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CN102010624B - 含镁-镍的耐海洋气候防腐处理用的涂料 - Google Patents

含镁-镍的耐海洋气候防腐处理用的涂料 Download PDF

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CN102010624B CN 201010591241 CN201010591241A CN102010624B CN 102010624 B CN102010624 B CN 102010624B CN 201010591241 CN201010591241 CN 201010591241 CN 201010591241 A CN201010591241 A CN 201010591241A CN 102010624 B CN102010624 B CN 102010624B
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Abstract

本发明涉及一种耐海洋气候工程零件防腐处理用的涂料，其中所述涂料包含铝锌硅合金粉、有机溶剂、纳米氧化物颗粒增强剂、去离子水、粘结剂、腐蚀抑制剂、分散剂和增稠剂，其中所述涂料配方以下述配比：铝锌硅合金粉∶有机溶剂∶纳米氧化物颗粒增强剂∶去离子水∶粘结剂∶腐蚀抑制剂∶分散剂∶增稠剂＝30.0-50.0g∶10.0-25.0mL∶1.0-4.0g∶15.0-30.0mL∶2.0-5.0g∶1.0-3.0g∶0.1-2.0mL∶0.1-2.0g，其中所述铝锌硅合金粉由Al、Zn、Si、Mg、Ni组成。

