Q235表面硅烷处理及硅烷锌铝涂层的研究

摘要

替代传统的达克罗涂层，开发新型绿色环保锌铝涂层一直是人们关注的热点;新型环保锌铝涂层可望在航空航天、交通运输、汽车零部件等许多领域得到广泛的使用，有着广阔的应用前景。
　　 论文首先借助电化学交流阻抗谱(EIS)，配合扫描电镜(SEM)探讨乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)水解的最佳工艺条件;并对该条件下制备的硅烷膜进行了红外光谱以及能谱分析与表征，探讨了硅烷在Q235钢表面形成硅烷膜的相关机制。在此基础上，论文尝试在乙烯基三乙氧基硅烷中添加一定比例的Zn、Al粉以及适量的添加剂以制备环保型无铬硅烷复合防护涂层。试验过程中利用电化学技术、宏观形貌观测与扫描电镜等方法对涂层进行评价，寻求较合适的锌铝粉含量、湿润分散剂、钝化剂以及涂层烘烤工艺，最终成功地制备出一种绿色环保型无铬复合（含Zn、Al粉）防护性涂层。试验研究表明:
　　 1、制备硅烷膜适宜的工艺条件是:取硅烷溶液浓度5％时、控制溶液pH值为4、水解时间为48h，随后在100℃下固化30min。
　　 2、不同工艺条件下所制备的硅烷膜在3.5％NaCl溶液中的耐蚀性能有明显差别;不同因素对所制备硅烷膜耐蚀性的影响按优劣排序表现为:溶液pH:3.0＜5.0＜4.0;硅烷溶液浓度为:1％＜3％＜5％＜7％，硅烷水解时间:24h＜96h＜72h＜48h;固化温度:50℃＜150℃＜100℃，固化时间:45min＜15min＜30min;
　　 3、与浸涂方式相比，利用电沉积法在Q235表面形成的硅烷膜层（在3.5％NaCl溶液中）具有较好的防护效果。-0.4～-1.0V电位范围，取沉积电位为-0.8V时，在Q235钢表面形成的硅烷膜在上述腐蚀介质中表现出最好的耐蚀性能。
　　 4、硅烷膜在钢铁表面以CH2、CH2CH3、SiOCHCH2、SiOCHCH2、SiOSi、SiOH、Si-C等结合方式存在。Si-O-Fe基团使得硅烷膜能够与Q235钢表面以化学结合键的方式紧密结合。
　　 5、硅烷基无铬Zn、Al复合涂层的优化配方为:锌铝粉（锌/铝比按5∶1）:28.8g.无水乙醇:11g、锌铝粉(5∶1)28.8g、乙烯基三乙氧基硅烷:1.4g、 KH550:13.2g、去离子水14mL、腐蚀抑制剂:0.56g，Tween-20:1g;适宜的固化制度是:先100℃/15min烘烤，250℃/15min固化处理。
　　 6、硅烷基锌铝复合涂层在3.5％NaCl溶液中的开路电位约为-0.8V左右;随该涂层在3.5％NaCl溶液中浸泡时间增加其开路电位逐渐正移，当浸泡192小时后，复合涂层开路电位在-0.6 V左右;
　　 7、在3.5％NaCl溶液中复合涂层，随浸泡时间延长，其容抗弧半径呈规律性的变化，这与阻抗-浸泡时间曲线的变化规律是一致的:在48～96小时复合涂层抗蚀能力有所下降，随后耐蚀能力又有所增大。
　　 8、复合涂层在3.5％NaCl溶液中，其硅烷基体能起到阻隔腐蚀介质的作用;随浸泡时间增加，腐蚀介质由硅烷膜薄弱处浸入，硅烷膜涂层的耐蚀能力降低;然而在复合涂层中较均匀分布的锌、铝粉又可起到牺牲阳极的作用，达到阴极保护Q235钢基体的效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 无铬锌铝涂层

1．1．1 无铬锌铝涂层研究现状

1．1．2 硅烷在锌铝涂层中的作用

1．2 金属的硅烷化处理

1．2．1 硅烷化处理研究进展

1．2．2 硅醇的键合机制

1．2．3 硅烷金属腐蚀防护机理

1．3 电化学测试方法

1．3．1 动电位极化曲线

1．3．2 电化学交流阻抗谱

1．4 本课题研究内容及意义

第二章 实验方法

2．1 实验药品、仪器与工作电极

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．1．3 工作电极的制备

2．2 乙烯基三乙氧基硅烷膜制备

2．2．1 硅烷水解液的制备

2．2．2 硅烷膜的制备

2．3 锌铝复合涂层制备

2．3．1 锌、铝粉体形貌

2．3．2 锌铝复合涂料的配制

2．3．3 锌铝涂层制备流程

2．4 硅烷膜表面与复合涂层观察

2．4．1 宏观形貌表征

2．4．2 金相显微镜观察

2．4．3 扫描电镜观察

2．4．4 XRD分析

2．4．5 红外光谱

2．5 电化学测试

2．5．1 电化学阻抗谱测试

2．5．2 极化曲线测试

第三章 Q235钢表面硅烷膜的制备与表征

3．1 引言

3．2 硅烷膜制备诸因素分析

3．2．1 硅烷浓度的影响

3．2．2 pH值的影响

3．2．3 硅烷水解程度的影响

3．2．4 固化温度和时间的影响

3．2．5 沉积电压的影响

3．3 涂覆方式对耐蚀性能影响

3．3．1 不同涂覆方式的阻抗谱分析

3．3．2 不同涂覆方式的金相形貌分析

3．4 不同涂覆方式下硅烷膜的表征

3．2．2．1 硅烷膜SEM观察

3．2．2．2 硅烷膜红外光谱

3．4 硅烷膜的水解及缩合动力学

3．5 本章小结

第四章 锌铝涂层的制备与表征

4．1 引言

4．2 锌铝涂料组分设计

4．3 复合涂层粉浆的研究

4．3．1 锌／铝粉的比例

4．3．2 润湿分散剂

4．3．3 缓蚀钝化剂

4．4 烧结工艺研究

4．5 锌铝复合涂层的表征

4．6 本章小结

第五章 锌铝涂层腐蚀行为与耐蚀机制

5．1 引言

5．2 锌铝复合涂层的开路电位

5．3 锌铝复合涂层的阻抗谱

5．4 锌铝复合涂层耐蚀机制

5．5 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况