纳米环氧封闭漆对电弧喷涂层结合强度的影响.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年增刊 9 纳米环氧封闭漆对电弧喷涂层结合强度的影响 易春龙1 ，安云岐1 ，沈亚郯1 ，陈卫国2 1 ．中国矿业大学，徐州2 2 1 0 0 8 ；2 ．浙江省舟山连岛工程建设指挥部，舟山3 1 6 0 0 0 摘要讨论了涂层结合强度及测试方法，用纳米改性环氧封闭漆和市售环氧封闭漆对电弧喷涂层进行了 封闭处理，用拉拔仪测定了复合涂层的结合强度，纳米环氧封闭漆对电弧喷涂层结合强度是市售环氧封 闭漆结合强度的2 倍以上，分析了纳米环氧封闭漆对电弧喷涂层结合强度的影响。 关键词纳米材料；环氧封闭漆；电弧喷涂；结合强度 中图分类号T G l 7 4 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 6 S 0 0 0 0 9 0 3 E f f e c to fN a n o - m o d i f i e dE p o x yS e a l e ro nB o n dS t r e n g t ho fA r cS p r a y i n gC o a t i n g Y IC h u n ．1 0 n 9 1 ，A NY u n q i l ，S H E NY a t a n l ，C H E NW e i g u 0 2 1 ．C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y ，X u z h o u2 2 1 0 0 8 。C h i n a ； 2 ．H e a d q u a r t e r so fZ h e j i a n gZ h o u s h a nI s l a n d s - f i n k i n gE n g i n e e r i n g ，Z h o u s h a n3 1 6 0 0 0 。C h i n a A b s t r a c t C o a t i n g sb o n ds t r e n g t ha n di t st e s t i n gm e t h o di sd i s c u s s e d ．N a n o m o d i f i e de p o x ys e a l e ra n dt r a d i t i o n a l e p o x ys e a l e r sa r ea p p l i e df o rs e a l i n go na r cs p r a y i n ga l u m i n u mc o a t i n g ．a n db o n ds t r e n g t hs a m p l e sa r et e s t e db y p u l l ．o f ft e s t ．B o n ds t r e n g t ho fn a n o m o d i f i e de p o x ys e a l e ro na r cs p r a y i n gc o a t i n gi st w ot i m e st h a nt h a to ft r a d i t i o n a le p o x ys e a l e r s ．E f f e c to fn a n o m o d i f i e de p o x ys e a l e ro nb o n ds t r e n g t ho fa r cs p r a y i n gc o a t i n gi sa n a l y z e d ． K e y w o r d s N a n o m a t e r i a l ；E p o x ys e a l e r ；A r cs p r a y i n g ；B o n ds t r e n g t h 涂层结合强度包括涂层与工件基体之间的结合 强度以及涂层内部的内聚强度，是反映涂层力学性 能的一项非常重要的指标。