈钢。像EonCoat公司这种新的CBPCs就有可能成为现实。EonCoat公司的CEO Tony Collins先生说 “CBPCs不同于简单覆盖在基体上的丙烯酸漆，它实质上就是合金表面”。

伊利诺斯州阿贡国家实验室前材料工程师及领导EonCoat陶瓷镀层开发的Arun Wagh博士解释了该涂层的理论背景：当双组分喷涂枪将基本矿物质和金属氧化物在水基悬浮物中与酸性磷混合时，在钢材的基体表面便产生了一种化学反应。在铁变为耐腐蚀的羟基氧化铁钝化层时，便携式温度计显示的温度会上升10℉～12℉。如同金和铂一样，因钝化层是采用电化学方式稳定的，它不会与水和氧气这类促进腐蚀的物质产生化学反应。

扫描电子显微镜显示，此钝化层的厚度约为24 μm。 X-射线衍射表明，此钝化层含有约60%的铁及磷酸盐、镁、硅、氢和氧等混合物。

Wagh先生说“印度德里的铁柱历史证明：EonCoat式的保护层可以永久性防腐(见图1)。由印度人制作的该铁柱高7 m、重6 t，经历1 600年仍未被腐蚀，原碑文依然清晰可辨。它具有和EonCoat几乎相同的钝化层。”

图1 EonCoat是真正意义上的陶瓷涂层，坚实的防腐蚀涂层可应用于各种工业和商业用途中

与一般只涂覆于基材表面的丙烯酸漆镀层不同，EonCoat黏结剂是通过化学反应与基材结合的，其表层轻微的表面氧化能更好地促进化学反应。化学反应使其生成了一种合金表面，而非基材表面的一般涂层。因而，这种涂层几乎不可能像一般涂层在涂覆过程中因为氧气和湿度而遭到腐蚀，而且对大多数基材无需用底漆，适用于需要多层表面涂覆的所有基材。

这种耐腐蚀的钝化层有一个实质性的陶瓷外壳保护，这种密实的陶瓷外壳防水、耐冲击、耐磨损、耐化学腐蚀和防火。陶瓷外壳由钝化层与化学黏结剂形成，是在酸、碱材料于喷枪喷嘴中混合并与基材表面发生反应后生成的。这种复合陶瓷涂层既可作为底漆，又可作为面漆，可以应用于单层涂覆，经数分钟干式涂覆，15 min内完全干燥后，过1 h即可恢复使用。

如EonCoat类的CBPCs，已经在实验室得到了验证并有如铁柱这样的例子，这种新材料比类似的传统防腐涂料更加有效。在由NASA 进行的腐蚀实验中(见图2)，Collins先生将EonCoat与其他19种具有竞争力的防腐涂料进行了对比试验：涂层样品被划开并在盐雾中暴露12 h，然后在阳光下晒12 h(或在等量的UV光下)。经过120天后，其他高性能涂层试验均告失败，而EonCoat样品除在划线处有锈蚀外，其他均没有被腐蚀。

Collins先生说：“如同试验结果一样 ‘眼见为实’，该产品在ASTM B117盐雾试验中超过10 000 h而无腐蚀，相信工程师、设备经理和工业承包商会看到经效果比较后的领先品牌价值。像EonCoat这样的CBPCs，对老化的工厂、设备和需要安全维护的基础设施，是一种新的防腐蚀的途径。”□