CN101116855A - 一种钢质金属件防腐复合涂层制备方法 - Google Patents

一种钢质金属件防腐复合涂层制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种针对在海洋环境中使用的钢质金属紧固件制备的防腐复合涂层，复合涂层结构为底层和面层，底层由片状金属锌粉和片状金属铝粉经无机粘接剂胶粘混合涂成，面层由金属铝粉与改性环氧树脂混合涂成。先将片状锌粉和片状铝粉混合后加入无机水性粘接剂中搅拌混合均匀，浸入涂敷于被防腐金属钢质件上，再分别进行烘干和烧结固化处理，形成底层涂敷第一步，然后重复上述涂敷和固化过程形成底层涂敷第二步，再选用片状铝粉与改性环氧树脂混合成有机环氧富铝涂料，对已形成底层按照底层第一步同步骤不同参数处理制成面层，本发明方法耐腐蚀性高，防护能力强，可保护钢质紧固件基体，耐磨性能好，美观装饰性理想。

Description

一种钢质金属件防腐复合涂层制备方法
技术领域：
本发明涉及一种金属表面防腐涂层技术，特别是一种针对在海洋环境中使用的钢质金属紧固件或连接件的防腐复合涂层。
背景技术：
目前国内外对在海洋环境中使用的钢质金属紧固件或连接件的防腐措施主要包括电镀镉、电镀锌、热渗锌等技术。由于镉的有毒性、电镀的氢脆敏感性、电镀锌钝化膜在高温下易老化性能以及热渗锌的耐蚀性不足等原因，使得上述各项技术无法满足日益增长的对海洋环境中使用钢质金属紧固件的防腐需求。因此开展新技术的研究，取代传统的海洋环境下金属钢质紧固件防腐涂、镀层技术成为本技术领域中正在积极探索的内容。
20世纪70年代以来，在国外汽车用金属紧固件防腐领域普遍采用了一种锌铬涂层防腐技术，该涂层具有较高的耐蚀、耐热性，极强的渗透性，与基体结合力强，无氢脆，制备过程中不产生大量的废水、废气、废渣污染，因此得到了广泛的应用。从20世纪90年代中期开始，该项技术及其配套生产设备在国内开始使用，至今已较多的应用于汽车用金属钢质紧固件和连接件的防腐。
上述锌铬涂层尽管在普通大气环境中具有良好的耐蚀性，在有水环境中或腐蚀性强的海洋环境中却难以满足使用要求，原因是该类涂层耐蚀性高的一个重要原因是由于涂层中含有的微量可溶性六价铬能够为涂层提供再钝化能力和自修复作用，如果直接将该类涂层应用于水环境，特别是海水环境中，微量的六价铬将从涂层中溶出，脱离涂层后不仅会造成涂层的防腐性能大幅度下降，而且进入水环境中会造成水源污染。
综上所述，目前解决海洋水质环境下金属钢质材料的防腐问题还难以找到理想的技术方案，已有的方法存在着防腐寿命短，防腐环境要求高，需要的设备复杂等缺点，特别是在腐蚀性强的环境下使用锌铬涂层存在着水污染的问题。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有的防腐技术中存在的缺点，寻求提供一种钢质金属紧固件或连接件防腐复合涂层的制备方法，该方法制备的防腐涂层是由无机水性锌铝涂层和环氧富铝有机涂层混层组成，能够对海洋环境中使用的金属特别是钢质金属紧固件和连接中进行长效防护。
本发明是通过如下技术方案实现的：本发明制备的复合涂层结构为底层和面层上下两层式，底层由金属锌粉末和金属铝粉末经无机粘结剂胶粘混合涂敷后固化成膜，面层由金属铝粉与改性环氧树脂混合涂成；先将片状锌粉和片状铝粉按4∶1的重量比混合后加入无机水性粘接剂中搅拌混合均匀，浸入涂敷于被防腐金属钢质紧固件上，再经离心甩干后分别进行烘干和烧结固化处理，形成底层涂敷第一步，其固化处理技术参数与表1中所列；然后重复上述涂敷和固化过程形成底层涂敷第二步，其固化参数同第一步；再选用片状铝粉搅拌混合与改性环氧树脂中构成有机环氧富铝涂料，对已形成底层的被防腐件按照底层第一步同步骤不同参数处理制成面层，其面层的固化处理技术参数于表1中所列。
本发明中使用的锌粉和铝粉的厚度为0.1微米，片径为10～15微米；所用的无机水性粘结剂包括铬的氧化物和硼酸混合物，所用的改性环氧树脂为有机硅改性环氧树脂；锌粉、铝粉和无机水性粘结剂的混合重量比例4∶1∶0.5；铝粉和改性环氧树脂的混合重量比为1∶18。
表1复合涂层烘干和烧结固化工艺参数
  工艺参数   底层第一步   底层第二步     面层
烘干时间/min     10～20     10～20     10～20
烘干温度/℃     100～120     100～120     100～120
烧结时间/min     20～40     20～40     15～30
烧结温度/℃     300～340     300～340     200～240
在碳钢质紧固件试样上采用该技术制备复合涂层，实验室性能测试的结果表明，该涂层平均厚度约为13-18μm，结合力达到1级，经中性盐雾腐蚀试验1000小时后未出现红锈；在静态海水中浸泡1.5年后，试样基体没有出现锈蚀。
本发明制备的金属钢质紧固件复合涂层兼有无机水性锌铝涂层和环氧富铝有机涂层的优点，在涂层整体厚度增加较小的情况下，大幅提高了涂层的防腐性能和综合性能，与现有技术相比本发明具有以下优点：一是采用复合涂层，增强了涂层对腐蚀介质的物理隔离和防御能力，使得涂层耐蚀性提高，对基体的防护能力明显增强；二是面层为有机涂层，结构致密，可以密封底层的涂层孔隙，改善涂层体系的防水性能；三是当涂层局部破损时，涂层中的锌粉、铝粉可以对钢基体提供阴极保护作用；四是复合涂层具有良好的耐磨性；五是复合涂层表面呈现光亮的银白色，装饰性好。
具体实施方式：
本发明技术方案的具体实施说明如下：
本发明制备的复合涂层结构分为上下两层式，底层由金属锌粉末和金属铝粉末经无机粘接剂胶粘混合涂成，面层由金属铝粉与改性环氧树脂混合涂成。①复合涂层的底层为无机水性锌铝涂层，主要由片状锌粉、片状铝粉和无机粘结剂所组成，底层涂敷两道；②面层为有机环氧富铝涂层，主要由片状铝粉和改性环氧树脂所组成；③底层和面层都是通过浸涂、离心甩干、烘干和烧结固化处理的工艺实现涂敷；④底层和面层的固化工艺过程相同，但其固化处理参数不同，其中底层分为二个涂复步骤，面层为一个涂复步骤。
实施例1：
以碳钢质船用螺丝紧固件作为试样，采用本发明方案经浸涤、离心甩干、固化处理工艺制备复合涂层，其烘干和烧结固化处理技术参数见表2，涂层的平均厚度为15μm，结合力为1级，经中性盐雾腐蚀试验1000小时后未出现红锈。在静态海水中浸泡1.5年后，试样基体没有出现锈蚀，达到了规定的技术效果要求。
表2实施例1复合涂层固化处理工艺参数
  工艺参数   底层第一步   底层第二步     面层
烘干时间/min     12     15     12
烘干温度/℃     100     110     100
烧结时间/min     25     30     20
烧结温度/℃     300     320     220
实施例2：
以某舰船提供的碳钢紧固件为基体，采用本发明方案经浸涂、离心甩干、烘干和烧结固化处理工艺制备复合涂层，其烘干和烧结固化处理技术参数见表3，其底层为两道无机水性锌铝涂层，面上覆盖一道环氧富铝有机涂层，复合涂层的平均厚度为15μm，将此类紧固件应用于船体，在海水浸泡和潮湿、高盐分的海洋大气环境中使用1年后，涂层完好，紧固件基体未出现性能明显降低、表面严重锈蚀、螺栓锈死等现象。
表3实施例2复合涂层固化处理工艺参数
  工艺参数   底层第一步   底层第二步     面层
烘干时间/min     18     20     20
烘干温度/℃     120     120     120
烧结时间/min     35     40     30
烧结温度/℃     340     335     240

