一种减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层及其涂覆方法

摘要

本发明公开了一种减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层，原料包括以下组份：硅酸盐矿物45‑55份；电磁波吸收剂前体15‑20份；性能调节剂4‑6份；粘结剂5‑8份；氧化剂3‑5份；催化剂1‑4份。还公开了一种上述减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层的涂覆方法，包括以下步骤：1）预烧制；2）第一次研磨3）掺料；4）干燥；5）第二次研磨；6）涂覆；7）烧结；8）常温冷却，即得。本发明的涂层具有耐腐蚀性能高，有效吸收外界电磁波，延性好的优点。

说明书

技术领域

本发明属于金属防腐领域，尤其是涉及一种减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层及其涂覆方法。

背景技术

金属与周围环境中的介质接触并发生化学反应，这是最常见的金属电化学腐蚀现象。由于金属表面与周围的介质(如湿空气、电解质溶液等)接触，在接触界面上会发生金属阳极溶解过程，同时还存在相应的阴极过程，构成自发的腐蚀电池，使金属阳极溶解持续进行，从而引起金属的腐蚀。据调查，每年全球金属腐蚀造成的经济损失约占GDP总量的4％左右，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震损失的总和。腐蚀不仅造成经济损失，也常对安全构成威胁，国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故。尤其值得指出，在海洋环境下，金属的腐蚀尤为严重。由于船舶、钻井平台等金属结构的海洋设施常年运行在海洋环境中，会受到各种腐蚀介质的侵蚀，从而发生不同程度的腐蚀。

生活或者工作于现代社会钢筋混凝土结构的建筑中的人们，每天都面临着看不见的电磁波的危害。人体受电磁波严重辐射时,会出现一些不良反应,主要症状表现为会使人感到头疼,出现呕吐,有的出现脱发并伴有白血球下降,全身无力,甚至会使人失去生育能力。

在军事技术方面，利用电磁波探测目标的电子设备，能够发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率、方位、高度等信息。要想摆脱这一类电子设备对大型建筑结构的探测，就必须让建筑材料能够吸收电磁波。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种采用低温烧结形成、用于普通建筑结构能够有效的吸收环境中的电磁波、减小电磁波对人体的危害的减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层及其涂覆方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层，涂覆于金属表面，原料包括以下组分：硅酸盐矿物45-55份，电磁波吸收剂前体15-20份，粘结剂5-8份，性能调节剂4-6份，氧化剂3-5份，催化剂1-4份。

进一步的，所述硅酸盐矿物为云母、石英、钠长石、砂岩、硅石、蛋白石中的一种或多种。硅氧化合物表面将被催化后的氧化硅凝胶紧紧吸附，经过反应和烧结后形成三维网状结构，大大提高了涂层致密度和耐腐蚀性能。

进一步的，所述硅酸盐矿物为超细粉末，粉末粒径为1500-2000目，优选1800-2000目。此颗粒细度便于后续充分混合均匀，反应完全。

进一步的，所述电磁波吸收剂前体选自铁单质、氧化铁中的一种或多种。所述的电磁波吸收剂前体经过分散和氧化反应之后能够形成纳米级铁氧体被硅氧化合物颗粒包裹，经过喷涂的方法烧结形成后，能够在涂层表面形成纳米级的微凸，使涂层具有高表面粗糙度的特点，当电磁波经过涂层时，能够被多次反射，穿过涂层表面的铁氧体，达到被吸收能量的目的。

进一步的，所述粘结剂为一氧化镍、三氧化二镍、一氧化钴、三氧化二钴、四硼酸钠、硅酸钠中的一种或多种。钴元素、镍元素能够和基体涂层中的氧形成化学连接，提升涂层的致密度，同时也能和基体金属表面氧化膜发生化学反应，形成钴-氧键、镍-氧键，使涂层和基体金属形成更加紧密的粘结；粘结剂在催化剂的作用下，水解反应生成含有硅氧官能团的水凝胶，在涂层烧结前水凝胶包裹着硅氧化合物颗粒和纳米铁氧体颗粒，其中的硅氧官能团是涂层基体的成核材料，在烧结过程中，与硅氧化合物中的硅氧键紧密连接，共同形成封闭的三维网状结构，从而可以降低涂层的烧结温度，使得烧结温度在540-560℃左右，三维网状结构能够包裹住纳米铁氧体颗粒，使之稳定的存在于涂层基体之中。同时，所述纳米铁氧体在540-560℃左右能够少量的扩散进入基体涂层之中，能够提升基体陶瓷的韧性。由于铁氧体颗粒均匀的存在于混料之中，烧结时，氧化硅凝胶，硅氧化合物和其中渗入的各种金属元素的存在均匀而又致密，使得烧结后的涂层性能均匀一致。

