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水性丙烯酸涂层/金属界面腐蚀机理与演化规律研究

【摘要】:本论文通过对不同类型的水性丙烯酸涂层/金属界面腐蚀失效过程中物理性能、化学性能以及电化学参数的变化规律进行解析,得到了多个影响因素(树脂结构,缺陷类型,离子浓度)对涂层/金属界面腐蚀进程的作用机理。并开发了一种新型高性能水性涂料。 利用EIS和化学分析手段对不同类型水性丙烯酸的结构特性和失效过程的作用关系进行了分析。结果表明:普通丙烯酸涂层具有良好的屏蔽性能,但当腐蚀性介质渗透入涂层/金属界面后腐蚀反应迅速发生;三元共聚涂层具有一定的亲水性,屏蔽性能较弱,但因其与金属基体间形成稳定的COOFe键合,可减缓涂层/金属界面腐蚀反应,表现出更良好的腐蚀性能。 使用人工缺陷加速水性丙烯酸涂层的剥离失效过程,并测试了涂层湿附着力的演变过程。结果表明:与金属基体以物理吸附结合的普通丙烯酸涂层,其湿附着力较弱随腐蚀介质在涂层/金属界面扩散而降低,因而界面腐蚀发展迅速;与金属间结合以化学键合的三元共聚涂层表现出良好的湿附着力,在三种涂层中剥离速度最为缓慢;三元共聚涂层在划痕缺陷下以缺陷处腐蚀反应为主,在孔缺陷下以完好涂层的吸水过程为主。 利用EIS和LEIS测试了离子浓度和pH值对于涂层剥离过程的影响。结果表明:离子浓度升高增大了普通丙烯酸和三元共聚涂层缺陷处腐蚀反应程度,但三元共聚涂层腐蚀程度较低;普通丙烯酸涂层剥离速度随离子浓度增大而增大,三元共聚涂层在各个浓度下剥离速度均较小。在pH=4-13范围内,三元共聚涂层表现出了良好的抵抗剥离能力。 利用磷酸锌对普通水性丙烯酸涂层进行改性。结果表明:磷酸锌可溶解于腐蚀性介质并与铁发生反应形成稳定的具有保护作用的磷酸锌铁等,抑制金属腐蚀的阳极过程;同时因磷酸锌化学活化作用而在基体表面产生的保护膜包含羧基和羟基可与树脂结合,增强了涂层的湿附着力,阻止了腐蚀性介质在涂层/金属界面的横向扩散,减缓了涂层的剥离。 利用碳纳米管对普通丙烯酸涂层进行改性,结果表明:碳纳米管由于其纳米尺寸效应,可有效提高涂层屏蔽性能:碳纳米管在涂层/金属界面上的均匀分散,有效的增强了涂层/金属界面结合,提高了涂层的附着力,减缓了界面腐蚀反应。 利用具有化学活性可与金属基体形成化学结合的三元共聚树脂,配合活性颜料、螫合剂配制了一种底面一体的水性长效功能涂料,在Stl和St3表面处理等级下都具有良好的附着性能,达到耐盐水1200h、耐盐雾1000h、耐紫外老化2000h的高性能指标,耐蚀性高于同类进口涂层。

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