CN103243290A - 一种高抗腐电弧喷涂纯铝涂层封孔剂与制备工艺及其应用 - Google Patents
一种高抗腐电弧喷涂纯铝涂层封孔剂与制备工艺及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高抗腐电弧喷涂纯铝涂层封孔剂，以1升所述封孔剂为基准，包括以下组分，硝酸铈14-21克/升，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷6-9克/升，二乙烯三胺16-20毫升/升，高锰酸钾2-4克/升，余量为水。本发明同时还公开了该封孔剂的制备方法及其应用。本发明能够对统电弧喷涂纯铝涂层进行封孔处理，而在经封孔剂封孔处理后在其表面结合形成化学氧化膜，能显著降低电弧喷涂纯铝涂层的孔隙率，提高电弧喷涂纯铝涂层的抗腐蚀能力，并且封孔剂环保无污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂层封孔剂与制备工艺及其应用，尤其是一种高抗腐电弧喷涂纯铝涂层封孔剂与制备工艺及其应用。
背景技术
随着现代表面技术的发展，具有很高性能价格比的热喷涂涂层已经获得了越来越广泛的应用。尤其电弧喷涂技术是一种低成本、高效、节能、操作灵活及涂层质量稳定、涂层结合强度高的技术,近些年在国内迅猛发展，自身的优点为其在防腐领域发挥作用提供了前提条件,为其在更广阔的领域得到推广应用奠定了基础。电弧喷涂技术日益成熟，目前国内外纯锌、纯铝或Al-Mg、Al-Zn等各种复合涂层主要以钢板等为基体，广泛应用到了各种陆地设施如管道、油筒、燃料罐、锅炉、桥梁以及海岸设施如船体等等，可以显著提高其耐磨性、抗冲击、耐腐蚀性等性能。然而，喷涂后的涂层具有一定的孔隙，其孔隙对涂层的使用效果和使用寿命有一定的影响。尤其电弧喷涂涂层的形成过程决定了涂层表面及内部存在一定数量的孔隙，无法避免的孔隙成为点蚀的发源地，降低了涂层的耐腐蚀性，喷涂涂层的孔隙率与其抗腐蚀能力直接相关，孔隙率越大抗腐蚀能力越差。故当涂层孔隙率越大时，其抗腐蚀性能较差，不能满足工艺的要求，所以需进行适当的后处理，以提高其抗腐蚀能力。从而使得对金属涂层的封孔处理成为一道必要的工序。
目前解决金属喷涂层的封闭处理方法当前主要采用物理封闭的方法进行，包括涂料封闭、渗油、耐高温封闭、扩散热处理等方法，填塞热喷涂涂层的空隙，从而实现对热喷涂涂层的封孔处理。
到目前为止国内外解决电弧喷涂涂层空隙所采用封孔技术，主要是是通过物理的屏蔽处理，亦即将封孔剂涂覆并渗入热喷涂涂层，进而实现对热喷涂涂层的封孔处理。国内外所用封孔剂一般分为两种 ：有机类封孔剂和无机类封孔剂。典型的有机类封孔剂主要是一些一元或二元不饱和树脂类，比如环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂等。这些有机树脂类封孔剂只能作用于涂层表面，不能达到有效的封孔深度。一些无机类封孔剂，如硅酸钠水玻璃、钼酸钠等也作为一种涂层常用封孔剂，制作简单、价格低廉。但缺点是在使用过程中，除了封孔深度受到一定限制外，这些封孔剂在凝固过程中会收缩，导致封孔致密度降低。在外力作用下，这些硬化后的封孔介质极易脆化，致使涂层封孔效果不佳。
中国发明专利申请号201210395838.6公开了一种热喷涂涂层的复合封孔剂及其使用方法，复合封孔剂为三层，底层封孔剂的组成为：H2O+SiO2+AL2O3+CrO3；中间层封孔剂的组成为：H2O+CrO3；顶层封孔剂的组成为：H 2O+BN+CrO3，将封孔的热喷涂涂层在450 ～500℃温度下，进行1-3 小时的固化处理；然后刷涂中间层封孔剂，再采用相同的固化工艺进行固化处理；最后刷涂顶层封孔剂，再采用相同的固化工艺进行固化处理。该发明主要针对沉没辊和稳定辊热喷涂涂层的孔隙进行处理，封闭处理温度高时间长。
中国发明专利申请号 201210189684.5公开了一种热喷涂陶瓷涂层表面封孔方法，将有热喷涂陶瓷涂层的部件置于含Sn2+的酸性溶液中敏化，在含Pd 2+的酸性溶液中活化，最后在含有还原剂和镍盐的化学镀液中化学镀镍。该方法只能针对陶瓷涂层封孔，应用范围具有局限性。
