CN106563627A - 阴极保护防腐涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阴极保护防腐涂层及其制备方法，属于高压电气设备表面防护技术领域。该防腐涂层由达克罗层、底漆层和面漆层组成，相较单一的达克罗层或者达克罗层与面漆层组成的复合涂层，该防腐涂层具有优异的表面抗锈蚀性和抗磕碰划伤性，既能弥补达克罗层质软易磕碰划伤的不足，又能克服物理防护层涂装性能差的缺陷。本发明将阴极涂镀与物理防护相结合，在腐蚀过程中，即使一种防护形式失效，另一种防护会立即弥补失效防护的不足，从而避免腐蚀直达基材，使工件因腐蚀所致性能失效的概率大大降低。同时，该防腐涂层的制备工艺简单，操作简便，适于工业化生产及应用。

Description

阴极保护防腐涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种阴极保护防腐涂层，同时还涉及该防腐涂层的制备方法，属于高压电气设备表面防护技术领域。
背景技术
腐蚀是金属与周围环境发生化学或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀。金属腐蚀按作用原理分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。化学腐蚀是指在一定条件下非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用而引起的破坏，氧化还原反应发生在粒子相互作用的瞬间，并在碰撞的那一个反应点上完成。在化学腐蚀过程中，电子传递在金属与氧化剂间直接进行，因而没有电流产生。而电化学腐蚀是指金属与电解质因发生电化学反应而产生的破坏，在腐蚀过程中有电流产生。
阴极保护是利用外加电流使阴极极化不断进行，直到超过腐蚀电位而达到阳极开路电位，当阴极和阳极保持相同电位时，腐蚀就不会发生。因此，阴极保护是依靠向腐蚀金属提供外部电流来达到目的，在腐蚀金属表面有许多局部电池起作用，电流离开辅助阳极，进入金属表面，再回到直流电源。当阴极区被外加电流极化，直至达到阳极开路电位时，整个金属表面处于同一电位之下，不再有局部电流流动，所以只要维持足够的外加电流，金属就不会发生腐蚀。
阴极保护在高压电气产品中应用广泛，常见的有镀银、镀锡、镀铜、镀锌、达克罗、热镀锌等防护工艺。这些防护工艺各具特点，但是在某些特殊的使用环境中也会造成防护失效。公布号CN104140749A的发明专利公开了一种可用于隔离开关弹簧件的防腐涂层，由底层和面层组成，其中底层为达克罗涂层(涂料组成为：锌粉20～25g、铝粉3.5～5g、正丁醇25～30mL、丙二醇甲醚醋酸酯35～45mL、铬酸盐45～55g、聚氨酯树脂20～25g和消泡剂3～4mL)，面层为聚酯氨基烤漆层。该防腐涂层将达克罗层与烤漆层相结合，弥补了两涂层各自存在的缺陷，即达克罗层弥补了直接涂覆烤漆所致涂装不均匀的缺陷，而烤漆层弥补了达克罗层质软容易磕碰划伤的缺陷，但是聚酯氨基烤漆层仅能起到物理防护作用，没有抗锈蚀能力，一旦在装配、运输过程中遭受破坏，该防腐涂层将很快失效，因此其抗锈蚀性能还有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗锈蚀性能优异的阴极保护防腐涂层。
同时，本发明再提供一种上述防腐涂层的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
阴极保护防腐涂层，由达克罗层、底漆层和面漆层组成。
