CN107760088A - 一种耐腐蚀的无铬达克罗涂料 - Google Patents

一种耐腐蚀的无铬达克罗涂料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属防腐技术领域，具体涉及一种耐腐蚀的无铬达克罗涂料，所述无铬达克罗涂料由原料组合物制成，以金属粉末100重量份为基准，所述原料组合物包括：金属粉末100重量份、水溶性硅酸盐6～18重量份、硼酸盐1～5重量份、聚四氟乙烯3～12重量份、硅烷偶联剂1～3重量份、钝化剂0.5～5重量份、润湿剂10～30重量份、镁盐0.1～0.3重量份、钛酸钾0.5～2重量份、助剂3～6重量份、水100～200重量份。本发明通过在达克罗防腐涂料中添加硅酸盐、硼酸盐、镁盐和钛酸钾，能够使硅离子、镁离子和硼离子会以扩散的方式进入金属粉末中，与金属粉末形成合金材料，显著提高金属材料的耐腐蚀性能。

Description

一种耐腐蚀的无铬达克罗涂料
技术领域
本发明涉及金属防腐技术领域，具体涉及一种耐腐蚀的无铬达克罗涂料。
背景技术
防落梁挡板是桥梁结构里面用来抗震，防止梁体坠落或脱开的连接措施 构造做法：包括设置在相邻梁体之间和/或桥台与梁体之间的连杆装置，在桥 梁全长方向上形成至少一联柔性连接体系，连杆装置由连杆、阻尼器构成， 随着高速铁路的快速发展，防落梁挡板在高速铁路上的应用也越来越广泛。 由于安装在高速铁路上的防落梁挡板在安装后，都是直接暴露在环境中，容 易受到环境中有害物质的腐蚀。
达克罗技术是近年来发展起来的一种金属表面防腐新技术，20世纪60 年代末由美国DIAMOND SHAMROCK公司发明。达克罗涂层的最大优点就 是具有极佳的防腐蚀能力，其耐蚀性能与传统的镀锌表面处理工艺相比可提 高7-10倍；涂层具有无氢脆性，特别适用于高强度受力件；涂层的高耐热 性、耐热温度达300℃；同时涂层具有高渗透性、高附着性、高减磨性、高 耐候性、高耐化学品稳定性、无污染性等优异性能。但从严格意义上来说， 达克罗也不是完全的无污染涂层，这是因为在达克罗处理液中含有2％的 Cr6+。Cr6+毒性强且对人体具有致癌作用，对农作物和微生物也有很大的毒 害作用；同时，尽管达克罗涂料中绝大部分的Cr6+在烘烤成膜过程中参与反 应转化成了Cr3+，但仍有少量的铬以可溶的Cr6+的形式保留在达克罗涂层中， 在使用过程中对人体及环境造成危害。
公开号为CN102277022A的中国专利公开了一种水性无铬达克罗涂液， 所述水性无铬达克罗涂液中锌粉的比例较高，在高温环境下腐蚀介质渗入基 材的速率会加快，而锌的电极电势在70℃以上就会降低，这就导致高温下锌 的电极电势比铁的电极电势低，从而不能起到牺牲阳极保护阴极的作用。公 开号为CN105542540A的中国专利公开了一种Al2O3纳米颗粒增强的无铬达 克罗涂料，所述无铬达克罗涂料主要以钼酸钠、硼酸为钝化液，以金属浆料 和改性Al2O3纳米颗粒作为活性成分，该涂料制备得到的达克罗涂层具有硬 度高和耐腐蚀性等特点，但是其机械强度还有待进一步改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐腐蚀的无铬达克罗涂料，该涂料干燥后形成 的涂层与基底的结合力强，且具有优异的耐腐蚀性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种耐腐蚀的无铬达克罗涂料，所述耐 腐蚀的无铬达克罗涂料由原料组合物制成，以金属粉末100重量份为基准， 所述原料组合物包括：金属粉末100重量份、水溶性硅酸盐6～18重量份、 硼酸盐1～5重量份、聚四氟乙烯3～12重量份、硅烷偶联剂1～3重量份、钝 化剂0.5～5重量份、润湿剂10～30重量份、镁盐0.1～0.3重量份、钛酸钾0.5～2 重量份、助剂3～6重量份、水100～200重量份。
