无铬达克罗涂料中锌铝粉的析氢规律

孙硕+晏智强+于锦

摘 要：该文以无铬达克罗涂料中的锌铝粉为研究对象，研究其在pH值为7.0的水性环境（10mass%吐温80的水溶液）的析氫规律。结果表明：锌粉的析氢量最小，随着铝粉比例的增大，析氢量在不断递增，铝粉的析氢量最大；环境温度越高，析氢速度越大，析氢量也越大。

关键词：无铬达克罗 锌铝粉 析氢规律

中图分类号：TQ62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（b）-0090-02

达克罗是指以片状锌粉、片状铝粉、铬酐和去离子水为主要成分的新型的防腐涂料[1]。铬酐的钝化作用能够有效抑制锌铝混合粉在水性环境中的析氢活性[2]。但是，因为Cr6+毒性强且具有高致癌性，在全球范围内Cr6+的使用已经受到越来越严格的限制[3]。由于失去了Cr6+的钝化作用，锌铝粉在无铬达克罗涂料中出现严重的析氢现象，导致涂料储存时间缩短、涂层性能降低，这使无铬达克罗涂料的应用受到极大限制。该文研究了锌粉、铝粉和9个不同比例的锌铝混合粉在吐温80水溶液中的析氢规律，旨在对无铬达克罗中片状锌铝粉的析氢规律有一个全面清晰的认识，为新型环保无铬达克罗涂料的研制奠定基础。

1 实验方法

该实验的腐蚀介质采用pH值为7.0的10%吐温80的水溶液，经试验，该溶液能较好地分散不同比例的锌铝粉。实验采用的锌、铝粉均为无铬达克罗涂料中常用的片状粉体，其中锌粉直径约为16 μm，厚度约为0.1 μm，铝粉直径约为22 μm，厚度约为0.1 μm。取1 g不同比例的锌铝粉分散于100 mL吐温80水溶液中，进行析氢实验，实验装置见参考文献[4]，水浴温度依次设为40 ℃、45 ℃、50 ℃。

2 结果与讨论

图1中，锌铝粉的析氢曲线分为三个阶段：初始诱导阶段、剧烈反应阶段、析氢衰落阶段。初始诱导阶段：水中的H+在锌或铝的诱导下生成还原态氢，吸附在锌粉或铝粉的表面，还原态氢之间的碰撞才会形成氢气分子。这一阶段，由于还原态氢的数量很少，彼此间的碰撞概率很低，故这一阶段的析氢速度很小，随着还原态氢的不断积累，析氢速度越来越大。剧烈反应阶段：还原态氢的积累已经达到饱和，析氢速度达到最大值且保持稳定。析氢衰落阶段：锌铝粉在析出氢气的时候，伴随着Zn（OH）2和Al（OH）3的生成，这些物质占据在锌铝粉的表面上，致使还原态氢在锌铝粉表面的吸附面积在不断减小，进而导致析氢速度不断降低，直至析氢反应最终停止。图2中，随着锌铝粉中铝粉比例的增大，总析氢量呈直线递增。总析氢量由铝粉的比例决定，与锌粉无关。另外，温度升高（降低）能够增大（减小）该比例锌铝粉的总析氢量。图3和图4中，温度越高，锌铝粉析氢速度越快，析氢量也越大。一方面，锌铝粉的析氢腐蚀是H+与Zn或Al原子之间的反应，H+来源于水的电离，因为水的电离是吸热的，温度升高，平衡正移，H+的浓度增大。另一方面，温度升高，水中的H+运动速度加快。这两方面会增大H+与Zn或Al原子之间的有效碰撞机会，进而提高析氢速度，增大析氢量。

3 结论

（1）锌粉的析氢量最小，随着锌铝粉中铝粉的比例增大，析氢量在不断递增，铝粉的析氢量最大。在研制无铬达克罗涂料时，应尽量降低铝粉的比例，将析氢量控制在一个合理的范围内，以提高涂料的品质。

（2）环境温度越高，析氢速度越快，析氢量也越大。无铬达克罗涂料避免在高温环境中存放。

参考文献

[1] 耿建飞，缪强，梁文萍，等.新型无铬锌铝涂层的制备及性能研究[J].热处理，2016，31（1）：1-6.

[2] Sinko J.Challenges of chromate inhibitor pigments replacement in organic coatings[J].Progress in Organic Coatings，2001，42（3）：267-282.

[3] 乔静飞，张明明，李文超，等.一种低铬达克罗涂层的制备工艺及性能[J].腐蚀与防护，2016，37（3）：241-244.

[4] 王典，刘建国，万晔，等.锌铝混合粉的析氢行为及抑制剂研究[J].腐蚀科学与防护技术，2010，22（3）：207-210.