所述达克罗层的厚度为4～6μm(单涂层厚度)，可采用市售的达克罗涂料制备，或者采用以下涂料配方制备：锌粉20～25g，铝粉3～5g，铬酸盐3.5～5g，硼酸盐0.8～1.3g，碳酸盐0.1～0.3g，三乙二醇7～10g，聚乙二醇8～13g，纤维素0.2～0.4g，壬基酚聚氧乙烯醚0.3～0.55g。当涂覆两遍达克罗涂料时，其厚度为8～12μm(双涂层厚度)。
所述铬酸盐为铬酸铝、铬酸锌等中的任意一种或多种。
所述硼酸盐为硼酸铝、硼酸锌等中的任意一种或多种。
所述碳酸盐为碳酸钡等中的任意一种或多种。
所述聚乙二醇的相对分子量为200～400。
所述纤维素的分子量为50000～100000。
所述壬基酚聚氧乙烯醚的分子式为C15H24O·(C2H4O)n，式中n的取值为7～9。
在上述达克罗涂料配方中，锌粉、铝粉为金属粉末，铬酸盐为主要的氧化剂，硼酸盐、碳酸盐为高温氧化剂，聚乙二醇、三乙二醇为稀释剂，纤维素为增稠剂，壬基酚聚氧乙烯醚为乳化剂，以上组分按特定比例复配制得的达克罗层抗锈蚀性能优异，可浸涂、刷涂、喷涂等，适于工业化生产应用。
所述底漆层的厚度为25～35μm，可采用市售的单组份环氧底漆制备。
所述面漆层的厚度为20～30μm，可采用市售的丙烯酸聚氨酯面漆或者氟碳面漆制备。
阴极保护防腐涂层的制备方法，包括以下步骤：
1)将达克罗涂料涂覆在工件表面，固化，形成达克罗层；
2)在达克罗层表面涂覆底漆，固化，形成底漆层；
3)在底漆层表面涂覆面漆，固化，形成面漆层。
步骤1)中工件在涂覆达克罗涂料前先进行除油、除锈处理。
所述除油处理为：在温度240～260℃下高温烘烤。
所述除锈处理为：采用喷砂工艺(如棕刚玉)去除工件表面锈蚀，使表面达Sa 2.5级以上。
步骤1)中达克罗涂料可采用市售商品，也可采用以下配方：锌粉20～25g，铝粉3～5g，铬酸盐3.5～5g，硼酸盐0.8～1.3g，碳酸盐0.1～0.3g，三乙二醇7～10g，聚乙二醇8～13g，纤维素0.2～0.4g，壬基酚聚氧乙烯醚0.3～0.55g。其中，铬酸盐、硼酸盐、碳酸盐等的具体选择，以及聚乙二醇、纤维素、壬基酚聚氧乙烯醚的规格参数均同上。
步骤1)中涂覆可采用喷涂工艺，施工参数：压气式喷枪，压缩空气压力0.25～0.4Mpa。焊接工件的焊缝处或死角位置可用羊毛刷蘸取达克罗涂料手工刷涂。
步骤1)中固化的温度为290～320℃，固化时间25～30min。
步骤2)中底漆可采用市售的单组份环氧类底漆，如中远关西(上海)涂料有限公司生产的THU铁红环氧底漆。
步骤2)中涂覆也可采用喷涂工艺，施工参数：压气式喷枪，压缩空气压力0.25～0.4Mpa。焊接工件的焊缝处或死角位置可用羊毛刷蘸取底漆手工刷涂。涂覆后，待漆膜流平再进行烘烤固化。
步骤2)中固化的温度为80～100℃，固化时间50～70min。
步骤3)中面漆可采用市售的丙烯酸聚氨酯类或者氟碳面漆，如中远关西(上海)涂料有限公司生产的低污染耐候聚氨酯面漆。
步骤3)中涂覆也可采用喷涂工艺，施工参数：压气式喷枪，压缩空气压力0.25～0.4Mpa。焊接工件的焊缝处或死角位置可用羊毛刷蘸取面漆手工刷涂。涂覆后，待漆膜流平再进行烘烤固化。
步骤3)中固化的温度为80～100℃，固化时间50～70min。
本发明的有益效果：
本发明中防腐涂层由达克罗层、底漆层和面漆层组成，相较单一的达克罗层或者达克罗层与面漆层组成的复合涂层，该防腐涂层具有优异的表面抗锈蚀性和抗磕碰划伤性，既能弥补达克罗层质软易磕碰划伤的不足，又能克服物理防护层涂装性能差的缺陷。本发明将化学防护(阴极涂镀)与物理防护(涂漆)相结合，在腐蚀过程中，即使一种防护形式失效，另一种防护也会立即弥补失效防护的不足，从而避免腐蚀直达基材，使工件因腐蚀所致性能失效的概率大大降低。该防腐涂层在铸铁件和焊接结构上均能表现出优异的防腐性能。
