水性涂料替代傳統(tǒng)溶劑型涂料是涂料工業(yè)的發(fā)展趨勢,其具有低污染和低成本的優(yōu)點,在金屬防護領域得到了廣泛應用,但目前水性防護涂層的性能還遠遠達不到溶劑型涂層的水平。

機械零部件在安裝、拆卸和使用過程中承受著不同程度的磨損,導致涂層防護壽命降低,因此,具有優(yōu)異防腐性能同時兼具耐磨、潤滑等功能性是機械零部件防護涂層發(fā)展的新要求。

本文以用于海洋工程的緊固件腐蝕防護涂層為工程研究背景,以水性環(huán)氧清漆為涂層基料,通過加入不同的顏料,制備了具有防腐性能同時兼具潤滑性能的緊固件水性防護涂層。采用電化學阻抗譜(EIS)、掃描電鏡(SEM)和拉曼(Raman)光譜等測試技術研究了涂層中水的傳輸及浸泡過程中涂層/碳鋼體系的腐蝕電化學行為,研究了顏料種類、含量、顏料與水性環(huán)氧樹脂相容性對涂層抗?jié)B透能力的影響。并將掃描振動電極技術(SVET)和EIS相結合,研究了帶有人造缺陷的不同涂層/碳鋼體系的腐蝕電化學行為,深化了對涂層陰極剝離行為的認識。

首先,研究了水性環(huán)氧清漆中水的傳輸行為,結果表明,水性環(huán)氧清漆的抗?jié)B透能力低于傳統(tǒng)溶劑型環(huán)氧涂層。進一步的研究發(fā)現(xiàn)造成該現(xiàn)象的主要原因是清漆中存在大量納米級微觀缺陷。并且發(fā)現(xiàn)涂層的剝離機理是陰極剝離,缺陷處暴露的碳鋼為陽極,剝離前緣處是陰極。

進而,向水性環(huán)氧清漆中分別加入聚四氟乙烯(PTFE)、鱗片鋁粉和納米鋁粉來提高涂層的防腐性能。結果表明,PTFE復合涂層可實現(xiàn)自分層結構,而且PTFE在涂層表面富集,賦予涂層潤滑功能,但PTFE與水性環(huán)氧樹脂的界面存在縫隙,導致PTFE復合涂層防腐性能下降。

進行了利用鱗片狀鋁粉來提高水性環(huán)氧涂層防腐性能的研究。發(fā)現(xiàn)隨著顏料體積濃度(PVC)增大,鱗片鋁粉改性涂層的抗?jié)B透能力下降。高PVC涂層浸泡過程中出現(xiàn)微弱的陰極保護作用,腐蝕產物堵塞涂層缺陷,短期內使涂層變得致密,但長期浸泡,由于涂層孔隙率較大,鋁粉不能有效改善涂層防腐能力。

還進行了向水性環(huán)氧樹脂中加入納米鋁粉以提高涂層致密性的研究,發(fā)現(xiàn)當顏料含量為1%時,涂層的抗腐蝕介質滲透能力最好。并且納米鋁粉還具有陰極保護作用,有效抑制了涂層的陰極剝離,降低了涂層剝離速度。 最后,進行了將納米鋁粉和PTFE復合來改性水性環(huán)氧清漆的研究,結果表明,納米鋁粉與PTFE發(fā)揮了協(xié)同效應,顯著提高了涂層的抗?jié)B透能力和防腐性能。