含磷的黏結(jié)陶瓷：非臨時(shí)性防腐層

[美國(guó)]

含磷的黏結(jié)陶瓷：非臨時(shí)性防腐層

[美國(guó)]

鋼、鋁及其他金屬結(jié)構(gòu)件的腐蝕，不僅造成各國(guó)數(shù)千萬(wàn)美元的維修及部件更換費(fèi)用，而且也威脅到安全。例如：對(duì)于艦艇、坦克、飛機(jī)及其他設(shè)備的防腐蝕處理，每年消耗軍費(fèi)2.29億美元。因腐蝕而更換受損材料及部件的費(fèi)用，約占工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家GDP總量的3.5%，同時(shí)還有相應(yīng)的生產(chǎn)損失、環(huán)境影響、運(yùn)輸中斷及傷亡事故的費(fèi)用。

傳統(tǒng)的防腐蝕方法已取得了不同程度的成功，但工業(yè)方面仍在尋求延長(zhǎng)部件壽命的新技術(shù)。一種以美國(guó)北卡羅來(lái)納州威爾遜市 EonCoat公司命名的EonCoat新的含磷黏結(jié)陶瓷(CBPC)，可以提供一種持久的防腐層，這是一種堅(jiān)實(shí)的陶瓷保護(hù)層。

1 傳統(tǒng)防腐方法的局限性

丙烯酸漆長(zhǎng)期以來(lái)作為一種物理涂層，用于防止鹽水及氧氣對(duì)鋼、鋁等材料的腐蝕。該方法在因刮傷、剝落等導(dǎo)致的油漆外層破損前是有效的，但在油漆外層破損后，破損處的油漆層下又會(huì)產(chǎn)生腐蝕。

其次是采用活性材料，如：鋅及鍍鋅層用于鋼材的防腐。但該方法消耗金屬材料，比較浪費(fèi)，且通常在使用數(shù)年之后，又必須重新涂覆。

陰極防腐法，即向鋼材施加一個(gè)負(fù)電壓，對(duì)管材或可施加電壓的靜態(tài)金屬材料可限制其腐蝕。但如不能正確絕緣或電路接地，該方法就會(huì)失敗。

使用不銹鋼等耐腐材料是可行的，但不銹鋼的材料費(fèi)用比較高。

2 防腐蝕的新方法

理想的狀態(tài)是：使用廉價(jià)應(yīng)用涂層的長(zhǎng)效耐腐蝕不銹鋼。像EonCoat公司這種新的CBPCs就有可能成為現(xiàn)實(shí)。EonCoat公司的CEO Tony Collins先生說(shuō) “CBPCs不同于簡(jiǎn)單覆蓋在基體上的丙烯酸漆，它實(shí)質(zhì)上就是合金表面”。

伊利諾斯州阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室前材料工程師及領(lǐng)導(dǎo)EonCoat陶瓷鍍層開(kāi)發(fā)的Arun Wagh博士解釋了該涂層的理論背景：當(dāng)雙組分噴涂槍將基本礦物質(zhì)和金屬氧化物在水基懸浮物中與酸性磷混合時(shí)，在鋼材的基體表面便產(chǎn)生了一種化學(xué)反應(yīng)。在鐵變?yōu)槟透g的羥基氧化鐵鈍化層時(shí)，便攜式溫度計(jì)顯示的溫度會(huì)上升10℉～12℉。如同金和鉑一樣，因鈍化層是采用電化學(xué)方式穩(wěn)定的，它不會(huì)與水和氧氣這類促進(jìn)腐蝕的物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。

掃描電子顯微鏡顯示，此鈍化層的厚度約為24 μm。 X-射線衍射表明，此鈍化層含有約60%的鐵及磷酸鹽、鎂、硅、氫和氧等混合物。

Wagh先生說(shuō)“印度德里的鐵柱歷史證明：EonCoat式的保護(hù)層可以永久性防腐(見(jiàn)圖1)。由印度人制作的該鐵柱高7 m、重6 t，經(jīng)歷1 600年仍未被腐蝕，原碑文依然清晰可辨。它具有和EonCoat幾乎相同的鈍化層?！?/p>

圖1 EonCoat是真正意義上的陶瓷涂層，堅(jiān)實(shí)的防腐蝕涂層可應(yīng)用于各種工業(yè)和商業(yè)用途中

與一般只涂覆于基材表面的丙烯酸漆鍍層不同，EonCoat黏結(jié)劑是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)與基材結(jié)合的，其表層輕微的表面氧化能更好地促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)使其生成了一種合金表面，而非基材表面的一般涂層。因而，這種涂層幾乎不可能像一般涂層在涂覆過(guò)程中因?yàn)檠鯕夂蜐穸榷獾礁g，而且對(duì)大多數(shù)基材無(wú)需用底漆，適用于需要多層表面涂覆的所有基材。

這種耐腐蝕的鈍化層有一個(gè)實(shí)質(zhì)性的陶瓷外殼保護(hù)，這種密實(shí)的陶瓷外殼防水、耐沖擊、耐磨損、耐化學(xué)腐蝕和防火。陶瓷外殼由鈍化層與化學(xué)黏結(jié)劑形成，是在酸、堿材料于噴槍噴嘴中混合并與基材表面發(fā)生反應(yīng)后生成的。這種復(fù)合陶瓷涂層既可作為底漆，又可作為面漆，可以應(yīng)用于單層涂覆，經(jīng)數(shù)分鐘干式涂覆，15 min內(nèi)完全干燥后，過(guò)1 h即可恢復(fù)使用。

如EonCoat類的CBPCs，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室得到了驗(yàn)證并有如鐵柱這樣的例子，這種新材料比類似的傳統(tǒng)防腐涂料更加有效。在由NASA 進(jìn)行的腐蝕實(shí)驗(yàn)中(見(jiàn)圖2)，Collins先生將EonCoat與其他19種具有競(jìng)爭(zhēng)力的防腐涂料進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)：涂層樣品被劃開(kāi)并在鹽霧中暴露12 h，然后在陽(yáng)光下曬12 h(或在等量的UV光下)。經(jīng)過(guò)120天后，其他高性能涂層試驗(yàn)均告失敗，而EonCoat樣品除在劃線處有銹蝕外，其他均沒(méi)有被腐蝕。

Collins先生說(shuō)：“如同試驗(yàn)結(jié)果一樣 ‘眼見(jiàn)為實(shí)’，該產(chǎn)品在ASTM B117鹽霧試驗(yàn)中超過(guò)10 000 h而無(wú)腐蝕，相信工程師、設(shè)備經(jīng)理和工業(yè)承包商會(huì)看到經(jīng)效果比較后的領(lǐng)先品牌價(jià)值。像EonCoat這樣的CBPCs，對(duì)老化的工廠、設(shè)備和需要安全維護(hù)的基礎(chǔ)設(shè)施，是一種新的防腐蝕的途徑?！薄?/p>

圖2 鹽水噴霧腐蝕試驗(yàn)，對(duì)陶瓷涂層和其他具有高競(jìng)爭(zhēng)力的防腐涂層進(jìn)行比較

編譯自美國(guó)《ADVANCED MATERIALS & PROCESSES》2011，№.8

彭悅姣 譯 威 廉 校

(編輯：李琳琳)

2095-5251(2016)02-0051-02

2012-12-06