CN106833287A - 镁合金az31b防腐涂料、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镁合金AZ31B防腐涂料、其制备方法及应用。所述镁合金AZ31B防腐涂料主要由环氧树脂、滑石粉、氧化铁红、三聚磷酸铝、石墨烯粉体、石墨烯分散剂、有机溶剂、硅烷偶联剂、流平剂、防沉剂和环氧固化剂等组成。本发明的镁合金AZ31B防腐涂料易于制备，成本低廉，且形成的防腐涂层(漆膜)与镁合金基材的附着力好、柔韧性佳、综合防腐性能优异，在镁合金AZ31B、镁合金制品的防腐领域具有广泛应用前景。

Description

镁合金AZ31B防腐涂料、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种金属防护涂料，特别涉及一种镁合金AZ31B防腐涂料、其制备方法及用途，属于金属防护领域。
背景技术
近年来，镁合金因其密度低、比强度高、抗电磁屏蔽能力强、热导电性能好等优点，被誉为“21世纪绿色工程材料”，广泛应用于航空航天、汽车工业及电子工业中。AZ31B是应用最为广泛的变形镁合金产品之一，具有价格便宜，室温力学性能、延展性和抗拉强度好等优点，但其耐蚀性较差，成为其应用和发展的“瓶颈”。AZ31B镁合金耐蚀性差的主要原因是镁合金电极电位较负，第二相或杂质元素在导电介质或薄液膜下引起电偶腐蚀，腐蚀产物疏松多孔，不能形成稳定的保护膜。郭初蕾等(《稀有金属》，2013，37(1):21-26)在研究AZ31B镁合金在海洋大气环境中的腐蚀行为时发现，AZ31B镁合金在海洋大气环境中不耐腐蚀，表面布满点蚀坑，相对湿度对镁合金较长周期的腐蚀有显著影响，AZ31B镁合金暴露在万宁站和青岛站5年后的腐蚀速率分别为37.6μm·a-1和13.5μm·a-1。
因此，开发一种简单有效而且能显著降低镁合金AZ31B腐蚀速率的涂料，对延长镁合金AZ31B制品的服役寿命具有重要意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种镁合金AZ31B防腐涂料及其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种镁合金AZ31B防腐涂料，其包括环氧树脂、滑石粉、氧化铁红、三聚磷酸铝、石墨烯粉体、石墨烯分散剂、有机溶剂、硅烷偶联剂、流平剂、防沉剂和环氧固化剂等。
进一步的，所述镁合金AZ31B防腐涂料包括按照重量份计算的如下组分：环氧树脂20～40份、滑石粉10～15份、氧化铁红5～15份、三聚磷酸铝5～15份、石墨烯粉体0.1～2份、石墨烯分散剂0.1～0.5份、有机溶剂10～30份、硅烷偶联剂0.5～1份，防沉剂2～3份以及环氧固化剂。
本发明实施例还提供了一种制备所述镁合金AZ31B防腐涂料的方法，其包括：
将石墨烯分散剂和石墨烯粉体超声分散于有机溶剂中，形成第一混合物；
将环氧树脂、氧化铁红、滑石粉、硅烷偶联剂和三聚磷酸铝于有机溶剂中均匀混合，形成第二混合物；
将所述第一混合物和第二混合物混合，并研磨至细度小于30μm，再添加流平剂和防沉剂并混合均匀，之后添加环氧固化剂并继续混合均匀，获得镁合金AZ31B防腐涂料。
本发明实施例还提供了由前述任一种镁合金AZ31B防腐涂料形成的防腐涂层。
本发明实施例还提供了前述任一种镁合金AZ31B防腐涂料或防腐涂层于镁合金制品防腐领域中的用途。
较之现有技术，本发明提供的镁合金AZ31B防腐涂料易于制备，成本低廉，且形成的防腐涂层(漆膜)与镁合金的附着力好、柔韧性好、综合防腐性能优异，在镁合金AZ31B、镁合金制品的防腐领域具有广泛应用前景。