通过上述技术方案，本发明的达克罗防腐涂料中含有硅酸盐、硼酸盐、 镁盐和钛酸钾，在将涂料涂覆在工件表面后，会对工件进行高温加热，在高 温加热过程中，硅离子、镁离子和硼离子会以扩散的方式进入金属粉末中， 与金属粉末形成合金材料，显著提高金属材料的耐腐蚀性能，此外还能够提 高金属粉末的粉体片状化程度和表面平整光滑度，达到降低涂层耐磨擦性能 的效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这 些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各 个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点 值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视 为在本文中具体公开。
本发明提供了一种耐腐蚀的无铬达克罗涂料，所述耐腐蚀的无铬达克罗 涂料由原料组合物制成，以金属粉末100重量份为基准，所述原料组合物包 括：金属粉末100重量份、水溶性硅酸盐6～18重量份、硼酸盐1～5重量份、 聚四氟乙烯3～12重量份、硅烷偶联剂1～3重量份、钝化剂0.5～5重量份、 润湿剂10～30重量份、镁盐0.1～0.3重量份、钛酸钾0.5～2重量份、助剂3～6 重量份、水100～200重量份。
本发明中，所述达克罗防腐涂料中含有硅酸盐、硼酸盐、镁盐和钛酸钾， 在将涂料涂覆在工件表面后，会对工件进行高温加热，在高温加热过程中， 硅离子、镁离子和钛酸根离子、硼离子会以扩散的方式进入金属粉末中，形 成合金材料，显著提高金属材料的耐腐蚀性能，此外还能够提高金属粉末的 粉体片状化程度和表面平整光滑度，达到降低涂层耐磨擦性能的效果。
此外，硅酸盐在高温下也能生成二氧化硅，二氧化硅粒子在复合涂层中 起到分散应力的作用，达到降低摩擦力的作用。
根据本发明，优选条件下，以金属粉末100重量份为基准，所述原料组 合物包括：金属粉末100重量份、水溶性硅酸盐10～15重量份、硼酸盐1.2～3.6 重量份、聚四氟乙烯5～10重量份、硅烷偶联剂1～3重量份、钝化剂1～3重 量份、润湿剂15～20重量份、镁盐0.12～0.25重量份、钛酸钾1.1～1.6重量份、 助剂3～6重量份、水100～200重量份。
本发明中镁盐的含量是影响涂料耐腐蚀性能的重要因素之一，镁盐的含 量低，起不到增强涂料耐腐蚀性能的效果，而镁盐的含量过高，又会使涂层 的脆性变高，在使用过程中，容易产生裂纹，从而导致涂层的功能失效。
根据本发明，优选条件下，所述金属粉末包括片状锌粉和片状铝粉，且 所述片状锌粉和片状铝粉的质量比为(3～5)：1。
根据本发明，优选条件下，所述铝粉的厚度0.1～0.4μm，直径为3～20μm。
根据本发明，优选条件下，所述铝粉的厚度0.1～0.4μm，直径为3～20μm。
根据本发明，优选条件下，所述水溶性硅酸盐选自硅酸钠和/或硅酸钾。
根据本发明，优选条件下，所述硼酸盐选自四硼酸钠、四硼酸钾、偏硼 酸钠和偏硼酸钾中的至少一种。
根据本发明，优选条件下，所述镁盐选自硫酸镁、硝酸镁、氯化镁中的 至少一种。
根据本发明，优选条件下，所述硅烷偶联剂选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基 三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅 烷中的至少一种。
根据本发明，优选条件下，所述润湿剂选自聚乙二醇400、甲醇、乙醇、 正丙醇、异丙醇、2-甲基-1-丙醇、正丁醇、2-丁醇和叔丁醇中的至少一种。
根据本发明，优选条件下，所述钝化剂选自植酸和/或石油酸。
根据本发明，优选条件下，所述助剂包括分散剂、缓蚀剂、成膜剂、增 稠剂中的至少一种。
根据本发明，优选条件下，为了提高各物质在水中的分散均匀度，优选 条件下，所述达克罗涂料中还含有分散剂，所述分散剂选自聚氧乙烯辛基苯 酚醚-10、十二烷基苯磺酸钙、苯乙基聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的 至少一种。
根据本发明，优选条件下，所述缓蚀剂为钼酸钠。
根据本发明，优选条件下，所述成膜剂为有机锰盐或无机锰盐，其中， 所述有机锰盐可以为乙酸锰；所述无机锰盐可以为氯化锰、硝酸锰和硫酸锰 中的至少一种。
