CN109439184B - 一种金属表面防腐涂层及其制备和涂覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属表面防腐涂层及其制备和涂覆方法，属于橡胶材料改性技术领域；涂层原料包括：石墨烯粉末、石英石粉末、α‑硅灰石、多孔金属铝粉末、二氧化钛、纳米氧化铈、其余为橡胶；是将粉末状原料球磨后加到熔化的橡胶中得到涂层，并将球磨后的混合粉末加入到融化的橡胶中混合得到涂层，涂覆是将纤维网通过粘合剂包覆在金属表面后，将涂层喷射堆积在金属表面；本发明提高了橡胶的抗拉强度和定伸强度，以及耐摩擦和伸长率等性能，改善金属材料应力腐蚀的发生，保证涂层在金属表面不会出现因为老化剥落等现象，该方法相对于纳米注塑其设计方法简单且成本较低，对于大范围的工程用钢和结构用钢的耐腐蚀性能具有良好的改良作用。

Description

一种金属表面防腐涂层及其制备和涂覆方法

技术领域

本发明属于橡胶材料改性技术领域，具体涉及一种金属表面防腐涂层及其制备和涂覆方法，主要目的用于金属防腐，特别是对于结构及工程用钢的防腐。

背景技术

随着人类社会的发展，越来越多的新材料被研发出来，材料本身面对的环境也越来越复杂，这其中以金属材料面对的腐蚀问题尤为突出，全球每年因腐蚀而造成的损失约占全球总一年总生产值的2%。开发加工新的性能优良的耐蚀材料用于钢件的腐蚀防护已经越来越受到人们的关注。目前对于钢或者合金的腐蚀防护主要包括从金属的自身微观结构组成或者表面处理入手。其中金属的表面处理技术目前主流的技术还是表面喷涂油漆或者表面熔覆其它耐腐蚀合金粉末。其中橡胶材料的易老化、弹性差、耐寒耐冻性不好等缺点严重制约了橡胶材料做为防腐蚀涂层的发展。随着石墨烯材料的研究受到越来越多的重视，人们发现石墨烯对橡胶具有良好的改性效果，可以明显增加石墨烯材料的导电导热性能。同时橡胶与金属材料的结合中人们通常使用金属表面喷涂的技术，但是该技术在实际应用中金属与橡胶的结合力通常不能尽如人意，后来为了增加橡胶材料与金属材料的结合性能，又提出了纳米注塑这一技术。该技术明显解决了橡胶材料与金属材料结合力不足这一难题，得到了大量的工业推广。

但是在实际的橡胶涂层的使用中，橡胶材料还是面临着抗拉强度、伸长率不高等问题。同时关于纳米注塑该技术因为工艺较为复杂，成本较高。对于改变中小型金属器件与橡胶材料的结合起到了很好的改良作用。但是对于大量的室外结构用钢和工程用钢使用该方法明显会增加大量的建设成本。

经过现有的技术和文献检索发现：专利CN103408854A公开了一种含氧化石墨烯橡胶复合材料的制作方法，其原料组分的质量配比为：100份氯磺化聚乙烯，10-15份乙烯一醋酸乙烯酯橡胶(EVM)，20-25份氢化丁腈橡胶(HNBR)，氧化石墨烯0.5-5份，平均粒径为15-25nm的硬质炭黑30-70份，癸二酸二辛酯(DOS)1-10份，氧化锌3-6份，硬脂酸3-6份，N，N-二丁基二硫代氨基甲酸镍0.5-4份，六硫化双五甲撑秋兰姆1-4份，PbO0.5-4份以及不溶性硫磺1-6份。

专利CN206181110U公开一种纳米注塑手机中板结构，包括纳米注塑主体、上端盖、下端盖；该上端盖和下端盖是由金属材料冲压成型，该上端盖、下端盖与纳米注塑主体为一体镶嵌成型结构；还包括EMI金属弹片，该EMI金属弹片包括嵌合基片、螺丝固定基片、勾形弹性接触片，该嵌合基片和螺丝固定基片之间具有高度差；对应之纳米注塑主体的侧边位置设有一EMI金属弹片安装位，该安装位上具有嵌合孔、螺丝固定孔，该嵌合孔、螺丝固定孔之间具有薄塑胶层；所述EMI金属弹片的嵌合基片卡入嵌合孔中并且抵接于薄塑胶层底面，螺丝固定基片卡入螺丝固定孔周沿并且压紧于薄塑胶层表面，勾形弹性接触片悬设于EMI金属弹片安装位上，从而增强抗电磁干扰能力。

