CN105506712A - 金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法，包括如下步骤：（1）清理腐蚀表面；（2）通过化学氧化法在金属及其复合材料样品表面制备化学氧化膜基底层；（3）在化学氧化膜基底上刷涂或喷涂锌黄环氧防腐底漆；（4）刷涂或喷涂氟碳涂料。本发明所获得的修复涂层的耐中性盐雾时间长达1200h以上，涂层和基体附着力为一级，结合良好。利用本发明获得的修复涂层适用于外场服役过程中涂层破损微区表面，修复效率高，且表面光滑、致密、结合牢固、厚度可控、耐蚀性能良好。本方法适用于外场及野外作业，金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法不需要附加设备，工艺稳定，操作简单，易于控制。

Description

金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法

技术领域

本发明属于材料工程领域，具体涉及一种金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法。

背景技术

金属零部件经表面处理后的表面涂镀层在服役过程中，由于受各种机械、化学、环境和应力的作用，其表面涂层会发生划伤、破损及脱落现象，致使金属材料发生腐蚀及失效。特别是在温差大、湿度大的沿海地区，经常发现零部件表面的防护层起泡、脱落等局部腐蚀现象，从而诱发整体腐蚀。当这些腐蚀发展到一定程度的时候，将产生裂纹并降低零部件的强度，从而缩短零部件的使用寿命。而这些表面涂镀层的损伤往往是从零部件局部表面开始，然后进一步向构件内部扩展或延伸，如腐蚀从结构表面开始，磨损在结构表面发生，疲劳裂纹产生由表面向结构内部延伸。构件表面的涂镀层需及时得到修复，如果修复不及时，不仅影响构件的外表美观，腐蚀会进一步扩展造成大面积金属构件的腐蚀破坏，造成构件的失效，这不仅带来资源、能源的过度消耗，造成经济上的严重损失，更有甚者会对环境、人身安全造成不可估量的影响。

另外，产品在装配、拆卸、维修时，经常出现表面涂层的划伤、磕碰或脱落现象，影响了产品的使用性能，甚至造成产品报废。如果重新进行表面处理，不但成本高，而且会影响产品的尺寸。生产中采取的措施是对产品进行破损处的膜层修复，即补膜，修复后的产品需要能够满足使用要求。

在零部件维护过程中合理运用表面技术对表面进行修复，不仅可以恢复零部件原有的功能特性，又可在节能、节材方面发挥巨大作用。而如何高效、快速、经济地修复被腐蚀的结构表面，对金属零部件在服役过程中的维护技术提出了严峻的挑战。因此，如何在金属零部件的使用期内对局部腐蚀处进行原位修复，提高处理后的金属构件的抗腐蚀性能和提高构件与涂层之间的结合力是金属零部件维护工作中急需解决的问题。

在服役过程中进行破损处的修复，一方面不能破坏其它完好部位，另一方面要保证修复后的表面有良好的抗腐蚀性能。目前对结构件腐蚀修复的主要方法是打磨掉表面腐蚀产物后直接涂刷油漆，这种方法虽然简单，但只适应于腐蚀很轻的表面的修复，并且修复后基体和涂层的结合力不是很好，如果在腐蚀环境恶劣的条件下，表面的漆皮很容易鼓泡，脱落。所以，在修复过程中，不仅要满足构件的耐蚀性要求，还要有良好的结合力。因此，对服役过程中金属零部件表面涂层缺陷或破损处的原位修复具有重要的工程应用价值。

此外，已进入服役期的金属构件如果发生表面涂镀层的划伤、脱落等现象，很大程度上需要在服役场所进行现场修复，而很多金属构件使用在野外及外场条件下，所以要满足野外施工的条件，要求修复方法简单，易操作，尽量不使用辅助设备，而现有的一些修复方法是采用电刷镀，所以需要电刷镀设备，这给野外作业带来一定的难度。所以修复方法尽量要不采用外加辅助设备，工艺简单，易操作，是现场修复中非常重要的因素，也易于工业化推广。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、清理腐蚀表面；

步骤二、通过化学氧化法在金属及其复合材料样品表面制备化学氧化膜基底层：具体包括以下步骤:

