AZ31镁合金表面防腐胶粘涂层的研制

  张微，李涛，刘永丰

    （重庆工学院材料科学与工程学院，重庆400050）

 

    慧聪涂料网讯：摘要：胶粘涂层法是有效提高镁合金耐腐蚀性能的表面处理技术之一。以E-44环氧树脂、低分子量650#聚酰胺、云母氧化铁等为主要原料，制备了适用于AZ31镁合金基体的防腐胶粘涂层。研究了填料含量对涂层外观、施工性和耐蚀性能的影响。结果发现，当填料质量分数为60%、涂层厚度为180~220μm时，防腐胶粘涂层具有良好的外观及施工性，附着力为1级，耐盐雾时间168h。

    关键词：镁合金；胶粘涂层；云母氧化铁；防腐

    中图分类号：TG178;TG174.461文献标志码：A

    文章编号：1004–227X(2009)02–0060–03

    1·前言

    由于镁合金是最轻的结构金属材料，比铝合金轻约36%，比锌合金轻约73%，比钢轻约77%[1-2]，且具有比强度高，导热、导电性良好，机加工和再循环利用性能良好等许多优良的特性，而被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子工业等领域。但镁合金的化学活性高，在空气中能自然形成碱式碳酸盐膜，而且这层膜的防护性很差；因此，镁合金作为结构材料使用时，必须采取可靠的表面防护措施[3-5]。近年来国内外对镁合金耐蚀表面处理的研究，主要涉及镁合金表面的化学转化、阳极氧化、微弧阳极氧化、电镀/化学镀以及热喷涂等处理方法。胶粘涂层法是一种具有制造工艺简便，易于施工，成本低廉等优点的表面处理方法。本文采用胶粘涂层法，以E-44环氧树脂、650#聚酰胺、云母氧化铁粉等为原料，在AZ31镁合金基体表面制备了具有良好附着力和防腐性的胶粘涂层。

    2·实验

    2.1镁合金试样预处理

    预处理不但要形成一个清洁的表面，以消除金属内部腐蚀的隐患，而且要使该表面粗糙度适当，从而增加涂层与基体间的结合力。由于高性能树脂对各种金属基体的渗透性较油性的小，更需要清洁和粗糙的表面，以增加附着力。因此，对镁合金基体表面进行预处理十分重要。

    AZ31镁合金试片的规格为7.0cm×5.0cm×0.1cm，表面有少量油污和点蚀存在。其预处理工艺为：打磨─水洗─碱洗除油─蒸馏水洗─酸洗除锈─蒸馏水洗─吹干待涂。

    2.1.1碱洗除油

    磷酸钠     50g/L

    氢氧化钠   20g/L

    硅酸钠     25g/L

    θ        70~90°C

    t         10min

    2.1.2酸洗除锈

    冰醋酸    192g/L

    钠    50g/L

    θ        室温

    t        10s

    2.2涂层的制备

    室温下，将二与乙酸丁酯按1∶1的质量比(以下同)混合，搅拌后配制成混合溶剂。将上述混合溶剂与E-44环氧树脂以1∶5的比例混合，加热搅拌后配制成环氧黏稠液(加热温度不宜超过60°C)。同时，将二与正丁醇按4∶1的比例混合，搅拌后配制成混合溶剂，然后将该混合溶剂与低分子量650#聚酰胺以1∶3的比例混合，搅拌后配制成聚酰胺黏稠液。将环氧黏稠液与作为固化剂的聚酰胺黏稠液按9∶8的比例混合，并添加以云母氧化铁为主的混合填料，同时加入适量消泡剂等，配制成环氧云铁涂料。经搅拌、困料(将涂料静置一段时间，使涂料中的部分气泡逸出)等工序，将所制涂料涂覆于经表面预处理的AZ31镁合金试样表面，涂层厚度为180~220μm，室温表干3~4h后，100°C烘干固化2.5h。其制备工艺流程图如下：

