CN1818134A - 多功能防腐复合涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种多功能防腐复合涂层及其制备方法，由三种渗层和涂层有机结合而成，可直接涂覆在金属产品上。涂覆时首先在基体上保温渗入包括锌、铝和稀土合金的多元合金，形成δ1相，硬度达到380HV。然后去净外表层中的游离态ξ项，涂复非电解型水性锌铬涂层。最后用有机树脂进行封闭，形成阻碍腐蚀电流通道的一个封闭层。本发明的涂层总体性能为：涂层整体硬度≥6H；中性盐雾试验≥1000h；抗疲劳试验350万次以上；耐碱性、耐酸性和耐水性性能良好。可在铁路、隧道和沿海大桥等恶劣环境下使用。

Description

多功能防腐复合涂层及其制备方法

                    技术领域

本发明涉及一种金属复合防腐涂料，特别是涉及一种多功能防腐复合涂层及其制备方法。

                    背景技术

传统的金属防腐处理通常采用电镀锌、热浸锌和机械镀锌等，但其防腐性能往往不够理想，而且，还直接影响到环境的污染。为解决这些问题，提高涂料的耐腐性能，自80年代以来，国内外相继推出了以鳞片状锌、铝为基材，以铬酸盐为钝化剂的各种金属防腐涂料。如JP55-133471揭示了一种防腐涂料，由多组份形式混配而成，包括：10％～40％的锌片和铝片，7％～30％的低分子量醚型聚合物，1％～12％的铬酸和硼酸，以及PH调整剂和烷基苯酚聚乙氧基润湿剂。又如US4266975揭示的防腐涂料组份为：10％～40％的鳞片状锌片和铝片，7％～30％分子量小于300的高沸点有机氧羟基液体，1％～12％的铬酸和硼酸，0％～4％的PH调整剂，以及0.01％～1％聚乙氧基烷基酚类分散剂。这些涂料较传统的金属涂层改善了防腐性能，适当降低了环境污染。但在涂层的硬度、结合力等方面仍存在不足。目前国内外比较流行的非电解性金属防腐涂层，通常也简称为锌铬涂层，是一种有利于环保，使金属表面具有高防腐能力的新型产品。如ZL01113418.6揭示的“非电解性金属防腐涂料”，尽管其具有无公害、无氢脆、耐中性盐雾能力强，能与多种镀、涂种的膜层结合等优点，但作为一种单一涂层，还存在着膜层软，硬度不高，易磨损等缺点，难以适应酸、碱环境和水流冲击等恶劣环境下长期使用。

                        发明内容

本发明的目的是提供一种既能改善防腐性能、强度高、环保性能好，又具有高硬度的多功能非电解性金属防腐涂料。

本发明的进一步目的是提供一种可延长耐腐时间，适应于多种恶劣环境下作业的涂层。

本发明的任务是这样实现的：防腐涂层由三种不同功能的渗、涂层组合在一起。第一层为多元合金共渗层；第二层为非电解型水性锌铬涂层；第三层为有机树脂封闭层。

A、在380～450℃条件下在基体上保温渗入包括锌、铝和稀土合金的多元合金，形成由过渡层、中间层和外表层构成的第一层多元合金共渗层，保温时间1.5～2.5小时，硬度达到380HV以上。具有较好的耐候性能；

B、去净外表层中的游离态ξ项，更有利于与非电解型水性锌铬涂层的结合；

C、涂复非电解型水性锌铬涂层，使其与共渗层过渡层中的δ1相保持良好的结合状态，在300℃～340℃烘烤，并保温10～20分钟，可使耐中性盐雾试验性能提高到1000h；

D、用有机树脂进行封闭，形成阻碍腐蚀电流通道的一个封闭层，不让第二层Cr⁶+的析出，延长耐腐寿命。

本发明的进一步任务是这样实现的：对于由三种不同功能的渗、涂层组合在一起的防腐涂层的层厚进行控制。第一层多元合金共渗层厚度为35～50μm；第二层锌铬涂层厚度为6～10μm；第三层涂层厚度为10～12μm，使复合涂层的总体硬度高于6H。此外，如果采用SDF-202作为封闭层，那么复合涂层的耐酸、耐碱、硬度都能得到大幅度提高，三层复合层的最终耐中性盐雾试验超过1000h。

本发明充分利用了渗层中的δ1相能起到阴极保护作用的原理，调整多元合金共渗时形成δ1相的组份，使δ1相由85％左右的锌、10％左右的铁、少量的铝和微量的稀土合金组成。经检测，δ1相、锌、铁三者之间电极电位的关系是：Fe＜＜δ1＜纯锌，实现δ1相在本发明中对铁基材料所起的阴极保护，有利于提高铁基材料的耐候性能。

