CN102133571B - 一种具有纳米复合涂层的耐氯离子腐蚀棒材的制备方法 - Google Patents

一种具有纳米复合涂层的耐氯离子腐蚀棒材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有纳米复合涂层的耐氯离子腐蚀棒材的制备方法，包括：(1)将棒材用无水乙醇、丙酮依次清洗后，干燥；(2)将10～16g/L纳米Cr粉体、5～11g/L纳米Mo粉体和5～8g/L纳米氧氮化硅铝粉体加入有机溶剂中，超声分散得纳米复合液；(3)将上述纳米复合液喷涂到棒材表面，厚度为5～20μm，自然风干，得表面涂覆有复合纳米涂层的棒材。本发明工艺简单，成本低，利于工业化，经过涂覆复合纳米涂层的棒材，普通碳钢的耐氯离子腐蚀性能有显著的提高，甚至可以与合金化的钢种相比，具有良好的应用前景。

Description

一种具有纳米复合涂层的耐氯离子腐蚀棒材的制备方法
技术领域
本发明属于棒材表面涂层的领域，特别涉及一种具有纳米复合涂层的耐氯离子腐蚀棒材的制备方法。
背景技术
海洋性环境和海水中存在渗透能力和腐蚀性极强的氯离子，目前常用的海洋工程防护方法是涂覆防海水腐蚀的海洋涂料。海洋涂料的两大基础系列是海洋防污涂料与海洋防腐涂料。根据不同设施的使用环境，可分为船舶涂料、海洋工程设施用重防腐涂料等。船舶涂料按使用部位分为船底防腐和防污涂料、船壳涂料、甲板涂料、内舱涂料以及各种特种功能涂料。海洋防腐涂料所包括的范围非常广泛且都属于重防腐涂料的范畴，如防锈底漆、船壳漆、甲板漆、内舱漆、集装箱涂料、海港设施及平台涂料、油罐涂料、海水冷却管道及海上输油管道用涂料等。随着人类进入21世纪，海洋经济和海洋产业进一步升级和向多元化发展，人们对于海洋工程防护涂料尤其是量大面广的环氧富锌涂料的需求量越来越大，也提出了更高的要求，例如高防护性能、低资源消耗及环境生态友好等。但传统的海洋工程涂料的防护性能，尤其是抗氯离子腐蚀方面的性能还不令人满意。
金属腐蚀在造成经济损失的同时，也造成了资源和能源的浪费，由于所报废的设备或构件有少部分是不能再生的，可以重新也冶炼再生的部分在冶炼过程中也会耗费大量的能源。目前世界上的资源和能源日益紧张，因此由腐蚀所带来的问题不仅仅只是一个经济损失的问题了。腐蚀对金属的破坏，有时也会引发灾难性的后果，此方面的例子太多了，所以对金属腐蚀的研究是利国利民的选择。由于世界各国对于腐蚀的危害有了深刻的认识，因此利用各种技术开展了金属腐蚀学的研究，经过几十年代努力已经取得了显著的成绩。当前，我国发展的耐海水腐蚀用钢有：10MnCu、10MnP n6Re、10CrMoAl、15NiCuP等钢号，它们的耐海水腐蚀性均优于低碳钢。面对巨大的海洋市场需求和资源的巨大消耗，提高棒材性能，减少建筑用棒材用量，寻找一条减少资源消耗、环境友好型、可循环利用的棒材生产技术路线，已成为今后我国建筑用棒材现代化发展的思路。
那么，如何才能赋予海洋涂料高抗氯离子腐蚀性能？关键在于进一步提高环氧富锌涂料成膜后涂层整体的质量，而高耐海水腐蚀性、抗划伤性能等是其重要的特征。然而，传统海洋涂料的树脂已无法满足人们对海洋工程高抗氯离子腐蚀性能的要求。以环氧富锌涂料为例，目前通用的环氧富锌涂料由树脂，锌粉等填料及辅助材料所组成。依据经典的涂膜腐蚀失效机理，在腐蚀介质中涂膜的腐蚀失效通常有三种形式：一是涂层与基体的附着力差，出现脱落；二是涂层自身受到酸、碱、盐等介质的侵蚀而丧失了对基体的保护；三是涂层存在缺陷(如针孔)或涂层抗渗性差，像Na+、Cl-等离子可以通过扩散，从而使涂层的电阻大大下降造成局部腐蚀。环氧富锌涂层表面抗划伤性能主要取决于涂层表面显微及耐磨性能。通常提高涂膜耐海水腐蚀性、抗划伤性性能的主要途径是采用高性能树脂和高品质填料及辅料等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有纳米复合涂层的耐氯离子腐蚀棒材的制备方法，该方法工艺简单，成本低，利于工业化，经过涂覆复合纳米涂层的棒材，普通碳钢的耐氯离子腐蚀性能有显著的提高，甚至可以与合金化的钢种相比，具有良好的应用前景。
本发明的一种具有纳米复合涂层的耐氯离子腐蚀棒材的制备方法，包括：
(1)将棒材用无水乙醇、丙酮依次清洗后，干燥；
(2)将10～16g/L纳米Cr粉体、5～11g/L纳米Mo粉体和5～8g/L纳米氧氮化硅铝粉体加入有机溶剂中，超声分散得纳米复合液；
(3)将上述纳米复合液喷涂到棒材表面，厚度为5～20μm，自然风干，得表面涂覆有复合纳米涂层的棒材。
所述步骤(1)中的碳素钢板的型号为Q275。
所述步骤(2)中的有机溶剂为体积比为1∶4的乙醇和丁醇的混合溶液。
所述步骤(2)中的超声分散时间为30min。
有益效果
本发明工艺简单，成本低，利于工业化，经过涂覆复合纳米涂层的棒材，普通碳钢的耐氯离子腐蚀性能有显著的提高，甚至可以与合金化的钢种相比，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