进一步的，所述性能调节剂选自碳酸钡或碳酸锶，以及氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶中的一种或多种氧化物。

进一步的，所述氧化剂为高锰酸钾、锰酸钾、高锰酸钠、二氧化锰中的一种或几种。当氧化剂为高锰酸钾时，高价态的锰能够将铁元素氧化，并能够提供氧元素，使铁氧体能够稳定的生成，且存在于基体涂层之中；因为氧化剂的存在，使得原料电磁波吸收剂形成了一种稳定存在于涂层中的铁氧体，并且和陶瓷复合；当电磁波穿过涂层时，这种高磁导率的铁氧体能引导电磁波，通过共振，吸收电磁波的能量，达到吸收电磁波的目的。锰元素也能够和金属表面的氧化膜链接形成锰氧键；进一步的提高了涂层和钢筋的粘结性能，提高涂层钢筋的防腐蚀性能和工作性能。

进一步的，所述催化剂为盐酸、磷酸、草酸、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种。酸性催化剂，盐酸、磷酸促进硅气凝胶前驱体的水解反应，碱性催化剂氨水、氢氧化钠能够促进缩聚反应，都可以使得形成的硅水凝胶更加紧密地吸附在硅氧化合物的表面，促进涂层的致密度和耐腐蚀能力。

本发明还公开了一种减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层的涂覆方法，包括如下步骤：

1)预烧制：将15-20份的电磁波吸收剂前体和4-6份的性能调节剂充分混合均匀，以7-10℃/分钟的速度升温至1100-1200℃，烧结15-20分钟得到原料A；

2)第一次研磨：将原料A中加入45-55份的硅酸盐矿物、3-5份的氧化剂、5-8份的粘结剂，研磨成为100-120目粉末得到混料B；

3)摻料：将混料B加入1-4份的催化剂，并按照1：25-28的分量比加入水，得到混料C；

4)干燥：将混料C在75-85℃温度下完全干燥；

5)第二次研磨：将步骤4)中干燥得到的混料研磨成180-220目的粉末涂料D，备用；

6)涂覆：将步骤5)中得到的涂料D用静电喷涂的方法涂覆在基体金属上；

7)烧结：将步骤6)中得到的涂覆有涂料D的基体金属以5-10℃/分钟的速度升温至540-560℃，烧结15-20分钟；

8)常温冷却，即得。

作为优选，所述步骤6)中采用静电喷涂方法，其中静电电压为40-45千伏，电流为25-30微安，出气量为6-9升/分钟，喷涂距离为30-50厘米，喷涂时间为50-70秒。

作为优选，所述基体金属为铁板、钢板、钢筋、各类型钢、铜板、铝板。

本发明中，电磁波吸收剂与氧化剂发生氧化反应，并且能与硅氧化合物，粘结剂发生复杂的物理变化和化学变化，从而形成无机铁氧体复合陶瓷涂层。因为氧化剂的存在，使得原料电磁波吸收剂形成了一种稳定存在于涂层中的铁氧体，并且和陶瓷复合。当电磁波穿过涂层时，这种高磁导率的铁氧体能引导电磁波，通过共振，吸收电磁波的能量，达到吸收电磁波的目的。