AZ31镁合金表面防腐胶粘涂层的研制

   3·结果与讨论

    3.1镁合金防腐胶粘涂层的形貌分析

    本实验采用的环氧云铁涂层是以E-44环氧树脂为胶粘剂，环氧树脂分子结构中所含的醚键(─O─)和羟基(─OH)都是强极性基团(也包括环氧树脂与胺类固化剂固化后所生成的醚键和羟基)，这些基团可以使环氧树脂分子与基体(特别是金属)表面之间产生很强的附着力。环氧涂层固化后，由于分子中含有稳定的苯环和醚键，分子结构较为紧密，对化学介质的稳定性较好；因没有酯基，其耐碱性尤其突出，能长期满足酸碱腐蚀环境的需要。镁合金防腐胶粘涂层的填料主要为云母氧化铁(MIO)，另外还添加了少量滑石粉。云母氧化铁是稳定的α-Fe2O3，在矿物学上叫做云母状赤铁矿，是由左右相反、正负对称的两个晶体构成的类似六角形的片状结晶。云母氧化铁薄片的厚度仅有几个微米，直径从数十微米到上百微米不等。粒度大的保持钢灰色，并显现金属光泽。随着粒度的减小，最后呈现红色，不具有金属光泽[6]。涂层的表面形貌如图1所示。从图1看出，环氧云铁涂层中起胶粘作用的环氧树脂均匀地将云母氧化铁包裹起来。用QFH型漆膜划格器对涂膜附着力进行测试，附着力等级为1级，涂层与基体具有较好的结合力。涂膜中，云母氧化铁呈片状结构分布，并层层堆积，起到较好的屏蔽作用，延缓了外界介质对镁合金基体的渗透，大大提高了镁合金基体的耐腐蚀性能。

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 3.2填料含量对涂层外观及施工性的影响

    由于云母氧化铁填料含量对涂层的耐蚀性能具有重要的影响，为了优化涂料，采用质量分数分别为40%、50%、60%、70%和80%的填料制备涂层。不同填料含量的涂层外观性能及其施工性列于表1。

AZ31镁合金表面防腐胶粘涂层的研制

   由表1可见，当填料含量为40%时，胶粘剂含量多，涂料的流平流挂性能好，施涂后涂料流失大，在基体表面形成不了遮盖良好的涂层；随着填料增多，胶粘剂含量减少，涂料抗流平流挂性能增强，涂层遮盖力提高，当填料达到60%时，涂层遮盖完整；填料含量为70%的涂料施涂在基体后所形成的涂层覆盖完整，但光滑性不好，涂层不平整；填料含量达到80%时，涂料已不能涂刷于镁合金基体上。因此，填料含量以60%为佳。

    3.3填料含量对涂层耐蚀性的影响

    采用浸泡试验和盐雾试验对填料质量分数分别为40%、50%、60%和70%的涂层试样进行测试。盐雾试验设备为FQY010A型盐雾腐蚀箱，采用w=3.5%的NaCl溶液，35°C下连续喷雾。测试结果见表2。

AZ31镁合金表面防腐胶粘涂层的研制

   从表2可见，涂层的耐腐蚀性能与填料的含量有关。当填料含量较少时，不能形成屏蔽作用良好的涂层，涂层的耐蚀性较差；随着填料含量的增加，涂层的耐蚀性也随之提高。当填料含量过多时，胶粘剂含量少，涂层与镁合金基体的附着力较差，从而导致涂层的防腐性能下降。填料含量为60%时，AZ31镁合金表面的防腐胶粘涂层具有较好的耐蚀性能。

    4·结论

    本文所研制的AZ31镁合金表面防腐胶粘涂层以E-44环氧树脂、650#聚酰胺和云母氧化铁等为主要原料，其中云母氧化铁的层片状结构起到良好的物理防锈作用。当填料含量为60%，厚度为180~220μm时，防腐胶粘涂层外观及施工性良好，附着力为1级，且耐盐雾时间达168h，具有较好的耐腐蚀性能。

    参考文献：

    [1]李玉兰,刘江,彭晓东.镁合金压铸件在汽车上的应用[J].特种铸造及有色合金,1999(增刊):120-122.

    [2]刘正,王中光,王越,等.压铸镁合金在汽车工业中的应用和发展趋势[J].特种铸造及有色合金,1999(5):55-57,61.

    [3]韩夏云,郭忠诚,龙晋明,等.镁及镁合金表面镀锌工艺[J].材料保护,2002,35(11):31-33.

    [4]CHENF,ZHOUH,YAOB,etal.Corrosionresistancepropertyof

    theceramiccoatingobtainedthroughmicroarcoxidationontheAZ31

    magnesiumalloysurfaces[J].Surface&CoatingsTechnology,2007,201

    (9/11):4905-4908.

    [5]ZHULQ,SONGGL.ImprovedcorrosionresistanceofAZ91Dmagnesium

    alloybyanaluminum-alloyedcoating[J].Surface&Coatings

    Technology,2006,200(8):2834-2840.

    [6]朱骥良,吴申年.颜料工艺学[M].北京:化学工业出版社,1997.[编辑：韦凤仙]