水性塗料替代傳統溶劑型塗料是塗料工業的發展趨勢,其具有低汙染和低成本的優點,在金屬防護領域得到了廣泛應用,但目前水性防護塗層的性能還遠遠達不到溶劑型塗層的水平。

機械零部件在安裝、拆卸和使用過程中承受著不同程度的磨損,導致塗層防護壽命降低,因此,具有優異防腐性能同時兼具耐磨、潤滑等功能性是機械零部件防護塗層發展的新要求。

本文以用於海洋工程的緊固件腐蝕防護塗層為工程研究背景,以水性環氧清漆為塗層基料,通過加入不同的顏料,製備了具有防腐性能同時兼具潤滑性能的緊固件水性防護塗層。采用電化學阻抗譜(EIS)、掃描電鏡(SEM)和拉曼(Raman)光譜等測試技術研究了塗層中水的傳輸及浸泡過程中塗層/碳鋼體係的腐蝕電化學行為,研究了顏料種類、含量、顏料與水性環氧樹脂相容性對塗層抗滲透能力的影響。並將掃描振動電極技術(SVET)和EIS相結合,研究了帶有人造缺陷的不同塗層/碳鋼體係的腐蝕電化學行為,深化了對塗層陰極剝離行為的認識。

首先,研究了水性環氧清漆中水的傳輸行為,結果表明,水性環氧清漆的抗滲透能力低於傳統溶劑型環氧塗層。進一步的研究發現造成該現象的主要原因是清漆中存在大量納米級微觀缺陷。並且發現塗層的剝離機理是陰極剝離,缺陷處暴露的碳鋼為陽極,剝離前緣處是陰極。

進而,向水性環氧清漆中分別加入聚四氟乙烯(PTFE)、鱗片鋁粉和納米鋁粉來提高塗層的防腐性能。結果表明,PTFE複合塗層可實現自分層結構,而且PTFE在塗層表麵富集,賦予塗層潤滑功能,但PTFE與水性環氧樹脂的界麵存在縫隙,導致PTFE複合塗層防腐性能下降。

進行了利用鱗片狀鋁粉來提高水性環氧塗層防腐性能的研究。發現隨著顏料體積濃度(PVC)增大,鱗片鋁粉改性塗層的抗滲透能力下降。高PVC塗層浸泡過程中出現微弱的陰極保護作用,腐蝕產物堵塞塗層缺陷,短期內使塗層變得致密,但長期浸泡,由於塗層孔隙率較大,鋁粉不能有效改善塗層防腐能力。

還進行了向水性環氧樹脂中加入納米鋁粉以提高塗層致密性的研究,發現當顏料含量為1%時,塗層的抗腐蝕介質滲透能力最好。並且納米鋁粉還具有陰極保護作用,有效抑製了塗層的陰極剝離,降低了塗層剝離速度。 最後,進行了將納米鋁粉和PTFE複合來改性水性環氧清漆的研究,結果表明,納米鋁粉與PTFE發揮了協同效應,顯著提高了塗層的抗滲透能力和防腐性能。