取普通碳素钢板Q275(规格20×10×2.0mm)若干片，表面用金相砂纸打磨，经无水乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中备用。
纳米Cr-Mo复合液成分为：纳米Cr粉体10g/L，纳米Mo粉体5g/L，纳米氧氮化硅铝粉体5g/L，乙醇∶丁醇＝1∶4。超声分散该复合液30min。将配制好的纳米复合液通过纳米喷镀机组喷涂到碳钢板表面，自然风干，复合纳米涂层厚度为5μm。
将表面处理后的合金化层复合结构的碳钢进行涂层厚度测量，观察显微致密度，定电压下于35度人工海水中进行48h极化，在极化后取试样上在没有发生腐蚀的场合下，把电位设定在较高压时进行同样地极化试验，把这种操作反复进行，求出发生裂隙腐蚀的最低电位，同时进行盐雾实验，并测试其极化曲线。测试结果见表1。
实施例2
取普通碳素钢板Q275(规格20×10×2.0mm)若干片，表面用金相砂纸打磨，经无水乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中备用。
纳米Cr-Mo复合液成分为：纳米Cr粉体12g/L，纳米Mo粉体7g/L，纳米氧氮化硅铝粉体6g/L，乙醇∶丁醇＝1∶4。超声分散该复合液30min。将配制好的纳米复合液喷涂到碳钢板表面，自然风干，复合纳米涂层厚度为10μm。
将表面处理后的合金化层复合结构的碳钢进行涂层厚度测量，观察显微致密度，定电压下于35度人工海水中进行48h极化，在极化后取试样上在没有发生腐蚀的场合下，把电位设定在较高压时进行同样地极化试验，把这种操作反复进行，求出发生裂隙腐蚀的最低电位，同时进行盐雾实验，并测试其极化曲线。测试结果见表1。
实施例3
取普通碳素钢板Q275(规格20×10×2.0mm)若干片，表面用金相砂纸打磨，经无水乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中备用。
纳米Cr-Mo复合液成分为：纳米Cr粉体14g/L，纳米Mo粉体9g/L，氧氮化硅铝粉体7g/L，乙醇∶丁醇＝1∶4。超声分散该复合液30min。将配制好的纳米复合液喷涂到碳钢板表面，自然风干，复合纳米涂层厚度为15μm。
将表面处理后的合金化层复合结构的碳钢进行涂层厚度测量，观察显微致密度，定电压下于35度人工海水中进行48h极化，在极化后取试样上在没有发生腐蚀的场合下，把电位设定在较高压时进行同样地极化试验，把这种操作反复进行，求出发生裂隙腐蚀的最低电位，同时进行盐雾实验，并测试其极化曲线。测试结果见表1。
实施例4
按取普通碳素钢板Q275(规格20×10×2.0mm)若干片，表面用金相砂纸打磨，经无水乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中备用。
纳米Cr-Mo复合液成分为：纳米Cr粉体16g/L，纳米Mo粉体11g/L，氧氮化硅铝粉体8g/L，乙醇∶丁醇＝1∶4。超声分散该复合液30min。将配制好的纳米复合液喷涂到碳钢板表面，自然风干，复合纳米涂层厚度为20μm。
将表面处理后的合金化层复合结构的碳钢进行涂层厚度测量，观察显微致密度，定电压下于35度人工海水中进行48h极化，在极化后取试样上在没有发生腐蚀的场合下，把电位设定在较高压时进行同样地极化试验，把这种操作反复进行，求出发生裂隙腐蚀的最低电位，同时进行盐雾实验，并测试其极化曲线。测试结果见表1。
表1不同处理条件下获得的性能测试结果
  实施例   耐蚀性(盐雾实验)
  样品1   1000h
  样品2   1200h
  样品3   1350h
  样品4   1500h
利用本发明技术处理过的普通碳钢的表面性能得到了提高，甚至可以与合金化的钢种相比，说明经过本发明的处理方法可使其抗Cl离子腐蚀性能得到了改善。

Claims (4)

1.一种具有纳米复合涂层的耐氯离子腐蚀棒材的制备方法，包括：
（1）将棒材用无水乙醇、丙酮依次清洗后，干燥；
（2）将纳米Cr粉体、纳米Mo粉体和纳米氧氮化硅铝粉体加入有机溶剂中，超声分散得纳米复合液；纳米复合液中，纳米Cr粉体的浓度为10~16g/L，纳米Mo粉体的浓度为5~11g/L，纳米氧氮化硅铝粉体的浓度为5~8g/L；
（3）将上述纳米复合液喷涂到棒材表面，厚度为5~20μm，自然风干，得表面涂覆有复合纳米涂层的棒材。
2.根据权利要求1所述的一种具有纳米复合涂层的耐氯离子腐蚀棒材的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的棒材为型号Q275的碳素钢板。
3.根据权利要求1所述的一种具有纳米复合涂层的耐氯离子腐蚀棒材的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的有机溶剂为体积比为1:4的乙醇和丁醇的混合溶液。
4.根据权利要求1所述的一种具有纳米复合涂层的耐氯离子腐蚀棒材的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的超声分散时间为30min。
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