磷酸鹽涂層研究進展及其應用

銀懷，黎紅英，陳基東，王瑩瑩，張晟瑋， 許亮亮，李湉，曾子文，唐鋆磊

（1.西南石油大學 化學化工學院，成都 610500；2.中國航發(fā)成都航空發(fā)動機有限公司， 成都 610503；3.中國航發(fā)四川燃氣渦輪研究院，成都 610500）

磷酸鹽涂層是一種功能優(yōu)異的涂層，分為反應固化型磷酸鹽涂層和磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜。反應固化型磷酸鹽涂層由磷酸與金屬氧化物（鋁、鎂、鈣等）或其對應的礦石反應得到涂料，再通過反應固化得到涂層；磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜則是通過將金屬浸沒在磷化液中，在金屬表面進行化學和電化學反應得到磷酸鹽涂層。由于磷酸鹽涂層具有耐高溫氧化、耐腐蝕、耐摩擦磨損[1-2]等性能，開始逐漸替代有機硅類涂層與金屬涂層，并且磷酸鹽涂層憑借制備工藝簡單、原材料豐富和綠色環(huán)保等特點，被廣泛使用于汽車工業(yè)、建筑建材、航空航天、石油化工、航海和醫(yī)療等行業(yè)。

1 反應固化型磷酸鹽涂層

20 世紀50 年代后期，由于磷酸鹽基材料電磁波透過性良好以及抗熱沖擊性能優(yōu)異，在美國海軍航空局的資助下，通用電器公司開始著手研究低成本、耐高溫的磷酸鹽天線罩材料[3]。20 世紀60 年代，低成本、耐高溫的磷酸鹽基復合材料開始被研究與推廣，研究者重點研究高性能磷酸鹽的固化行為以及對磷酸鹽材料合成方式的篩選，得到了能在300 ℃以下固化的無機耐高溫磷酸鹽涂層，并且在650 ℃下能保持良好的力學性能[4]。20 世紀70 年代以后，鑄造生產(chǎn)領(lǐng)域開始使用磷酸鹽粘結(jié)劑，美國Ashland 化學公司[5]開發(fā)出一種硼鋁磷酸鹽粘結(jié)劑，其具有強力的粘結(jié)強度和抗拉強度，并申請了多項發(fā)明專利。20世紀80、90 年代，開始向磷酸鹽膠黏劑中加入固化劑進行固化，使其固化溫度由 400～500 ℃下降至190 ℃[4,6]。在國內(nèi)，航空航天、油田化工、建筑建材等領(lǐng)域的表面防護是磷酸鹽涂層的主要研究方向，其目的是提高材料的使用壽命，節(jié)約成本和能源，如在多晶石墨上涂覆正磷酸鋁涂層，可以獲得優(yōu)良的耐高溫性能[7]。反應固化型磷酸鹽涂料主要由膠黏劑、固化劑、功能填料和其他添加劑組成，可以通過噴涂、刷涂、浸涂等在材料表面制備涂層，來提升材料的防腐及耐高溫氧化性能，其工藝流程如圖1 所示。

圖1 反應固化型磷酸鹽涂層工藝流程 Fig.1 Process flow chart of reaction cured phosphate coating

1.1 膠黏劑

膠黏劑是一種具有粘合、粘接、膠接功能的物質(zhì)，它既可以自身進行膠黏，也可以與其他成分或物質(zhì)膠黏。膠黏劑在涂料中不僅作為成膜物質(zhì)，也作為骨架結(jié)構(gòu)將各種填充物質(zhì)相連，例如將基體、膠黏劑和填充物緊密連接起來[8-9]。磷酸鋁、磷酸鉻、磷酸鎂、磷酸鋯等都可以作為膠黏劑應用于磷酸鹽涂料中。

