改性涂层在中性介质中的防腐蚀性能研究

白坤举,王作辉

(鹤壁职业技术学院,河南鹤壁 458030)

改性涂层在中性介质中的防腐蚀性能研究

白坤举,王作辉

(鹤壁职业技术学院,河南鹤壁 458030)

采用重量法研究了较高温度下玻璃鳞片改性环氧树脂涂层在中性介质溶液中的防腐蚀性能。通过模拟涂层在日常工作环境中的实验,发现玻璃鳞片的含量在20%左右时,能大大提高涂层的力学性能和防腐蚀能力。

环氧涂层;玻璃鳞片;改性

1 概论

有机涂层的防护作用首先在于对侵蚀性粒子具有阻挡作用,因此其抗渗透性能是衡量涂层质量和防腐蚀效率的一个重要指标。在涂层所处的各种环境中,水和氧气是两种最为常见的侵蚀性粒子,它们可通过扩散渗入涂层。大量研究工作证实水在金属腐蚀的过程中具有不可替代的作用[1-4]。当水渗透涂层到达基体与涂层的界面时,便会在此发生累积,同时若O2等物质存在,则金属将很快发生腐蚀。

2 试验部分

通过试验研究添加不同含量玻璃鳞片的环氧树脂涂层在中性盐和水中的增重率和力学性能,探索玻璃鳞片的含量最佳范围。数据分析借助Origin软件更好了解增重率和体积变化率。

2.1 实验材料、实验设备方案的确定

①在XH-11胶高强度结构胶中加入不同百分含量的填料(玻璃鳞片),做搭头试样,固化后测量其拉伸强度、剪切强度。分析不同的配方与和力学性能的关系即拉剪强度与玻璃鳞片的含量的关系。②在XH-11胶高强度结构胶中加入不同百分含量的填料,制成试样块,固化后测定其增重率,记录数据,分析处理数据,了解玻璃鳞片的配比与涂层性能的关系,探索其变化规律。

实验材料及设备选择如下,试样采用的基体是Q235钢,胶粘剂采用XH-11胶高强度结构胶。所用的设备有电子天平(型号:FA2004)、恒温烘箱、烧杯、铁架台、电子万能实验机、滤纸、可控温度的温度计、电炉等。

2.2 试验步骤与操作

2.2.1 制样

增重率试验的试样制备过程如下:①制备试样的准备。在干净玻璃板上,用双面胶铺出20 mm×20 mm×2 mm的模框。②调胶涂胶。取A和B两组分在玻璃片混和均匀,配制含玻璃片0%、10%、20%、30%四份。③固化。在恒温烘箱恒温60℃固化2 h。

2.2.2 实验过程

从恒温箱取出各试样并编号,试样XH-11胶编号:A1、A2、A3;10%玻璃鳞片的编号:B1、B2、B3;20%玻璃鳞片的编号:C1、C2、C3;30%玻璃鳞片D1、D2、D3;称量其质量和测定试样的体积。12 h后开始实验,先进行称量,分别配制5%的NaCl溶液,放在多功能加热炉加热,温度控制在100℃以上,把编号为A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3、D1、D2、D3为NaCl溶液组,把它放入沸腾5%的NaCl溶液中进行实验,模拟涂层工作环境,开始计时,每隔3 h称量一次,四次后,暂停12 h后重复以上操作,一共连续实验72 h,分别求出三天后的密度数据。

3 试验数据及分析

3.1 做拉伸试验

根据GB/T7124-1986制备单搭接接头试样,尺寸为100 mm×25 mm×2 mm,材料为Q235。钢试样搭接区长度12.5 mm,经打磨、丙酮清洗后涂胶(XH-11型环氧胶黏剂),晾置10 min后叠合试样的搭接部并施加一定压力,随后在80℃保温炉中固化2 h,再用CSS-2210型电子万能试验机测其剪切强度。经过实验后拉剪强度见图1。随着玻璃鳞片含量的增加,其拉剪强度先下降,当玻璃鳞片的含量达到10%左右,强度出现第一处拐点,然后强度上升,到含玻璃鳞片20%时强度达到最大。大于20%,强度急剧下降,在30%左右强度仍在20 MPa以上,说明材料保持着很好的力学性能。

图1 平均拉剪强度与玻璃鳞片含量的关系

3.2 试样在介质NaCl溶液的数据分析

对于试样在介质NaCl溶液中,图2和图3为72 h浸渍试验前后试样的体积和密度的变化情况。

图2 体积变化率与玻璃鳞片的含量关系

由图2可以看出在试验范围内,试样经盐水浸渍后的体积变化率与玻璃鳞片的加入量之间呈现出单峰曲线的特性;由图3中该成分试样密度随着玻璃鳞片的含量增加到10%前,密度也显著上升,在20%出现一段平滑的不变区。对于玻璃鳞片添加量为20%的试样,72 h浸渍后体积增加了约1.3%,比无玻璃鳞片加入的对照组试样低大约1.3%,比加入量为10%的试样低约0.9%,显然,在存在数值如此大的体积变化率的情况下,浸渍将导致鳞片添加量为0%的涂层与金属基体之间的内应力上升,界面强度相对下降,最终引起涂层附着力低、成片脱落或溶胀、涂层机械强度低等问题。而玻璃鳞片含量高于20%时,体积增加率迅速降低,到含量30%以下时试样的体积增加率都不明显,说明涂层浸泡后的体积变化率与其耐水性能有密切的关系,评定涂层的抗腐蚀性能要由质量的变化率和体积变化率综合评价。

图3 密度变化量与玻璃鳞片的含量关系

4 结论

用玻璃鳞片来改善环氧树脂胶层的抗腐蚀性时,既要考虑起其工作环境又要考虑到玻璃鳞片的含量,二者互相联系,互相影响。在中性盐环境下涂层,玻璃鳞片含量的增加与涂层的抗腐蚀性能和耐用性并不是呈正比关系,根据试验所得结果,在中性盐溶液环境下,鳞片加入量在20%左右时环氧树脂胶层憎水性较好,鳞片在20%左右时抗溶胀性较好。由此综合起来,在中性盐溶液中玻璃鳞片含量一般控制在20%为宜。这时涂层不仅有比较好内吸附力,长时间吸附在金属板上,而且增重率也相当低,涂层才不易被破坏,寿命也长些。

[1］郑小玲,游 敏,张露露,等.固化条件对环氧玻璃鳞片涂层界面强度的影响[J].表面技术,2005(1):34-35.

[2］Zhang S Y,Zhou W F,Luo X W,et al.Evaluation of thin defect-free epoxy coatings using electrochemical impedance spectroscope[J].J Appl Electrochem,1998(28):1277.

[3］林 安,张三平,杨丽霞,等.玻璃鳞片含量对环氧类重防蚀涂层抗蚀性能的影响[J].材料保护,2002(12):13-15.

[4］张晶晶,游 敏,张露露,等.玻璃鳞片含量对环氧胶强度和吸水率的影响[J].粘接,2006,27(2):10-11.

TQ423.96

A

1003-3467(2010)18-0039-02

2010-09-07

白坤举(1982-),男,助教,主要从事材料与模具方面的研究与教学工作,电话:15939269016。