Q235钢表面磷酸镁水泥防腐涂层的制备及改性研究

摘要

磷酸镁水泥（Magnesium Phosphate Cement,MPC）是一种新型的无机材料，且具有陶瓷的部分性能，因其固化速度快、早期强度高、环境适应性强等优点而常用于工程快速修补、固化有害废弃物等领域，因此受到国内外学者研究关注。磷酸镁水泥涂层作为一种无机的环保材料，避免了有机涂层不耐高温、易老化、不环保，以及金属镀层产生电镀液污染环境、成本高等缺点。目前国外已有研究将磷酸镁水泥用作金属的有效防腐涂层，但国内报道极少。因此本论文主要通过电化学测试等方法来探究磷酸镁水泥涂层对Q235钢的防腐性能及相应机理。 本论文采用不同酸碱摩尔比(P/M)制备磷酸镁水泥浆体并涂刷于 Q235 钢表面。通过XRD、SEM、线性极化测试、电化学阻抗测试及盐雾试验等方法研究 MPC 涂层的耐腐蚀性。实验结果表明，P/M为1:5的涂层体系下的电荷转移电阻最大，耐腐蚀性最优。经过1440h中性盐雾腐蚀试验后，MPC涂层表面未出现任何的锈蚀现象，表明其对Q235钢具有长期的防腐保护作用。MPC涂层主要由未反应的MgO和Al2O3颗粒，以及相对较少的水化产物 MgKPO4·6H2O 组成，涂层表面可见少量微裂纹，其中 P/M为 1:5的涂层表面结构更加致密。MPC 涂层与金属基体间具有良好的粘结强度(4.6± 0.7 MPa)。 浸泡实验和动电位极化法结果表明，Q235钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率较快；在添加MgO和MPC后的NaCl溶液中，Q235钢的腐蚀速率明显降低，表明MgO和MPC 对 Q235 钢均有一定的缓蚀作用。推断 MPC的防腐机理不仅源于其物理阻隔效果，还有可能是MPC中溶解出的磷酸根离子和OH-在金属表面形成了惰性层，保护金属不受腐蚀。 另外，将原料中氧化铝等体积替换为粉煤灰制得MPC涂层。XRD、SEM、电化学测试的实验结果表明，相较于内掺氧化铝的MPC涂层，内掺粉煤灰的MPC涂层体系下的电荷转移电阻略微降低，表明内掺粉煤灰并未明显改善MPC的耐腐蚀性。内掺粉煤灰的MPC涂层主要由MgKPO4·6H2O、未反应的MgO、Al2O3和SiO2组成，涂层表面较光滑，但有大量明显可见的裂纹。粉煤灰作为一种经济环保的填料，具有良好的利用价值，只是其对MPC的长期耐蚀性的影响规律还需进一步探究。 将原料中部分氧化铝等体积替换为硅灰制得MPC涂层。XRD、SEM、电化学测试的实验结果表明，内掺硅灰和Al2O3组合的MPC涂层体系下的电荷转移电阻明显增大，表明MPC耐蚀性有所提高，且掺加15%硅灰和35% Al2O3的涂层的耐腐蚀性最优。涂层主要由MgKPO4·6H2O、未反应的MgO、Al2O3、SiO2颗粒及MgSiO3凝胶新相组成，不同大小的颗粒填充了涂层内部的孔洞和缝隙，使得涂层致密度增大。 通过内掺和外涂甲基硅酸钠(SMS)防水剂的方式对磷酸镁水泥涂层进行化学改性。电化学测试结果表明，内掺一定量的SMS对MPC涂层的耐腐蚀性能有所提高，且掺入量越大，耐蚀性改善效果越明显。但SMS掺量不宜过大，若超过1%则会在MPC内部留下较多未及时排出的气孔，致使涂层耐蚀性下降。外涂SMS后，MPC涂层表面形成的憎水层能有效的阻隔水分进入涂层内部，使涂层抗渗性能得到提高。且外涂PMS的浓度越高，MPC涂层的耐蚀性能越优异，但浓度也不宜过高。 本论文研究了Q235钢表面MPC涂层的耐腐蚀性能，并通过几种方式对MPC涂层进行了一定的改性，为后续磷酸镁水泥在防腐方向的新应用提供了新的视角。

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