铝合金是工业生产中应用最为广泛的一种金属材料, 它最早于1891年开始在船舶上进行应用, 后来历经一百多年的发展, 已经成为了工业生产中最有发展前途的材料之一[1]。铝合金材料在一般大气条件下会在表面生成一层自然氧化膜, 从而避免其遭到外界环境的侵蚀[2]。不过, 这层膜很薄, 很容易破损, 甚至会遭酸碱侵蚀而发生溶解[3]。为此, 必须要在铝合金的表面涂装一层防腐涂层, 以对其自然氧化膜进行保护。
本次实验主要应用的材料有:5083铝合金 (选取三组相同的5083铝合金作为试验样本, 分别命名为A组、B组、C组) 、725-DO1-52表面钝化剂、725-H44-61环氧厚浆防腐底漆、725-H06-19环氧锌黄防腐漆、725-B40-EF1自抛光无铜防污漆以及725-HB53-1环氧丙烯酸连接漆;主要应用的仪器有:Atuo Lab M273A型电化学阻抗谱仪和Politest AT-A型液压附着力测试仪。
1号防腐涂层为725-H06-19环氧锌黄防腐漆, 道数为1道, 干膜厚度为50μm;2号防腐涂层为725-H44-61环氧厚浆防腐底漆, 道数为1道, 干膜厚度为50μm;3号防腐涂层为725-HB53-1环氧丙烯酸连接漆, 道数为1道, 干膜厚度为50μm;4号防腐涂层为725-B40-EF1自抛光无铜防污漆, 道数为1道, 干膜厚度为80μm。
对A组样本进行基材打磨处理:首先对样本表面进行除油, 然后采用1.5#砂纸将表面打磨至粗糙度≥20μm, 再以无水乙醇清洗, 最后涂装防腐涂层体系。
对B组样本进行基材钝化处理:首先对样本表面进行除油, 然后采用1.5#砂纸将表面打磨至粗糙度≥20μm, 再以无水乙醇清洗, 涂装上一层725-DO1-52表面钝化剂, 最后待样本表面形成钝化膜后涂装防腐涂层体系。
对C组样本进行基材阳极氧化处理:首先对表面进行除油抛光, 然后进行阳极氧化处理, 最后分别在4小时和5天后涂装防腐涂层体系。
仅对样本涂装725-H44-61环氧厚浆防腐底漆和725-H06-19环氧锌黄防腐漆, 待涂层干燥一周后, 以拉开法附着力试验对防腐涂层的附着力进行测试, 分析表面处理工艺对铝合金防腐涂层性能的影响。
通过Atuo Lab M273A型电化学阻抗谱仪分别对涂装及未涂装防腐涂层的样板进行测试, 分析电路图, 观察样本的耐蚀性能变化。
仅对样本涂装725-H44-61环氧厚浆防腐底漆和725-H06-19环氧锌黄防腐漆, 待涂层实干后, 划伤样本的一面, 以耐海水浸泡试验法将样本浸泡在海水中, 观察分析划伤处的腐蚀产物形成及扩散情况。
A组样本和B组样本的防腐涂层附着力均有所提高, A组样本达到了16.4MPa、B组样本达到了20.0MPa;界面断裂出现在725-H44-61环氧厚浆防腐底漆防腐涂层的内部, 无层间破坏。C组样本的防腐涂层附着力有所下降, 4小时后达到了9.3MPa、5天后达到了6.5MPa。
铝合金表面经打磨处理后会生成一层薄而疏松、带孔穴的氧化膜, 其中的孔穴可促使防腐涂层充分润湿渗透铝合金表面, 并且还会与725-H06-19环氧锌黄防腐漆反应后产生锚固作用, 故而基材打磨处理工艺可提高铝合金防腐涂层的附着力。
铝合金表面经钝化处理后会生成一层致密的钝化膜, 钝化液可促使氧化膜内部的渗透, 从而充分填充孔穴, 并且钝化膜与防腐涂层具有良好的相容性, 故而基材钝化处理工艺可提高铝合金防腐涂层的附着力。
铝合金表面经阳极氧化处理后会生成一层以微米计厚的双层氧化膜, 其上层乃多孔蜂窝状、下层乃微孔致密层, 相较于铝合金表面的自然氧化膜而言该膜具有更高的耐蚀性和耐磨性, 并且不易与防腐涂层中的铬酸根发生化学反应, 故而基材阳极氧化处理可降低铝合金防腐涂层的附着力。
