铝合金的表面处理对油漆附着力的影响

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 人 万 铝合金的表面处理对油漆附着力的影响 洛阳市中船总公司七二五所 英国曼彻斯特科技大学腐蚀和保护中心 金晓鸿 斯坎德佩里 摘 要 叙述 了招 合金的 表面处理对羲化橡胶清漆附 着力 形响 的调 查 比较 了铝合金仅 用金 刚砂纸打磨和 未用 格酸盐转化涂层处理 、 其表面 与氛化橡胶清漆 问的拈 附 强 度 和 它们 在盐水浸 泡 后 湿志附 普力 的 变化 。 虽然格酸盆转化涂层的表面不如 用金刚砂打磨后 的表面那样粗糙 , 但它 呈现 出与有机涂杆的优 良钻附 力 。 这表明机械上互相咬合不 是影响拈附 力的主 要 因素 。 而 且络酸盐转化 涂层的 存在对 油漆的湿 附 着力有着增强的超势 。 对漆膜和铝基体的显徽分析表明 , 粘附破坏发生在 油 漆漆膜和 络酸盆转化涂层之 问 主题词 铭合金 表面处理 油 漆 附 着力 一 、 前 言 一种转化膜涂层可以定义为 一种将金属基体表 面转化成某化合物 而构成涂层一部分的化学反应 。 铝合金的化学转化涂层 , 包括氧化物 、 铬酸盐或磷酸 盐以及近期发展的无铬酸盐涂层 。 ’〕列出对于 转化涂层生成反应中五种基本的要求 , 这些条件对建 立不可逆转的物理化学反应有着综合的影响 金属必须被液体 , 例如一种弱酸所包围 。 该 液体能使表面起反应 。 在介质中必须含有可溶性阴离子或阴离子 形成剂 磷酸盐 、 铬酸盐 、 氰亚铁酸盐 、 溶解氧等等 。 肋 在界面上介质的特性必须被阳 、 阴离子互相 作用 而变化 , 但这个反应并不溶解反应产物 。 们 形成的不溶性化合物必须足够近地沉淀在 金属表面上 以至于它成为表面的整体部分 。 , 形成的不溶性转化层 , 存在有粘附力使涂层 与金属表面结合在一起 。 铬酸盐转化膜涂层 , 是铝合金的化学转化涂层之 。 最为广泛采用的铬酸盐成膜化合物 , 是以铬酸为 基础 , 再添加催化剂或加速剂 , 例如氟酸盐 , 氛亚铁酸 盐 , 硝酸盐和硫酸盐 。 催化剂或加速剂增加对铝表面 的反应速率 , 形成可溶性铝盐 , 在一定范围内与形成 的膜结合在一起 。 许多实用性工艺采用的浸泡溶液 〔 控制在 一 之 间 在室温或稍高的温度下处理 几分钟 。 在最佳条件下处理生成的膜是一种金黄色 和带有虹彩色 , 而处理过度或处理不足 , 结果是低劣 的防腐蚀性能 。 可 以认 为 , 铬酸盐转化涂 层的保护作用是双重 的 , 不溶性胶质的功用 , 对于腐蚀介质是一种屏 障 。 在某些状态时 , 六价铬酸盐对穿透胶质的腐蚀介质有 缓蚀作用 。 但是这种涂层对铝基体的互相作用还 未 被完全了解 。 恤 采用俄歇 电子分析仪 , 二次离子质量 分析仪 , 离子溅射光谱仪和光 电子分析仪 研 究两种铬酸盐转化涂层 阿罗丁 和 。 他发 现在整个变化区域氧化铝转变为三氧化二铬仁’」 。 铭酸盐转化涂层可以单独用于铝及其合金上 , 也 可以与适当的油漆体系相结合 , 作为一种腐蚀防 护 体系 。 虽然这种涂层在防腐方面不如阳极膜那样有 效 , 但是价格低廉 , 而且与油漆粘附力良好 , 英国航空 部门允许铝合金的铬酸盐涂层作为一种许可的油漆 体系的底层 〕。 虽然化学转化涂层提供优 良的油漆粘附性能 , 但 是它的功用还未被很好地了解清楚 。 和 〕对铬酸盐 一磷酸盐涂层 的附 着力和防腐蚀性做了一系列试验 。 他们发现随着涂 料厚度增加到 , 附着力增加 , 随后 , 厚 变再 增加 , 则附着力逐渐减少 。 扣 」对乙烯类清漆与普通的铬醒盐 转化涂层阿罗丁 的粘附力做了研究 。 他认为从 显微结构上相对粗糙的表面和宏观结构上的泥浆型 裂纹可能是增加油漆对转化涂层粘附力的原因 。 , 和 厂‘ 研究了 铝合金各 种转化膜涂层的表面形态和化学组成 。 