根据本发明，优选条件下，所述的增稠剂为纤维素醚或其衍生物，例如 可以为羧甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚和羟丙基纤维素醚中的至少一种。
根据本发明，所述耐腐蚀的无铬达克罗涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)金属浆料的配制：将金属粉末和润湿剂混合后搅拌均匀，得到金 属浆料；
(2)无铬钝化液的配制：将水溶性硅酸盐、硼酸盐、镁盐、钛酸钾、 硅烷偶联剂、钝化剂在水中混合均匀，得到无铬钝化液；
(3)将金属浆料和无铬钝化液加入至容器中混合均匀，再加入助剂和 聚四氟乙烯，在室温下快速搅拌均匀后，得到耐腐蚀的无铬达克罗涂料。
本发明还提供一种铁路用防落梁挡板，所述铁路用防落梁挡板由防落梁 挡板和包覆在防落梁挡板表面的达克罗涂层，所述达克罗涂层由上述耐腐蚀 的无铬达克罗涂料制成。
根据本发明，所述铁路用防落梁挡板的制备方法，包括以下步骤：
(1)对防落梁挡板进行预处理；
(2)将上述耐腐蚀的无铬达克罗涂料涂覆在防落梁挡板表面，放置 10～15min后，将防落梁挡板在120～150℃温度下预烘10～15min，然后将预 烘过后的防落梁挡板在360～450℃的高温下烧结15～50min，在防落梁挡板表 面形成达克罗涂层，得到铁路用防落梁挡板。
根据本发明，优选条件下，所述达克罗涂层的厚度为5～20微米。
所述防落梁挡板的预处理工艺为：将防落梁挡板用浓度为3mol/L的盐 酸浸泡10～15min，然后用乙醇超声清洗10～15min，真空烘干。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，防落梁挡板的预处理工艺为：将防落梁挡板用浓度为 3mol/L的盐酸浸泡10min，然后用乙醇超声清洗15min，在60℃下真空干燥 30min。
实施例1
(1)耐腐蚀的无铬达克罗涂料的制备
A、金属浆料的配制：将80重量份厚度0.3μm，直径为15μm的锌粉、 20重量份厚度0.3μm，直径为15μm的铝粉和20重量份乙醇混合后搅拌均 匀，得到金属浆料；
B、无铬钝化液的配制：将12重量份硅酸钠、2.5重量份四硼酸钠、0.2 重量份氯化镁、1.3重量份钛酸钾、2重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧 基硅烷、2重量份植酸混合均匀，向其中加入150重量份水，搅拌均匀后， 得到无铬钝化液；
C、将金属浆料和无铬钝化液加入至容器中混合均匀，再加入1重量份 壬基酚聚氧乙烯醚、1重量份钼酸钠、1.5重量份羟丙基纤维素醚、1.5重量 份氯化锰和8重量份聚四氟乙烯，在室温下快速搅拌均匀后，得到耐腐蚀的 无铬达克罗涂料；
(2)铁路用防落梁挡板的制备
A、对防落梁挡板进行预处理；
B、将上述耐腐蚀的无铬达克罗涂料涂覆在防落梁挡板表面，放置10min 后，将防落梁挡板在135℃温度下预烘15min，然后将预烘过后的防落梁挡 板在400℃的高温下烧结30min，在防落梁挡板表面形成达克罗涂层，得到 铁路用防落梁挡板。
实施例2
(1)耐腐蚀的无铬达克罗涂料的制备
A、金属浆料的配制：将75重量份厚度0.3μm，直径为10μm的锌粉、 25重量份厚度0.3μm，直径为10μm的铝粉和15重量份聚乙二醇400混合 后搅拌均匀，得到金属浆料；
B、无铬钝化液的配制：将10重量份硅酸钠、3.6重量份四硼酸钠、0.12 重量份氯化镁、1.1重量份钛酸钾、1重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧 基硅烷、1.5重量份植酸混合均匀，向其中加入180重量份水，搅拌均匀后， 得到无铬钝化液；
C、将金属浆料和无铬钝化液加入至容器中混合均匀，再加入0.5重量 份壬基酚聚氧乙烯醚、1重量份钼酸钠、1重量份羟丙基纤维素醚、0.5重量 份氯化锰和5重量份聚四氟乙烯，在室温下快速搅拌均匀后，得到耐腐蚀的 无铬达克罗涂料；
(2)铁路用防落梁挡板的制备
A、对防落梁挡板进行预处理；
B、将上述耐腐蚀的无铬达克罗涂料涂覆在防落梁挡板表面，放置10min 后，将防落梁挡板在125℃温度下预烘10min，然后将预烘过后的防落梁挡 板在380℃的高温下烧结25min，在防落梁挡板表面形成达克罗涂层，得到 铁路用防落梁挡板。