（1）按照重铬酸盐1～50g/L，邻苯二甲酸氢盐1～30g/L，硫酸铵1～50g/L配制电解液，溶剂是去离子水；

（2）用小毛刷蘸取适量步骤（1）中所述的化学氧化溶液，均匀的涂覆在金属材料表面，待表面颜色发生变化后，即氧化膜生成后，用去离子水冲洗掉表面残留的化学氧化液；

（3）用吹风机吹干表面并加热氧化膜，加热时间1-10min，控制表面温度不超过80℃；

步骤三、刷涂或喷涂锌黄环氧防腐涂料：锌黄环氧防腐涂料由下述方法配制得到：涂料和固化剂比例为10：1，固化剂浓度为10%，稀释剂浓度为10%，先加入称取好的底漆，然后加入固化剂、稀释剂，搅拌均匀；

步骤四、刷涂或喷涂氟碳树脂涂料。

上述步骤二（1）中所述重铬酸盐为重铬酸钾或重铬酸钠，所述邻苯二甲酸氢盐为邻苯二甲酸氢钾或邻苯二甲酸氢钠。

上述步骤三中刷涂锌黄环氧防腐涂料的方法为：用小毛刷蘸取配制好的锌黄环氧防腐涂料在第一层化学氧化后的金属表面刷涂一道，在室温下自然晾干，漆层表面干燥需要3小时，完全干燥则需要24小时。

上述步骤三中喷涂锌黄环氧防腐涂料的方法为：将配制好的锌黄环氧防护涂料倒入喷壶内，连接空气压缩机，喷枪与腐蚀部位距离20-50cm，控制喷涂时间为3-15秒，喷涂完成后室温下自然晾干。

上述步骤四中刷涂氟碳树脂涂料的方法为：用小毛刷蘸取配制好的氟碳树脂涂料在涂覆第二层锌黄环氧防腐涂料后的金属表面刷涂一道，在室温下自然晾干24小时；然后再进行第二道刷涂，同样在室温下自然晾干24小时。

上述步骤四中喷涂氟碳树脂涂料的方法为：将配制好的氟碳涂料倒入喷壶内，喷枪与腐蚀部位距离为20-50cm，控制喷漆时间在3-15秒，喷涂完成后室温下自然晾干24小时，再进行第二道喷涂，时间同样控制在3-15秒，室温下自然晾干。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、适用于外场及野外作业：本发明的金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法不需要附加设备，工艺稳定，操作简单，易于控制，适于外场条件下涂镀层的局部修复；

2、本发明的耐蚀原位修复方法仅对缺陷处或破损处涂层进行快速修复，不用破坏构件整体的防护效果，修复效率高，并且耐蚀性较一般涂镀层整体表面防护后的耐蚀性高；

3、本发明在涂覆有机涂层前先进行化学氧化处理，使金属基体与氧化膜以价键形式结合，这样不仅能够有效的提高金属基体和有机涂层的结合力，而且能够进一步提高耐蚀性，从而提高涂层及构件整体寿命；

4、锌黄环氧防腐涂料中的锌铬黄形成的铬氧化物钝化膜与第一步化学转化形成的铬氧化物及铬酸盐膜有机结合，形成一个整体，提高了底漆与化学氧化膜的附着力。在保证良好的附着力的情况下，进一步提高了基体的耐蚀性，并且作为一个桥梁，使得表面的氟碳树脂涂料在有效的保证耐蚀性的前提下，在恶劣工况条件下长期服役不脱落；

5、适用范围广：可用于铝、镁、钛合金及其复合材料和铁基合金等。

附图说明：

图1为使用本发明处理的镁合金化学氧化前后的宏观形貌图；

图2为使用本发明处理的镁合金经化学氧化后刷涂和喷涂锌黄环氧防腐涂料的宏观形貌图；

图3为使用本发明处理的镁合金刷涂氟碳树脂涂料后的SEM表面形貌；

图4为使用本发明处理的铝合金喷涂氟碳树脂涂料后的SEM截面形貌；

图5为使用本发明处理的铝合金三层防腐修复后耐中性盐雾1200h后的宏观形貌；

图6为使用本发明处理的铝合金三层防腐修复后的附着力划格测试后宏观形貌；附着力测试为1级，附着力优良。

具体实施方式：

下面将结合实施例和附图，对本发明做详细说明。

实施例1:

一种金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法，依次包括下述步骤：

一、清理腐蚀表面：

具体包括以下步骤：

（1）将镁合金构件腐蚀部位先用粗砂纸（100-300号）打磨腐蚀表面，清除腐蚀产物，暴露出金属基体；然后用较细的水砂纸（500-1000号）将金属表面打磨光滑；

（2）将步骤（11）所述打磨后的腐蚀表面用丙酮或酒精清洗干净；

（3）将步骤（12）所述合金样品用去离子水清洗。

二、通过化学氧化法在镁合金腐蚀部位制备化学氧化基底层：

（1）先按照重铬酸钾10g/L，邻苯二甲酸氢钾5g/L，硫酸铵10g/L配制电解液，溶剂是去离子水；

（2）用小毛刷蘸取适量化学氧化溶液，均匀的涂覆在腐蚀部位，待表面颜色发生变化后，即氧化膜生成后，用去离子水冲洗掉表面残留的化学氧化液；

（3）用吹风机吹干表面并加热氧化膜，加热时间3min，表面温度50℃。

三、刷涂锌黄环氧防腐涂料；

先按照涂料和固化剂比例为10：1，固化剂浓度为10%，稀释剂浓度为10%，先加入称取好的涂料，然后加入固化剂、稀释剂，搅拌均匀；然后用小毛刷蘸取配制好的锌黄环氧防腐涂料在第一层化学氧化后的金属表面刷涂一道，在室温下自然晾干，漆层表面干燥需要3小时，完全干燥则需要24小时。

四、刷涂氟碳树脂：

先按照涂料和固化剂比例为5：1，固化剂浓度为20%，稀释剂为5%，先加入涂料，再加入固化剂、稀释剂，搅拌均匀，室温下放置30分钟进行熟化。然后用小毛刷蘸取配制好的氟碳树脂涂料在涂覆第二层锌黄环氧防腐涂料后的金属表面刷涂一道，在室温下自然晾干24小时。然后再进行第二道刷涂，同样在室温下自然晾干24小时。

图1为镁合金化学氧化前后的宏观形貌图。由图可知，经化学氧化后，表面呈金黄色，氧化膜均匀。图2（a）为镁合金经化学氧化后刷涂锌黄环氧防腐涂料的宏观形貌图。涂层均匀覆盖基体表面。图3为镁合金刷涂氟碳树脂涂料后的SEM表面形貌图，由图可知，表面均匀致密。

实施例2：

一种金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法，依次包括下述步骤：

一、将铝合金构件腐蚀部位先用粗砂纸打磨掉腐蚀产物，再用细砂纸将表面打磨光滑，然后用丙酮清洗，最后用去离子水冲洗干净。

二、通过化学氧化法在铝合金腐蚀部位制备化学氧化基底层：

（1）先按照重铬酸钾30g/L，邻苯二甲酸氢钾10g/L，硫酸铵30g/L配制电解液，溶剂是去离子水；

（2）用小毛刷蘸取适量化学氧化溶液，均匀的涂覆在腐蚀部位，待表面颜色发生变化后，即氧化膜生成后，用去离子水冲洗掉表面残留的化学氧化液；

（3）用吹风机吹干表面并加热氧化膜，加热时间5min，表面温度60℃。

三、喷涂锌黄环氧防腐涂料：

先按照涂料和固化剂比例为10：1，固化剂浓度为10%，稀释剂浓度为10%，先加入称取好的涂料，然后加入固化剂、稀释剂，搅拌均匀；然后将配制好的锌黄环氧防腐涂料倒入喷壶内，连接空气压缩机，喷枪与腐蚀部位距离30cm，控制喷涂时间为10秒，喷涂完成后室温下自然晾干。

四：喷涂氟碳树脂涂料：

先按照涂料和固化剂比例为5：1，固化剂浓度为20%，稀释剂为5%，先加入涂料，再加入固化剂、稀释剂，搅拌均匀，室温下放置30分钟进行熟化。将配制好的氟碳树脂涂料倒入喷壶内，喷枪与腐蚀部位距离为30cm，控制喷漆时间在6秒，喷涂完成后室温下自然晾干24小时，再进行第二道喷涂，时间同样控制在6秒，室温下自然晾干。