Description

含镁-镍的耐海洋气候防腐处理用的涂料
技术领域
本发明涉及一种耐海洋气候工程零件防腐处理用的水溶性铝锌硅涂料及其制备方法。
背景技术
近海和海洋中的工程装备所处环境大气多雨、高温、多盐雾和强风流，其服役条件按ISO9225环境评价标准一般＞C5级，属于极端恶劣环境。裸露在外的零件将受到强烈的大气腐蚀、电化学腐蚀以及气流冲刷侵蚀的综合作用，各种钢结构的使用寿命远低于一般内陆户外环境。如在海洋气候条件下服役的风力发电设备由于机组的外部构件如机舱、引擎罩、塔架、叶片根部法兰垫片、连接螺栓、连接弹簧等直接裸露于极端的腐蚀大气中，采用常规的防护措施，往往仅数个月便产生严重的腐蚀，因此，提供耐久性＞15年的风电外部构件表面处理新材料与新工艺，已成为风电产业发展的迫切需求。
另外，船舶钢构件的腐蚀防护也是一个由来已久的难题，除了壳体、甲板之外，各种桅杆、天线的腐蚀防护维护成本十分惊人。随着国家对基础设施建设项目的提速，多座跨海大桥相继开工或立项，如港-澳-珠大桥等。在桥梁的设计与施工中，各种桥梁的钢构件的腐蚀防护处理的重要性越来越凸出。如在杭州湾大桥的建设中，表面防护处理就上亿元。
因此，迫切需要解决耐海洋气候的工程零件防腐处理问题，现有技术中在工程零件表面热镀Al-Zn-Si系列合金涂层是解决耐海洋气候腐蚀的有效途径，已取得大量工程应用。如本申请人在先提出的申请号为2009102627168，发明名称为“一种耐海洋气候工程零件进行防腐处理的方法”专利申请中，采用铸铝合金作防腐处理，使用寿命可以到20年。然而，该发明中热镀合金涂层存在工艺温度高(大于800℃)，易造成零件变形；耐磨性不足，抗冲蚀能力不强；工艺、装备较复杂，大面积工件处理及野外作业受限制等缺陷，因此应用上仍然存在极大的限制。
另外，上世纪七十年代开发的金属表面防腐蚀处理技术，如常见的片状锌基铬盐防护涂层，也被用来对近海工程部件腐蚀防护处理。然而这种涂层含六价铬，有一定污染。并且由于钝化、粘结的需要，一般都加有5％-10％的铬酐，而Cr6+毒性强且具有致癌作用，因此对环境和人体存在严重的危害。另外，这种涂层固化温度高达300℃，固化时间也达到30min左右，能耗大；硬度低，耐磨性差。工件在运输、装配、使用过程中常常会受到擦伤、划伤，影响产品的外观和耐蚀性。
发明内容
针对现有技术中这些问题，本发明提供了一种环保、水溶性低温固化耐海洋气候腐蚀的铝锌硅涂料及其制备方法。
本发明提供的耐海洋气候工程零件防腐处理用的涂料，其中所述涂料包含铝锌硅合金粉、有机溶剂、纳米氧化物颗粒增强剂、去离子水、粘结剂、腐蚀抑制剂、分散剂和增稠剂，其中所述涂料配方以下述配比：铝锌硅合金粉∶有机溶剂∶纳米氧化物颗粒增强剂∶去离子水∶粘结剂∶腐蚀抑制剂∶分散剂∶增稠剂＝30.0-50.0g∶10.0-25.0mL∶1.0-4.0g∶15.0-30.0mL∶2.0-5.0g∶1.0-3.0g∶0.1-2.0mL∶0.1-2.0g，其中所述铝锌硅合金粉由Al、Zn、Si、Mg、Ni组成。
其中所述有机溶剂优选乙二醇。
其中所述粘结剂优选硼酸脂偶联剂。
其中所述腐蚀抑制剂优选硼酸。
其中所述增稠剂优选羟乙基纤维素。
其中所述分散剂优选聚硅氧烷二丙二醇单甲醚。
优选的，其中所述纳米氧化物颗粒增强剂选自Al2O3、SiO2中的一种或两种。
更优选的，其中所述Al2O3的平均粒径为15～60nm，所述SiO2的平均粒径为25～70nm。
更优选的，其中纳米氧化物颗粒增强剂为SiO2和Al2O3，且SiO2和Al2O3质量比为1∶(1～3)。
优选的，其中所述铝锌硅合金粉各组成成份质量百分比为：Zn：35～58％，Si：0.3～4.0％，Mg：0.1～5.0％，Ni：0.1～3.0％，余量为Al及不可避免的杂质。
优选的，其中所述铝锌硅合金粉的平均直径为10-200μm。
另一方面，本发明还提供了一种制备所述耐海洋气候工程零件防腐处理用的涂料的方法，其中按上述配方，称取定量的腐蚀抑制剂，溶入定量的去离子水中，然后加入粘结剂，分散剂，有机溶剂，搅拌使之溶解，在搅拌状态下缓慢加入铝锌硅合金粉和纳米氧化物颗粒增强剂，然后加入增稠剂，搅拌过程中控制油浴的温度为20-30℃，搅拌0.5-1h。
本发明提供的涂料，通过对组成成份等的优化，首次开发了一种水溶性无铬低温固化耐海洋气候腐蚀Al-Zn-Si合金涂料。该涂料具有环境友好、性态稳定、涂层制备能耗低等特点。
本发明提供的水溶性铝锌硅涂料，突破了目前铝锌硅涂层主要采用热镀方法制备的约束。与热镀等工艺相比，本发明通过加入粘结剂，分散剂，有机溶剂等做成金属涂料，可以利用喷涂、刷涂等方法在工件表面形成涂层，本发明的涂层制备工艺温度低(200℃)，克服了热镀合金涂层工艺温度高(大于600℃)导致的工件变形和力学性能降低等技术难题；可以利用喷涂、刷涂等方法在工件表面形成涂层，工艺方法、设备简单，适合于大型复杂零件处理，拓宽了涂料的应用范围。
采用本发明的涂层作防腐处理的工程零件具有许多优异性能，如：优异的耐蚀性，优良的抗冲刷性能，且高耐热腐蚀性极好，涂层即使长时间置于高温条件下，其外观也不会变化。本发明所制备的涂层与基体结合力强、耐腐性能优、耐磨性能好、使用寿命长。另外涂层不但与金属基体有较强的附着力，同时与其它各种附加涂层也有较好的结合力，不只是具有美观的亚光银灰色，还可以附加涂层成各种颜色，同时弥补了现有技术中自身硬度较低的不足。
进一步地通过将铝锌硅合金制成微米级粉体，使涂层的耐腐蚀、耐磨性、抗冲蚀能力较热浸镀铝锌硅涂层和锌铝涂层有大幅度的提高，适用于大气多雨、高温、多盐雾和强风流等海洋腐蚀性恶劣环境，为风电、船舶等重要工程部件提供了综合性能优异的耐腐蚀防护方法。
综上所述，本发明开发的耐海洋气候工程零件防腐处理用的涂料及其制备方法，解决了工程零件海洋腐蚀问题的迫切需要，在海洋工程及近海风电等工业装备的腐蚀工程中具有重要的应用前景。
具体实施方式
本发明提供一种耐海洋气候工程零件防腐处理用的水溶性铝锌硅涂料，其中所述涂料包含铝锌硅合金粉、有机溶剂、纳米氧化物颗粒增强剂、去离子水、粘结剂、腐蚀抑制剂、分散剂和增稠剂。
下面，结合表1给出本发明所述涂料配方配比的一些优选实施例，但本发明的各组成成份的含量不局限于该表中所列数值，对于本领域的技术人员来说，完全可以在表中所列数值范围的基础上进行合理概括和推理。
表1  涂料配方配比
Figure BSA00000388380900041
其中，所述铝锌硅合金粉由Al、Zn、Si、Mg、Ni组成，下面，结合表2给出本发明铝锌硅合金粉各组成成份质量百分比的一些优选实施例，但本发明铝锌硅合金粉的各组成成份的含量不局限于该表中所列数值，并且需要特别说明的是，尽管表2中列出了相关成份的质量百分比数值，但这些并不是作为必要技术特征加以描述的，都只是作为更优选的条件，都是为了更详细的给出关于本发明的技术信息，而并非是作为本发明的必要条件加以描述。
表2：铝锌硅合金粉各组成成份的质量百分比含量(％)
Figure BSA00000388380900051
其中，优选的，所述有机溶剂为乙二醇。
优选的，所述粘结剂为硼酸脂偶联剂。
优选的，所述腐蚀抑制剂为硼酸。
优选的，所述增稠剂为羟乙基纤维素。
优选的，所述分散剂为聚硅氧烷二丙二醇单甲醚。
优选的，所述纳米氧化物颗粒增强剂选自Al2O3、SiO2中的一种或两种。
更优选的，其中所述Al2O3的平均粒径为15～60nm。
更优选的，其中所述SiO2的平均粒径为25～70nm。
更优选的，其中纳米氧化物颗粒增强剂为Al2O3和SiO2，且SiO2和Al2O3质量比为1∶(1～3)，更优选的，其中SiO2和Al2O3比例为1∶2。
优选的，其中所述铝锌硅合金粉的平均直径为10-200μm。
另一方面，本发明还提供了一种制备耐海洋气候工程零件防腐处理用环保性水溶性铝锌硅涂料制备的工艺为：按上述配方，称取定量的腐蚀抑制剂，溶入定量的去离子水中，然后加入粘结剂，分散剂，有机溶剂，搅拌使之溶解，在搅拌状态下缓慢加入铝锌硅合金粉和纳米氧化物颗粒增强剂，然后加入增稠剂，搅拌过程中控制油浴的温度为20-30℃，搅拌0.5-1h。实验性能数据：
某近海岸风力发电机组关键零件“连接螺栓”(材质40CrNiMo)，原采用常规的防护处理，仅数月后即产生显著的腐蚀。采用本发明涂料涂覆形成20μm厚涂层，再涂装15μm厚的聚硅氧烷，经加速腐蚀模拟试验结果表明在海水飞溅带环境中其达到的主要性能指标为：
中性盐雾腐蚀寿命：大于1600小时
300℃耐湿热性：240小时
涂层结合力：50N
硝酸铵快速腐蚀寿命：大于8小时
耐海洋气候腐蚀寿命：大于20年(快速试验)