在磷酸鹽膠黏劑中，金屬離子與磷酸根離子之間的平衡非常重要，金屬離子過少雖然會使磷酸鹽水溶液的穩(wěn)定性提高，但也會導致涂料的固化行為下降；相反，金屬離子過多雖然使磷酸鹽水溶液的穩(wěn)定性降低，但提高了涂料的固化行為。周武藝等[10]對磷酸與氫氧化鋁的合成動力學進行了研究，發(fā)現(xiàn)該反應為由擴散控制的多相反應。李良鋒等[11]發(fā)現(xiàn)磷鋁摩爾比（P/Al）為3∶1.3 時，能得到最多的磷酸二氫鋁相，是最佳的磷酸鋁膠黏劑配比。Li 等[12]研究了磷鋁比、反應物濃度和反應溫度等合成條件對粘合劑黏度和相應涂層結(jié)合強度的影響，發(fā)現(xiàn)P/Al 等于3 且反應溫度為120 ℃時，反應產(chǎn)物為Al(H2PO4)3，且涂層具有最好的粘結(jié)強度。研究表明，當P/Al 為3 左右時，膠黏劑中的主要成分為Al(H2PO4)3，在加熱過程中主要產(chǎn)生三個相，包括石英型、方石英型和磷石英型的正磷酸鋁AlPO4相，A 型和B 型的偏磷酸鋁Al(PO3)3相和磷鋁石Al(H2PO4)3[13]。其主要的相轉(zhuǎn)化如下：在120 ℃時主要為 Al(H2PO4)3，隨著溫度的升高，在200 ℃時 Al(H2PO4)3脫水轉(zhuǎn)變成 B 型偏磷酸鋁Al(PO3)3相，在溫度達到500 ℃時，B 型偏磷酸鋁Al(PO3)3相向A 型偏磷酸鋁Al(PO3)3相轉(zhuǎn)變[14-15]。

在膠黏劑中加入不同的填料過后，其反應也會發(fā)生變化，導致涂層中的相組成產(chǎn)生差別。Huang 等[16]在合成的磷酸二氫鋁中加入Al2O3，制備的涂層主要為AlPO4和AlPO4·1.5H2O 相混合結(jié)構(gòu)。Liu 等[17]在膠黏劑中引入納米二氧化鈦，在150 ℃下主要生成AlH3(PO4)2·3H2O 相，而200～250 ℃則利于柏林相的形成。

除了磷酸鋁系膠黏劑外，其他膠黏劑也有相應的研究。磷酸鉻膠黏劑是由CrO3與H3PO4反應，再加入還原劑，將Cr6+還原成Cr3+制得，雖然其擁有很好的強度，不過由于鉻離子的毒性，應用較少[18]。磷酸鎂膠黏劑是由氧化鎂與可溶性磷酸鹽反應制得，具有反應時間快、環(huán)境溫度適應性強、粘結(jié)強度高、抗凍抗鹽等特點[19]，不過現(xiàn)今主要用于建筑、道路和橋梁等方面，其他方面應用較少。磷酸鋯膠黏劑制備的復合材料擁有介電常數(shù)、熱膨脹系數(shù)低的特點，但其主要缺點是不適于長期保存[20]。

研究者已經(jīng)對單獨的磷酸鹽膠黏劑的配比與反應過程有了較全面的研究，配比會影響膠黏劑的黏度，進而影響涂料中其他成分的分布。在加入其他成分后，膠黏劑的配比也需要進行調(diào)整，以適應涂料的整體性能，并且其他成分的加入會改變涂層的相組成，進而影響涂層的性能。

1.2 固化劑

固化劑又稱為硬化劑或變定劑，是一種控制固化反應的物質(zhì)或混合物。在磷酸鹽涂料中，固化劑的主要作用是降低固化溫度，使反應在相對較低的溫度下進行。在固化過程中，固化劑可以參與到膠黏劑聚合中，使交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更加復雜，并且在此過程中釋放能量，以達到降低固化溫度的作用。

氧化銅（CuO）是常用的一種固化劑，其加入磷酸鹽涂料中的固化機理如下：隨著涂料溫度的升高，磷酸根的聚合程度逐漸增大，形成以PO4正四面體為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的不同聚合程度的多聚磷酸混合物，通式為Hn+2(PnO3n+1)，n≥2，結(jié)構(gòu)式如圖2 所示。

圖2 磷酸聚合示意圖 Fig.2 Schematic diagram of phosphoric acid polymerization

當膠黏劑中引入固化劑CuO 后，會出現(xiàn)以下三種情況：1）銅離子與鏈內(nèi)相鄰兩個磷原子上的羥基反應，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如圖3a 所示；2）銅離子在鏈之間橫向結(jié)合，使鏈延長，如圖3b 所示；3）銅離子在鏈之間縱向結(jié)合，與前兩種形式結(jié)合形成復雜的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖3c 所示。

圖3 加入CuO 固化劑后的三種縮聚 Fig.3 Three kinds of condensation polymerization with CuO curing agent

