專利名稱：多功能防腐復(fù)合涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬?gòu)?fù)合防腐涂料，特別是涉及一種多功能防腐復(fù)合涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的金屬防腐處理通常采用電鍍鋅、熱浸鋅和機(jī)械鍍鋅等，但其防腐性能往往不夠理想，而且，還直接影響到環(huán)境的污染。為解決這些問(wèn)題，提高涂料的耐腐性能，自80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外相繼推出了以鱗片狀鋅、鋁為基材，以鉻酸鹽為鈍化劑的各種金屬防腐涂料。如JP55-133471揭示了一種防腐涂料，由多組份形式混配而成，包括10％～40％的鋅片和鋁片，7％～30％的低分子量醚型聚合物，1％～12％的鉻酸和硼酸，以及PH調(diào)整劑和烷基苯酚聚乙氧基潤(rùn)濕劑。又如US4266975揭示的防腐涂料組份為10％～40％的鱗片狀鋅片和鋁片，7％～30％分子量小于300的高沸點(diǎn)有機(jī)氧羥基液體，1％～12％的鉻酸和硼酸，0％～4％的PH調(diào)整劑，以及0.01％～1％聚乙氧基烷基酚類分散劑。這些涂料較傳統(tǒng)的金屬涂層改善了防腐性能，適當(dāng)降低了環(huán)境污染。但在涂層的硬度、結(jié)合力等方面仍存在不足。目前國(guó)內(nèi)外比較流行的非電解性金屬防腐涂層，通常也簡(jiǎn)稱為鋅鉻涂層，是一種有利于環(huán)保，使金屬表面具有高防腐能力的新型產(chǎn)品。如ZL01113418.6揭示的“非電解性金屬防腐涂料”，盡管其具有無(wú)公害、無(wú)氫脆、耐中性鹽霧能力強(qiáng)，能與多種鍍、涂種的膜層結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，但作為一種單一涂層，還存在著膜層軟，硬度不高，易磨損等缺點(diǎn)，難以適應(yīng)酸、堿環(huán)境和水流沖擊等惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種既能改善防腐性能、強(qiáng)度高、環(huán)保性能好，又具有高硬度的多功能非電解性金屬防腐涂料。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種可延長(zhǎng)耐腐時(shí)間，適應(yīng)于多種惡劣環(huán)境下作業(yè)的涂層。
本發(fā)明的任務(wù)是這樣實(shí)現(xiàn)的防腐涂層由三種不同功能的滲、涂層組合在一起。第一層為多元合金共滲層；第二層為非電解型水性鋅鉻涂層；第三層為有機(jī)樹(shù)脂封閉層。
A、在380～450℃條件下在基體上保溫滲入包括鋅、鋁和稀土合金的多元合金，形成由過(guò)渡層、中間層和外表層構(gòu)成的第一層多元合金共滲層，保溫時(shí)間1.5～2.5小時(shí)，硬度達(dá)到380HV以上。具有較好的耐候性能；B、去凈外表層中的游離態(tài)ξ項(xiàng)，更有利于與非電解型水性鋅鉻涂層的結(jié)合；C、涂復(fù)非電解型水性鋅鉻涂層，使其與共滲層過(guò)渡層中的δ1相保持良好的結(jié)合狀態(tài)，在300℃～340℃烘烤，并保溫10～20分鐘，可使耐中性鹽霧試驗(yàn)性能提高到1000h；D、用有機(jī)樹(shù)脂進(jìn)行封閉，形成阻礙腐蝕電流通道的一個(gè)封閉層，不讓第二層Cr6+的析出，延長(zhǎng)耐腐壽命。
本發(fā)明的進(jìn)一步任務(wù)是這樣實(shí)現(xiàn)的對(duì)于由三種不同功能的滲、涂層組合在一起的防腐涂層的層厚進(jìn)行控制。第一層多元合金共滲層厚度為35～50μm；第二層鋅鉻涂層厚度為6～10μm；第三層涂層厚度為10～12μm，使復(fù)合涂層的總體硬度高于6H。此外，如果采用SDF-202作為封閉層，那么復(fù)合涂層的耐酸、耐堿、硬度都能得到大幅度提高，三層復(fù)合層的最終耐中性鹽霧試驗(yàn)超過(guò)1000h。