附图说明
图1a-图1b分别是本发明实施例1中表面无防腐涂层和有防腐涂层的镁合金AZ31B在40℃、浓度约3.5wt％的NaCl溶液中浸泡20天后的照片。
图2是本发明实施例2中表面无防腐涂层和有防腐涂层的镁合金AZ31B在25℃、浓度约3.5wt％的NaCl溶液中浸泡30天后的极化曲线图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供的一种镁合金AZ31B防腐涂料主要由环氧树脂、滑石粉、氧化铁红、三聚磷酸铝、石墨烯粉体、石墨烯分散剂、有机溶剂、硅烷偶联剂、流平剂、防沉剂和环氧固化剂等组成。
在本发明的镁合金AZ31B防腐涂料中同时包含氧化铁红、三聚磷酸铝、石墨烯粉体、石墨烯分散剂、有机溶剂、硅烷偶联剂，石墨烯分散剂的作用在于分散石墨烯，若石墨烯粉体不经过分散，直接添加到涂料中，其防腐性能不好；氧化铁红和三聚硫酸铝是防锈颜料，可以提高涂料对镁合金基体的防腐性能；硅烷偶联剂的作用在于提高氧化铁红、三聚硫酸铝等颜填料在树脂中的分散性能，有机溶剂是调节涂料粘度的。
在一些较佳实施方案中，所述镁合金AZ31B防腐涂料包括按照重量份计算的如下组分：环氧树脂20～40份、滑石粉10～15份、氧化铁红5～15份、三聚磷酸铝5～15份、石墨烯粉体0.1～2份、石墨烯分散剂0.1～0.5份、有机溶剂10～30份、硅烷偶联剂0.5～1份，防沉剂2～3份以及环氧固化剂。
进一步的，所述分散剂包括苯甲醇、环己酮、曲拉通X-100中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述分散剂与石墨烯的质量比为1:10～1:1，优选为1:5～1:1，尤其优选为1:4。
进一步的，所述石墨烯粉体的平均直径为20～50μm，优选为10～30μm，尤其优选为25μm。
进一步的，所述石墨烯粉体包括单层石墨烯和/或多层石墨烯，且不限于此。
进一步的，所述防腐涂料中石墨烯的含量为0.1wt％～2wt％，优选为0.1wt％～1wt％，尤其优选为0.5wt％。
进一步的，所述环氧树脂包括E20、E44和E51中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。其中，所述环氧树脂为无色粘稠状液体。
进一步的，所述环氧固化剂包括650低分子聚酰胺、651低分子聚酰胺和200低分子聚酰胺中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
其中，环氧固化剂的用量与环氧树脂的用量相对应，两者的用量比例是业界已知的。
进一步的，所述三聚磷酸锌的粒径为400～1000目。
进一步的，所述三聚磷酸锌为白色粉末，并可通过市购、自制等途径获取。
进一步的，所述防腐涂料中三聚磷酸锌含量为5wt％～15wt％，优选为7wt％～15wt％，尤其优选为8.5wt％。
进一步的，所述硅烷偶联剂为白色液体，包括KH550、KH560和KH570中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述防沉剂包括聚乙烯蜡和膨润土的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述有机溶剂包括乙醇、正丁醇、二甲苯、环己酮、乙酸乙酯中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述流平剂可选自业界已知的合适类型，例如可选自但不限于BYK300，BYK306和BYK333中的任意一种或两种以上的组合，用以促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。
