一种耐高温环保达克罗涂料、涂层及其制备方法与流程

本发明属于材料防腐蚀领域，具体涉及了一种耐高温环保达克罗涂料、涂层及其制备方法。
背景技术：
：现如今，种类繁多的金属材料已经成为人类社会发展的重要物质基础，尤其是钢铁，对人类文明更是发挥着重要的作用。而紧固件作为钢铁结构的重要连接部分，其作用更是不能小看。由于紧固件所在位置的特殊性，一旦其发生锈蚀，将带来严重后果。一是连接强度降低，影响钢铁结构的受力状况，带来很大的工业隐患而酿成事故。二是锈蚀的紧固件影响拆卸装配维修，带来不便。因此，对紧固件类的金属部件耐蚀性能的研究也随之变得非常重要。常用的紧固件都是由碳钢以及合金钢制成，针对这种材料，其防护方法主要有电镀、化学镀、环氧树脂涂覆、氧化处理等方法。其中，电镀方法所产生的废液污染影响环境，处理困难。所以该方法比较不适合大量应用，一般只有在某些特定的使用环境，如石油钻井平台或航海飞机中涉及到的紧固件才会使用电镀镉类的防护方法。在如今金属腐蚀问题较为严重的情形下，锌铬涂层技术作为一种较好的防护手段之一，有着很多其它防护类涂层无法比拟的优点，渐渐在金属材料的防腐领域占有一席之地。锌铬涂层又称为达克罗涂层，是一种工艺简单但是耐蚀效果很好的防腐涂层，该技术来源于西方汽车行业。工艺简单，污染性小，耐蚀性好，具有一定的自修复性，这些都使得该防护方法受到极大青睐。而伴随着现代工业的发展，人们希望紧固件能适应更严苛的工作环境，进一步拓展其适用范围。比如与海洋高温管道相关的紧固件，在工作状态下高温管道正常工作温度达100℃时，用涂覆传统达克罗涂层的螺栓极易生锈，原因在于达克罗的主要成分锌粉的电极电势在≥60℃温度下将发生反转，从原来的-0.79v上升至-0.12v，比基体Fe(-0.45v)的电极电势要高，因此在60℃以上其失去牺牲阳极作用，无法提供有效的电化学保护。由此可见，虽然目前对于达克罗涂层的研究已经相当成熟，但是其综合性能并不能完全满足实际的工业生产需求。比如在海洋高温这一极端环境下，达克罗并不能达到理想的耐蚀效果。尤其对于紧固件，它作为钢铁结构的重要连接部分，由于其所在位置的特殊性，如果不能在高温下保持一定的耐腐蚀性能而受到侵蚀，将会严重影响金属部件之间的连接，甚至会带来很大的工业隐患而酿成事故。因此有必要对涂层的综合性能进行进一步探究，需要使涂层在高温这一极端环境下仍拥有极好的耐蚀性能。技术实现要素：本发明针对现有技术中存在的不足，目的在于提供一种耐高温环保达克罗涂层及其制备方法。为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：一种耐高温环保达克罗涂料，各组分按重量百分比计为：金属浆料45％～50％、无铬钝化液45％～50％、相关助剂2％～5％。上述方案中，所述金属浆料是由金属粉和润湿剂按重量比1:1组成。上述方案中，所述金属粉是由片状锌粉、片状铝粉、片状镁粉和片状锰粉按重量比4:1:1:1～8:1:1:1组成。上述方案中，所述润湿剂为聚乙二醇400。上述方案中，所述无铬钝化液是由无铬钝化剂和无水乙醇按重量比1:6组成。上述方案中，所述无铬钝化剂是由钼酸铵、硼酸、植酸、硅烷偶联剂和稀土材料按重量比4：1：2：1.25：3组成。上述方案中，所述硅烷偶联剂为KH-560或AC-66。上述方案中，所述稀土材料为硝酸镧。上述方案中，所述相关助剂是由增稠剂、分散剂和还原剂按质量比1:1:6组成。上述方案中，所述增稠剂为羟甲基纤维素，所述分散剂为OP-10，所述还原剂为乙二醇。