硅烷预处理对常温自固化水性氟碳锌铝涂层的影响

作     者：邹欣 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王冠

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：锌铝粉质量比 水性氟碳锌铝涂层 硅烷MTMS预处理 磷钼酸钠 纳米SiO2 

摘      要：为了清理金属表面附着的异物(灰尘、锈、油等),获得良好表面的金属基体以满足涂装要求,确保涂膜和基体有较好的结合力和防腐蚀性能,在涂装前需要对金属基体进行表面预处理。传统金属表面预处理主要是磷酸盐磷化和铬酸盐钝化工艺,这两种工艺都有较好的防腐蚀效果,但对环境会造成不同程度的危害,磷化容易产生大量磷化废液,铬酸盐处理后残留的六价铬离子是致癌物。研究发现通过硅烷水解液对金属表面处理获得的硅烷转化膜具有较好的防腐效果,且环保可靠,能明显提高有机涂层和金属基体的结合强度,从而更好地解决涂层脱落导致基体失去保护的问题。作为一种新型金属表面处理工艺,随着硅烷预处理技术的不断发展,在不久的将来有望替代磷化和铬酸盐钝化等传统的金属表面预处理工艺。本课题组前期研发了一种以氟碳树脂为粘接剂的水性常温自固化氟碳无铬锌铝涂层,在此研究基础上,本文研究了锌铝粉质量比对氟碳锌铝涂层耐蚀性能的影响,对涂层的外观、成分进行观察分析,结果表明,随着铝粉含量的增加,涂层外观由暗黑色、无明显金属光泽逐渐变为亮白色;对四种不同锌铝粉质量比制备的氟碳锌铝涂层进行浸泡实验和电化学测试,结果发现,当锌铝粉质量比为7:3时,氟碳锌铝涂层在3.5wt.%Na Cl溶液中,浸泡天数最长可达28天,腐蚀电流密度最小为8.43×10A·cm,耐蚀性更优异,因此确定了锌铝粉质量比为7:3的比例制备氟碳锌铝涂层,并测试了锌铝粉质量比7:3制备的氟碳锌铝涂料粘度为27s,p H值为6.5,常温固化成膜后,测得涂层附着力等级为7,硬度为4H,厚度为12-20μm。本课题选用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)制备硅烷水解液对基体进行预处理,设计了硅烷水解工艺条件对氟碳锌铝涂层性能影响的四因素三水平实验,统计了不同硅烷水解工艺条件下硅烷转化膜-氟碳锌铝涂层的耐蚀性和附着力,首先考虑耐蚀性,其次是涂层和基体的附着力,分析得出最优硅烷水解工艺条件为MTMS含量为20wt.%,温度为30℃,p H值为4.5,浸涂时间为2min。为了对比经过硅烷MTMS预处理的氟碳锌铝涂层和未经过硅烷MTMS预处理的氟碳锌铝涂层,通过SEM和EDS分析表面微观组织形貌、涂层腐蚀前后的成分,通过盐水浸泡实验、动电位极化曲线、交流阻抗测试对比涂层的耐腐蚀性能,得出经过硅烷MTMS预处理的氟碳锌铝涂层耐蚀性可以显著地提高,延长氟碳锌铝涂层的服役寿命;通过附着力测试表明经过硅烷MTMS预处理,氟碳锌铝涂层的附着力提升至10级。最后,通过动电位极化曲线、盐水浸泡实验,研究了磷钼酸钠、纳米Si O溶胶的添加对氟碳锌铝涂层性能的影响,结果表明磷钼酸钠可以提高氟碳锌铝涂层的防腐蚀效果,当磷钼酸钠添加量为1.2wt.%时,制备的氟碳锌铝涂层耐蚀性更好,在3.5wt.%Na Cl溶液浸泡失效天数为38天;纳米Si O溶胶可以提高氟碳锌铝涂层的防腐蚀效果,当纳米Si O溶胶添加量为3wt.%时,制备的氟碳锌铝涂层耐蚀性更好,在3.5wt.%Na Cl溶液浸泡失效天数为39天,能达到硅烷MTMS转化膜提高氟碳锌铝涂层的防腐蚀效果,硬度提升至5H。