实施例3
(1)耐腐蚀的无铬达克罗涂料的制备
A、金属浆料的配制：将83.4重量份厚度0.3μm，直径为15μm的锌粉、 16.6重量份厚度0.3μm，直径为15μm的铝粉和25重量份乙醇混合后搅拌均 匀，得到金属浆料；
B、无铬钝化液的配制：将15重量份硅酸钠、1.2重量份四硼酸钠、0.25 重量份硫酸镁、1.6重量份钛酸钾、3重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧 基硅烷、3重量份植酸混合均匀，向其中加入120重量份水，搅拌均匀后， 得到无铬钝化液；
C、将金属浆料和无铬钝化液加入至容器中混合均匀，再加入2重量份 十二烷基苯磺酸钙、1重量份钼酸钠、2重量份羟丙基纤维素醚、1重量份醋 酸锰和10重量份聚四氟乙烯，在室温下快速搅拌均匀后，得到耐腐蚀的无 铬达克罗涂料
(2)铁路用防落梁挡板的制备
A、对防落梁挡板进行预处理；
B、将上述耐腐蚀的无铬达克罗涂料涂覆在防落梁挡板表面，放置 10～15min后，将防落梁挡板在125℃温度下预烘15min，然后将预烘过后的 防落梁挡板在420℃的高温下烧结20min，在防落梁挡板表面形成达克罗涂 层，得到铁路用防落梁挡板。
实施例4
(1)耐腐蚀的无铬达克罗涂料的制备
A、金属浆料的配制：将80重量份厚度0.1m，直径为3μm的锌粉、20 重量份厚度0.1μm，直径为3μm的铝粉和10重量份聚乙二醇400混合后搅 拌均匀，得到金属浆料；
B、无铬钝化液的配制：将6重量份硅酸钾、1重量份偏硼酸钠、0.1重 量份硝酸镁、2重量份钛酸钾、1重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅 烷、5重量份石油酸混合均匀，向其中加入100重量份水，搅拌均匀后，得 到无铬钝化液；
C、将金属浆料和无铬钝化液加入至容器中混合均匀，再加入0.5重量 份聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、1重量份钼酸钠、0.5重量份羧甲基纤维素醚、0.5重量份醋酸锰和12重量份聚四氟乙烯，在室温下快速搅拌均匀后，得到 耐腐蚀的无铬达克罗涂料
(2)铁路用防落梁挡板的制备
A、对防落梁挡板进行预处理；
B、将上述耐腐蚀的无铬达克罗涂料涂覆在防落梁挡板表面，放置15min 后，将防落梁挡板在120℃温度下预烘15min，然后将预烘过后的防落梁挡 板在360℃的高温下烧结40min，在防落梁挡板表面形成达克罗涂层，得到 铁路用防落梁挡板。
实施例5
(1)耐腐蚀的无铬达克罗涂料的制备
A、金属浆料的配制：将90重量份厚度0.4μm，直径为20μm的锌粉、 10重量份厚度0.4μm，直径为20μm的铝粉和30重量份乙醇混合后搅拌均 匀，得到金属浆料；
B、无铬钝化液的配制：将18重量份硅酸钾、5重量份偏硼酸钠、0.3 重量份硝酸镁、0.5重量份钛酸钾、3重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧 基硅烷、0.5重量份石油酸混合均匀，向其中加入200重量份水，搅拌均匀 后，得到无铬钝化液；
C、将金属浆料和无铬钝化液加入至容器中混合均匀，再加入1重量份 十二烷基苯磺酸钙、1重量份钼酸钠、1重量份羧甲基纤维素醚、1重量份氯 化锰和3重量份聚四氟乙烯，在室温下快速搅拌均匀后，得到耐腐蚀的无铬 达克罗涂料
(2)铁路用防落梁挡板的制备
A、对防落梁挡板进行预处理；
B、将上述耐腐蚀的无铬达克罗涂料涂覆在防落梁挡板表面，放置15min 后，将防落梁挡板在150℃温度下预烘10min，然后将预烘过后的防落梁挡 板在450℃的高温下烧结20min，在防落梁挡板表面形成达克罗涂层，得到 铁路用防落梁挡板。
对比例1
按照实施例1的方法，不同的是，无铬钝化液中不含有硅酸盐。
对比例2
按照实施例1的方法，不同的是，无铬钝化液中不含有硼酸盐。
对比例3
按照实施例1的方法，不同的是，无铬钝化液中不含有镁盐。
对比例4
按照实施例1的方法，不同的是，无铬钝化液中不含有硅酸盐、镁盐和 硼酸盐。