本发明加入了硅氧化合物，电磁波吸收剂前体，性能调节剂粘结剂，氧化剂，催化剂，使得本发明的涂层为无机铁氧体复合陶瓷涂层。1)因为铁氧体大量存在于涂层中，使得涂层具有吸收一定范围内波长的电磁波的能力，本发明的涂层，能够明显损耗电磁波的能量，在厘米波段，可衰减8.5dB；在9GHz可衰减24dB；在5GHz～10GHz衰减达30dB左右。2)因为氧化剂的存在，锰元素能够和金属表面的氧化膜链接形成锰氧键，进一步的提高了涂层和钢筋的粘结性能，由于粘结性的提升，涂层的防腐蚀性能和工作性能均有提高，本发明的涂层在模拟海水的浸泡环境中能提高钢筋的耐腐蚀性能达10倍以上。

本发明可以应用于居民楼、办公楼、学校、医院等公共建筑等多个领域。另一方面，用于重要建筑结构，如机场建筑、军用建筑，能够干扰利用电磁波探测目标的电子设备，从而保护建筑不被电子设备发现。

附图说明

图1为本发明实施例一的局部电镜图片(标尺为200μm)。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例一

一种减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层，用于涂覆在金属表面以达到减少电磁波干扰和防腐的目的，原料包括以下组分，云母50克，铁粉5克，氧化铁粉10克，碳酸钡4克，碳酸锶1克，氧化锌1克，一氧化镍8克，高锰酸钾5克，盐酸1克，磷酸1克。

一种减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层的涂覆方法，包括如下步骤：

1)预烧制：原料铁粉5克，氧化铁粉10克，碳酸钡4克，碳酸锶1克，氧化锌1克混合均匀，以10℃/分钟的速度升温至1100℃，烧结15分钟得到混合物A；

2)第一次研磨：将混合物A中加入云母50克、一氧化镍8克、高锰酸钾5克，研磨成为100目粉末得到混料B；

3)摻料：将混料B加入盐酸1克，磷酸1克，并加入水200克，得到混料C；

4)干燥：将混料C在80℃下干燥至完全没有水分；

5)第二次研磨：将步骤4)中干燥得到的混料研磨成200目的粉末涂料D，备用；

6)涂覆：将步骤5)中得到的涂料D用静电喷涂的方法涂覆在基体金属上，其中静电电压为40千伏，电流为25微安，出气量为6升每分钟，喷涂距离为40厘米,喷涂时间为60秒；

7)烧结：将步骤6)中得到的涂覆有涂料D的基体金属以8℃/分钟的速度升温至540℃，烧结15分钟；

8)常温冷却，得到烧结形成的能够减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层，同时也得到带有能够减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层的金属制品。

实施例二

一种减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层，用于涂覆在金属表面以达到减少电磁波干扰和防腐的目的，原料包括以下组分，钠长石20克，砂岩20克，硅石10克，蛋白石5克，铁粉10克，氧化铁粉5克，碳酸锶3克，氧化镁1克，氧化钡1克，三氧化二镍4克，三氧化二钴1克，硅酸钠1克，锰酸钾4克，高锰酸钾1克，氨水1克，氢氧化钠0.5克，氢氧化钾0.5克。

一种减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层的涂覆方法，包括如下步骤：

1)预烧制：原料铁粉10克、氧化铁粉5克、碳酸锶3克、氧化镁1克、氧化钡1克混合均匀，以8℃/分钟的速度升温至1200℃，烧结12分钟得到原料A；

2)第一次研磨：将原料A中加入钠长石20克、砂岩20克、硅石10克、蛋白石5克、三氧化二镍4克、三氧化二钴1克、硅酸钠1克、锰酸钾4克、高锰酸钾1克，研磨成为100目粉末得到混料B；

3)摻料：将混料B加入氨水1克、氢氧化钠0.5克、氢氧化钾0.5克，并加入水200克，得到混料C；

4)干燥：将混料C在80℃下干燥至完全没有水分；

5)第二次研磨：将步骤4)中干燥得到的混料研磨成200目的粉末涂料D，备用；

6)涂覆：将步骤5)中得到的涂料D涂覆在基体金属上，其中静电电压为42千伏，电流为27微安，出气量为7升每分钟，喷涂距离为40厘米,喷涂时间为60秒；

7)烧结：将步骤6)中得到的烧结有涂料D的基体金属以8℃/分钟的速度升温至550℃，烧结20分钟；

8)常温冷却，得到烧结形成的能够减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层，同时也得到带有能够减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层的金属制品。