上述耐高温环保达克罗涂料的制备方法，包括如下步骤：(1)金属浆料的配制：将片状锌粉、片状铝粉、片状镁粉、片状锰粉和润湿剂混合后搅拌均匀，得到金属浆料；(2)无铬钝化液的配制：将钼酸铵、硼酸、植酸、硅烷偶联剂和稀土材料和无水乙醇混合均匀，得到无铬钝化液；(3)相关助剂的配制：将增稠剂、分散剂和还原剂混合均匀，得到相关助剂；(4)无铬达克罗涂料的配制：将金属浆料和无铬钝化液加入至容器中混合均匀，再加入相关助剂，在室温下快速搅拌6～8h，搅拌过程中控制涂料的pH和粘度；待pH和粘度参数稳定后，将涂料放置于38℃水浴锅中静置1～1.5h，得到无铬达克罗涂料。上述方案中，所述pH为6.0～8.5，粘度为20～60s，根据所需涂覆部件大小决定涂覆方式，一般有刷涂、甩涂(离心机甩干)，或喷涂三种方式。本发明中，无铬达克罗涂料的制备过程中应该注意一下相关事项：①配料室或配料间内环境应洁净无尘，在防止太阳光直射的条件下，室内光线明亮；②无铬达克罗涂料应贮存在不高于25℃的环境温度下，并防止日光直射，最好存放在空调房间内；③蒸馏水等洗涤用水及涂料盛放容器必须用聚乙烯或聚氯乙烯等耐腐蚀材料制造。一种耐高温环保达克罗涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)基材工件前处理：对基材工件进行除油脱酯和除锈除毛刺的前处理；(2)涂覆、预烘及烧结：将耐高温环保达克罗涂料涂覆在基材工件表面，待工件表面涂液稍有干燥时放在80～150℃温度下预烘8～15min(根据工件的吸热量定)，使涂液水分蒸发，流平均匀；预烘过后的工件在300～340℃的高温下进行烧结20～40min(根据工件的吸热量定，也可以适当提高温度来缩短烧结时间)(3)重复步骤(2)的操作对工件进行第二次涂覆、预烘及烧结，通过这种二涂二烘制备得耐高温无铬达克罗涂层。上述方案中，所述基材工件前处理包括如下步骤：①除油脱酯：有油的工件必须先进行表面除油脱脂，方法为以下三种中的任意一种：高温除油；水基除油除锈剂除油；二氯甲烷、丙酮、无水乙醇等有机溶剂除油；②除锈除毛刺：凡是有绣或毛刺的工件严禁进行直接涂覆，必须通过除锈除毛刺工艺，此工艺最好用喷砂方式进行，单纯酸洗除锈会影响涂覆层的耐蚀性以及带来氢脆风险；将喷砂后的工件置于超声清洗器中用乙醇超声清洗30～40min，自然风干后放入干燥箱中备用。上述方案中，所述涂覆的方式分以下三种：刷涂、甩涂(离心机甩干)，或喷涂的方式进行表面涂覆；一般的情况，对于紧固件的涂覆采用甩涂的方式进行，具体步骤如下：先将工件浸入无铬达克罗涂料中10～15s，放入甩桶中以450～550rad/s的转速下正甩15～20s，然后以450～550rad/s的转速再反甩15～20s，甩完后检查试样是否均匀涂覆，涂液多的地方，用毛刷刷平。本发明的有益效果：本发明所述环保达克罗涂料选用镁锰粉替代部分锌粉，用无水乙醇替代水，有效解决了锌粉的电极电势在≥60℃温度下发生反转导致传统达克罗涂层失效的问题；本发明所述环保达克罗涂层具有优异的高温耐蚀性和抗热震性能，性能稳定，能对与海洋高温部件相关的紧固件起到很好的保护作用，进一步起到延长紧固件使用寿命。附图说明图1是本发明热震试验中温度变化图。图2是工件进行硝酸铵快速腐蚀实验前涂层表面形貌。图3是工件进行硝酸铵快速腐蚀实验后涂层表面形貌。具体实施方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例中，环保达克罗涂层涂覆制备之前需对工件进行多项前处理，以便获得性能优异的防腐蚀涂层，以满足高温、高湿、高盐等恶劣工作环境下的工作需要；基材工件前处理有以下几个必须步骤：1)除油脱酯：有油的工件必须先进行表面除油脱脂，方法为以下三种中的任意一种：高温除油；水基除油除锈剂除油；二氯甲烷、丙酮、无水乙醇等有机溶剂除油；2)除锈除毛刺：凡是有绣或毛刺的工件严禁进行直接涂覆，必须通过除锈除毛刺工艺，此工艺最好用喷砂方式进行，单纯酸酸洗除锈会影响涂覆层的耐蚀性以及带来氢脆风险；将喷砂后的工件置于超声清洗器中用乙醇超声清洗30～40min，自然风干后放入干燥箱中备用。