以上专利通过改良橡胶合成的成分来达到改良橡胶的部分性能，明显提高了橡胶的抗老化，拉伸性能等，但是该工艺相对较为复杂，对某些条件下的抗拉强度及抗腐蚀能力等得不到满足。纳米注塑的方法对于金属与橡胶的结合起到了巨大的改良效果，但是该工艺也相对较为复杂，而且对于某些大型室外构建用钢，此方法成本太高，不利于大面积推广使用。

发明内容

本发明为了解决目前橡胶喷涂在金属表面易于氧化脱落，且橡胶抗老化、抗拉伸性能及抗腐蚀性能得不到满足等问题，提供了一种金属表面防腐涂层及其制备和涂覆的方法，使用石墨烯、铝等粉末来增强橡胶材料的相关抗腐蚀和力学等性能。对橡胶材料进行改性，从而使橡胶材料在喷涂在金属上以后增加金属材料的耐腐蚀性能和橡胶材料的抗氧化性能。同时在改进相关喷涂工艺后增加橡胶与金属材料的结合力，防止在使用过程中橡胶的氧化脱落等缺陷。

本发明是通过如下技术方案实现的。

一种金属表面防腐涂层，包括以下重量百分比的原料：石墨烯粉末为0.4%-0.6%，石英石粉末为1.5%-2%、α-硅灰石为1%-1.5%、多孔金属铝粉末为8%-11%、二氧化钛2%-3%、纳米氧化铈为1.5%-2%，其余为橡胶。

优选的，所述的橡胶为硅橡胶。

优选的，所述多孔金属铝粉末的粒径为30-40μm，孔洞大小为15-20μm。

优选的，所述石墨烯粉末为纳米石墨烯，片径为0.3-0.6 μm，厚度为0.6-1.4 nm。

优选的，所述的石英石粉末为80-120目；α-硅灰石为200-400目；二氧化钛为纳米二氧化钛，粉末粒径为80-100nm。

一种金属表面防腐涂层的制备方法，包括将所述的石墨烯粉末、石英石粉末、α-硅灰石、多孔金属铝粉末、二氧化钛和纳米氧化铈混合后球磨；将所述橡胶熔化，并将球磨后的混合粉末加入到融化的橡胶中，混合均匀。

进一步的，所述的球磨是采用干法100 -120r/min球磨1-2h使粉末混合均匀。

进一步的，将所述橡胶在150-180℃熔化，在匀速搅拌的条件下将球磨后的混合粉末加入到融化的橡胶中，混合均匀。

在涂层制备的过程中，要保证石墨烯在橡胶材料中的混合均匀，避免石墨烯发生团聚现象，影响石墨烯在橡胶材料中的导电性能。

一种金属表面防腐涂层的涂覆方法，包括将金属表面打磨处理后，将纤维网通过粘合剂包覆在所述金属的表面，再将所述的防腐涂层喷射堆积在金属表面，并干燥。

进一步的，先将纤维网在粘合剂中浸泡3-5min，之后再将纤维网通过粘合剂包覆在所述金属的表面。

在涂覆的过程中，要保证在喷涂过程橡胶能够被纤维网的纤维丝所固定，保证在涂层干燥后与金属基底的结合强度，不易脱落。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。

本发明与其它的单独利用石墨烯对橡胶进行改性的技术相比，在熔融橡胶材料中添加铝粉末进一步增加橡胶材料的抗腐蚀性能的橡胶材料的抗老化性能；与其它的橡胶基金属复合材料相比，加入多孔的金属铝粉末，孔洞大小为15-20um，使橡胶材料穿过孔洞后固定橡胶材料，增加橡胶与铝粉末的结合强度，一定程度上提高橡胶的抗拉强度和耐摩擦性能；与其它的橡胶改性技术相比，在橡胶材料中添加石英石粉末、α-硅灰石粉末将进一步提高橡胶材料的抗拉强度、定伸强度和伸长率等性能。

与其它的金属防腐相比，本发明在金属表面喷涂橡胶，而不适用传统的油漆等涂层，使融化后液状的涂层渗入纤维网的纤维丝内待橡胶凝固后利用纤维网固定涂层。在改善橡胶涂层的抗老化性能后提高金属材料的抗冲击性能，改善金属材料应力腐蚀的发生。在涂层与金属的的结合过程中加入纤维网起到固定涂层的作用，保证涂层在金属表面不会出现因为老化剥落等现象。该方法相对于纳米注塑其设计方法简单且成本较低。对于大范围的工程用钢和结构用钢的耐腐蚀性能具有良好的改良作用。