中国发明专利申请号 201210084157.8公开了一种耐高温碱蒸汽腐蚀电弧喷涂铝涂层封孔剂及其使用方法，该方法中封孔剂的重量份比组成为 ：聚酯改性有机硅树脂 40-60 份、固化剂10-30 份、氧化铝 1-5 份、硫酸钡 10-30 份、钛白粉5-15 份、炭黑 1-5 份、溶剂 10-15 份。封孔剂刷涂于铝涂层表面，厚度应均匀，且确保无气孔、刮伤等缺陷，可以在室温下短时间内固化，具有良好的耐高温碱蒸汽腐蚀性能，但是此方法虽然较普通封孔剂性能更好，但机理仍为传统的物理屏蔽作用。另外中国发明专利申请号 201110137702.0公开的一种超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的封孔剂及其应用，应用范围局限于超音速火焰喷涂涂层，其使用刷涂或浸泡方法将封孔剂均匀涂覆于涂层表面，室温静置 12 小时，然后将封孔的喷涂涂层依次在 100℃、200℃、250℃温度下各保温2 小时的方法如大范围工业应用，效率仍然较低，且为物理封孔。
尤其对于结构复杂的零件，用传统的封孔剂进行封闭处理时，有些地方不易涂覆到位，影啊了封孔效果，而且封孔剂的干燥需要较长时间，费时费力。
上述封孔剂的物理屏障作用在对电弧喷涂涂层的空隙进行完全的填补和工作效率方面均有不足。为了满足工业材料对电弧喷涂涂层的耐蚀性能提高的需要，本发明提出了专门应用与电弧喷涂纯铝涂层的高抗腐封孔剂及封孔工艺，对电弧喷涂纯铝涂层进行封孔处理，封孔处理后电弧喷涂纯铝涂层表面反应并能够形成结合良好的化学氧化膜，能够显著降低电弧喷涂纯铝涂层的孔隙率，有效提高电弧喷涂纯铝涂层的抗腐蚀性能，经本发明的电弧喷涂纯铝涂层封孔剂及处理工艺处理的电弧喷涂纯铝涂层与传统的物理屏蔽作用的传统的无机和有机封孔剂处理后比较具有更好的抗腐蚀能力，并且封孔剂环保无污染。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有传统电弧喷涂纯铝涂层封孔技术中的有机树脂类封孔剂不能达到有效的封孔深度，无机类封孔剂凝固过程收缩，导致封孔致密度降低，涂层封孔效果不佳等问题。提供一种能有效提高电弧喷涂纯铝涂层抗腐蚀能力的高抗腐封孔剂与制备工艺及其应用，其能够对统电弧喷涂纯铝涂层进行封孔处理，而在经封孔剂封孔处理后在其表面结合形成化学氧化膜，能显著降低电弧喷涂纯铝涂层的孔隙率，提高电弧喷涂纯铝涂层的抗腐蚀能力，并且封孔剂环保无污染。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种高抗腐电弧喷涂纯铝涂层封孔剂，以1升所述封孔剂为基准，包括以下组分，硝酸铈 14-21克/升，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷6-9克/升，二乙烯三胺16-20毫升/升，高锰酸钾 2-4克/升，余量为水。
该封孔剂按以下步骤配制 ：
1）将硝酸铈加入到100ml水中，搅拌使得硝酸铈溶解于水中，混匀；
2）再缓慢加入γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷混匀；
3）然后加入二乙烯三胺混匀；
4）再加入高锰酸钾混匀；
5）最后缓慢加入水，达到基准体积，混匀即完成封孔剂的配制。
电弧喷涂纯铝涂层封孔剂的应用，
将带有电弧喷涂纯铝涂层的部件水洗，选择水的温度为 30 ～45℃，然后去除部件表面的水分；
然后通过浸泡方式，将带有电弧喷涂纯铝涂层的部件浸入到所述封孔剂的溶液中，并使所述部件表面均匀分布封孔剂；选择封孔剂浸泡溶液温度为 50 ～ 70℃，时间为 2 ～ 4min；
电弧喷涂纯铝涂层经以上封孔剂浸泡处理后，烘干15-20min，烘干温度为80-90℃。
所述水的温度为 40℃。
所述浸泡溶液温度为 60℃ 。
所述浸泡溶液时间为 3min。
所述烘干时间为17min。
所述烘干温度为85℃。
本发明中，采用硝酸铈，其会在热喷涂金属涂层表面生成稀土氧化膜，有效地阻止电子和氧在金属表面溶液之间的转移和传递，从而起到抗腐蚀的作用。
γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，与硝酸铈结合使用，表面形成的膜层更均匀有效的对热喷涂金属涂层进行封孔，更加有效的抑制了涂层腐蚀速率。稀土铈能更大程度地降低阴极电流和提高阻抗。