Claims (9)

1.耐海洋气候工程零件防腐处理用的涂料，其中所述涂料包含铝锌硅合金粉、有机溶剂、纳米氧化物颗粒增强剂、去离子水、粘结剂、腐蚀抑制剂、分散剂和增稠剂，其中所述粘结剂为硼酸脂偶联剂，所述腐蚀抑制剂为硼酸，所述分散剂为聚硅氧烷二丙二醇单甲醚，其中所述涂料配方以下述配比：铝锌硅合金粉∶有机溶剂∶纳米氧化物颗粒增强剂∶去离子水∶粘结剂∶腐蚀抑制剂∶分散剂∶增稠剂＝30.0-50.0g∶10.0-25.0mL∶1.0-4.0g∶15.0-30.0mL∶2.0-5.0g∶1.0-3.0g∶0.1-2.0mL∶0.1-2.0g，其中所述铝锌硅合金粉由Al、Zn、Si、Mg、Ni组成。
2.如权利要求1所述的涂料，其中所述有机溶剂为乙二醇。
3.如权利要求1所述的涂料，其中所述增稠剂为羟乙基纤维素。
4.如权利要求1所述的涂料，其中所述纳米氧化物颗粒增强剂选自Al2O3、SiO2中的一种或两种。
5.如权利要求4所述的涂料，其中所述Al2O3的平均粒径为15～60nm，所述SiO2的平均粒径为25～70nm。
6.如权利要求4或5所述的涂料，其中纳米氧化物颗粒增强剂为SiO2和Al2O3，且SiO2和Al2O3质量比为1∶(1～3)。
7.如权利要求1所述的涂料，其中所述铝锌硅合金粉各组成成份质量百分比为：Zn：35～58％，Si：0.3～4.0％，Mg：0.1～5.0％，Ni：0.1～3.0％，余量为Al及不可避免的杂质。
8.如权利要求1所述的涂料，其中所述铝锌硅合金粉的平均直径为10-200μm。
9.一种制备权利要求1所述耐海洋气候工程零件防腐处理用的涂料的方法，其中按上述配方，称取定量的腐蚀抑制剂，溶入定量的去离子水中，然后加入粘结剂，分散剂，有机溶剂，搅拌使之溶解，在搅拌状态下缓慢加入铝锌硅合金粉和纳米氧化物颗粒增强剂，然后加入增稠剂，搅拌过程中控制油浴的温度为20-30℃，搅拌0.5-1h。
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