同时本工艺制备的合金渗层分过渡层、中间层和外表层。

过渡层：为铁基材料中的铁素体和珠光体和少量的δ1相。

中间层：以锌铁稀土合金相，即δ1相为主和少量的铁基材料中的铁素体和珠光体组成。硬度可达HV380以上，耐候性强。δ1相标准电极电位在-0.65V，与铁的标准电极电位电位相比，比差小，在正常大气候条件下，腐蚀速率较慢，耐候性强。

外表层：ξ项为主，富锌层约为3～5μm，较软。它与锌铬涂层结合，附着力欠佳，在进行第二层锌铬涂层涂复之前，需将ξ项去除为宜。

第二层非电解型水性锌铬涂层也是一种阴极保护层，经优选钝化后的锌、铝片层叠性地覆盖在第一层中的δ1相上，抗氧化性进一步提高，再加上它们间致密的水平方向的排列组合，形成了较为完美的抗腐层。

在这二层外加上有机树脂封闭层，以封闭方式隔绝腐蚀介质对铁基起电化学腐蚀的作用，使得基材处于层层叠加的屏蔽层内，创造了一种极大阻碍腐蚀电流通道的一个封闭层。封闭层的存在缓冲了介质电子的侵入，使得复合涂层的综合性能随之提高。此外，如果因地制宜地选择多种类型的封闭层材料，可以适应于不同环境的使用。

此外，本发明的涂层克服了单一涂层的不足，提高了膜层的耐磨性，解决了能在不同酸、碱条件下使用的可能性，大幅度地提高了涂层的综合性能，使金属防腐体系又上了一个新的台阶

本发明的多功能防腐复合涂层的综合性能为：

锌铁稀土合金层硬度    ≥380HV

涂层整体硬度          ≥6H

中性盐雾试验          ≥1000h

抗疲劳试验            350万次以上

耐碱性    1.2g/L Ca(OH)₂条件下，168h膜层不变色

耐酸性    0.05mol/L H₂SO₄条件下，240h无锈蚀

耐水性    在40℃的离子水中连续浸泡240h后，涂层不

          剥落

下面结合实施例对本发明进一步详细描述

                    实施例一

一种可直接涂覆在金属表面的多功能防腐复合涂层，经涂覆后的产品能够适用于各种较为恶劣的环境。首先，在380～450℃条件下在被涂覆的基体上保温渗入包括锌、铝和稀土合金的多元合金，保温时间1.5～2.5小时，使其形成由过渡层、中间层和外表层构成的第一层多元合金共渗层，硬度达到380HV。然后，去净外表层中的游离态ξ项，涂复非电解型水性锌铬涂层。这样，就能较好地使锌铬涂层与共渗层过渡层中的δ1相保持良好的结合状态。如果被涂覆的是小件产品，通常可采用浸渍-离心法，而若是大件产品，一般就采用刷涂或喷涂。随后，在300℃～340℃烘烤，并保温10～20分钟。最后，用有机树脂进行封闭，形成阻碍腐蚀电流通道的一个封闭层，防止第二层Cr⁶⁺的析出。经对涂覆后的金属产品进行检测，涂层整体硬度≥6H；中性盐雾试验≥1000h；抗疲劳试验350万次以上；耐碱性1.2g/L Ca(OH)₂条件下，168h膜层不变色；耐酸性0.05mol/L H₂SO₄条件下，240h无锈蚀；耐水性在40℃的离子水中连续浸泡240h后，涂层不剥落。使得产品的使用寿命大大延长。

                    实施例二

东海大桥位于东海海边，长期在海水、海浪冲击侵蚀环境下，对钢铁件的维护和保养使用寿命有很高的要求，传统的电镀、锌铬涂层等工艺难以满足钢铁件的使用寿命。采用了本发明的多功能复合涂层，对M39×700、M30×700等紧固件及配套产品进行涂覆，应用效果很好。具体的涂层构成和涂覆工艺为：第一层底层多元合金共渗，430±10℃，保温2.5h后，渗层厚度达到50μm左右。多元合金共渗层中的稀土合金可选用氧化镧或氧化铈。第二层为SDA-800锌铬涂层，采用喷涂工艺，335±5℃，保温20分钟，达到10μm。第三层用SDF-202封闭，采用喷涂工艺，厚度在10μm。经测试，中性盐雾达到2000h。经现场实际使用已三年有余，情况仍然良好，既能防Cl-的侵蚀，又能防海浪的冲击侵蚀，