测试例：
按照GB/T6739-1966的方法测试实施例1～5和对比例1～4中各铁路用防 落梁挡板的硬度；
按照GB/T10125-2012的方法测试实施例1～5和对比例1～4中各铁路用 防落梁挡板的耐盐雾性能；
按照GB/T 12444.1-1990的方法测试实施例1～5和对比例1～4中各铁路 用防落梁挡板的磨损率。
表1实施例1～5及对比例1～4中各防落梁挡板的性能表
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实 施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方 案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征， 在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的 重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其 不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种耐腐蚀的无铬达克罗涂料，其特征在于，所述无铬达克罗涂料由原料组合物制成，以金属粉末100重量份为基准，所述原料组合物包括：金属粉末100重量份、水溶性硅酸盐6～18重量份、硼酸盐1～5重量份、聚四氟乙烯3～12重量份、硅烷偶联剂1～3重量份、钝化剂0.5～5重量份、润湿剂10～30重量份、镁盐0.1～0.3重量份、钛酸钾0.5～2重量份、助剂3～6重量份、水100～200重量份。
2.根据权利要求1所述的无铬达克罗涂料，其中，以金属粉末100重量份为基准，所述原料组合物包括：金属粉末100重量份、水溶性硅酸盐10～15重量份、硼酸盐1.2～3.6重量份、聚四氟乙烯5～10重量份、硅烷偶联剂1～3重量份、钝化剂1～3重量份、润湿剂15～20重量份、镁盐0.12～0.25重量份、钛酸钾1.1～1.6重量份、助剂3～6重量份、水100～200重量份。
3.根据权利要求2所述的无铬达克罗涂料，其中，所述金属粉末包括片状锌粉和片状铝粉，且所述片状锌粉和片状铝粉的质量比为(3～5)：1。
4.根据权利要求1所述的无铬达克罗涂料，其中，所述锌粉的厚度0.1～0.4μm，直径为3～20μm；和/或
所述铝粉的厚度0.1～0.4μm，直径为3～20μm。
5.根据权利要求1所述的耐腐蚀的无铬达克罗涂料，其中，所述水溶性硅酸盐选自硅酸钠和/或硅酸钾；和/或
所述硼酸盐选自四硼酸钠、四硼酸钾、偏硼酸钠和偏硼酸钾中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的无铬达克罗涂料，其中，所述硅烷偶联剂选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的无铬达克罗涂料，其中，所述润湿剂选自聚乙二醇400、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、2-甲基-1-丙醇、正丁醇、2-丁醇和叔丁醇中的至少一种；和/或
所述钝化剂选自植酸和/或石油酸。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的无铬达克罗涂料，其中，所述助剂包括分散剂、缓蚀剂、成膜剂、增稠剂中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的无铬达克罗涂料，其中，所述分散剂选自聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基苯磺酸钙、苯乙基聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚中的至少一种；和/或
所述缓蚀剂为钼酸钠；和/或
所述成膜剂为有机锰盐或无机锰盐；和/或
所述增稠剂为纤维素醚或其衍生物。
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