涂层的结合强度通常是 通过拉伸强度、剪切强度、弯曲强度和抗压强度来表 现的，不同的涂层应用可能只需要关注其中的一种 或几种强度的测定。涂层抗拉强度是指涂层承受法 线方向拉伸应力的极限能力，这是评定涂层结合性 能的最重要的指标。当涂层承受拉力而破坏时 涂 层剥离 ，单位涂层面积上所承受的拉力即为涂层的 结合力，常用来衡量涂层的抗拉强度。工程应用中， 能够定量测定涂层结合强度 附着力 的方法主要是 拉开法。拉开法所测定的涂层附着力是指在规定的 速度下，在试样的胶结面上施加垂直、均匀的拉力， 以测定涂层间或涂层与底材间附着破坏时所需的 力。国家标准G B 5 2 1 0 ～1 9 8 5 涂层附着力的测定法 基金项目浙江省交通厅科技项目 2 0 0 4 H 2 0 作者简介易春龙 1 9 7 4 一 ，男，湖南衡阳市人，博士研究生 一拉开法} e q v ．I S O4 6 2 4 1 9 7 8 色漆和清漆 附着力的拉开试验法 对拉开法测定涂层附着力进 行了规定。拉开法适用于单层或复合涂层与底材问 或涂层问附着力的定量测定。 由于电弧喷涂涂层具有3 ％～1 0 ％的孔隙率 非贯穿孔隙 ，因此当金属喷涂层是作为防腐蚀涂 层使用时，对金属喷涂层进行封闭处理是必要的一 项后处理过程。对金属喷涂层进行封闭处理，其目 的是尽可能地将涂层孔隙堵住，并填平其凹坑，以延 长涂层的使用寿命。由于封闭剂本身具有较高阻抗 值，对金属涂层起屏蔽隔离作用，延缓金属涂层腐蚀 发生的时间，并产生最佳协同效应，所形成的复合涂 层耐腐蚀寿命可提高1 ．5 ～2 ．3 倍。因此有机封闭 涂料的设计选择十分重要，只有渗透力强、耐腐蚀耐 老化性能优良的封闭涂料，才可确保获得最佳的防 万方数据 1 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年增刊 护效果⋯。 电弧喷涂层的封闭与涂料的涂装有根本的区 别。涂料涂装于金属喷涂层表面只是作为一个装饰 性保护涂层，涂料涂装一般还有底涂、中涂和面涂之 分，将增加防护涂层的总厚度。而封闭处理是靠低 黏度的封闭涂料渗入金属涂层的孔隙，并将这些孔 隙封闭，封闭处理不一定会增加防护涂层的总厚度。 经封闭处理的金属喷涂层表面光滑，可防止灰尘和 其他污染物的积聚，也更有利于涂层的清洁和维护， 可防止喷涂层金属直接裸露在腐蚀环境中，延长了 涂层的耐腐蚀寿命。本文将纳米环氧封闭漆与市售 环氧封闭漆对电弧喷涂层结合强度的影响进行了试 验测定和对比。 1试验部分 1 ．1 涂料品种 纳米改性环氧封闭涂料 自制 ，两种市售环氧 封闭漆A 和B 均为国际知名大品牌 。 1 ．2 制备样板 1 A 3 钢板9 块，喷砂除锈 达到表面清洁度 S a 3 级，表面粗糙度R z 4 0 ～1 0 0 ／z m ； 2 在喷砂后的钢板表面电弧喷涂铝涂层 高速 二次雾化电弧喷枪，铝涂层厚度1 8 0 - - 2 0 0 “m ； 3 用纳米环氧封闭涂料 粘度2 0 ～2 5P a S ，不 加稀释剂 涂刷3 块喷铝钢板，晾干7 天，编号； 图1 F i g ．1 表1喷铝复合涂层结合强度 4 用市售环氧封闭漆A 加稀释剂调黏度至2 0 - - 2 5P a S ，m 4 涂刷3 块喷铝钢板，晾干7 天，编号； 5 用市售环氧封闭漆B 加稀释剂调黏度至2 0 ～2 5P a S ，T 4 涂刷3 块喷铝钢板，晾干7 天，编号。 1 ．3 测试仪器 H A T X l 0 0 3 型拉拔仪、S 2 5 0 M K I I I 扫描电子显 微镜。 1 ．4 测试方法 从3 组试样中各取2 块样板，并在每块样板上 分别用环氧高强胶粘结2 ～3 个拉开法测试头，待胶 完全固化后 室温干燥至少2 4h ，再用拉拔仪测试 涂层的结合强度，记录测试数值。 用扫描电子显微镜对喷铝复合涂层断面扫描。 2 试验结果及分析 2 ．