本发明在石墨烯改性橡胶的基础上添加多孔铝粉末目的是为了增加橡胶材料的导电性能，加速将基底金属氧化后产生的电子转移到橡胶及石墨烯表面，同时相对于其他的橡胶基金属复合材料，这将明显增加橡胶与多孔铝的结合强度，增加橡胶的抗拉强度。而铝粉末在受到腐蚀后会在表面形成致密的氧化铝薄膜，增加涂层材料的耐腐蚀性能和抗氧化性能。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

实施例1

一种低碳钢表面防腐涂层的制备方法，其特征在于：步骤如下：

（1）低碳钢预处理：将低碳钢切割成20mm×20mm×5mm的金属板，用1600目的刚玉纱布对钢件表面进行打磨预处理15min，钢件表面的除锈标准定为A级，打磨好以后备用。

（2）设置橡胶混合粉末：橡胶混合粉末由如下质量百分比的原料组成：石墨烯粉末为0.4%，石英石粉末为2%、α-硅灰石为1%、多孔金属铝粉末为10%、二氧化钛2%、纳米氧化铈为2%，其余为橡胶；所有粉末混合，用干法120r/min球磨2h使粉末混合均匀；所采用的石墨烯粉末为纳米石墨烯，其片径为0.6 μm，厚度为1 nm；石英石粉末粒径大小为120目；α-硅灰石的粒径大小为400目；二氧化钛为纳米二氧化钛，其粉末粒径为100nm；多孔金属铝粉末的大小为40μm，其中多孔铝的孔洞大小为15μm；纳米氧化铈为CY-纳米氧化铈，粉末粒径为30nm，TREO%≥98%。

（3）将市场硅橡胶180℃加热至熔化，并不断搅拌，待硅橡胶熔化后加入步骤（2）获得的混合粉末，搅拌使粉末在橡胶中混合均匀，搅拌速率为50r/min。

（4）将4 mm×4 mm的玻璃纤维网格布预先在粘合剂中浸泡3min，同时在步骤（1）处理好的低碳钢表面均匀涂抹粘合剂；所述粘合剂为495型粘合剂，以α-氰基丙烯酸乙酯为主要原料。

（5）将粘合剂浸泡过的玻璃纤维网格布缠绕在低碳钢表面，使纤维网包覆整个低碳钢侧面；将步骤（3）获得的橡胶溶液加入高压喷枪中，然后均匀的逐层喷射堆积在低碳钢表面，厚度为1.5mm，自然干燥后得到试样。高压喷枪的口径为0.5mm，喷涂距离为10mm，喷涂压力为0.3MPa，喷涂方式为逐层喷涂，总喷涂厚度为1.5mm。

低碳钢要求为大多数的工程构建用钢，如桥梁，护栏等，对钢件材料的表面强度和抗拉/抗压强度要求不高的结构件。

实施例2

一种型钢表面防腐涂层的制备方法，其特征在于：步骤如下：

（1）型钢预处理：将型钢切割成30mm×20mm×5mm的金属板，用1000目的刚玉纱布对钢件表面进行打磨预处理30min，钢件表面的除锈标准定为A级，打磨好以后备用。

（2）设置橡胶混合粉末：橡胶混合粉末由如下质量百分比的原料组成：石墨烯粉末为0.6%，石英石粉末为1.5%、α-硅灰石为1.5%、多孔金属铝粉末为8%、二氧化钛3%、纳米氧化铈为1.5%，其余为橡胶；所有粉末混合，用干法100r/min球磨1h使粉末混合均匀；所采用的石墨烯粉末为纳米石墨烯，其片径为0.3μm，厚度为1.4 nm；石英石粉末粒径大小为80目；α-硅灰石的粒径大小为200目；二氧化钛为纳米二氧化钛，其粉末粒径为80nm；多孔金属铝粉末的大小为30μm，其中多孔铝的孔洞大小为20μm；纳米氧化铈为CY-纳米氧化铈，粉末粒径为10nm，TREO%≥98%。

（3）将市场硅橡胶150℃加热至熔化，并不断搅拌，待硅橡胶熔化后加入步骤（2）获得的混合粉末，搅拌使粉末在橡胶中混合均匀，搅拌速率为80r/min。

（4）将4 mm×4 mm的玻璃纤维网格布预先在粘合剂中浸泡1min，同时在步骤（1）处理好的型钢表面均匀涂抹粘合剂；所述粘合剂为495型粘合剂，以α-氰基丙烯酸乙酯为主要原料。

（5）将粘合剂浸泡过的玻璃纤维网格布缠绕在型钢表面，使纤维网包覆整个型钢侧面；将步骤（3）获得的橡胶溶液加入高压喷枪中，然后均匀的逐层喷射堆积在低碳钢表面，厚度为1.5mm，自然干燥后得到试样。高压喷枪的口径为 0.5mm，喷涂距离为10mm，喷涂压力为0.3MPa，喷涂方式为逐层喷涂，总喷涂厚度为1.5mm。