本發(fā)明充分利用了滲層中的δ1相能起到陰極保護(hù)作用的原理，調(diào)整多元合金共滲時(shí)形成δ1相的組份，使δ1相由85％左右的鋅、10％左右的鐵、少量的鋁和微量的稀土合金組成。經(jīng)檢測(cè)，δ1相、鋅、鐵三者之間電極電位的關(guān)系是Fe＜＜δ1＜純鋅，實(shí)現(xiàn)δ1相在本發(fā)明中對(duì)鐵基材料所起的陰極保護(hù)，有利于提高鐵基材料的耐候性能。
同時(shí)本工藝制備的合金滲層分過(guò)渡層、中間層和外表層。
過(guò)渡層為鐵基材料中的鐵素體和珠光體和少量的δ1相。
中間層以鋅鐵稀土合金相，即δ1相為主和少量的鐵基材料中的鐵素體和珠光體組成。硬度可達(dá)HV380以上，耐候性強(qiáng)。δ1相標(biāo)準(zhǔn)電極電位在-0.65V，與鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電位電位相比，比差小，在正常大氣候條件下，腐蝕速率較慢，耐候性強(qiáng)。
外表層ξ項(xiàng)為主，富鋅層約為3～5μm，較軟。它與鋅鉻涂層結(jié)合，附著力欠佳，在進(jìn)行第二層鋅鉻涂層涂復(fù)之前，需將ξ項(xiàng)去除為宜。
第二層非電解型水性鋅鉻涂層也是一種陰極保護(hù)層，經(jīng)優(yōu)選鈍化后的鋅、鋁片層疊性地覆蓋在第一層中的δ1相上，抗氧化性進(jìn)一步提高，再加上它們間致密的水平方向的排列組合，形成了較為完美的抗腐層。
在這二層外加上有機(jī)樹(shù)脂封閉層，以封閉方式隔絕腐蝕介質(zhì)對(duì)鐵基起電化學(xué)腐蝕的作用，使得基材處于層層疊加的屏蔽層內(nèi)，創(chuàng)造了一種極大阻礙腐蝕電流通道的一個(gè)封閉層。封閉層的存在緩沖了介質(zhì)電子的侵入，使得復(fù)合涂層的綜合性能隨之提高。此外，如果因地制宜地選擇多種類型的封閉層材料，可以適應(yīng)于不同環(huán)境的使用。
此外，本發(fā)明的涂層克服了單一涂層的不足，提高了膜層的耐磨性，解決了能在不同酸、堿條件下使用的可能性，大幅度地提高了涂層的綜合性能，使金屬防腐體系又上了一個(gè)新的臺(tái)階本發(fā)明的多功能防腐復(fù)合涂層的綜合性能為鋅鐵稀土合金層硬度≥380HV涂層整體硬度 ≥6H中性鹽霧試驗(yàn) ≥1000h抗疲勞試驗(yàn)350萬(wàn)次以上耐堿性1.2g/L Ca(OH)2條件下，168h膜層不變色耐酸性0.05mol/L H2SO4條件下，240h無(wú)銹蝕耐水性在40℃的離子水中連續(xù)浸泡240h后，涂層不剝落下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例一一種可直接涂覆在金屬表面的多功能防腐復(fù)合涂層，經(jīng)涂覆后的產(chǎn)品能夠適用于各種較為惡劣的環(huán)境。首先，在380～450℃條件下在被涂覆的基體上保溫滲入包括鋅、鋁和稀土合金的多元合金，保溫時(shí)間1.5～2.5小時(shí)，使其形成由過(guò)渡層、中間層和外表層構(gòu)成的第一層多元合金共滲層，硬度達(dá)到380HV。然后，去凈外表層中的游離態(tài)ξ項(xiàng)，涂復(fù)非電解型水性鋅鉻涂層。這樣，就能較好地使鋅鉻涂層與共滲層過(guò)渡層中的δ1相保持良好的結(jié)合狀態(tài)。如果被涂覆的是小件產(chǎn)品，通?？刹捎媒n-離心法，而若是大件產(chǎn)品，一般就采用刷涂或噴涂。隨后，在300℃～340℃烘烤，并保溫10～20分鐘。最后，用有機(jī)樹(shù)脂進(jìn)行封閉，形成阻礙腐蝕電流通道的一個(gè)封閉層，防止第二層Cr6+的析出。經(jīng)對(duì)涂覆后的金屬產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，涂層整體硬度≥6H；中性鹽霧試驗(yàn)≥1000h；抗疲勞試驗(yàn)350萬(wàn)次以上；耐堿性1.2g/L Ca(OH)2條件下，168h膜層不變色；耐酸性0.05mol/L H2SO4條件下，240h無(wú)銹蝕；耐水性在40℃的離子水中連續(xù)浸泡240h后，涂層不剝落。使得產(chǎn)品的使用壽命大大延長(zhǎng)。