Claims (3)

1.一种钢质金属件防腐复合涂层制备方法，制备的复合涂层结构为底层和面层上下两层式，底层由金属锌粉末和金属铝粉末经无机粘结剂胶粘混合涂敷后固化成膜，面层由金属铝粉与改性环氧树脂混合涂成；其特征在于先将片状锌粉和片状铝粉按4∶1重量比混合后加入无机水性粘接剂中搅拌混合均匀，浸入涂敷于被防腐金属钢质紧固件上，再经离心甩干后分别进行烘干和烧结固化处理，形成底层涂敷第一步；然后重复上述涂敷和固化过程形成底层涂敷第二步；再选用片状铝粉搅拌混合与改性环氧树脂中构成有机环氧富铝涂料，对已形成底层的被防腐件按照底层第一步同步骤不同参数处理制成面层。
2.根据权利要求1所述的钢质金属件防腐复合涂层制备方法，其特征在于使用的锌粉和铝粉的厚度为0.1微米，片径为10～15微米；所用的无机水性粘结剂包括铬的氧化物和硼酸混合物；所用的改性环氧树脂为有机硅改性环氧树脂；锌粉、铝粉和无机水性粘接剂的混合重量比为4∶1∶0.5；铝粉和改性环氧树脂的混合重量比为1∶18。
3.根据权利要求1所述的钢质金属件防腐复合涂层制备方法，其特征在于复合涂层烘干和烧结固化处理工艺参数为：
  工艺参数     底层第一步     底层第二步     面层   烘干时间/min     10～20     10～20     10～20   烘干温度/℃     100～120     100～120     100～120   烧结时间/min     20～40     20～40     15～30   烧结温度/℃     300～340     300～340     200～240
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Assignee: Sunrui Marine Environment Engineering Company

Assignor: No.725 Inst. China Shipping Heavy Industry Group Corp.

Contract record no.: 2011370000199

Denomination of invention: Method for preparing corrosion-protection composite coating for the steel metalwork

Granted publication date: 20101013

License type: Exclusive License

Open date: 20080206

Record date: 20110512

EM01 Change of recordation of patent licensing contract

Change date: 20120725

Contract record no.: 2011370000199

Assignee after: Qingdao Sunrui Marine Environment Engineering Co., Ltd.

Assignee before: Sunrui Marine Environment Engineering Company