盐雾条件下环氧富AZ91D镁合金粉涂层的耐蚀性能研究*

赵 娟，何志键，周 亮，王 贵

(广东海洋大学工程学院，广东 湛江 524088)



盐雾条件下环氧富AZ91D镁合金粉涂层的耐蚀性能研究*

赵 娟，何志键，周 亮，王 贵

(广东海洋大学工程学院，广东 湛江 524088)

将环氧富AZ91D镁合金粉涂料和环氧富Mg粉涂料分别刷涂于铝合金表面制备出防腐蚀涂层，并利用EIS，盐雾实验，SEM分析了两种涂层的耐蚀性以及微观组织。研究结果表明，环氧富AZ91D涂层的耐蚀性能好于环氧富Mg涂层，环氧富AZ91D涂层中的颜料生成致密腐蚀产物填充到镁合金颗粒与环氧树脂界面的微孔，切断腐蚀介质渗透到基体，提高涂层的耐蚀性。

铝合金；盐雾实验；AZ91D微粉；Mg微粉；环氧树脂

铝合金具有比重轻、比强度大等优点，在航空、化工、建材、交通等领域中得到广泛的应用。但铝合金在使用过程中，受到海洋大气环境中氯离子的作用而发生晶间腐蚀或者剥蚀，这限制了铝合金在海洋环境下的进一步应用[1-2]。目前大量的研究表明在铝合金表面制备防护涂层是防止其腐蚀的一种有效办法[3-5]。

防腐涂料作为一种经济、有效的表面改性技术，而被广泛用于铝合金表面防腐涂层的制备。美国Bierwagen教授研究小组利用纯镁电位比铝合金低，能够对铝合金基材提供阴极保护的原理，研发了一种新型环氧富镁涂料，并刷涂于铝合金表面制备出防腐蚀涂层[6]。但Bierwagen教授小组研究结果表明纯镁化学性质活泼，自溶倾向大，盐雾环境下富镁有机涂层容易产生起泡而导致失效，涂层不能满足恶劣海洋性大气环境中的使用要求[7]。因此，降低纯镁填料的活性是提高富镁有机涂层耐蚀性能的关键[8]。而镁合金和纯镁具有相似的电化学性质，但是比纯镁具有更优越耐蚀性能。迄今为止，国内采用富镁合金粉制备防腐涂料未有报道。因此，本文以AZ91D镁合金粉作填料制备环氧涂料，将其刷涂于AA7075铝合金板上制备防腐涂层，对其在盐雾实验条件下的微观结构以及耐蚀性进行了分析与讨论。

1 实 验

1.1 涂层制备

试片为60 mm×60 mm×2 mm的AA7075铝合金板，用砂纸打磨后，经丙酮除油，无水乙醇除水后放入干燥器中备用。环氧富镁合金涂料选用平均粒径为40 μm的AZ91D镁合金粉末作为颜料，添加量为颜料体积浓度(PVC)的50%，以环氧树脂作为基料，聚酰胺树脂为固化剂，二甲苯和正丁醇(质量比为7:3混合)为溶剂，添加少量的助剂(分散剂、消泡剂和防沉淀剂)，经磁力搅拌器上搅拌均匀，熟化20 min后刷涂铝合金板表面，涂层厚度(100±10)μm。采用平均粒径为40 μm的纯Mg粉末作为颜料，相同条件下在铝合金板制备环氧富镁有机涂层。

1.2 涂层腐蚀性能测试

盐雾实验按照按照国家标准GB/T10125-1997 进行，试验设备采用美国Q-Lab公司生产的Q-FOG循环盐雾试验箱，在(35±2)℃下用5%中性NaCI水溶液喷雾腐蚀，每天连续喷8 h，停16 h为一个周期。喷雾一段时间后，试样取出，经自来水冲洗、蒸馏水洗和吹干。定期检查样板的起泡、腐蚀及其蔓延程度。

采用瑞士万通公司生产的Autolab电化学工作站对盐雾前后的涂层进行阻抗EIS测试。采用三电极体系，辅助电极为10 cm2铂电极，参比电极为饱和甘汞电极 (SCE)，辅助电极为Pt丝，工作电极为涂层试样，试样工作面积16.9 cm2。测试在开路电位下进行，测试频率范围为0.01 Hz～100 kHz，正弦交流激励信号为10 mV，测试介质为5%的NaCl溶液。

1.3 涂层形貌分析

试样经盐雾暴露实验取样后，用panasonicLX2数码相机拍照，观测试样表面腐蚀前后的宏观形貌。采用扫描电子显微镜(FEI Quanta 200 with ThermoSystem 7)观察涂层腐蚀前后的表面微观形貌。

2 结果与讨论

2.1 电化学阻抗谱

图1为两种完好涂层在盐雾箱暴露实验中的EIS测试结果。浸泡初期低频阻抗模值︱z︱平台代表涂层电阻。两种完好涂层在盐雾前的阻抗值都达到108Ω以上，环氧富Mg涂层盐雾24 h后低频阻抗模值略高于106Ω·cm2，涂层已基本失去保护功能[9]。环氧富AZ91D涂层在盐雾24 h后，在频率为0.01 Hz处的阻抗数值还保持在108Ω·cm2以上，随着盐雾时间的增加，环氧富Mg-9%Al涂层在盐雾960 h后阻抗模值仍然在107Ω·cm2以上。从上述试验结果可见，在同等涂料配方和试验条件下，环氧富AZ91D涂层的防护效果比环氧富Mg涂层优越得多，这与盐雾试验的结果完全一致。因此环氧富AZ91D涂层可以对铝合金提供有效保护，是一种优良的铝合金的防护体系。