型钢要求为大多数的工程构建用钢，如桥梁，护栏等，对钢件材料的表面强度和抗拉/抗压强度要求不高的结构件。

实施例3

一种铜合金表面防腐涂层的制备方法，其特征在于：步骤如下：

（1）铜合金预处理：将低碳钢切割成20mm×20mm×5mm的金属板，用1400目的刚玉纱布对钢件表面进行打磨预处理15min，钢件表面的除锈标准定为A级，打磨好以后备用。

（2）设置橡胶混合粉末：橡胶混合粉末由如下质量百分比的原料组成：石墨烯粉末为0.4%，石英石粉末为2%、α-硅灰石为1%、多孔金属铝粉末为10%、二氧化钛2%、纳米氧化铈为2%，其余为橡胶；所有粉末混合，用干法120r/min球磨2h使粉末混合均匀；所采用的石墨烯粉末为纳米石墨烯，其片径为0.6 μm，厚度为1 nm；石英石粉末粒径大小为120目；α-硅灰石的粒径大小为400目；二氧化钛为纳米二氧化钛，其粉末粒径为100nm；多孔金属铝粉末的大小为40μm，其中多孔铝的孔洞大小为15μm；纳米氧化铈为CY-纳米氧化铈，粉末粒径为30nm，TREO%≥98%。

（3）将市场硅橡胶180℃加热至熔化，并不断搅拌，待硅橡胶熔化后加入步骤（2）获得的混合粉末，搅拌使粉末在橡胶中混合均匀，搅拌速率为50r/min。

（4）将4 mm×4 mm的玻璃纤维网格布预先在粘合剂中浸泡3min，同时在步骤（1）处理好的铜合金表面均匀涂抹粘合剂；所述粘合剂为495型粘合剂，以α-氰基丙烯酸乙酯为主要原料。

（5）将粘合剂浸泡过的玻璃纤维网格布缠绕在铜合金表面，使纤维网包覆整个铜合金侧面；将步骤（3）获得的橡胶溶液加入高压喷枪中，然后均匀的逐层喷射堆积在铜合金表面，厚度为1.5mm，自然干燥后得到试样。高压喷枪的口径为0.5mm，喷涂距离为10mm，喷涂压力为0.3MPa，喷涂方式为逐层喷涂，总喷涂厚度为1.5mm。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (7)

1.一种金属表面防腐涂层的涂覆方法，其特征在于，包括将金属表面打磨处理后，将纤维网通过粘合剂包覆在所述金属的表面，再将防腐涂层喷射堆积在金属表面，并干燥；所述防腐涂层由以下重量百分比的原料组成：石墨烯粉末为0.4%-0.6%，石英石粉末为1.5%-2%、α-硅灰石为1%-1.5%、多孔金属铝粉末为8%-11%、二氧化钛2%-3%、纳米氧化铈为1.5%-2%，其余为硅橡胶；所述多孔金属铝粉末的粒径为30-40μm，孔洞大小为15-20μm。

2.根据权利要求1所述的一种金属表面防腐涂层的涂覆方法，其特征在于，所述石墨烯粉末为纳米石墨烯，片径为0.3-0.6 μm，厚度为0.6-1.4 nm。

3.根据权利要求1所述的一种金属表面防腐涂层的涂覆方法，其特征在于，所述的石英石粉末为80-120目；α-硅灰石为200-400目；二氧化钛为纳米二氧化钛，粉末粒径为80-100nm。

4.根据权利要求1所述的一种金属表面防腐涂层的涂覆方法，其特征在于，包括将所述的石墨烯粉末、石英石粉末、α-硅灰石、多孔金属铝粉末、二氧化钛和纳米氧化铈混合后球磨；将所述橡胶熔化，并将球磨后的混合粉末加入到融化的橡胶中，混合均匀。

5.根据权利要求4所述的一种金属表面防腐涂层的涂覆方法，其特征在于，所述的球磨是采用干法100 -120r/min球磨1-2h使粉末混合均匀。

6.根据权利要求4所述的一种金属表面防腐涂层的涂覆方法，其特征在于，将所述橡胶在150-180℃熔化，在匀速搅拌的条件下将球磨后的混合粉末加入到融化的橡胶中，混合均匀。

7.根据权利要求1所述的一种金属表面防腐涂层的涂覆方法，其特征在于，先将纤维网在粘合剂中浸泡3-5min，之后再将纤维网通过粘合剂包覆在所述金属的表面。