實(shí)施例二東海大橋位于東海海邊，長(zhǎng)期在海水、海浪沖擊侵蝕環(huán)境下，對(duì)鋼鐵件的維護(hù)和保養(yǎng)使用壽命有很高的要求，傳統(tǒng)的電鍍、鋅鉻涂層等工藝難以滿足鋼鐵件的使用壽命。采用了本發(fā)明的多功能復(fù)合涂層，對(duì)M39×700、M30×700等緊固件及配套產(chǎn)品進(jìn)行涂覆，應(yīng)用效果很好。具體的涂層構(gòu)成和涂覆工藝為第一層底層多元合金共滲，430±10℃，保溫2.5h后，滲層厚度達(dá)到50μm左右。多元合金共滲層中的稀土合金可選用氧化鑭或氧化鈰。第二層為SDA-800鋅鉻涂層，采用噴涂工藝，335±5℃，保溫20分鐘，達(dá)到10μm。第三層用SDF-202封閉，采用噴涂工藝，厚度在10μm。經(jīng)測(cè)試，中性鹽霧達(dá)到2000h。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用已三年有余，情況仍然良好，既能防Cl-的侵蝕，又能防海浪的沖擊侵蝕，實(shí)施例三鐵道線路中需大量的鋼鐵聯(lián)結(jié)構(gòu)件，如螺旋道釘、扣軌螺栓，彈條扣件等，隨著鐵路重載快速運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，列車速度的提高，車流密度的增加，不僅加大對(duì)軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的破壞，聯(lián)結(jié)零件的腐蝕程度也愈為加劇，要保持聯(lián)結(jié)件的良好狀態(tài)，必須對(duì)其進(jìn)行重防腐保護(hù)，對(duì)于彈條扣件還需保證它的疲勞壽命。經(jīng)本發(fā)明涂層涂覆的隧道聯(lián)結(jié)構(gòu)件、彈條II型扣件，在渝懷線鐵路得到了實(shí)際應(yīng)用，完全經(jīng)受了在大氣候環(huán)境下耐候性的考驗(yàn)，疲勞壽命指標(biāo)也比較理想。它的工藝第一層底層是多元合金共滲層，其中鋅加入量25％～40％，鋁加入量2％～5％，稀土合金含量為0.05％以上，余量為填料。對(duì)上述多元合金進(jìn)行共滲，420±5℃，保溫2h后，出爐快冷，滲層厚度達(dá)到35μm左右。第二層鋅鉻涂層，采用浸漬-離心工藝，320±5℃，保溫20分鐘，厚度在7μm。第三層用改性環(huán)氧類樹(shù)脂封閉，采用噴涂工藝，厚度在10μm。最終中性鹽霧試驗(yàn)達(dá)2000h。經(jīng)彈條疲勞試驗(yàn)，在經(jīng)受了500萬(wàn)次的疲勞試驗(yàn)后，無(wú)宏觀損傷，殘余變形量為0.8mm。
實(shí)施例四隧道環(huán)境長(zhǎng)年處于潮濕、陰暗的狀態(tài)下，對(duì)鋼鐵零件的腐蝕也是一種嚴(yán)峻的考驗(yàn)。上海地鐵一號(hào)線、二號(hào)線中的軌道螺旋道釘原來(lái)未經(jīng)過(guò)防腐處理，每年經(jīng)常性的進(jìn)行刷涂防繡油進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、不安全，而且效果不明顯，多年后螺栓因深度銹蝕而報(bào)廢，導(dǎo)致更換頻率較高。采用本發(fā)明的多功能防腐涂層對(duì)M24螺旋道釘、M22T型螺栓等緊固件及配套產(chǎn)品處理后，不僅平時(shí)不需要進(jìn)行灌油保養(yǎng)，而且，防腐效果明顯提高。使用3年后，表面未發(fā)現(xiàn)涂層脫落及銹蝕情況。具體的涂層及其涂覆工藝第一層底層采用多元合金共滲，稀土合金在滲層中的重量百分比不小于450ppm。430±10℃，保溫2h后，滲層厚度達(dá)到50μm左右。第二層鋅鉻涂層，采用浸漬-離心工藝，320±5℃，保溫20分鐘，厚度在7μm。第三層用SDF-202封閉，采用浸漬-離心工藝，厚度在8μm。復(fù)合層的總體硬度達(dá)到9H。
