锌铝基重防腐涂料的开发与应用研究

　　摘要：根据钢结构特殊部位重防腐需要，以片状锌铝粉为基本填料，改性树脂为成膜物，开发出锌铝基重防腐涂料。对该涂料的防护性能和成本进行分析研究，结果表明：锌铝基涂料成膜后，其自腐蚀电位为-980mV，可以对基体提供良好的牺牲阳极保护，其耐盐雾寿命为1964h。该锌铝基涂料与现有的锌铝基涂料相比具有明显的成本优势。
　　
　　关键词：腐蚀防护；锌铝基涂料；牺牲阳极保护；盐雾试验
　　
　　1.引言
　　
　　以不同性形的锌铝粉为主要填料的防护涂料已在国外金属重防腐领域广泛应用，如采用球状锌粉的环氧富锌涂料和比利时Zingamatell公司的ZINGA涂料等。然而普通的环氧富锌涂料防护性能较差，需要中层、面层涂料配套；国外进口ZINGA涂料因价格昂贵，限制了其批量大规模应用。航达科技应用中科院金属研究所科研成果，根据钢结构特殊部位的重防腐需要，开发出国产ZINGA类涂料。以片状的纳米锌铝粉为基本填料，制备出一种低成本高性能的锌铝基重防腐涂料（HD5002锌铝基涂料），并进行了性能试验对比和使用效果观察。片状锌铝粉不仅具有良好的阳极牺牲作用，同时金属粉的层叠排列使涂层在成膜后表现出良好的屏蔽性能，因此该片状锌铝粉涂料较球状锌铝粉涂料具有更为优异的防护性能。
　　
　　2.开发与试验
　　
　　对船舶、海上平台、桥梁、高层建筑等钢结构应用调查，发现焊接、栓接等连接部位是钢结构重防腐的一个难点。根据以前各类重防腐涂料应用的经验和教训，分析现有环氧富锌涂料和国外ZINGA涂料的优缺点及应用问题，选择优质纳米锌铝粉为基本填料，开发高性价比、适应钢结构特殊部位防腐的涂料。经过不同材料、不同比例的多次对比试验分析，选定HD5002锌铝基涂料配方和施工工艺。
　　
　　2.1涂料组成
　　
　　HD5002锌铝基涂料为双组分，其中A组分由改性树脂、超细片状锌铝粉构成，B组分为固化剂。涂料选择质量优良的片状锌粉和铝粉，平均厚度为100nm，平均直径小于10μm，涂料涂装后干膜金属含量大于70%，等效锌含量大于90%（等体积锌粉替换铝粉计算）。
　　
　　2.2试样制备
　　
　　HD5002锌铝基涂料施工方法为：涂料A组分与B组分比例为6∶1，加入固化剂搅拌均匀后，要在8h__内施工完；涂覆工件需经喷砂（或磷化）前处理；涂装方式可采用刷涂或喷涂；施工温度需大于5℃；常温干燥条件：表干2h，实干24h；120℃烘干30min；试板涂层厚度为30μm。
　　
　　2.3测试方法
　　
　　用电化学测试方法测定极化曲线、EIS。测定工作采用EG&G公司的M273恒电位仪，测试采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极（SCE），辅助电极为铂片，以涂层体系为研究电极，电极工作面积为13cm2。腐蚀介质为3.5%的NaCl水溶液。所用化学试剂为分析纯试剂，NaCl溶液用一次蒸馏水配制，所有电化学测试均在室温下进行，溶液未经除氧处理。用盐雾测试方法测定耐腐蚀性能。盐雾试验采用上海简户仪器设备有限公司的JST-120型盐雾试验箱，参照国标GB/T10125—1997、GB/T1771—1991进行。
　　
　　2.4试验结果与讨论

　　涂料的基本性能见表1。

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　　 　　试验结果表明，HD5002锌铝基涂料成膜后，其附着力、弯曲以及耐冲击性能均达到实际应用指标，尤其附着力达到0级，说明涂层与基体具有良好的附着力。HD5002锌铝基涂料涂层的动电位极化曲线的测试结果见表2和图1。涂层的自腐蚀电位为-965mV，远高于普通环氧富锌涂层的－800mV，表明锌铝基涂料对钢基体牺牲阳极保护要优于环氧富锌涂料。对HD5002锌铝基涂料样品进行中性盐雾试验，结果见表3。
　　
　　表2平行样品A、B的电化学参数