本发明实施例的另一个方面提供的一种制备所述镁合金AZ31B防腐涂料的方法包括：
将石墨烯分散剂和石墨烯超声分散于有机溶剂中，形成第一混合物；
将环氧树脂，氧化铁红、滑石粉、硅烷偶联剂和三聚磷酸铝于作为稀释剂的有机溶剂中均匀混合，形成第二混合物；
将第一混合物和第二混合物混合，研磨至细度小于30μm，并添加流平剂和防沉剂，混合均匀后，再添加环氧固化剂，继续混合均匀，获得镁合金AZ31B防腐涂料。
所述镁合金AZ31B防腐涂料可应用于镁合金AZ31B、镁合金制品等表面，并产生优异的封闭和防腐蚀作用。
本发明实施例的另一个方面提供了由所述镁合金AZ31B防腐涂料形成的防腐涂层。
本发明实施例的另一个方面提供了所述镁合金AZ31B防腐涂料或防腐涂层于镁合金AZ31B或镁合金防腐处理中的用途。
本发明实施例的另一个方面提供了一种镁合金AZ31B或镁合金防护方法，其包括：在镁合金AZ31B或镁合金基材表面涂覆所述的镁合金AZ31B防腐涂料，并使所述防腐涂料固化成膜(优选在温度约60℃左右的恒温干燥箱中固化成膜)。
在前述实施方案中，可采用的涂覆方式包括但不限于抹涂、旋涂、刮涂、喷涂等等业界已知的任何合适方式。
在一些较为具体的实施方案中，一种镁合金AZ31B防腐涂料的制备及应用方法包括如下步骤：
(1)将石墨烯分散剂、石墨烯粉体按一定比例，超声分散到有机溶剂中；
(2)将环氧树脂，氧化铁红、滑石粉、硅烷偶联剂、三聚磷酸铝于有机溶剂中均匀混合，约1500r/min搅拌约30min；
(3)将步骤(1)和步骤(2)所获物料混合，添加流平剂和防沉剂，约1000r/min搅拌约20min，添加环氧固化剂，搅拌均匀，涂覆到镁合金AZ31B(或镁合金)表面，室温固化成膜，实现对镁合金AZ31B(或镁合金)的封闭和防腐。
与现有镁合金AZ31B防腐涂料相比，本发明镁合金AZ31B防腐涂料制备工艺简单、与镁合金AZ31B基材的附着力好、漆膜柔韧性好、综合防腐性能优异。
以下结合若干实施例和附图等对本发明做更详细的描述，但所述实施例不构成对本发明的限制。
实施例1
将0.2g曲拉通X-100和0.7g石墨烯(购自宁波墨西科技有限公司，石墨烯层数约为6～8层)分散在10mL正丁醇和13mL环己酮组成的混合溶液中，1500r/min超声搅拌30min，形成石墨烯分散浆料，然后向石墨烯分散浆料中依次加入12g氧化铁红、12g滑石粉，搅拌，继续依次添加20g环氧树脂E20(购自山东德源环氧科技有限公司)、3g环氧树脂E51(购自山东德源环氧科技有限公司)、15g三聚磷酸铝(购自上海龙博化工有限公司)、15mL二甲苯、1g聚乙烯蜡、0.3g膨润土、0.5g流平剂BYK392，1000r/min搅拌20min，然后添加10g 650低分子聚酰胺固化剂，搅拌均匀，即可得到镁合金AZ31B防腐涂料，由其形成的涂层的附着力、柔韧性、耐盐雾和耐盐水浸泡性能见表1。图1a-图1b分别是镁合金AZ31B表面未涂覆和涂覆(涂膜厚度为60μm)本发明实施例1的防腐涂料，在40℃、浓度约3.5％NaCl溶液中浸泡20天后的照片。可以看到，若镁合金AZ31B表面未涂覆防腐涂料，经浸泡后，其表面腐蚀形貌疏松多孔，而若镁合金AZ31B表面涂覆有防腐涂料，则划线处和涂层表面未发现明显腐蚀现象。
实施例2
