水性无铬锌铝涂层的研究进展

赖奂汶 （广州超邦化工有限公司，广东广州 510460）

水性无铬锌铝涂层的研究进展

赖奂汶 （广州超邦化工有限公司，广东广州 510460）

从提高硬度、实现多彩化、降低固化温度及开发功能性等方面介绍了水性无铬锌铝涂层的研发现状与进展。

水性无铬锌铝涂层；涂层硬度；多彩化；固化温度；功能性

0 引言

随着经济建设的不断深化和产业布局的不断调整，中国的汽车行业迎来了蓬勃发展时期，汽车的产销量连续数年保持世界第一。随着人们生活水平的提高，对汽车的需求屡创新高，对汽车的品质和性能要求也越来越苛刻。汽车的腐蚀与防护从轻防腐到普通防腐，发展到今天的重防腐。重防腐涂装也从含铬的达克罗过渡到无铬锌铝涂层，从溶剂型无铬锌铝涂层发展到水性无铬锌铝涂层。

水性无铬锌铝涂层具有无毒、无污染、无氢脆、渗透性强、耐热性、耐蚀性好等优点，但是也存在涂层硬度低，抗划伤性、导电性、结合力较差、涂层色泽单一，以及涂层固化温度高等弊端。下面就提高水性无铬锌铝涂层的涂层硬度、导电性，降低固化温度，增加涂层色彩以及增强涂层功能性方面的研发现状及进展作扼要的介绍、讨论。层的耐蚀性和硬度得到了提高，而对涂层的附着力影响较小；加入MoS2可使涂层硬度增加，但涂层的耐蚀性有所降低；Fe2O3的加入对涂层硬度影响不大。

季利亚［2］和仝飞［3］考察了纳米SiO2、TiO2、Al2O3、ZnO对涂层硬度和耐蚀性的影响，结果见表1。

表1 纳米粒子对涂层硬度的影响Table 1 The influence of nanoparticles on the hardness of coating

1 提高水性无铬锌铝涂层的硬度

一般通过采用硬质的微粒，如TiO2、Al2O3、高硬度SiO2，或者在涂液中添加纳米颗粒，来提高水性无铬锌铝涂层的硬度。

胡会利［1］在涂料中分别加入250 nm的TiO2、MoS2和Fe2O3进行试验，结果表明：加入TiO2后，涂

刘云辉［4］在涂料中添加了高硬度的SiO2，制得有机/无机杂化涂层，涂层硬度达到3H～6H。王小红等［5］在涂料中加入纳米微乳液改性的纳米SiO2和纳米SiC，这使涂层硬度增加到5H～6H。朱承飞等［6］在涂料中加入乙酸锰、Mn（NO3）2和MnCl2，使涂层硬度增加到7H。杨龙兴［7］采用纳米氧化锌铝，配合聚四氟乙烯（PTFE）和气相SiO2、硅树脂，将其涂覆于液压件上，所得涂膜具有优良的耐磨性。唐长林等［8］将0.001%～20%石墨烯加到涂料中，可使涂层硬度由2H增加至7H，涂层附着力良好，耐磨性、导电率增加。

2 水性无铬锌铝涂层的多彩化

水性无铬锌铝涂层一般为银白色或银灰色，色泽较为单一。王广波［9］在涂料中加入5%～8%炭黑，配合超细炭粉和PTFE（聚四氟乙烯），制得黑色的无铬防腐涂料。

徐瑜［10］利用黑色颜料配合特种助剂制得黑色锌铝涂料。黑色颜料是氧化铁黑Fe-Mn混合物和尖晶石、多种炭黑或其混合物，用量20%～40%；特种助剂为硫酸烷基酯类、磺酸烷基酯类或磷酸烷基酯类中的一种或几种。

胡会利［1］在锌铝涂料中加入纳米 TiO2、MoS2、FeO3和Cr2O3四种微粒，可获得不同色彩的涂层，其在大量试验后，确定了各组分的配比为m（金属粉浆）∶m（钝化液）∶m（纳米微粒）=3∶2∶0.6。