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　　注：30μm涂层

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　　图1HD5002极化曲线
　　
　　表3平行样品A、B耐中性盐雾试验结果

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　　HD5002锌铝基涂料表现出优异的防护性能，与涂层的组成结构直接相关，充分应用了两大腐蚀防护功能。其防腐原理如下：①牺牲阳极作用：HD5002锌铝基涂料的干膜涂层电极电位为-980mV，对钢材等金属构成了阴极保护。由于片状锌铝粉处于树脂包覆状态，其阳极牺牲作用缓慢、连续、可控，可长期牺牲其本身而对金属表面形成电化学保护。②物理屏蔽作用：由于采用了超薄超细片状锌铝粉，HD5002锌铝基涂料的涂层形成了良好的“迷宫效应”，明显优于常规的球形锌粉防腐涂料，显著降低了涂层的透水率，更好地屏蔽了环境的腐蚀因素（水、氧等）。
　　
　　3.HD5002锌铝基涂料的应用
　　
　　为了观察和检验HD5002锌铝基涂料的实用效果，针对钢结构（焊接和栓接）连接、钢丝（钢筋）的腐蚀防护，应用HD5002锌铝基涂料进行了试样试验和试用对比观察。
　　
　　3.1钢结构连接部位
　　
　　钢结构焊接和栓接部位一般是结构重点，也是防腐的重点，锌铝基涂料已在钢结构螺栓连接部位和焊接部位腐蚀防护中试用。对螺栓连接表面防护处理是采用湿态安装来实现的，按应用工艺规程，先对螺栓表面进行清洁处理，浸入涂料中，安装前将螺栓直接连接拧紧。焊接区域先打磨处理表面，然后将涂料作为底漆涂装，通过层间交叉和补涂与周边整体涂装一致。

　　 　　图2为螺栓连接部位应用HD5002锌铝基涂料防护和镀锌防护的防护效果对比，螺栓应用HD5002锌铝基涂料防护后，防腐效果明显。

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　　图2不同防护方法下螺栓连接的腐蚀情况
　　
　　3.2热镀锌钢丝（钢筋）
　　
　　钢丝和钢筋在建筑和桥梁结构应用较多，对光面或热镀锌钢丝和钢筋可应用HD5002锌铝基涂料涂装，提高和增强防腐功能。加涂HD5002锌铝基涂料涂覆时先将热镀锌涂层打磨处理干净，然后均匀涂上HD5002锌铝基涂料。图3为热镀锌钢丝加涂HD5002锌铝基涂料防护处理和未加涂部位经过中性盐雾试验2000h的结果。很明显，镀锌钢丝表面加涂HD5002锌铝基涂料后，有效地防止了钢丝的腐蚀。

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　　4.应用经济成本分析
　　
　　HD5002锌铝基涂料是一种新型涂料，在替代传统的热镀锌和环氧富锌涂料时，具有较高的腐蚀防护效果和性价比。根据目前掌握的热镀锌、环氧富锌涂料、HD5002锌铝基涂料的价格，在相同应用涂层厚度和盐雾试验寿命条件及原材料和施工成本方面进行综合对比分析，HD5002锌铝基涂料应用价格最低，经济技术优势比较突出（见表4）。
　　
　　表4HD5002锌铝基涂料与热镀锌和环氧富锌涂料的应用比较
　　
　　比利时Zingamatell公司的ZINGA等金属防腐涂料在国内外金属结构重防腐领域应用较广，HD5002锌铝基涂料是一种用优质原材料开发的、性能优良的防护涂料，具有较高的性价比，根据现有试板试验观察情况，防护性能、防护效果可以与ZINGA等金属防腐涂料比较，同样条件下应用HD5002锌铝基涂镀涂料成本可大大降低。HD5002锌铝基涂料适应较薄的防护涂层，在涂层厚度较薄时可得到较好的防腐效果，应用成本极具竞争优势。

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　　5.结语
　　
　　HD5002锌铝基涂料是一种性能优良的防腐涂料，具有较高的性价比。其特点是：⑴自腐蚀电位为－980mV，可对碳钢基体形成牺牲阳极保护作用；⑵具有优异的耐盐雾性能，出现红锈的时间为1964h，防护效果优良；⑶与环氧富锌、热镀锌以及ZINGA和Delta-Tone等涂料相比，具有良好的技术工艺性能和成本优势。