将0.1g曲拉通X100、0.1g苯甲醇和0.8g石墨烯(购自宁波墨西科技有限公司，石墨烯层数约为6～8层)分散在5mL正丁醇和15mL环己酮组成的混合溶液中，1500r/min超声搅拌30min，形成石墨烯分散浆料；然后向石墨烯分散浆料中依次加入8g氧化铁红、13g滑石粉，搅拌，继续依次添加18g环氧树脂E20(购自山东德源环氧科技有限公司)、5g环氧树脂E51(购自山东德源环氧科技有限公司)、15g三聚磷酸铝(购自上海龙博化工有限公司)、15mL二甲苯、0.5g聚乙烯蜡、0.5g膨润土、0.5g流平剂BYK392，1000r/min搅拌20min，然后添加12g 650低分子聚酰胺固化剂，搅拌均匀，即可得到镁合金AZ31B防腐涂料，由其形成的涂层的附着力、柔韧性、耐盐雾和耐盐水浸泡性能见表1。将涂料涂覆在镁合金AZ31B电极表面，控制涂膜厚度为50μm，在25℃、浓度约3.5％的NaCl溶液中浸泡30天后的极化曲线见图2。浸泡30天后，涂覆涂料的镁合金AZ31B电流密度明显降低，说明所制涂料对镁合金AZ31B具有良好的防护性能。
实施例3
将0.2g曲拉通X100和0.7g石墨烯(购自宁波墨西科技有限公司，石墨烯层数约为6～8层)分散在5mL正丁醇和15mL环己酮组成的混合溶液中，1500r/min超声搅拌30min，形成石墨烯分散浆料；然后向石墨烯分散浆料中依次加入10g氧化铁红、12g滑石粉，搅拌，继续依次添加19g环氧树脂E20(购自山东德源环氧科技有限公司)、3g环氧树脂E51(购自山东德源环氧科技有限公司)、15g三聚磷酸铝(购自上海龙博化工有限公司)、15mL二甲苯、0.6g聚乙烯蜡、0.4g膨润土、0.5g流平剂BYK392，1000r/min搅拌20min，然后添加10g 210低分子聚酰胺固化剂，搅拌均匀，即可得到镁合金AZ31B防腐涂料，由其形成的涂层的附着力、柔韧性、耐盐雾和耐盐水浸泡性能见表1。
表1实施例1-3制备的镁合金AZ31B防腐涂料的综合物理性能
物理性能 检测标准 实施例1 实施例2 实施例3
外观 观察 平整 平整 平整
附着力 GB/T 5210 0级 0级 0级
耐盐雾性能(h) GB/T 1771 1500 1400 1500
柔韧性 GB/T1731 1级 1级 1级
耐酸碱性(h) GB/T9274 1000 800 1000
耐盐水性能(h) GB1763 650 600 650
对比例1：与实施例1基本相同，区别之处在于：该镁合金AZ31B防腐涂料中未添加石墨烯分散剂和曲拉通X-100，其余组分保持不变。由其形成的涂层的附着力、柔韧性、耐盐雾和耐盐水浸泡性能见表2。
对比例2：与实施例1基本相同，区别之处在于：该镁合金AZ31B防腐涂料中未添加曲拉通X100和石墨烯，其余组分保持不变。由其形成的涂层的附着力、柔韧性、耐盐雾和耐盐水浸泡性能见表2。
对比例3：与实施例2基本相同，区别之处在于：不进行超声搅拌，形成石墨烯分散浆料，而是直接将石墨烯、石墨烯分散剂添加到环氧树脂中，其余组分和涂料生产步骤保持不变。由其形成的涂层的附着力、柔韧性、耐盐雾和耐盐水浸泡性能见表2。
对比例4：与实施例3基本相同，区别之处在于：该镁合金AZ31B防腐涂料中未添加三聚磷酸铝，而是添加有25g氧化铁红，其余组分和涂料生产步骤保持不变。由其形成的涂层的附着力、柔韧性、耐盐雾和耐盐水浸泡性能见表2。
对比例5：与实施例3基本相同，区别之处在于：该镁合金AZ31B防腐涂料中未添加环氧E51，其余组分和涂料生产步骤保持不变。由其形成的涂层的附着力、柔韧性、耐盐雾和耐盐水浸泡性能见表2(可见附着力和耐盐雾性能下降)。
参照实施例1-3的方案，对对比例1-5所获涂料形成的涂层的附着力、柔韧性、耐盐雾和耐盐水浸泡性能进行测试，结果显示如表2所示。