3 水性无铬锌铝涂层固化温度的降低

葛世名采用全波段高红外辐射快速加热技术降低涂层的固化温度，起到节能作用，这适用于卷钢自动生产线。朱承飞等［6］采用有机和无机锰盐以及植酸作钝化剂，以Na2MoO4·2H2O作缓蚀剂，以醇和聚醇作润湿分散剂，配合硅烷偶联剂等，制得涂料的固化温度在50～100℃，涂层硬度达到7H。赵航等［11］采用稀土溶胶改性复合锌铝低温烧结涂层浆料，可使涂层固化温度降至150～250℃，优选250℃。具体配方为：纳米稀土铈溶胶4%～9%、氧化锌溶胶25%～35%、氧化铝溶胶6%～10%，片状Zn-Sc含金粉末25%～30%，片状铝粉5%～8%及硅丙树脂和各种助剂。所得涂层的导电性、耐蚀性好，抗疲劳强度高。

据文献［12］报道，采用导电聚合物，如聚苯胺（PANI）、聚亚乙基二氧噻吩（PEDOT）和聚吡咯（PPY），加上金属Mo、Mg、Zr、Ti、V、Al、B、Co和Zn粉，涂层可于室温下固化成膜。

4 水性无铬锌铝涂层的功能性开发

4.1 导电性

Z W Wicks等［13］采用40%～70%粉状锌、铝、石墨或MoS2，炭黑磷化铁或添加锡或锑的BaSO4，Zn/Ca/Al/Sr的聚磷酸盐或硅酸水合物，Zn/B/W的硅酸盐或经过掺杂的SiO2均可制得导电性无铬锌铝涂层。

张建平［14］介绍了一种用于金属表面的无铬水性防腐蚀涂料及其制备方法。各组分在涂料中的含量（质量分数，%）为：片状锌粉15～33、片状铝粉2.5～8、溶剂13.5～24、助剂0.2～2.5，硅烷偶联剂双-［γ-（三乙氧基硅）丙基］四硫化物14～22、硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷2～6、纳米SiO20.05～1.5、纳米TiO20.03～1.2、纳米ZrO20.02～1.5、银盐0.3～1、聚苯胺0.1～0.3、增黏剂0～0.6、H2O为余量。

据文献［12］报道，波音公司在导电聚合物，如PANI，PEDOT或PPY的分散体中，添加V、Ce、Si、Al、B、Co、Mg和Zn的盐，可制得不含铬的导电涂层。其中PANI涂层的导电率为1～2 S/cm；PEDOT涂层的导电率为10 S/cm；PPY涂层的导电率为0.001～0.01 S/cm。

4.2 自润滑、抗热震性

程旭东等［15］在无铬锌铝涂层上再涂覆一层用SiO2溶胶改性的聚四氟乙烯（PTFE）悬浮液，让无铬锌铝涂层在PTFE悬浮液中浸泡5～10 s，于80～150℃下干燥8～15 min，再于300～340℃下烘烤20～40 min。所得涂层耐蚀性强，抗热震性优异，且具有自润滑性。

4.3 耐指纹涂料

董学强等［16］采用水性有机树脂乳液，如水性氟碳乳液、水性丙烯酸树脂乳液、水性苯丙乳液、水性酚醛树脂乳液、水性聚氨酯乳液或水性环氧树脂乳液，配合胶体SiO2制备耐指纹涂料，其中胶体二氧化硅用量为10～20份（质量分），水性有机树脂乳液用量为20～35份（质量分）。将耐指纹涂料涂覆于热镀锌板后，所得涂层具有良好的耐蚀性、耐指纹性和环保性，能满足家电、IT等行业的要求。

4.4 自洁净功能

刘云晖［17］将疏水SiO2有机/无机杂化膜层（0.1～10 µm）与无铬锌铝涂层（5～30 µm）复合，复合涂层的水接触角（θ）>110°，具有自清洁性、耐沾污、疏水、摩擦因数低、防结冰、抗腐蚀，硬度高等优点。

5 结语

（1） 在提高水性无铬锌铝涂层的硬度，及降低复合膜层固化温度方面，已取得一定研究成果，但大多为实验室阶段成果。

（2） 无铬锌铝涂层的多彩化，已有黑色、蓝色、紫红色、草绿色的样品问世。

（3） 导电聚合物的应用可能使涂层的导电性出现一个飞跃。

（4） 其它功能性无铬锌铝涂层有待关注和研发。

1 胡会利.无铬锌铝烧结涂料的研制及耐蚀机理［D］.黑龙江哈尔滨：哈尔滨工业大学，2008.

