耐磨耐蚀金属甲板涂层材料的开发

摘要

海水是一种腐蚀性很强的电解质，多年来各国为防止海洋对金属的腐蚀做了不懈的努力。我国在这方面的研究、应用较晚，特别是在腐蚀严重的海洋环境中，对钢铁材料如何进行长效防护应用，我国目前仍需进行大量研究和改进。
　　为延长用于海洋环境中金属的使用寿命，目前最常用的方法包括电化学保护法、金属表面涂覆涂层或使用新型合金等，其中表面涂层是当前应用最为广泛的方法之一。较常用的涂层材料包括环氧树脂涂料、陶瓷涂料、有机硅涂料等，其中有机硅涂料是以有机硅聚合物或有机硅改性聚合物为主要成膜物质，其主要成分烷氧基硅烷单体在酸性或者碱性条件下可以发生溶胶-凝胶反应。利用此方法将涂料涂覆在金属材料上，可以起到屏蔽腐蚀性介质的作用，并利用材料自身良好的附着力、硬度、强度等性能起到耐磨耐蚀的作用，对应用于海洋环境中的金属原料起到保护作用。
　　本文以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）为涂料的主要水解成分，通过控制不同的反应条件，探究其对最终形成的涂层材料性质的影响，主要内容包括：
　　（1）在酸性体系中 MTMS发生水解反应，生成硅醇，Si—OH之间或Si—OH与水解生成的甲醇之间发生脱水缩合的反应生成Si—O—Si的网状交联结构。利用体系电导率及温度的变化表征脱水缩合反应的程度。pH值越小，水解缩合的速度越快。磷酸和甲酸催化下的体系反应相对稳定平缓，盐酸和乙酸催化下的体系水解缩合程度不佳。不同的有机基团结构不一，导致硅氧烷水解反应快慢有一定的差别，在相同的条件下甲基三甲氧基硅烷的水解速率快于甲基三乙氧基硅烷。
　　（2）以MTMS为主要涂料成分在酸性催化剂催化下进行脱水缩合反应，随后分别添加碱性硅溶胶和颜填料，在分散4小时后利用喷涂法将涂料涂覆在经过表面处理的金属基板上，分别在100℃和200℃的条件下加热固化15分钟。经过测试得出随着碱性硅溶胶质量分数的增大，涂料体系的粘度先增大后减小，体系的固含量逐渐增大，硬度及附着力均有所提高。盐酸催化体系下所得的涂料粘度远高于其他催化剂催化下所得涂料的粘度，固含量大致相同。其他三种催化剂催化下所得的涂层硬度和附着力要优于盐酸。三种不同颜填料添加后涂料的粘度差异不大，但所得涂料的固含量明显高于清漆，且涂层硬度均达到9H，添加高岭土和晶须硅的涂层附着力要优于钛白粉。通过金相显微镜观察得知碱性硅溶胶与 MTMS质量比为5:5时涂层致密平整，无裂痕。甲酸和乙酸催化下所得的涂层表面较均匀致密，无明显裂痕。而以高岭土和晶须硅为颜填料所获得的涂层表面光滑致密，平整均匀，无开裂的情况。
　　（3）经过耐磨性测试和点蚀实验及电化学测试后可知金属表面涂覆涂层之后具有耐磨性和耐蚀性，可以有效地屏蔽腐蚀介质以达到保护金属基板的目的。其中碱性硅溶胶与MTMS质量比为5：5时涂层耐磨性最佳。甲酸作为体系催化剂所制得的涂层耐磨性能最好，盐酸催化所得涂层耐磨性能最差。三种颜填料组分制得的涂层耐磨性相当，其摩擦测试后的失重量几乎保持一致，其中晶须硅为颜填料所制得的涂层耐磨性相对较好。对于不同组分质量比的涂层材料，5:5和4:6这两种配方的涂层耐蚀性相对较好。甲酸催化下得到的涂层耐蚀性最好，磷酸催化下得到的涂层耐蚀性最差。添加了晶须硅的涂层材料耐腐蚀性最好。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2耐磨耐蚀涂层材料的研究进展

1.3涂层材料的制备方法

1.4涂层材料的涂覆工艺

1.5涂层材料的测试方法

1.6本论文的主要研究内容

第二章 不同条件对甲基三甲氧基硅烷水解缩合反应的影响

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 聚甲基三甲氧基硅烷涂料的制备及加工

3.1前言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 聚甲基三甲氧基硅烷涂料耐磨性和耐蚀性的研究

4.1前言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