实施例三

一种减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层，用于涂覆在金属表面以达到减少电磁波干扰和防腐的目的，原料包括以下组分，云母10克，石英10克，硅石10克，蛋白石20克，铁粉10g，氧化铁粉5克，碳酸锶2克，氧化锌1克，氧化锰1克，氧化钡1克，氧化锶1克，一氧化钴4克，四硼酸钠1克，锰酸钾1克，二氧化锰4克，磷酸2克，草酸1克。

一种减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层的涂覆方法，包括如下步骤：

1)预烧制：原料铁粉10g，氧化铁粉5克，碳酸锶2克，氧化锌1克，氧化锰1克，氧化钡1克，氧化锶1克混合均匀，以10℃/分钟的速度升温至1100℃，烧结15分钟得到混合物A；

2)第一次研磨：将原料A中加入云母10克，石英10克，硅石10克，蛋白石20克、一氧化钴4克，四硼酸钠1克，锰酸钾1克，二氧化锰4克，研磨成为110目粉末得到混料B；

3)摻料：将混料B加入磷酸2克，草酸1克，并加入水200克，得到混料C；

4)干燥：将混料C在80℃下干燥至完全没有水分；

5)第二次研磨：将步骤4)中干燥得到的混料研磨成200目的粉末涂料D，备用；

6)涂覆：将步骤5)中得到的涂料D涂覆在基体金属上，其中静电电压为45千伏，电流为30微安，出气量为8升每分钟，喷涂距离为50厘米,喷涂时间为60秒；

7)烧结：将步骤6)中得到的烧结有涂料D的基体金属以9℃/分钟的速度升温至560℃，烧结18分钟；

8)常温冷却，得到烧结形成的能够减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层，同时也得到带有能够减少电磁波干扰的高表面粗糙度金属防腐涂层的金属制品。

对比实施例一

原料包括以下组分，云母25克，砂岩20克，氧化铁粉30克，氧化锌10克，一氧化钴2克，高锰酸钾11克，盐酸1克，草酸1克。

对比实施例一的涂覆方法，包括如下步骤：

1)预烧制：原料氧化铁粉30克，氧化锌10克混合均匀，以10℃/分钟的速度升温至1000℃，烧结5分钟得到混合物A；

2)第一次研磨：将原料A中加入云母25克，砂岩20克，一氧化钴2克，高锰酸钾11克，研磨成为110目粉末得到混料B；

3)摻料：将混料B加入盐酸2克，草酸1克，并加入水200克，得到混料C；

4)干燥：将混料C在80℃下干燥至完全没有水分；

5)第二次研磨：将混料C研磨成200目的粉末涂料D，备用；

6)涂覆：将步骤5)中得到的涂料D涂覆在基体金属上，其中静电电压为35千伏，电流为23微安，出气量为6升每分钟，喷涂距离为30厘米,喷涂时间为60秒；

7)烧结：将步骤6)中得到的烧结有涂料D的基体金属以7.5℃/分钟的速度升温至520℃，烧结15分钟；

8)常温冷却，得到对比实施例一的涂层。

对比实施例二

原料包括以下组分，钠长石20克，砂岩20克，硅石10克，蛋白石5克，氧化铁粉10克，碳酸钡10克，碳酸锶11克，氧化锌2克，氧化锰2克，一氧化镍1克，三氧化二钴1克，硅酸钠1克，锰酸钾2克，高锰酸钾1克，盐酸1克，磷酸1克，草酸1克。

对比实施例二的涂覆方法，包括如下步骤：

1)预烧制：原料氧化铁粉10克，碳酸钡10克，碳酸锶11克，氧化锌2克，氧化锰2克混合均匀，以10℃/分钟的速度升温至1100℃，烧结8分钟得到混合物A；

2)第一次研磨：将混合物A中加入钠长石20克，砂岩20克，硅石10克，蛋白石5克，一氧化镍1克，三氧化二钴1克，硅酸钠1克，锰酸钾2克，高锰酸钾1克，研磨成为110目粉末得到混料B；

