CN1035881C - 采用牺牲型涂料的防腐蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明采用牺牲型涂料的防腐蚀方法是用铝基阳极涂料和磷铁涂料以复合结构形式涂装在基体金属表面，铝基阳极涂料由Al和Zn与一种或一种以上添加元素构成的铝合金粉为牺牲阳极颜料、树脂和填料与溶剂调配而成，磷铁涂料由磷铁颜料、树脂和填料与溶剂调配而成。该复合涂层由阳极颜料的溶解牺牲与导电磷铁颜料的协同作用，从而对基体金属产生阴极保护作用。适用于海水、卤水等盐溶液及含硫化氢原油等腐蚀环境。

Description

采用牺牲型涂料的防腐蚀方法
本发明涉及一种防腐蚀方法，是采用金属粉末为牺牲阳极颜料的防腐蚀涂料对基体金属防腐蚀的方法。
牺牲型防腐蚀涂料属于含金属粉末的防腐蚀涂料的一种，它是由牺牲型的金属颜料、树脂和填料与溶剂调配而成。牺牲型防腐蚀涂料对基体金属的保护机理主要是通过金属颜料的溶解牺牲对基体金属产生阴极保护作用。富锌涂料的金属颜料为纯锌粉，锌粉、树脂和填料与溶剂调配成涂料。富锌涂料的锌粉与渗入的水和氧等物质反应，所生成的腐蚀产物包覆在锌粉表面，使大量的锌不能继续进行阳极溶解，因而对基体金属的阴极保护寿命很短，贵重的锌粉仅起到一般惰性颜料的作用，而且锌颜料还可能对基体金属产生过保护作用，产生析氢鼓泡的早期失效。若富锌涂料中锌粉含量不足时，由于不能形成导电回路，因此不能产生阴极保护。以铝粉为颜料的涂料不是牺牲型的涂料，因为铝粉表面极易形成氧化铝，不能作为牺牲阴极颜料。在富锌涂料中以混合形式加入2.7-22％(重量百分比)的磷铁，可以改进涂装钢板的焊接性能。
本发明的目的是提供一种用于盐溶液的采用长效牺牲型防腐蚀涂料的防腐蚀方法。
本发明提供的防腐蚀方法，采用铝基阳极涂料为表面涂层、磷铁涂料为中间涂层，其涂料是以复合结构形式涂装在基体金属表面。铝基阳极涂料的金属颜料为铝基阳极颜料，是由AL和Zn与一种或一种以上的添加元素：In、Si、Sn、Mg、Mn、Ti、Hg、Cd组成的铝基合金粉，涂料中下列组分的重量份数为：金属颜料：铝基阳极颜料100；树脂；16-59；填料：9-11。本发明提出的铝基阳极涂料，由于采用了铝基合金粉为牺牲阳极颜料，在扫描电镜下观察到，这种铝基合金粉表面无明显的氧化物，又具有一定的粗糙度；与树脂能形成粘接力强且附着力高的致密界面，使腐蚀剂不易在界面上渗透扩散；该颜料的自溶解速度低，阳极溶解的速度慢；所产生的腐蚀产物容易脱落，不会包覆在颜料的表面；具有稳定而持久地发挥阴极保护作用的性能。由于颜料与树脂形成了致密界面的结构特性，因此，铝基阳极涂层是以一定程度的隔离能力为前提发挥稳定而持久的阴极保护作用，以阴极保护为基础使阳极溶解的腐蚀产物成为界面型缓蚀剂，或者在涂层缺陷下的基体金属表面沉积具有保护性的膜，或者封闭涂层的微缺陷从而增强涂层的屏蔽效应。本发明所提供的铝基阳极颜料融隔离型、牺牲型和缓蚀型涂料的优点为一体，因而使涂层对基体金属具有高效与长效的防腐蚀性能。
本发明提供的与铝基阳极涂层复合使用的中间涂层是采用磷铁为颜料的磷铁涂料。涂料中下列组分的重量份数为：颜料：磷铁100；树脂：8-13；填料：10.7。由于磷铁具有优良的导电性能，能把表面涂层中铝基阳极溶解时产生的电子传递到基体金属表面发挥铝基阳极涂层的阴极保护作用，又由于磷铁的化学稳定性好，在盐溶液中不会形成腐蚀产物而破坏与基体金属之间的界面。磷铁的自然电位很正，过电位低，使水溶液中含的氧优先在磷铁表面还原形成氢氧根离子，致使到达基体金属表面的氧大大减小，有利于基体金属阴极极化，从而增强了对基体金属的阴极保护作用；同时，中间涂层表面的OH-离子浓度增加，使表面层溶解的金属离子向基体金属迁移成为沉积型的界面缓蚀剂。
本发明提出的牺牲型防腐蚀涂料中，铝基阳极颜料或磷铁颜料的含量应限制在一定的范围内，铝基阳极颜料为颗粒状时，颜料体积浓度为60-70％；铝基阳极颜料为鳞片状时，颜料体积浓度为40-50％；磷铁涂料中磷铁颜料的体积浓度为60-70％在该范围内，涂层中的颜料和树脂形成双连续的结构网络，即颜料的连续性形成阴极保护的导电回路，树脂的连续性使涂层中不产生空穴或空泡，致使涂层具有一定程度的隔离能力，从而保证涂层发挥稳定而持久的阴极保护作用。由于铝基阳极颜料为鳞片状时，其比表面积比颗粒状的大，因此其体积浓度可以减小而获得理想的效果。
