一种环境友好锌铝涂层的制备与评价

晏琪+邹文杰+肖军

摘 要：传统达克罗技术是指以鳞片状的Zn、Al片为主要成分的涂料经高温烘烤而形成的锌铝防腐涂层，具有良好的耐蚀性，无氢脆，广泛的应用于钢结构的腐蚀防护领域，但传统的达克罗水性锌铝涂层中含有六价铬元素，不仅污染环境，而且危害人体健康。本研究优化了涂层的制备工艺，根据所制定的正交实验方案，在解决铬危害的同时，提升涂层的性能，达到绿色环保的目的。通过大量的试验对达克罗锌铝涂层的性能进行测试验证该绿色锌铝涂层具有良好耐蚀性能，并在所进行的实验基础之上总结出最佳的涂层配比为：为5%，m（环氧树脂）：m（聚酰胺）=1：0.8，适量的正丁醇为溶剂。

关键词：达克罗；水性锌铝涂层；耐蚀机理；环氧树脂；钝化膜；无铬；绿色涂层

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.020

1 研究背景及防护机理

1.1 研究背景及意义

锌铝防腐技术是当代工业领域应用较为广泛的技术之一。2000年前后，该技术引入我国。由于这种水性锌铝涂层相比于电镀锌等表面处理技术，耗能小、污染少，因此备受工业防腐领域的青睐，但同时锌铝涂层中所含有的毒性很强且危害动植物的生长。随着世界工业的发展以及我国环保意识和政策的加强，铬的危害也越来越受到重视，并已经开始严格限制铬使用，“绿色环保”成为当代制造业的追求。

1.2 无铬水性锌铝涂层的防护机理

①成膜物质的屏蔽作用。有机粘结剂烧结形成的成膜物质覆盖在机体表面，形成一层致密表面覆盖膜，具有机械物理的屏蔽作用，隔绝空气和腐蚀介质，能够有效的保护机体。

②阴极保护和钝化作用。由于锌和铝以及母材基体存在电位差，三者可以构成电化学原电池中的阳极和阴极，起到阴极保护作用。同时铝氧化形成致密的氧化膜而隔绝腐蚀介质，进一步抑制腐蚀。

③涂层的自修复作用。当致涂层破损时，裸露出来的铝片会在外界腐蚀介质的浸入过程中迅速钝化，形成一层新的钝化膜物质覆盖在机械破损处，有效的抑制的腐蚀介质的进一步的浸入，从而达到自我修复的效果。

④电化学作用。由于有机物高阻抗性质会导致电阻极化，抑制了涂层中阳极和阴极之间由于化学势差而产生的粒子运动，提高了腐蚀电池回路中的阻抗，减缓了阳极的消耗，从而延长了涂层的寿命。

2 资料及方法

2.1 试验材料

Zn粉（，长径比80：1）；Al粉（，长径比120：1）；（质量分数99%）；环氧树脂（E-44）；聚酰胺650；丙酮（A.R.），无水乙醇（A.R）磷钼酸钠（质量分数99%）；钼酸钠（质量分数99%）；正丁醇（A.R）；硝酸镧（质量分数99%）去离子水（A.R）。

2.2 制备涂层

在烧杯中倒入总质量10%-20%的环氧树脂，并加入适量的丙酮直到环氧树脂完全溶解；按照总重量的20%称量二氧化锰，将称量好的锌粉和铝粉加入烧杯然后搅拌 10-20 分钟，使金属粉末与溶剂均匀混合。按照环氧树脂与固化剂的比例为 1：0.8 的重量比称量聚酰胺固化剂，并加入适量的丙酮直到聚酰胺完全溶解；用100目和400目的砂纸打磨标准碳素钢试件，然后丙酮清洗，保持表面光洁。根据涂层所使用的溶剂不同将试验分为三组：分别为去粒子水乙醇、和正定醇。如表1所示。

（注：硝酸镧1g/L滴入10-20ml，消泡剂适量）

2.3 验小结

根据试验结果可知，去离子水与有机树脂以及金属粉末不相溶，且与粉末会发生化学反应，不适宜作为锌铝涂层的溶剂；经长时间搅拌，也会有肉眼可见不均匀的大颗粒，静置一段时间，涂料分层，且涂层的附着力较差。乙醇可以溶剂有机树脂，相比与水，锌铝粉末能更好跟均匀的分散在溶剂中，但乙醇挥发太快长时间搅拌涂料容易变的稠密而不利于搅拌和涂敷。正丁醇是最为理想的溶剂，正丁醇不仅能很好的溶解有机溶剂，而且在同等条件下，挥发速率小于乙醇，长时间搅拌，涂料可均匀分布，无肉眼可见的大颗粒（如图1所示）。

2.4 实验测定方法

（1）硬度试验。ISO 15184 ：1998 规定进行，铅笔为101 中华牌绘图铅笔。（由软到硬）为9B-8B-7B-6B-5B-4B-3B-2B-B-HB-F-H-2H-3H-4H-5H-6H-7H-8H-9H的木制绘图铅笔。

根据 ISO 15184：1998所规定的方法进行试验，测得大部分样品的硬度为3H-4H，明显优于传统达克罗1H-2H的硬度范围。

（2）耐酸性试验。按 GB/ T 9274 1988 中甲法（浸泡法〉进行。将样板浸入 3 % c质量 百分数）盐酸（化学纯）溶液中 至规定的时间，取出样板，用流水轻轻地冲洗后立即目视观察涂膜。如三块样板中有两块未出现起泡、开裂、剥落、掉粉、明显变色、明显失光 等涂膜病态现象，则评为"无异常" 。如出现以上涂膜病态现象按 GB/T 1766 2008进行描描述。

按 GB/ T 9274 1988 中甲法（浸泡法〉的规定进行试验，测出的4组试样中有3组无异常，1组存在掉粉现象。（腐蚀前后的金相照片如图2所示）。

（3）附着力试验（按 GB/T 9286 1998 规定进行）根据 GB/T 9286 1998 规定试验方法测得试验样品中，大部分的样品的附着力等级为1级。

3 总结

试验表明，这种环境友好型的锌铝涂层的最佳配比为为5%，，，m（环氧树脂）：m（聚酰胺）=1：0.8.溶剂为正丁醇，配制熔液搅拌6小时以上，采用二烘二涂的方式最佳。

由于试验设备和条件有限，涂敷手段与方式有限，会有涂敷不均匀以及涂敷厚度不一致的问题存在，严重影响涂层的性能。部分测试试验未能如期进行，未能体现涂层的全部性能，后续实验中有待解决涂层以及实验中现存的问题。

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