他们认 为重 要的既不是转化涂层的表面形态 , 也不是它的化学成 份对丙烯酸漆与铝基体的附着力 , 表面的酸度可能是 产生 良好附着力的重要 因素 。 他们建议不仅是铭酸 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 年 月 材 料 保 护 第 卷第 期 盐含量 , 而且预处理池 的酸度也与 良好的附着力有 关 。 作者 以前的论文已经论及了采用起泡法测量氯 化橡胶漆与碳钢的附着力 , 变量包括各种漆膜厚度 , 基材表面粗糙度和环境因素 , 。 本文是在低碳钢方面工作的一个继续 。 考虑的 因素是干湿条件对氛化橡胶漆与铝合金上铬酸盐转 化涂层附着力的影响 。 附强度 , 试验是在 或 , 压力下进行 。 记 录油漆漆膜从铝基体上剥离的距离和时间 。 剥离速 度的倒数 ‘ 每毫米分钟数 作为粘 附强度的评定 值 。 为了研究油漆和铬酸盐转化涂层之间的界面表 面形态 , 采用液氮把油漆漆膜从试样上剥离下来 , 用 一 扫描电镜研究油漆和金属基体的界面 。 三 、 结果和讨论 二 、 实 验 铬酸盐转化涂层处理前对铭基体的 表面处理 用 号金刚砂纸打磨 。 在 ℃的 氢氧化钠溶液 中浸蚀 。 在 ℃的硫酸三氧化铬浸蚀溶液 中浸泡 一 在每次处理后 , 用流动清水彻底冲净样板 , 并用 热空气吹干 。 铬酸盐转化涂层 选择 工艺 「, 〕作为铬酸盐处理工艺 。 该 工艺是把 已经化学清洗后的铝合金浸在 ℃的三氧 化铬 、 重铭酸钠和氟化钠的水溶液中 , 在此条件 下 , 可以获得一种金黄色并带有彩虹色的表面色 。 已经发现 由 工艺所形成的铬酸盐转转 化涂层与专利工艺 比较在防腐蚀性能和油漆附着力 方面没有明显的差别“ 〕 。 油漆配方 涂料组成是氯化橡胶 以 , · 重量溶于 甲苯中 , 用氯化石蜡 轮 作为增塑 剂 , 树脂溶液与增塑剂的重量比例为 。 试样制备和试验方法 采用漆膜旋转器来涂装油漆 。 一些试样圆片是 在仅用 号金刚砂纸打磨平面直接涂装的 , 涂装工 艺与以前的论文 中钢试样相同 。 在油漆干燥后 , 对经不同表面处理过的试样圆片 在干燥条件下或在 氯化钠溶液中浸泡 天后 , 做 起泡法附着力试验 。 在整个试验中 , 大多数试验样板的剥离压力保持 在 刁 几 , 而某些试样 由于 它 们优 良的粘 表 给出氮化橡胶清漆与铝合金基体在干态和 湿态条件下的附着力 , 铝合金的表面处理为采用铬酸 盐转化涂层或仅用金刚砂纸磨平 。 表 表面处理和粘附强度 表面处理 剥离速率的倒数 · · 一 干 态 , 溶液 中 天 铬酸盐转化徐层 号金 刚砂纸磨平 峨 ‘ 与表面仅用金刚砂纸磨平处理比较 , 铬酸盐转化 涂层呈现出相当高的粘附强度 。 本实验结果提供了 一个定量的比较 , 证实铬酸盐转化涂层能大大地增强 对油漆的粘附力 。 图 雀显示 出铝合金在各种表面处理后的表面形 态 。 表面 为用 号金刚砂纸磨平过 , 显示出明显 的磨痕 , 并可看到在表面突起部位仍保留一些金属毛 刺 。 表面 与 有着不同的表面形态 。 由于碱液的反 应 , 大小不同的凹坑布满整个表面 。 在金属表面上有 许多粒子和类似泥浆的沉淀物 。 表面 和 较为干 净 , 这可能是由于一些粒子和类似泥浆沉淀物被酸性 溶液溶解掉或冲洗掉 表面 和 呈现出一种典型的 铬酸盐转化涂层的形态 。 在金属表面生成一种类似 泥浆开裂状的膜 。 一些粒子被埋嵌在开裂泥浆状膜 中 。 在每种处理工艺后可以 明显 区分出各种表面形 态 。 图 呈现出油漆从金属面上剥离后 , 油漆漆膜和 金属基体界面的表面形态 。 油漆漆膜的表面 呈现出 与金属表面 相类似的表面形态 , 这表明在涂装时液 态油漆能浸润布满整个金属表面并且与其很好地吻 合 。 由于表面形态而产生的机械上的互相咬合作用 可以清楚地得 以区分 。 