本发明提出的铝基阳极涂料的铝基阳极颜料所采用的铝基合金粉为粒径≤100μm的铝合金：
Al-Zn-Hg、Al-Zn-Mg、Al-Zn-Sn、Al-Zn-Mn、Al-Zn-In、Al-Zn-In-Si、Al-Zn-In-Sn、Al-Zn-In-Cd、Al-Zn-In-Si-Ti或Al-Zn-In-Sn-Mg。这些铝基合金粉可作为牺牲阳极，对铁产生稳定持久的阴极保护。
本发明提出的磷铁涂料所采用的磷铁颜料的密度为5-7g/cm3。磷铁在这个范围内的电率较高，更能充分发挥磷铁涂料的作用。
实施例1
铝基阳极涂料的铝基阳极颜料所采用的铝基合金元素组成(重量百分比)为：
(1)Al-Zn-Hg Zn：0.45-4.38；Hg：0.04-0.045；其余为Al。
(2)Al-Zn-Mg Zn：2.2；Mn：0.056；其余为Al。
(3)Al-Zn-Sn  Zn：0.5-10；Sn：0.05-1.0；Si：＜0.1；其余为Al。
(4)Al-Zn-Mn  Zn：0.5-2.5；Mn：0.8-2；Si：0.6-3.0；其余为Al。
(5)Al-Zn-In Zn：0.5-5；In：0.01-0.05；其余为Al。
(6)Al-Zn-In-Si  Zn：5.5-7.0：In：0.025-0.035；Si：0.10-0.15；其余为Al。
(7)Al-Zn-In-Sn Zn：2.2-5.2：Sn：0.018-0.035；In：0.02-0.045；其余为Al。
(8)Al-Zn-In-Cd Zn：3.0-5.0；In：0.02-0.05；Cd：0.01-0.1；其余为Al。
(9)Al-Zn-In-Si-Ti Zn：3.0-5.0；In：0.05-0.2；Si：0.05-0.2；Ti：0.02-0.05；Mg：1.2-2.2；其余为Al。
(10)Al-Zn-In-Sn-Mg Zn：2.5-4.0；In：0.02-0.05：Sn：0.025-0.075；Mg：0.5-1.0：其余为Al。
按上述任意一种铝基合金的组成，采用常规的金属熔融与粉末化的方法，经熔融、雾化、筛分得到颗粒状的铝基合金粉。根据需要铝基合金粉可制成多种粒度规格的颜料。对于粒度大于要求的铝合金粉再送入碾磨机，在溶剂保护下碾磨制成不同粒度的鳞片状的铝基阳极颜料。作为涂料的颜料，粒度一般应小于或等于100μm。实施例2
对于颗粒状铝基阳极颜料，按表1所示的涂料组成重量份数配制成涂料。除表1中所列的组成：树脂采用环氧树脂和固化剂聚酰胺外还可用硅酸乙酯或氯化橡胶：填料采用膨润土浆外还可用碳酸钙、钛白粉或聚乙烯；溶剂采用重量比为7∶3的二甲苯与丁醇混合物外还可用甲苯、乙醇或乙基溶纤剂等涂料中常用的物质。涂料的粘度靠溶剂用量控制，用涂4号杯测定，粘度为70±2秒即可。在基体金属表面涂覆一层铝基阳极涂料后，在浓度3％的盐溶液中浸泡，用涂料常规试验方法、电位监测和交流阻抗图谱来确定涂料对基体金属的阴极保护寿命。表2所示的阴极保护寿命是采用Al-Zn-In-Si阳极颜料、粒度＜44μm、和基体金属为碳钢的测试结果，对于60％、65％、70％三种不同的颜料体积浓度下，对基体金属的有效保护寿命分别为100天，110天，95天，而普通的富锌涂料在同样条件下的测试结果阴极保护寿命仅为5-12天。实施例3
对于鳞片状铝基阳极颜料，按表2所示的涂料组成重量份数配制成涂料。采用与实施例2相同的测试方法，对颗粒＜44μm的鳞片状Al-Zn-In-Si阳极颜料，在40％、45％、50％三种不同的颜料体积浓度下对基体金属碳钢的有效保护寿命分别为70天，74天和70天。与实施例2相比较，鳞片状的铝基阳极颜料涂料对基体金属的有效保护寿命虽然比颗粒状铝基阳极颜料稍短，但颜料的用量少、有效保护寿命也明显长于富锌涂料。实施例4
按颜料体积浓度60-70％(见表3)配制磷铁涂料，采用密度为5-7g/cm3的磷铁，这种磷铁是以Fe2P为主要成分并含有少量FeP、FeP2、Fe3P的混合物。按重量份数磷铁100份；601环氧树脂6-8份，固化剂聚酰胺3.75份；填料膨润土浆10.7份，溶剂用重量比为7∶3的二甲苯与丁醇的混合物配制出磷铁颜料涂料。除颜料之外，其它组成可用与实施例1相同的其它常用涂料组成。在基体金属上先涂覆一层磷铁涂料层再在外表涂上一层厚度等于或大于磷铁涂料的铝基阳极涂料层。