实施例1一种耐高温无铬达克罗涂料，通过如下方法制备得到：(1)取4.2kg的金属粉(其中片状锌粉、片状铝粉、片状镁粉、片状锰粉的重量比为8:1:1:1)和4.2kg聚乙二醇400混合搅拌均匀制成金属浆料；(2)取1.4kg的无铬钝化剂(其中钼酸铵、硼酸、植酸、硅烷偶联剂KH-560、稀土材料硝酸镧的重量比为4：1：2：1.25：3)和7kg无水乙醇放入容器中在30～40℃之间用磁力搅拌器匀速搅拌40～50min，即可得到无铬钝化液；(3)取400g相关助剂(其中增稠剂羟甲基纤维素、分散剂OP-10、还原剂乙二醇的重量比为1:1:6)至容器中在室温下混合均匀，即得到相关助剂；(4)将步骤(1)所得金属浆料、步骤(2)所得无铬钝化液和步骤(3)所得相关助剂倒入聚乙烯桶中混合均匀后匀速搅拌，6.5小时后(此时pH为6.5，粘度为46s)，放置于38℃水浴锅中静置1h，得到耐高温无铬达克罗涂料。将工件进行预处理，随后浸入配好的高温无铬达克罗涂料中10s，取出后放入甩涂机中以450rad/s正甩15s再以同样的转速反甩15s。将工件取出用毛刷轻轻刷去少量多余的涂液，待表面涂液干燥后放入干燥箱中120℃预烘10分钟，预烘后在300℃马弗炉中烧结30分钟。烧结后取出工件按上述同样的步骤进行涂覆、预烘、烧结得到第二层无铬达克罗涂层。经此二烘二涂工艺后，最终得到耐高温无铬达克罗涂层。用硝酸铵快速腐蚀试验(将工件浸渍于硝酸铵质量浓度为20wt％的溶液中，水浴保持溶液70±2℃；计时；到基体出现红锈时实验终止，结束计时)测试涂层高温下耐蚀性能(实验前与实验后的涂层表面形貌如图2和图3所示)，热震试验(热震试验过程如图1所示)测试涂层抗热震性，用金相显微镜或扫描电子显微镜测试涂层厚度，用涂-4杯粘度仪测试涂料粘度。结果如表1所示，表1的结果表明：所述无铬达克罗涂层具有优异的高温耐蚀性和抗热震性。表1实施例1制备所得涂料与涂层的性能硝酸铵快速腐蚀试验时间(min)抗热震次数涂层厚度(μm)涂液粘度(s)14332810.746实施例2一种耐高温无铬达克罗涂料，通过如下方法制备得到：(1)取4.2kg的金属粉(其中片状锌粉、片状铝粉、片状镁粉、片状锰粉的重量比为7:1:1:1)和4.2kg聚乙二醇400混合搅拌均匀制成金属浆料；(2)取1.4kg的无铬钝化剂(其中钼酸铵、硼酸、植酸、硅烷偶联剂KH-560、稀土材料硝酸镧的重量比为4：1：2：1.25：3)和7kg无水乙醇放入容器中在30～40℃之间用磁力搅拌器匀速搅拌40～50min，即可得到无铬钝化液；(3)取400g相关助剂(其中增稠剂羟甲基纤维素、分散剂OP-10、还原剂乙二醇的重量比为1:1:6)至容器中在室温下混合均匀，即得到相关助剂；(4)将步骤(1)所得金属浆料、步骤(2)所得无铬钝化液和步骤(3)所得相关助剂倒入聚乙烯桶中混合均匀后匀速搅拌，6.5小时后(此时pH为7，粘度为49s)，放置于38℃水浴锅中静置1h，得到耐高温无铬达克罗涂料。将工件用无水乙醇超声清洗30分钟，取出风干后进行表面喷砂备用。将工件浸入配好的涂料中10s，取出后放入甩涂机中以450rad/s正甩15s再以同样的转速反甩15s。