划伤样本的一面置于常温海水中, 定期取出观察, 浸泡五个月后总结出, 铝合金材料经打磨处理后划伤部位会出现一些黄色腐蚀产物, 而随着这些黄色腐蚀产物的增加, 划痕边缘会慢慢鼓起, 但不会导致膜脱落。
A组样本的模拟电阻值有所下降, 经海水浸泡五个月后降至 (0.8-1.3) ×108Ω。C组样本的耐蚀性能有所提高, 模拟电阻值经海水浸泡五个月后仍可达到 (1.0-1.3) ×108Ω。
铝合金材料在大气条件下会在表面生成一层自然氧化膜, 其模拟电阻值约为1.48×103Ω, 而防腐涂层的模拟电阻值则一般可达到109Ω, 远超过自然氧化膜, 故而防腐涂层可以大大提高铝合金基材的耐蚀性能, 起到良好的防腐作用。
对比样本在浸泡前后的模拟电阻值可以发现, 阳极氧化膜能够有效提高防腐涂层与铝合金之间的界面电阻, 而钝化膜则在这方面的效果不是很明显。另外, 为了保障铝合金防腐涂层具有较高的附着力和防腐性能, 基材经阳极氧化处理后, 应尽早涂装防腐涂层。
表面处理工艺是人类最古老的技术之一, 自有人类开始, 就有了表面处理工艺[4]。表面处理工艺有很多种类, 研究其对铝合金防腐涂层性能的影响是一项十分重要的课题。
根据本次结果示:A组样本和B组样本的防腐涂层附着力均有所提高, A组样本达到了16.4MPa、B组样本达到了20.0MPa, 但模拟电阻值有所下降, 经海水浸泡五个月后降至 (0.8-1.3) ×108Ω;C组样本的防腐涂层附着力有所下降, 但耐蚀性能有所提高, 模拟电阻值经海水浸泡五个月后仍可达到 (1.0-1.3) ×108Ω。可以得出结论:不同的表面处理工艺对铝合金防腐涂层性能具有不同的影响, 在实际应用中应根据具体情况进行合理选择
摘要：目的:研究分析表面处理工艺对铝合金防腐涂层性能的影响。方法:选取三组相同的5083铝合金作为试验样本, 分别命名为A组、B组、C组, 对A组样本进行基材打磨处理、B组样本进行基材钝化处理、C组样本进行基材阳极氧化处理, 然后分别对三组样本实施拉开法附着力试验、电化学阻抗试验及耐海水浸泡试验, 观察分析三组样本的性能测试结果。结果:A组样本和B组样本的防腐涂层附着力均有所提高, A组样本达到了16.4MPa、B组样本达到了20.0MPa, 但模拟电阻值有所下降, 经海水浸泡五个月后降至 (0.8-1.3) ×108Ω;C组样本的防腐涂层附着力有所下降, 但耐蚀性能有所提高, 模拟电阻值经海水浸泡五个月后仍可达到 (1.0-1.3) ×108Ω。结论:不同的表面处理工艺对铝合金防腐涂层性能具有不同的影响, 在实际应用中应根据具体情况进行合理选择。
关键词：表面处理工艺,打磨处理,钝化处理,阳极氧化,铝合金,防腐涂层,涂层性能
[1] 陈廷益, 王文慧, 路文.铝合金表面腐蚀与化学处理及着色技术[J].金属功能材料, 2014, 01:46-54.
[2] 黄从树, 叶章基, 邓玉, 王晶晶, 谢志鹏, 任润桃.表面处理工艺对铝合金防腐涂层性能影响研究[J].涂料工业, 2014, 09:6-10.
[3] 曹京宜, 张寒露, 林红吉, 张锋, 孟宪林.铝合金基材用防腐防污涂层体系的选择和涂装工艺研究[J].现代涂料与涂装, 2011, 05:48-51.
[4] 方华, 王志, 黄振华, 高慧.涂装前表面处理工艺对涂层性能的影响[J].现代涂料与涂装, 2012, 10:21-23+27.
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