3)摻料：将混料B加入盐酸1克，磷酸1克，草酸1克，并加入水200克，得到混料C；

4)干燥：将混料C在80℃下干燥至完全没有水分；

5)第二次研磨：将步骤4)中干燥得到的混料研磨成200目的粉末涂料D，备用；

6)涂覆：将步骤5)中得到的涂料D涂覆在基体金属上，其中静电电压为20千伏，电流为10微安，出气量为12升每分钟，喷涂距离为10厘米,喷涂时间为60秒；

7)烧结：将步骤6)中得到的烧结有涂料D的基体金属以12℃/分钟的速度升温至580℃，烧结15分钟；

8)常温冷却，得到对比实施例二的涂层。

对比实施例三

原料包括以下组分，云母25克，石英10克，钠长石10克，砂岩15克，铁粉10克，氧化铁粉10克，碳酸钡4克，一氧化镍3克，三氧化二镍2克，一氧化钴2克，锰酸钾1克，高锰酸钠1克，二氧化锰1克。

对比实施例三的涂覆方法，包括如下步骤：

1)预烧制：原料铁粉10克，氧化铁粉10克，碳酸钡4克混合均匀，以10℃/分钟的速度升温至1100℃，烧结10分钟得到混合物A；

2)第一次研磨：将原料A中加入云母25克，石英10克，钠长石10克，砂岩15克，一氧化镍3克，三氧化二镍2克，一氧化钴2克，锰酸钾1克，高锰酸钠1克，二氧化锰1克，研磨成为100目粉末得到混料B；

3)摻料：将混料B加入水200克，得到混料C；

4)干燥：将混料C在80℃下干燥至完全没有水分；

5)第二次研磨：将步骤4)中干燥得到的混料研磨成200目的粉末涂料D，备用；

6)涂覆：将步骤5)中得到的涂料D涂覆在基体金属上，其中静电电压为35千伏，电流为23微安，出气量为4升每分钟，喷涂距离为30厘米,喷涂时间为60秒；

7)烧结：将步骤6)中得到的烧结有涂料D的基体金属以7.5℃/分钟的速度升温至500℃，烧结15分钟；

8)常温冷却，得到对比实施例三的涂层。

为了验证本发明的涂层用于钢材料防腐和电磁波吸收的效果，进行了如下试验：

1)电磁波吸收实验

选择实施例一、实施例二、实施例三以及对比实施例一、对比实施例二、对比实施例三的六组涂层钢板，每组3个重复试样，根据GBZ/T189.2-2007规范要求，测量涂层钢板吸收环境电磁波的情况，并根据GB9175-1988规定的环境电磁波卫生标准评估。所述实验选用了9GHz频率的波源。

表1电磁波吸收试验

从电磁波吸收实验的结果来看，实施例一、实施例二、实施例三的电磁波强度衰减范围为23-27dB，可以看出明显优于一般的电磁波吸收涂层，对比实施例一、对比实施例二、对比实施例三的电磁波强度衰减范围在3-4dB左右，远低于实施例一、实施例二、实施例三。

2)钢筋腐蚀试验

分别取选择实施例一、实施例二、实施例三以及对比实施例一、对比实施例二、对比实施例三的四组涂层钢筋，对照组为无涂层钢筋，总计实验钢筋个数为21个。将其置于3.5％的氯化钠溶液中，通电后进行加速腐蚀试验。

表2钢筋加速腐蚀试验

3)钢板耐腐蚀实验

分别取实施例一、实施例二、实施例三以及对比实施例一、对比实施例二、对比实施例三，对照组为无涂层钢板，每组钢板数为3块，总计实验钢板个数为21个。将其置于3.5％的氯化钠溶液中，通电后进行加速腐蚀试验。

表3钢板加速腐蚀试验

4)涂层横截面电镜图

图1为实施例一的电镜图片，与实施例二，三相似，所以以实施例一作为代表。从图中可以看出，涂层十分致密，其中只有少数的闭孔。无机陶瓷涂层厚度约为230μm。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。