表面 和 呈现出经过铬酸盐 转化涂层处理过的金属和油漆之间的界面表面形态 。 它们与仅用金刚砂纸磨平过的表面形态 和 比较 , 可以看到铬酸盐转化涂层表面不如磨平表面那样粗 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 名 图 铝 合金在各种处理后的表面形态 一用 。号金刚砂纸磨平后 一 号金刚砂纸磨平 碱洗 一在 工艺后再浸泡于酸洗液 硫酸 铬酸 一在 工艺后再用 工艺处理 。 一 工艺后处理之表面的高倍放大 一 , 国比 作叨他少 , 等、仰叮 一 少曰 网口 侣自 卜 目 切 毛 、 声 口 、 ‘ 不毛 脚月 “ 刁卜, 才田 只民 , 冬目月 图 油漆和金属荃体界面的表面形态 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 年 月 材 料 保 护 第 卷第 峨期 糙 , 然而它表现 出与有机涂料更 良好的粘附能力 。 这 表明机械上互相咬合并不是影响粘结强度的主要 因 素 , 至少对于该种油漆和铝基体来讲 。 其结果与 的实验结果相一致叫 。 一个感兴趣的事实是在 溶液 中浸泡 天 后 , 试样呈现出更高的粘附强度 。 在某些情况下要超 过它的原始值的 倍以上 。 这种油漆粘附力提高的情 况 ,可以认为类似于涂漆金属浸于 榕液 中 夭后粘附力提高的情况 。 在铬酸盐转化涂层表 面上存在着三价铬离子 , 虽然离子的浓度相当低 , 但 它不仅提供一种 良好的防腐蚀能力 , 而且也增强了与 油漆的粘附力 见表 。 这种粘附力增强的机理需要 进一步加以研究 。 表 油漆和铬酸盐转化涂层表面组成 已经证明与铝表面仅用金刚砂纸打磨处理 相比较 , 铬酸盐转化涂层可以提供优良的与油漆的粘 附性能 。 铬酸盐转化涂层的泥浆状表面形态表明 , 油 漆与金属之间的机械咬甘不是影响附着力的主要因 素 。 铬酸盐转化涂层在 溶液中浸泡数 天后 , 它与油漆漆膜的粘附强度呈增加的趋势 。 粘附力破坏发生在铬酸盐转化涂层和油漆 漆膜的界面间 , 而不是在油漆漆膜内发生的内聚力破 坏 。 一亚界界 面面 元累组成 卜扭金金属属 岌矗矗 。油油 漆漆漆 。 表 为油漆漆膜从金属上剥 离后金属 基体和油 漆漆膜界面的元素组成 采用 , 虽然这 是一种半定量性质的分析方法 , 但从表中结 果也可以 得到如下一些结论 铬离子浓度在金属表面只有 左右 。 这表 明在铬酸盐转化涂层 中只有非常少量的铬离子存在 。 在金属表面上低含量的氯离子 , 表明粘附力 的破坏为发生在金属和油漆的界面附着力破坏 , 而不 是漆膜本身的内聚力破坏 。 铬酸盐转化涂层与铝基体本身的粘结强度 要高于漆膜与转化涂层之间的粘结强度 。 致 谢 作者对普罗克特博士提供的实验室设施表示 感谢 。 作者之一金晓鸿对中华人民共和 国提供的奖学金表 示感谢 。 参 考 文 献 , , 一 , , 、 , , ‘ · 公〕 , , , , 留 , 记 弱 , , , , 芝‘ 〔 , , 助 , 王 二 , , 〕 妇 , , 四 、结 论 、八 、八“ 、产“ 、产甲、产曰、 , 、产“ 、八护 , 、户“ 、八产、、 、户沪 , 、八产甲、八产甲、、户沪 · 书 讯 · 请订阅《全国 自然科学期刊便览 》 为方便 自然科学工作者订购 、 查询 、投稿及学术交流 ,《全国 自然科学期刊便览 》将向您展示全国 。多家 自然科学期刊杂志名称 、统一刊号 、 主办单位 、通讯地址 、 电话 、 主编姓名 、 主要栏 目以及订购事宜等 。 全书 页 封面压膜 单价 元 , 邮资另加 元 。 《便览 》一书体积小 、 准确 、 方便实用 。 预购者请汇款至 大连海 军政治学院图书馆 陈志安 , 邮政编码 。 。 银行汇款 大连海军政治学院 。 开户行 大连工商银行青泥洼 桥办事处 。 帐号 一 。 。。 务请注明水便览 》书款 。