                    实施例三

铁道线路中需大量的钢铁联结构件，如螺旋道钉、扣轨螺栓，弹条扣件等，随着铁路重载快速运输的发展，列车速度的提高，车流密度的增加，不仅加大对轨道结构稳定性的破坏，联结零件的腐蚀程度也愈为加剧，要保持联结件的良好状态，必须对其进行重防腐保护，对于弹条扣件还需保证它的疲劳寿命。经本发明涂层涂覆的隧道联结构件、弹条II型扣件，在渝怀线铁路得到了实际应用，完全经受了在大气候环境下耐候性的考验，疲劳寿命指标也比较理想。它的工艺：第一层底层是多元合金共渗层，其中锌加入量25％～40％，铝加入量2％～5％，稀土合金含量为0.05％以上，余量为填料。对上述多元合金进行共渗，420±5℃，保温2h后，出炉快冷，渗层厚度达到35μm左右。第二层锌铬涂层，采用浸渍-离心工艺，320±5℃，保温20分钟，厚度在7μm。第三层用改性环氧类树脂封闭，采用喷涂工艺，厚度在10μm。最终中性盐雾试验达2000h。经弹条疲劳试验，在经受了500万次的疲劳试验后，无宏观损伤，残余变形量为0.8mm。

                    实施例四

隧道环境长年处于潮湿、阴暗的状态下，对钢铁零件的腐蚀也是一种严峻的考验。上海地铁一号线、二号线中的轨道螺旋道钉原来未经过防腐处理，每年经常性的进行刷涂防绣油进行维护保养，费时、费工、不安全，而且效果不明显，多年后螺栓因深度锈蚀而报废，导致更换频率较高。采用本发明的多功能防腐涂层对M24螺旋道钉、M22T型螺栓等紧固件及配套产品处理后，不仅平时不需要进行灌油保养，而且，防腐效果明显提高。使用3年后，表面未发现涂层脱落及锈蚀情况。具体的涂层及其涂覆工艺：第一层底层采用多元合金共渗，稀土合金在渗层中的重量百分比不小于450ppm。430±10℃，保温2h后，渗层厚度达到50μm左右。第二层锌铬涂层，采用浸渍-离心工艺，320±5℃，保温20分钟，厚度在7μm。第三层用SDF-202封闭，采用浸渍-离心工艺，厚度在8μm。复合层的总体硬度达到9H。

Claims (9)

1.一种多功能防腐复合涂层及其制备方法，其特征在于所述的防腐涂层由三种不同功能的渗、涂层组合在一起：

第一层为多元合金共渗层，共渗合金中包括锌、铝和稀土合金；

第二层为非电解型水性锌铬涂层；

第三层为有机树脂封闭层，以实现与锌铬涂层的良好结合和防止锌铬涂层中的Cr⁶⁺析出。

2.根据权利要求1所述的多功能防腐复合涂层及其制备方法，其特征在于第一层多元合金共渗层中锌加入量25％～40％，铝加入量2％～5％稀土合金含量为0.05％以上，余量为填料。

3.根据权利要求1所述的多功能防腐复合涂层及其制备方法，其特征在于第一层多元合金共渗层厚度为35～50μm；第二层锌铬涂层厚度为6～10μm；第三层涂层厚度为10～12μm，复合涂层的总体硬度为6H

4.根据权利要求1所述的多功能防腐复合涂层及其制备方法，其特征在于多元合金共渗层中的稀土合金可选用氧化镧或氧化铈。

5.根据权利要求4所述的多功能防腐复合涂层及其制备方法，其特征在于氧化镧或氧化铈在渗层中的重量百分比不小于450ppm。

6.根据权利要求1所述的第二层锌铬涂层是应用SDA-800的非电解金属防腐涂料所制成的锌铬涂层。

7.根据权利要求1所述的多功能防腐复合涂层及其制备方法，其特征在于第三层的有机树脂封闭层，采用改性环氧类树脂。

8.根据权利要求1所述的多功能防腐复合涂层及其制备方法，其特征在于第三层的有机树脂封闭层，采用的是SDF-202。

9.一种制备权利要求1所述的多功能防腐复合涂层的方法：

A、在380～450℃条件下在基体上保温渗入包括锌、铝和稀土合金的多元合金，形成由过渡层、中间层和外表层构成的第一层多元合金共渗层，保温时间1.5～2.5小时，硬度达到380HV以上；

B、去净外表层中的游离态ξ项；

C、涂复非电解型水性锌铬涂层，使其与共渗层过渡层中的δ₁相保持良好的结合状态，在300℃～340℃烘烤，并保温1O～20分钟；

D、用有机树脂进行封闭，形成阻碍腐蚀电流通道的一个封闭层。