将工件取出用毛刷轻轻刷去少量多余的涂液，待表面涂液干燥后放入干燥箱中120℃预烘10分钟，预烘后在300℃马弗炉中烧结30分钟。烧结后取出工件按上述同样的步骤进行涂覆、预烘、烧结得到第二层无铬达克罗涂层。经此二烘二涂工艺后，最终得到耐高温无铬达克罗涂层。用硝酸铵快速腐蚀试验(将工件浸渍于硝酸铵质量浓度为20wt％的溶液中，水浴保持溶液70±2℃；计时；到基体出现红锈时实验终止，结束计时)测试涂层高温下耐蚀性能(实验前与实验后的涂层表面形貌如图2和图3所示)，热震试验(热震试验过程如图1所示)测试涂层抗热震性，用金相显微镜或扫描电子显微镜测试涂层厚度，用涂-4杯粘度仪测试涂料粘度。结果见如表2所示，表2的结果表明：所述无铬达克罗涂层具有优异的高温耐蚀性和抗热震性。表2实施例2制备所得涂料与涂层的性能硝酸铵快速腐蚀试验时间(min)抗热震次数涂层厚度(μm)涂液粘度(s)12933410.549实施例3一种耐高温无铬达克罗涂料，通过如下方法制备得到：(1)取4.2kg的金属粉(其中片状锌粉、片状铝粉、片状镁粉、片状锰粉的重量比为6:1:1:1)和4.2kg聚乙二醇400混合搅拌均匀制成金属浆料；(2)取1.4kg的无铬钝化剂(其中钼酸铵、硼酸、植酸、硅烷偶联剂KH-560、稀土材料硝酸镧的重量比为4：1：2：1.25：3)和7kg无水乙醇放入容器中在30～40℃之间用磁力搅拌器匀速搅拌40～50min，即可得到无铬钝化液；(3)取400g相关助剂(其中增稠剂羟甲基纤维素、分散剂OP-10、还原剂乙二醇的重量比为1:1:6)至容器中在室温下混合均匀，即得到相关助剂；(4)将步骤(1)所得金属浆料、步骤(2)所得无铬钝化液和步骤(3)所得相关助剂倒入聚乙烯桶中混合均匀后匀速搅拌，6.5小时后(此时pH为7，粘度为54s)，放置于38℃水浴锅中静置1h，得到耐高温无铬达克罗涂料。将工件用无水乙醇超声清洗30分钟，取出风干后进行表面喷砂备用。将工件浸入配好的涂料中10s，取出后放入甩涂机中以450rad/s正甩15s再以同样的转速反甩15s。将工件取出用毛刷轻轻刷去少量多余的涂液，待表面涂液干燥后放入干燥箱中120℃预烘10分钟，预烘后在300℃马弗炉中烧结30分钟。烧结后取出工件按上述同样的步骤进行涂覆、预烘、烧结得到第二层无铬达克罗涂层。经此二烘二涂工艺后，最终得到耐高温无铬达克罗涂层。用硝酸铵快速腐蚀试验(将工件浸渍于硝酸铵质量浓度为20wt％的溶液中，水浴保持溶液70±2℃；计时；到基体出现红锈时实验终止，结束计时)测试涂层高温下耐蚀性能(实验前与实验后的涂层表面形貌如图2和图3所示)，热震试验(热震试验过程如图1所示)测试涂层抗热震性，用金相显微镜或扫描电子显微镜测试涂层厚度，用涂-4杯粘度仪测试涂料粘度。结果见如表3所示，表3的结果表明：所述无铬达克罗涂层具有优异的高温耐蚀性和抗热震性。表3实施例3制备所得涂料与涂层的性能硝酸铵快速腐蚀试验时间(min)抗热震次数涂层厚度(μm)涂液粘度(s)11433410.154实施例4一种耐高温无铬达克罗涂料，通过如下方法制备得到：(1)取4.2kg的金属粉(其中片状锌粉、片状铝粉、片状镁粉、片状锰粉的重量比为5:1:1:1)和4.2kg聚乙二醇400混合搅拌均匀制成金属浆料；(2)取1.4kg的无铬钝化剂(其中钼酸铵、硼酸、植酸、硅烷偶联剂KH-560、稀土材料硝酸镧的重量比为4：1：2：1.25：3)和7kg无水乙醇放入容器中在30～40℃之间用磁力搅拌器匀速搅拌40～50min，即可得到无铬钝化液；(3)取400g相关助剂(其中增稠剂羟甲基纤维素、分散剂OP-10、还原剂乙二醇的重量比为1:1:6)至容器中在室温下混合均匀，即得到相关助剂；(4)将步骤(1)所得金属浆料、步骤(2)所得无铬钝化液和步骤(3)所得相关助剂倒入聚乙烯桶中混合均匀后匀速搅拌，6.5小时后(此时pH为6，粘度为49s)，放置于38℃水浴锅中静置1h，得到耐高温无铬达克罗涂料。