表2对比例1-5所制备的镁合金AZ31B防腐涂料的综合物理性能
物理性能 检测标准 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
外观 观察 平整 平整 平整 平整 平整
附着力 GB/T 5210 0级 0级 0级 0级 1级
耐盐雾性能(h) GB/T 1771 800 500 500 700 800
柔韧性 GB/T1731 1级 1级 1级 1级 1级
耐酸碱性(h) GB/T9274 600 500 500 600 600
耐盐水性能(h) GB1763 400 200 200 650 300
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种镁合金AZ31B防腐涂料，其特征在于包括按照重量份计算的如下组分：环氧树脂20～40份、滑石粉10～15份、氧化铁红5～15份、三聚磷酸铝5～15份、石墨烯粉体0.1～2份、石墨烯分散剂0.1～0.5份、有机溶剂10～30份、硅烷偶联剂0.5～1份，防沉剂2～3份以及环氧固化剂。
2.如权利要求1所述的镁合金AZ31B防腐涂料，其特征在于：所述石墨烯分散剂包括苯甲醇、环己酮、曲拉通X-100中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述石墨烯分散剂与石墨烯粉体的质量比为1:10～1:1，优选为1:5～1:1。
3.如权利要求1所述的镁合金AZ31B防腐涂料，其特征在于：所述石墨烯粉体的平均直径为20～50μm，优选为10～30μm；和/或，所述石墨烯粉体包括单层石墨烯和/或多层石墨烯；和/或，所述防腐涂料中石墨烯粉体的含量为0.1wt％～2wt％，优选为0.1wt％～1wt％。
4.如权利要求1所述的镁合金AZ31B防腐涂料，其特征在于：所述环氧树脂包括E20、E44和E51中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述环氧固化剂包括650低分子聚酰胺、651低分子聚酰胺和200低分子聚酰胺中的任意一种或两种以上的组合。
5.如权利要求1所述的镁合金AZ31B防腐涂料，其特征在于：所述三聚磷酸铝的粒径为400～1000目；和/或，所述防腐涂料中三聚磷酸铝的含量为5wt％～15wt％，优选为7wt％～15wt％。
6.如权利要求1所述的镁合金AZ31B防腐涂料，其特征在于：所述硅烷偶联剂包括KH550、KH560和KH570中的任意一种或两种以上的组合。
7.如权利要求1所述的镁合金AZ31B防腐涂料，其特征在于：所述防沉剂包括聚乙烯蜡和/或膨润土；和/或，所述有机溶剂包括乙醇、正丁醇、二甲苯、环己酮、乙酸乙酯中的任意一种或两种以上的组合。
8.如权利要求1-7中任一项所述的镁合金AZ31B防腐涂料的制备方法，其特征在于包括：
将石墨烯分散剂和石墨烯粉体超声分散于有机溶剂中，形成第一混合物；
将环氧树脂、氧化铁红、滑石粉、硅烷偶联剂和三聚磷酸铝于有机溶剂中均匀混合，形成第二混合物；
将所述第一混合物和第二混合物混合，并研磨至细度小于30μm，再添加流平剂和防沉剂并混合均匀，之后添加环氧固化剂并继续混合均匀，获得镁合金AZ31B防腐涂料。
9.由权利要求1-7中任一项所述的镁合金AZ31B防腐涂料形成的防腐涂层。
10.权利要求1-7中任一项所述的镁合金AZ31B防腐涂料或权利要求9所述的防腐涂层于镁合金制品防腐领域中的用途。
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