權(quán)利要求
1.一種多功能防腐復(fù)合涂層及其制備方法，其特征在于所述的防腐涂層由三種不同功能的滲、涂層組合在一起第一層為多元合金共滲層，共滲合金中包括鋅、鋁和稀土合金；第二層為非電解型水性鋅鉻涂層；第三層為有機(jī)樹(shù)脂封閉層，以實(shí)現(xiàn)與鋅鉻涂層的良好結(jié)合和防止鋅鉻涂層中的Cr6+析出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能防腐復(fù)合涂層及其制備方法，其特征在于第一層多元合金共滲層中鋅加入量25％～40％，鋁加入量2％～5％稀土合金含量為0.05％以上，余量為填料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能防腐復(fù)合涂層及其制備方法，其特征在于第一層多元合金共滲層厚度為35～50μm；第二層鋅鉻涂層厚度為6～10μm；第三層涂層厚度為10～12μm，復(fù)合涂層的總體硬度為6H
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能防腐復(fù)合涂層及其制備方法，其特征在于多元合金共滲層中的稀土合金可選用氧化鑭或氧化鈰。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能防腐復(fù)合涂層及其制備方法，其特征在于氧化鑭或氧化鈰在滲層中的重量百分比不小于450ppm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的第二層鋅鉻涂層是應(yīng)用SDA-800的非電解金屬防腐涂料所制成的鋅鉻涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能防腐復(fù)合涂層及其制備方法，其特征在于第三層的有機(jī)樹(shù)脂封閉層，采用改性環(huán)氧類樹(shù)脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能防腐復(fù)合涂層及其制備方法，其特征在于第三層的有機(jī)樹(shù)脂封閉層，采用的是SDF-202。
9.一種制備權(quán)利要求1所述的多功能防腐復(fù)合涂層的方法A、在380～450℃條件下在基體上保溫滲入包括鋅、鋁和稀土合金的多元合金，形成由過(guò)渡層、中間層和外表層構(gòu)成的第一層多元合金共滲層，保溫時(shí)間1.5～2.5小時(shí)，硬度達(dá)到380HV以上；B、去凈外表層中的游離態(tài)ξ項(xiàng)；C、涂復(fù)非電解型水性鋅鉻涂層，使其與共滲層過(guò)渡層中的δ1相保持良好的結(jié)合狀態(tài)，在300℃～340℃烘烤，并保溫1O～20分鐘；D、用有機(jī)樹(shù)脂進(jìn)行封閉，形成阻礙腐蝕電流通道的一個(gè)封閉層。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種多功能防腐復(fù)合涂層及其制備方法，由三種滲層和涂層有機(jī)結(jié)合而成，可直接涂覆在金屬產(chǎn)品上。涂覆時(shí)首先在基體上保溫滲入包括鋅、鋁和稀土合金的多元合金，形成δ1相，硬度達(dá)到380HV。然后去凈外表層中的游離態(tài)ξ項(xiàng)，涂復(fù)非電解型水性鋅鉻涂層。最后用有機(jī)樹(shù)脂進(jìn)行封閉，形成阻礙腐蝕電流通道的一個(gè)封閉層。本發(fā)明的涂層總體性能為涂層整體硬度≥6H；中性鹽霧試驗(yàn)≥1000h；抗疲勞試驗(yàn)350萬(wàn)次以上；耐堿性、耐酸性和耐水性性能良好?？稍阼F路、隧道和沿海大橋等惡劣環(huán)境下使用。
文檔編號(hào)C23C10/00GK1818134SQ20061002449
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者黃華清, 汪慶年 申請(qǐng)人:上海達(dá)克羅涂復(fù)工業(yè)有限公司