将工件用无水乙醇超声清洗30分钟，取出风干后进行表面喷砂备用。将工件浸入配好的涂料中10s，取出后放入甩涂机中以450rad/s正甩15s再以同样的转速反甩15s。将工件取出用毛刷轻轻刷去少量多余的涂液，待表面涂液干燥后放入干燥箱中120℃预烘10分钟，预烘后在300℃马弗炉中烧结30分钟。烧结后取出工件按上述同样的步骤进行涂覆、预烘、烧结得到第二层无铬达克罗涂层。经此二烘二涂工艺后，最终得到耐高温无铬达克罗涂层。用硝酸铵快速腐蚀试验(将工件浸渍于硝酸铵质量浓度为20wt％的溶液中，水浴保持溶液70±2℃；计时；到基体出现红锈时实验终止，结束计时)测试涂层高温下耐蚀性能(实验前与实验后的涂层表面形貌如图2和图3所示)，热震试验(热震试验过程如图1所示)测试涂层抗热震性，用金相显微镜或扫描电子显微镜测试涂层厚度，用涂-4杯粘度仪测试涂料粘度。结果见如表4所示，表4的结果表明：所述无铬达克罗涂层具有优异的高温耐蚀性和抗热震性。表4实施例4制备所得涂料与涂层的性能硝酸铵快速腐蚀试验时间(min)抗热震次数涂层厚度(μm)涂液粘度(s)1323479.949实施例5一种耐高温无铬达克罗涂料，通过如下方法制备得到：(1)取4.2kg的金属粉(其中片状锌粉、片状铝粉、片状镁粉、片状锰粉的重量比为4:1:1:1)和4.2kg聚乙二醇400混合搅拌均匀制成金属浆料；(2)取1.4kg的无铬钝化剂(其中钼酸铵、硼酸、植酸、硅烷偶联剂KH-560、稀土材料硝酸镧的重量比为4：1：2：1.25：3)和7kg无水乙醇放入容器中在30～40℃之间用磁力搅拌器匀速搅拌40～50min，即可得到无铬钝化液；(3)取400g相关助剂(其中增稠剂羟甲基纤维素、分散剂OP-10、还原剂乙二醇的重量比为1:1:6)至容器中在室温下混合均匀，即得到相关助剂；(4)将步骤(1)所得金属浆料、步骤(2)所得无铬钝化液和步骤(3)所得相关助剂倒入聚乙烯桶中混合均匀后匀速搅拌，6.5小时后(此时pH为6.5，粘度为52s)，放置于38℃水浴锅中静置1h，得到耐高温无铬达克罗涂料。将工件用无水乙醇超声清洗30分钟，取出风干后进行表面喷砂备用。将工件浸入配好的涂料中10s，取出后放入甩涂机中以450rad/s正甩15s再以同样的转速反甩15s。将工件取出用毛刷轻轻刷去少量多余的涂液，待表面涂液干燥后放入干燥箱中120℃预烘10分钟，预烘后在300℃马弗炉中烧结30分钟。烧结后取出工件按上述同样的步骤进行涂覆、预烘、烧结得到第二层无铬达克罗涂层。经此二烘二涂工艺后，最终得到耐高温无铬达克罗涂层。用硝酸铵快速腐蚀试验(将工件浸渍于硝酸铵质量浓度为20wt％的溶液中，水浴保持溶液70±2℃；计时；到基体出现红锈时实验终止，结束计时)测试涂层高温下耐蚀性能(实验前与实验后的涂层表面形貌如图2和图3所示)，热震试验(热震试验过程如图1所示)测试涂层抗热震性，用金相显微镜或扫描电子显微镜测试涂层厚度，用涂-4杯粘度仪测试涂料粘度。结果见如表5所示，表5的结果表明：所述无铬达克罗涂层具有优异的高温耐蚀性和抗热震性。表5实施例5制备所得涂料与涂层的性能硝酸铵快速腐蚀试验时间(min)抗热震次数涂层厚度(μm)涂液粘度(s)16235710.352显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。当前第1页1 2 3