1 结合强度的测试结果 表1 是A 3 钢板上喷铝涂层封闭后复合涂层结 合强度的拉开法测试结果。从表1 中可看出，纳米 环氧封闭漆与电弧喷铝涂层的结合强度是市售环氧 封闭漆的2 倍以上。图1 是拉开法测试结果的断口 状态图。从图1 和图2 中可看出两者的断口状态截 然不同，纳米环氧封闭漆封闭的喷铝涂层拉开后的 断口界面基本上是喷铝涂层和钢基体，而市售环氧 封闭漆封闭的喷铝涂层拉开后的断口界面是环氧封 闭漆内部及与喷铝涂层界面断裂。 结合强度试验断口状态 B r e a k i n gs t a t eo fb o n dt e s t l h b l e1B o n ds t r e n g t ho fm u l t i p l e xc o a t i n g／M P a 样品号l234 平均值 纳米环氧封闭漆 1 6 ．51 8 ．02 1 ．02 0 ．5 1 9 ．0 环氧封闭漆A1 0 ．08 ．06 ．81 1 ．29 ．0 环氧封闭漆B 9 ．5 8 ．58 ．27 ．08 ．3 2 ．2 复合涂层的显微组织 环氧封闭漆的渗透性对电弧喷铝涂层的防腐蚀 寿命和涂层结合里结合强度的提高有重要影响。但 是否渗透进了喷铝涂层的孔隙中以及封闭孔隙的效 果如何，用常规手段往往又难以判断。扫描电子显 微镜 S E M 是分析微观组织结构的重要手段【2 。3J ， 所以我们通过对复合涂层横截面的扫描电镜分析来 对比分析纳米改性环氧封闭漆和普通环氧封闭漆对 喷铝涂层的渗透和封闭效果。图2 是在喷铝涂层上 涂刷不同封闭漆的涂层S E M 照片。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年增刊 图2 涂不同封闭漆的喷铝涂层剖面S E M 照片 F i g 2 S E Mc r o s ss e c t i o np a t t e r no fA ls p r a y e dc o a t i n gw i t hd i f f e r e n tp a i n t i n g 从图2 可明显看到，纳米环氧封闭漆真正渗透 进了喷铝涂层内部 图中白色的是纳米环氧封闭漆， 黑色的是铝涂层，灰色的是钢铁基体 ，基本上填充 了铝涂层内部的孔隙，起到了良好的物理封孔的作 用。纳米环氧封闭漆的低黏度和高渗透性特性，使 其可充分渗透至铝涂层孑L 隙内，并利用其有机聚合 物涂层的物理特性来隔离腐蚀介质。均匀分散在有 机树脂中的无机纳米材料可以使封闭涂层更致密， 也更进一步增强了对金属涂层和钢铁基体的保护作 用，同时还可以提高封闭涂层的耐紫外线性能。纳 米环氧封闭漆对铝涂层的高渗透性，不仅可以提高 封闭涂层与喷铝涂层的层问结合强度，还可以提高 喷铝涂层本身的内聚结合强度 这种作用通过结合 力测试获得了证实 。 从图2 还可以看出，无论是环氧封闭漆A ，还是 环氧封闭漆B ，都仅是覆盖在喷铝涂层的表面，很少 有渗透至铝涂层内部，没有填充喷铝涂层内部的孔 隙，起不到真正意义上的封孔作用。经测试，环氧封 闭漆A 和B 与喷铝涂层的结合强度低。 3结论 纳米环氧封闭漆对电弧喷涂层具有优良的封闭 作用，主要体现在 1 具有低黏度和高渗透性，能充 分渗透至电弧喷铝涂层的孔隙内； 2 具有很好的物 理隔离封闭作用，涂膜十分致密，可阻隔腐蚀介质对 铝涂层和钢铁基体的侵蚀，提高了复合涂层的防腐 蚀寿命。 纳米环氧封闭漆能充分渗透进电弧喷涂层，与 金属涂层交织成一个整体，显著提高了封闭的电弧 喷涂复合涂层的结合强度，明显优于市售环氧封闭 漆与电弧喷涂层的结合强度，体现了好的封闭效果。 参考文献 [ 1 ] 李国英．表面工程手册[ M ] ．北京机械工业出版社， 1 9 9 8 ． [ 2 ] 黄惠忠．纳米材料分析[ M ] ．北京化学工业出版社， 2 0 0 3 ． [ 3 ] 黄惠忠．论表面分析及其在材料研究中的应用[ M ] ．北 京科学技术文献出版社，2 0 0 2 ． 万方数据