本发明中防腐涂层的制备工艺简单，操作简便，适于工业化生产及应用。
附图说明
图1为试验例中不同材质试片对应不同防护工艺的流程示意图；
图2为不同防护工艺对铸铁工件的抗锈蚀性能比较；
图3为不同防护工艺对焊接样件的抗锈蚀性能比较。
具体实施方式
下述实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
本实施例中阴极保护防腐涂层由达克罗层、底漆层和面漆层组成，制备步骤如下：
1)除油和除锈
先将工件置于240℃下高温烘烤除油，再使用棕刚玉喷砂去除工件表面锈蚀，使表面达到Sa 2.5级以上；
2)制备达克罗层
采用压气式喷枪将达克罗涂料均匀地喷涂在工件表面(压缩空气压力0.25MPa)，工件焊缝处及死角位置用羊毛刷蘸取达克罗涂料手工刷涂，涂覆完毕，将工件转移至高温烧结炉中烘烤固化(温度290℃，时间30min)，在工件表面形成致密、完整的达克罗层，厚度5μm；
达克罗涂料的组成为：锌粉20g，铝粉3g，铬酸铝3.5g，硼酸铝0.8g，碳酸钡0.1g，三乙二醇7g，聚乙二醇(相对分子量200)8g，纤维素(分子量50000)0.2g，壬基酚聚氧乙烯醚(n＝7)0.3g；
3)制备底漆层
先用压缩空气轻吹工件表面除尘，再用手工喷涂的压气式喷枪将铁红环氧底漆(购自中远关西(上海)涂料有限公司，THU铁红环氧底漆)均匀地喷涂在达克罗层上(压缩空气压力0.25MPa)，工件焊缝处及死角位置用羊毛刷蘸取底漆手工刷涂，待漆膜流平，静置10min，将工件转移至烘干房中烘烤固化(温度80℃，时间70min)，即得底漆层，厚度30μm；
4)制备面漆层
先用百洁布打磨底漆层表面，并用压缩空气轻吹打磨后的底漆层，再用手工喷涂的压气式喷枪将丙烯酸聚氨酯面漆(购自中远关西(上海)涂料有限公司，低污染耐候聚氨酯面漆)均匀地喷涂在底漆层上(压缩空气压力0.25MPa)，工件焊缝处及死角位置用羊毛刷蘸取面漆手工刷涂，待漆膜流平，静置10min，将工件转移至烘干房中烘烤固化(温度80℃，时间70min)，即得面漆层，厚度25μm。
实施例2
本实施例中阴极保护防腐涂层由达克罗层、底漆层和面漆层组成，制备步骤如下：
1)除油和除锈
先将工件置于250℃下高温烘烤除油，再使用棕刚玉喷砂去除工件表面锈蚀，使表面达到Sa 2.5级以上；
2)制备达克罗层
采用压气式喷枪将达克罗涂料均匀地喷涂在工件表面(压缩空气压力0.3MPa)，工件焊缝处及死角位置用羊毛刷蘸取达克罗涂料手工刷涂，涂覆完毕，将工件转移至高温烧结炉中烘烤固化(温度305℃，时间28min)，在工件表面形成致密、完整的达克罗层，厚度6μm；
达克罗涂料的组成为：锌粉22g，铝粉4g，铬酸锌4.2g，硼酸锌1g，碳酸钡0.2g，三乙二醇8.5g，聚乙二醇(相对分子量400)10.5g，纤维素(分子量80000)0.3g，壬基酚聚氧乙烯醚(n＝8)0.42g；
3)制备底漆层
先用压缩空气轻吹工件表面除尘，再用手工喷涂的压气式喷枪将铁红环氧底漆(购自中远关西(上海)涂料有限公司，THU铁红环氧底漆)均匀地喷涂在达克罗层上(压缩空气压力0.3MPa)，工件焊缝处及死角位置用羊毛刷蘸取底漆手工刷涂，待漆膜流平，静置12min，将工件转移至烘干房中烘烤固化(温度90℃，时间60min)，即得底漆层，厚度28μm；
4)制备面漆层