图4为铝合金喷涂氟碳树脂涂料后的SEM截面形貌图。由图可知，中间层和面层均匀致密，结合良好。图5为铝合金三层防腐修复后耐中性盐雾1200小时后的宏观形貌图。由图可知，经1200小时中性盐雾腐蚀后，表面未出现腐蚀迹象，耐蚀性优良。图6为铝合金三层防腐修复后的附着力划格测试后宏观形貌图，由图可知，附着力测试为1级，附着力优良。

实施例3：

与具体实施例1大致相同，区别在于：选用的材质为铝基复合材料；二（1）中，按照重铬酸钾5g/L，邻苯二甲酸氢钾50g/L，硫酸铵5g/L配制电解液，溶剂是去离子水。

实施例4：

与具体实施例2大致相同，区别在于：选用的材质为铝基复合材料；二（1）中，按照重铬酸钾50g/L，邻苯二甲酸氢钾5g/L，硫酸铵40g/L配制电解液，溶剂是去离子水。

上述配置锌黄环氧防腐涂料和氟碳树脂涂料的原料均为公知的材料。

上述实施例中实施例2为最佳实施例。

上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法，其特征在于：

包括如下步骤：

步骤一、清理腐蚀表面；

步骤二、通过化学氧化法在金属及其复合材料样品表面制备化学氧化膜基底层：具体包括以下步骤:

（1）按照重铬酸盐1～50g/L，邻苯二甲酸氢盐1～30g/L，硫酸铵1～50g/L配制电解液，溶剂是去离子水；

（2）用小毛刷蘸取适量步骤（1）中所述的化学氧化溶液，均匀的涂覆在金属材料表面，待表面颜色发生变化后，即氧化膜生成后，用去离子水冲洗掉表面残留的化学氧化液；

（3）用吹风机吹干表面并加热氧化膜，加热时间1-10min，控制表面温度不超过80℃；

步骤三、刷涂或喷涂锌黄环氧防腐涂料：锌黄环氧防腐涂料由下述方法配制得到：涂料和固化剂比例为10：1，固化剂浓度为10%，稀释剂浓度为10%，先加入称取好的底漆，然后加入固化剂、稀释剂，搅拌均匀；

步骤四、刷涂或喷涂氟碳树脂涂料。

2.根据权利要求1所述的金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法，其特征在于：

上述步骤二（1）中所述重铬酸盐为重铬酸钾或重铬酸钠，所述邻苯二甲酸氢盐为邻苯二甲酸氢钾或邻苯二甲酸氢钠。

3.根据权利要求2所述的金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法，其特征在于：

上述步骤三中刷涂锌黄环氧防腐涂料的方法为：用小毛刷蘸取配制好的锌黄环氧防腐涂料在第一层化学氧化后的金属表面刷涂一道，在室温下自然晾干，漆层表面干燥需要3小时，完全干燥则需要24小时。

4.根据权利要求2所述的金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法，其特征在于：

上述步骤三中喷涂锌黄环氧防腐涂料的方法为：将配制好的锌黄环氧防护涂料倒入喷壶内，连接空气压缩机，喷枪与腐蚀部位距离20-50cm，控制喷涂时间为3-15秒，喷涂完成后室温下自然晾干。

5.根据权利要求3或4所述的金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法，其特征在于：

上述步骤四中刷涂氟碳树脂涂料的方法为：用小毛刷蘸取配制好的氟碳树脂涂料在涂覆第二层锌黄环氧防腐涂料后的金属表面刷涂一道，在室温下自然晾干24小时；然后再进行第二道刷涂，同样在室温下自然晾干24小时。

6.根据权利要求3或4所述的金属及其复合材料表面耐蚀原位修复涂层的制备方法，其特征在于：

上述步骤四中喷涂氟碳树脂涂料的方法为：将配制好的氟碳涂料倒入喷壶内，喷枪与腐蚀部位距离为20-50cm，控制喷漆时间在3-15秒，喷涂完成后室温下自然晾干24小时，再进行第二道喷涂，时间同样控制在3-15秒，室温下自然晾干。