图1 两种涂层在盐雾箱暴露实验中的Bode图

2.2 涂层的微观形貌

图2所示为两种涂层试样的表面形貌扫描照片。盐雾前Mg和Mg-9%Al颗粒呈球状，在涂层中均匀分布，环氧树脂与Mg颗粒和AZ91D颗粒包覆性好，结合紧密。除涂料中溶剂挥发后出现一些微小的缺陷外，没有孔洞和裂缝的出现。从图3a看到环氧富Mg涂层盐雾24 h后，Mg粉腐蚀且形貌发生变化，在涂层表面上Mg颗粒与环氧树脂界面处首先出现了明显的腐蚀产物，在高放大倍数下观察腐蚀产物疏松多孔，在两者界面处出现腐蚀孔洞及裂纹，涂层抑制腐蚀性粒子达到基体的作用会下降，防护能力下降。这可能是由于涂层固化成膜时在Mg颗粒与环氧树脂界面存在微孔，在小孔处Mg颗粒处于包覆缺损状态，当盐雾溶液沉降到试样表面时，涂层表面会形成一层很薄的含有腐蚀介质的膜，这层膜会吸收氧原子，使涂层表面处于包覆缺损状态的Mg颗粒直接与水、氧腐蚀介质接触，纯Mg的活性很高，迅速与腐蚀介质发生氧化还原反应生成疏松的腐蚀产物，这些薄弱部位给腐蚀介质(Cl-)提供了向内部扩散的通道，腐蚀介质(Cl-)不断地向此处迁移，使涂层疏松处氯离子富集pH值下降，腐蚀产物膜遭到严重的破坏。所以，经过盐雾腐蚀后环氧富Mg涂层表面产生腐蚀坑及腐蚀裂纹。图3c是环氧富AZ91Dl涂层在盐雾960 h后的扫面电镜照片，可以看出盐雾960 h后，AZ91D合金颗粒形貌没发生变化，与成膜物质结合仍很紧密，成膜物质对镁合金粉包覆性好。

(a)环氧富Mg涂层

(b) 环氧富AZ91D涂层

(a)环氧富Mg涂层盐雾24 h

(b)图(a)的放大照片

(c)环氧富AZ91D涂层盐雾960 h

3 结 论

(1)在同等涂料配方和盐雾试验条件下，环氧富AZ91D涂层的防护效果比环氧富Mg涂层优越得多，是一种优良的铝合金的防护体系。

(2)在盐雾过程中环氧富Mg涂层中Mg颗粒生成的腐蚀产物疏松多孔，在Mg颗粒和环氧树脂两者界面处出现腐蚀孔洞及裂纹，涂层抑制腐蚀性粒子达到基体的作用会下降，防护能力下降。

(3)在盐雾过程中环氧富AZ91D涂层中镁合金颗粒生成的腐蚀产物致密，这些腐蚀产物填充到镁合金颗粒与环氧树脂界面的微孔，切断腐蚀介质渗透到基体，提高涂层的耐蚀性。

[1] F Andreatta, H Terryn, J H W de Wit. Corrosion behaviour of different tempers of AA7075 aluminium alloy[J].Electrochimica. Acta, 2004, 49(17-18): 2851-2862.

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[7] Gordon Bierwagen, Roger Brown, Dante Battocchi, et al. Active metal-based corrosion protective coating systems for aircraft requiring no-chromate pretreatment [J]. Progress in Organic Coatings, 2010, 67:195-208.

[8] Shashi S Pathak, Michael D, et al. Carbonation of Mg powder to enhance the corrosion resistance of Mg-rich primers[J]. Corrosion Science, 2010, 52:3782-3792.

Corrosion Resistance of Epoxy AZ91D Powder Rich Alloy Coating in Salt Spray Tests*

ZHAOJuan,HEZhi-jian,ZHOULiang,WANGGui

(Engineering College, Guangdong Ocean University, Guangdong Zhanjiang 524088, China)

Two kinds of anti-corrosive coating were prepared by manual brushing a AZ91D-rich epoxy paint and a Mg-rich epoxy paint on aluminum alloy panels respectively, the corrosion resistance and microstructures were investigated by EIS, salt fog tests and SEM. The results showed that the corrosion resistance of the AZ91D rich paint for aluminum alloy was much better than that of the Mg-rich paint. Corrosion resistance of the AZ91D rich paint coating was enhanced because of the formation of dense corrosion products, which may block micro-pores between magnesium alloy particles and epoxy resin interface, cut off the corrosive medium penetration into the matrix.

aluminum alloy; salt fog tests; AZ91D powder; Mg powder; epoxy

广东创新强校项目(GDOU2013050240)；广东省自然科学基金(s2012010008267)。

赵娟(1970-)，女，博士，教授，主要研究方向为材料腐蚀与防护。

TB37

A

1001-9677(2016)023-0038-03