先用百洁布打磨底漆层表面，并用压缩空气轻吹打磨后的底漆层，再用手工喷涂的压气式喷枪将丙烯酸聚氨酯面漆(购自中远关西(上海)涂料有限公司，低污染耐候聚氨酯面漆)均匀地喷涂在底漆层上(压缩空气压力0.3MPa)，工件焊缝处及死角位置用羊毛刷蘸取面漆手工刷涂，待漆膜流平，静置10min，将工件转移至烘干房中烘烤固化(温度90℃，时间60min)，即得面漆层，厚度20μm。
实施例3
本实施例中阴极保护防腐涂层由达克罗层、底漆层和面漆层组成，制备步骤如下：
1)除油和除锈
先将工件置于260℃下高温烘烤除油，再使用棕刚玉喷砂去除工件表面锈蚀，使表面达到Sa 2.5级以上；
2)制备达克罗层
采用压气式喷枪将达克罗涂料均匀地喷涂在工件表面(压缩空气压力0.4MPa)，工件焊缝处及死角位置用羊毛刷蘸取达克罗涂料手工刷涂，涂覆完毕，将工件转移至高温烧结炉中烘烤固化(温度320℃，时间25min)，在工件表面形成致密、完整的达克罗层，厚度5μm；
达克罗涂料的组成为：锌粉25g，铝粉5g，铬酸铝5g，硼酸锌1.3g，碳酸钡0.3g，三乙二醇10g，聚乙二醇(相对分子量300)13g，纤维素(分子量100000)0.4g，壬基酚聚氧乙烯醚(n＝9)0.55g；
3)制备底漆层
先用压缩空气轻吹工件表面除尘，再用手工喷涂的压气式喷枪将铁红环氧底漆(购自中远关西(上海)涂料有限公司，THU铁红环氧底漆)均匀地喷涂在达克罗层上(压缩空气压力0.4MPa)，工件焊缝处及死角位置用羊毛刷蘸取底漆手工刷涂，待漆膜流平，静置15min，将工件转移至烘干房中烘烤固化(温度100℃，时间50min)，即得底漆层，厚度25μm；
4)制备面漆层
先用百洁布打磨底漆层表面，并用压缩空气轻吹打磨后的底漆层，再用手工喷涂的压气式喷枪将丙烯酸聚氨酯面漆(购自中远关西(上海)涂料有限公司，低污染耐候聚氨酯面漆)均匀地喷涂在底漆层上(压缩空气压力0.4MPa)，工件焊缝处及死角位置用羊毛刷蘸取面漆手工刷涂，待漆膜流平，静置10min，将工件转移至烘干房中烘烤固化(温度100℃，时间50min)，即得面漆层，厚度30μm。
实施例4
本实施例中阴极保护防腐涂层由达克罗层、底漆层和面漆层组成，制备步骤如下：
1)除油和除锈
先将工件置于250℃下高温烘烤除油，再使用棕刚玉喷砂去除工件表面锈蚀，使表面达到Sa 2.5级以上；
2)制备达克罗层
采用压气式喷枪将达克罗涂料均匀地喷涂在工件表面(压缩空气压力0.25MPa)，工件焊缝处及死角位置用羊毛刷蘸取达克罗涂料手工刷涂，涂覆完毕，将工件转移至高温烧结炉中烘烤固化(温度310℃，时间25min)，在工件表面形成致密、完整的达克罗层，涂层厚度6μm；
达克罗涂料的组成为：锌粉20g，铝粉5g，铬酸锌3.5g，硼酸铝1.3g，碳酸钡0.2g，三乙二醇8g，聚乙二醇(相对分子量400)10g，纤维素(分子量60000)0.2g，壬基酚聚氧乙烯醚(n＝8)0.55g；
3)制备底漆层
先用压缩空气轻吹工件表面除尘，再用手工喷涂的压气式喷枪将铁红环氧底漆(购自郑州拓立造漆有限公司宁陵分公司，TLZ铁红环氧底漆)均匀地喷涂在达克罗层上(压缩空气压力0.25MPa)，工件焊缝处及死角位置用羊毛刷蘸取底漆手工刷涂，待漆膜流平，静置15min，将工件转移至烘干房中烘烤固化(温度90℃，时间60min)，即得底漆层，厚度25μm；
4)制备面漆层
先用百洁布打磨底漆层表面，并用压缩空气轻吹打磨后的底漆层，再用手工喷涂的压气式喷枪将氟碳面漆(购自郑州拓立造漆有限公司宁陵分公司，耐候氟碳面漆)均匀地喷涂在底漆层上(压缩空气压力0.25MPa)，工件焊缝处及死角位置用羊毛刷蘸取面漆手工刷涂，待漆膜流平，静置10min，将工件转移至烘干房中烘烤固化(温度90℃，时间60min)，即得面漆层，厚度30μm。