高锰酸钾为配合使用的氧化剂，通过高锰酸钾的协同配合使用，在金属喷涂涂层表面反应生成的膜，与涂层基体结合牢固且有微孔结构，具有良好的吸附性能，结合二乙烯三胺使用，填充了微孔结构，在表面形成一层具有较强的化学膜层。添加高锰酸钾能增加封孔液体的氧化性，有利于加速氧化膜的形成。这种结合二乙烯三胺取得的协同效应更够极大提高氧化膜的耐腐蚀性和与基体的结合力，使得封孔的化学膜层更加均匀致密，起到更好的防腐蚀效果。
性能比较：
按照ISO 9227-2006盐雾试验标准进行中性盐雾测试出现白锈时间
| 未封孔处理试样 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 实例4 |
| 6小时 | 33小时 | 37小时 | 34小时 | 35小时 |
本发明的有益效果是，为了满足工业材料对电弧喷涂涂层的耐蚀性能提高的需要，本发明提出了专门应用与电弧喷涂纯铝涂层的高抗腐封孔剂及封孔工艺，对电弧喷涂纯铝涂层进行封孔处理，封孔处理后电弧喷涂纯铝涂层表面反应并能够形成结合良好的化学氧化膜，能够显著降低电弧喷涂纯铝涂层的孔隙率，有效提高电弧喷涂纯铝涂层的抗腐蚀性能，经本发明的电弧喷涂纯铝涂层封孔剂及处理工艺处理的电弧喷涂纯铝涂层与传统的物理屏蔽作用的传统的无机和有机封孔剂处理后比较具有更好的抗腐蚀能力，并且封孔剂环保无污染。
本发明提出以电弧喷涂纯铝涂层封孔剂对电弧喷涂纯铝涂层进行封孔处理，以在电弧喷涂纯铝涂层表面形成致密的化学氧化膜。本发明中电弧喷涂纯铝涂层封孔剂的封孔处理是应用封孔剂能进入电弧喷涂纯铝涂层之间的孔隙并与之发生有效结合和反应作用，使电弧喷涂纯铝涂层经封孔处理后其涂层存在的孔隙被所生成的薄膜物质所填补，并在电弧喷涂纯铝涂层表面形成结合良好的氧化膜，从而显著的降低电弧喷涂纯铝涂层的孔隙率，使电弧喷涂纯铝涂层抗腐蚀能力明显增强。
电弧喷涂纯铝涂层经本发明高抗腐封孔剂封孔处理后，在涂层表面已形成结合良好的氧化膜，相比较传统物理屏蔽型的封孔剂，封孔效果更好，抗腐蚀能力明显增强，封孔处理不影响电弧喷涂纯铝涂层的导电性能和外观，满足目前后处理工艺对电弧喷涂纯铝涂层抗腐蚀能力的各项要求，同时本发明工作效率高，处理时间短，工艺简单，环保无污染，完全适用于工业化生产。
附图说明
图1是本发明应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
一种高抗腐电弧喷涂纯铝涂层封孔剂，以1升所述封孔剂为基准，包括以下组分，硝酸铈 16克/升，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷8克/升，二乙烯三胺20毫升/升，高锰酸钾 3克/升，余量为水。
该封孔剂按以下步骤配制 ：
1）将硝酸铈加入到100ml水中，混匀；
2）再缓慢加入γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷混匀；
3）然后加入二乙烯三胺混匀；
4）再加入高锰酸钾混匀；
5）最后缓慢加入水，达到基准体积，混匀即完成封孔剂的配制。
如图1所示，电弧喷涂纯铝涂层封孔剂的应用，
将带有电弧喷涂纯铝涂层的部件水洗，选择水的温度为 30℃，然后去除部件表面的水分；
然后通过浸泡方式，将带有电弧喷涂纯铝涂层的部件浸入到所述封孔剂的溶液中，并使所述部件表面均匀分布封孔剂；选择封孔剂浸泡溶液温度为50℃，时间为 2 min；
电弧喷涂纯铝涂层经以上封孔剂浸泡处理后，烘干15min，烘干温度为80℃。
实施例2：
一种高抗腐电弧喷涂纯铝涂层封孔剂，以1升所述封孔剂为基准，包括以下组分，硝酸铈 14克/升，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷6克/升，二乙烯三胺16毫升/升，高锰酸钾 2克/升，余量为水。
该封孔剂按以下步骤配制 ：
1）将硝酸铈加入到100ml水中，混匀；
2）再缓慢加入γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷混匀；
3）然后加入二乙烯三胺混匀；
4）再加入高锰酸钾混匀；
5）最后缓慢加入水，达到基准体积，混匀即完成封孔剂的配制。
如图1所示，电弧喷涂纯铝涂层封孔剂的应用，
将带有电弧喷涂纯铝涂层的部件水洗，选择水的温度为 40℃，然后去除部件表面的水分；