2 季利亚.碳钢表面纳米水性锌铝涂层的配方及性能研究［D］.江苏南京：南京航空航天大学，2011.

3 仝飞.微纳米材料增强无铬锌铝涂层的研究［D］.江苏南京：南京航空航天大学，2014.

4 刘云辉.高硬度无铬达克罗复合膜层：CN，204354536U［P］.2015-05-27.

5 王小红，柯昌美，王全全.一种无铬锌铝防腐涂料及制备方法 ：CN，101899254A［P］. 2010-12-01.

6 朱承飞，毛丙翔.一种水性无铬达克罗涂液及其制备方法：CN，102277022A［P］. 2011-12-14.

7 杨龙兴.液压件耐磨涂层材料：CN，104946068A［P］.2015-09-30.

8 唐长林，王木梁，范正清，等.一种石墨烯改性的达克罗涂料 ：CN，103740152A［P］. 2014-05-23.

9 王广波.一种水性黑色无铬防腐涂料：CN，104263217A［P］.2015-01-07.

10 徐瑜.一种制备水性无铬达克罗的添加剂：CN，102585578A［P］.2012-07-18.

11 赵航，李朝阳.稀土溶胶改性复合锌铝低温烧结涂层浆料：CN，101880485A［P］. 2010-11-10.

12 波音公司.不含铬的转化涂料 ：CN，101802265A［P］.2010-08-11.

13 Z W Wicks，W. Lorenz，A. Conze，et al. Conductive Organic Coating：CN，1157446A［P］. 2000-12-27.

14 张建平.用于金属表面的无铬水性防腐蚀涂料及其制备方法 ：CN，10693811A［P］. 2010-04-14.

15 程旭东，李邦.一种聚四氟乙烯改性的无铬达克罗涂料及其复合涂层的制备：CN，105028440A［P］. 2015-11-11.

16 董学强，郭太雄，徐权.热镀锌板耐热涂层液及其制备和使用方法：CN，106119822A［P］. 2016-11-16.

17 刘云晖.自洁净无铬达克罗复合膜层：CN，204354556U［P］.2015-05-27.

关于“第十八期全国有机颜料技术应用培训班暨大气治理、企业转型升级高级研修班”的通知

主办单位：中国染料工业协会有机颜料专业委员会

协办单位：浙江原野纳米科技有限公司 上海东华高压均质机厂 南通醋酸化工股份有限公司 维波斯新材料（潍坊）有限公司承办单位：上海涂料染料行业协会

中国染料工业协会有机颜料专业委员会定于2017年10月16日（星期一）～20日（星期五）在上海染料研究所有限公司（五楼）举办“第十八期全国有机颜料技术应用培训班暨大气治理、企业转型升级高级研修班”。

本次培训班主要内容包括微通道反应技术在有机合成中的应用、水性涂料的新进展及对颜料的新需求、透明氧化铁在木器涂料中的应用、有机颜料与无机颜料的复配技术、颜料的物理状态对其性能的影响、国际法规和相关产品标准对于着色剂的要求及应对策略、色酚颜料的合成与应用、有机-无机杂化颜料的制备思路等。

联系人：张水鹤 13901736318 戴秀英 18918115728 郑家琨 13621984536 范建农 13661459079联系电话/传真：021-62138683 62127163

The Research Progress of Waterborne Chrome Free Zinc Aluminum Coating

Lai Huanwen （Guangzhou Chaobang Chemical Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong，510460，China）

The research situation and progress of waterborne chrome free zinc aluminum coating were introduced from the aspects of hardness promotion，multicolor realization，curing temperature declination and function development，etc.

waterborne chrome free zinc aluminum coating；coating hardness；multicolor；curing temperature；functional

TQ 630.7

A

1009-1696（2017）05-0030-03

2017-02-10

赖奂文（1967—），男，硕士研究生，主要研究方向为表面处理技术、腐蚀与防护技术。