试验例
不同材质试片对应不同防护工艺的防腐性能比较，其中耐盐雾试验参照GB/T10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》标准执行(温度35±2℃，pH值6.5～7.2，NaCl浓度50±5g/L)，涂层厚度测试参照GB 13452.2-2008《色漆和清漆漆膜厚度的测定》，结合力测试参照GB 1720-79(89)《漆膜附着力测定法》。
图1所示为不同材质试片对应不同防护工艺的流程示意图。试片分别采用铸铁片和焊接样件。防护工艺一：达克罗Ⅰ涂+铁红环氧底漆+丙烯酸聚氨酯面漆(操作同实施例2)；防护工艺二：达克罗Ⅱ涂+丙烯酸聚氨酯面漆(操作基本同实施例2，区别在于：在达克罗Ⅰ涂的表面再涂覆一层达克罗涂料，形成达克罗Ⅱ涂，同时不涂装底漆)。试验结果见图2～3和表1～2。图2、3中A均为防护工艺一，B均为防护工艺二，标识处为锈蚀部位。
表1铸铁试片试验数据
注：结合力0～1级为合格，2级及以上不合格。
由表1可知，对于铸铁工件，防护工艺一的抗锈蚀性能明显优于防护工艺二。
表2焊接样件试验数据
注：结合力0～1级为合格，2级及以上不合格。
由表2可知，对于焊接样件，防护工艺一的抗锈蚀性能明显优于防护工艺二。

Claims (10)

1.阴极保护防腐涂层，其特征在于：该防腐涂层由达克罗层、底漆层和面漆层组成。
2.根据权利要求1所述的防腐涂层，其特征在于：所述达克罗层的厚度为4～6μm，底漆层的厚度为25～35μm，面漆层的厚度为20～30μm。
3.根据权利要求1或2所述的防腐涂层，其特征在于：所述达克罗层的涂料组成为：锌粉20～25g，铝粉3～5g，铬酸盐3.5～5g，硼酸盐0.8～1.3g，碳酸盐0.1～0.3g，三乙二醇7～10g，聚乙二醇8～13g，纤维素0.2～0.4g，壬基酚聚氧乙烯醚0.3～0.55g。
4.根据权利要求2所述的防腐涂层，其特征在于：所述底漆层采用单组份环氧底漆，面漆层采用丙烯酸聚氨酯面漆或者氟碳面漆。
5.如权利要求1～4中任一项所述防腐涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将达克罗涂料涂覆在工件表面，固化，形成达克罗层；
2)在达克罗层表面涂覆底漆，固化，形成底漆层；
3)在底漆层表面涂覆面漆，固化，形成面漆层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中工件在涂覆达克罗涂料前先进行除油、除锈处理。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中涂覆采用喷涂工艺，施工参数：压气式喷枪，压缩空气压力0.25～0.4Mpa。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中固化的温度为290～320℃，固化时间25～30min。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中涂覆采用喷涂工艺，施工参数：压气式喷枪，压缩空气压力0.25～0.4Mpa；固化的温度为80～100℃，固化时间50～70min。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中涂覆采用喷涂工艺，施工参数：压气式喷枪，压缩空气压力0.25～0.4Mpa；固化的温度为80～100℃，固化时间50～70min。
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