然后通过浸泡方式，将带有电弧喷涂纯铝涂层的部件浸入到所述封孔剂的溶液中，并使所述部件表面均匀分布封孔剂；选择封孔剂浸泡溶液温度为 60℃，时间为 3min；
电弧喷涂纯铝涂层经以上封孔剂浸泡处理后，烘干17min，烘干温度为85℃。
实施例3：
一种高抗腐电弧喷涂纯铝涂层封孔剂，以1升所述封孔剂为基准，包括以下组分，硝酸铈 21克/升，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷9克/升，二乙烯三胺20毫升/升，高锰酸钾 4克/升，余量为水。
该封孔剂按以下步骤配制 ：
1）将硝酸铈加入到100ml水中，混匀；
2）再缓慢加入γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷混匀；
3）然后加入二乙烯三胺混匀；
4）再加入高锰酸钾混匀；
5）最后缓慢加入水，达到基准体积，混匀即完成封孔剂的配制。
如图1所示，电弧喷涂纯铝涂层封孔剂的应用，
将带有电弧喷涂纯铝涂层的部件水洗，选择水的温度为 45℃，然后去除部件表面的水分；
然后通过浸泡方式，将带有电弧喷涂纯铝涂层的部件浸入到所述封孔剂的溶液中，并使所述部件表面均匀分布封孔剂；选择封孔剂浸泡溶液温度为70℃，时间为 4min；
电弧喷涂纯铝涂层经以上封孔剂浸泡处理后，烘干20min，烘干温度为90℃。
实施例4：一种高抗腐电弧喷涂纯铝涂层封孔剂，以1升所述封孔剂为基准，包括以下组分，硝酸铈 18克/升，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷7克/升，二乙烯三胺16毫升/升，高锰酸钾 3克/升，余量为水。
该封孔剂按以下步骤配制 ：
1）将硝酸铈加入到100ml水中，混匀；
2）再缓慢加入γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷混匀；
3）然后加入二乙烯三胺混匀；
4）再加入高锰酸钾混匀；
5）最后缓慢加入水，达到基准体积，混匀即完成封孔剂的配制。
如图1所示，电弧喷涂纯铝涂层封孔剂的应用，
将带有电弧喷涂纯铝涂层的部件水洗，选择水的温度为 30℃，然后去除部件表面的水分；
然后通过浸泡方式，将带有电弧喷涂纯铝涂层的部件浸入到所述封孔剂的溶液中，并使所述部件表面均匀分布封孔剂；选择封孔剂浸泡溶液温度为 70℃，时间为 3min；
电弧喷涂纯铝涂层经以上封孔剂浸泡处理后，烘干18min，烘干温度为87℃。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种高抗腐电弧喷涂纯铝涂层封孔剂，其特征是，以1升所述封孔剂为基准，包括以下组分，硝硝酸铈 14-21克/升，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷6-9克/升，二乙烯三胺16-20毫升/升，高锰酸钾 2-4克/升，余量为水。
2.如权利要求1所述封孔剂的制备方法，其特征是，按以下步骤配制 ：
1）将硝酸铈加入到100ml水中，混匀；
2）再缓慢加入γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷混匀；
3）然后加入二乙烯三胺混匀；
4）再加入高锰酸钾混匀；
5）最后缓慢加入水，达到基准体积，混匀即完成封孔剂的配制。
3.如权利要求1所述封孔剂用于电弧喷涂纯铝涂层的应用，其特征是，
将带有电弧喷涂纯铝涂层的部件水洗，选择水的温度为 30 ～45℃，然后去除部件表面的水分；
然后通过浸泡方式，将带有电弧喷涂纯铝涂层的部件浸入到所述封孔剂的溶液中，并使所述部件表面均匀分布封孔剂；选择封孔剂浸泡溶液温度为 50 ～ 70℃，时间为 2 ～ 4min；
电弧喷涂纯铝涂层经以上封孔剂浸泡处理后，烘干15-20min，烘干温度为80-90℃。
4.如权利要求3所述的应用，其特征是，所述水的温度为 40℃。
5..如权利要求3所述的应用，其特征是，所述浸泡溶液温度为 60℃ 。
6.如权利要求3所述的应用，其特征是，所述浸泡溶液时间为 3min。
7.如权利要求3所述的应用，其特征是，所述烘干时间为17min。
8.如权利要求3所述的应用，其特征是，所述烘干温度为85℃。
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