在基体金属碳钢上涂一层厚度为45μm左右的磷铁涂料(该磷铁颜料的颗径≤45μm)；再在表面涂上一层厚度为45μm左右的如实施例3所述的颗径＜44μm的鳞片状Al-Zn-In-Si阳极颜料的铝基阳极颜料涂料，用前述的方法和条件下测得颜料的体积浓度为40％、45％、和50％的鳞片状的铝基阳极颜料与65％的磷铁颜料涂料复合使用时测得的阴极保护寿命分别为92天，95天和94天。比实施例3单独用鳞片状的铝基阳极颜料涂料的阴极保护寿命有所提高，说明复合使用磷铁涂料的效果更好。磷铁涂料与条件相同的铝基阳极涂料复合使用时，复合涂料对基体金属的保护效果基本一致。铝基阳极涂料与磷铁涂料复合使用，不仅可以用于海水、卤水等盐溶液介质中而且还可以用于含H2S的原油等腐蚀环境中。
表1
    颜料体积浓度  (％)     60     65     70
涂  ︵重料量组份成数︶ 颗粒状铝基阳极颜料     100     100     100
环氧树脂601     16.8     13.6     10.8
聚酰胺     9.5     7.7     6.1
膨润土浆     10.7     10.7     10.7
二甲苯、丁醇     适量     适量     适量
    涂  层  厚  度  (μm)     80-90     80-90     80-90
    有效保护寿命(天)     100     110     95
表2
    颜料体积浓度  (％)      40      45      50
涂  ︵重料量组份成数︶ 鳞片状铝基阳极颜料      100      100      100
环氧树脂601      37.8      30.8      25.2
聚酰胺      21.3      17.4      14.2
膨润土浆      10.7      10.7      10.7
二甲苯、丁醇      适量      适量      适量
    涂  层  厚  度  (μm)      80-90      80-90      80-90
    有效保护寿命(天)      70      74      70
表3
    颜料体积浓度  (％)     60     65     70
涂  ︵重料量组份成数︶ 磷铁颜料     100     100     100
环氧树脂601     8.3     6.7     5.3
聚酰胺     4.7     3.8     3.0
膨润土浆     10.7     10.7     10.7
二甲苯、丁醇     适量     适量     适量
    涂  层  厚  度  (μm)     45     45     45
    有效保护寿命(天)     100     110     95

Claims (3)

1、一种采用牺牲型涂料的防腐蚀方法，在采用的防腐蚀涂料是用金属颜料、树脂和填料与溶剂调配而成，其特征在于采用铝基阳极涂料为表面涂层、磷铁涂料为中间涂层，涂料以复合结构形式涂装在基体金属表面；
(1)  铝基阳极涂料的金属颜料为铝基阳极颜料，是由AL和Zn与一种或一种以上的添加元素：In、Si、Sn、Mg、Mn、Ti、Hg、Cd所组成的铝基合金粉，涂料中下列组分的的重量份数为：
金属颜料：铝基阳极颜料     100；
树脂：                  16-59；
填料：                   9-11；
(2)  磷铁涂料中下列的组分的重量份数为：
颜料：磷铁                100；
树脂：                   8-13；
填料：                   10.7。
2、根据权利要求1所述的防腐蚀方法，其特征在于铝基合金粉为粒径≤100μm的铝合金：
Al-Zn-Hg、Al-Zn-Mg、Al-Zn-Sn、Al-Zn-Mn、Al-Zn-In、Al-Zn-In-Si、Al-Zn-In-Sn、Al-Zn-In-Cd、Al-Zn-In-Si-Ti或Al-Zn-In-Sn-Mg。
3、根据权利要求1所述的防腐蚀方法，其特征在于磷铁颜料的密度为5-7g/cm3。
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