在固化劑中，金屬氧化物是最常用也是最方便的一種固化劑，如氧化鎂[21]、氧化鋁[22]等，其作用有兩點：一是能夠降低膠黏劑的固化溫度；二是選擇適當固化劑可以增強涂層其他性能。李良鋒等[11]對加入不同固化劑的磷酸鋁膠黏劑進行了對比，發(fā)現(xiàn)ZnO、CuO 和Cr2O3均可以縮短磷酸鋁粘結(jié)劑的固化時間，并提高涂層硬度，且CuO 可以使固化溫度降低至145 ℃。Kim 等[23]也將Cr2O3加入磷酸鋁膠黏劑中，以形成磷酸鋁鉻涂層，發(fā)現(xiàn)其固化溫度可降低至200 ℃，但是因為鉻離子具有毒性，易對環(huán)境及人體造成危害。楊小波等[24]使用尖晶石作為固化劑加入磷酸二氫鋁膠黏劑中，不僅將固化溫度降低至170 ℃左右，并且能減少孔洞的產(chǎn)生。另外，金屬氮化物也能在膠黏劑中引入金屬離子，降低固化溫度，并且提升涂層的性能。如Ma 等[25]將納米氮化鋁加入到磷酸鋁膠黏劑中，使膠黏劑在室溫下得以固化。然而，固化溫度降低后，自然而然會使固化速率升高，但是固化速率升高會使涂層表面產(chǎn)生缺陷，于是有研究者考慮在固化劑表面制備一層膜以控制固化速率。Liu 等[26]制備了T-ZnOW@ Al2O3包覆型固化劑，不僅使固化溫度從500 ℃降低到了70 ℃，且固化劑與膠黏劑的接觸減少，還能減緩固化速率。目前對固化機理和固化劑的選擇已有了比較全面的認識，但是固化溫度降低后，會出現(xiàn)固化速率過快的問題，后續(xù)的研究應該注重于對固化劑進行改性，以控制固化速率，使涂層的表面更加均一穩(wěn)定，并提升涂層的性能。

1.3 功能填料

磷酸鹽涂料雖然擁有較好的性能，但隨著工況的變化，對涂層的性能有更加嚴苛的要求，比如更好的防腐蝕、剪切強度、摩擦學性能等，因此需要加入不同的功能性填料，使其適應相應的環(huán)境條件。如在膠黏劑中加入鋁粉、鋅粉，以提高磷酸鹽涂層的致密程度，減少裂紋和孔洞，從而提高涂層的防腐蝕性能[6,27]。在膠黏劑中引入石墨或石墨烯，使涂層產(chǎn)生輕微的分層，以降低涂層的摩擦系數(shù)，提高其潤滑性[28-29]。另外，在加入固化劑的同時，加入氧化鋯和二氧化硅作為高溫填料，使涂層能承受1500 ℃的高溫，并且擁有較高的剪切強度[30]。此外，加入有機填料也能提升涂層的性能，如Sayyedan 等[31]使用Al(NO3)3·9H2O 和P2O5制備非晶態(tài)磷酸鋁前驅(qū)體，并加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），制成溶膠-凝膠溶液，使用浸涂的方法制備成涂層，結(jié)果表明，非晶態(tài)磷酸鋁在惡劣的氧化環(huán)境下可以保護金屬基體。功能填料的加入雖然能提升涂層的相關(guān)性能，但是也使涂層的體系更加復雜，可能會產(chǎn)生意想不到的缺陷。因此，對特定的填料還需要更加深入地研究，同時也需要對更加復雜的體系進行一些相應的研究。

1.4 其他添加劑

磷酸鹽涂料中膠黏劑、固化劑與功能填料之間的相互配合，可以使涂層有良好的性能，但是為了使涂層具有更好的整體性能，還需要加入一些顏料或助劑。顏料在涂料中主要有兩個作用：一是使涂層具有一定的色彩，增加美觀性；二是選擇合適的顏料（如鈦白粉）能增強涂層的機械性能。磷酸鹽涂料作為涂料的一種，也需要滿足儲存穩(wěn)定性、涂料涂裝性能和涂膜平整性等性能，選擇合適的表面活性劑、潤濕劑、增稠劑、流平劑、分散劑和消泡劑等，均能改善涂料的涂裝性能。

2 磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜

磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜作為一種特殊的磷酸鹽涂層，可用于金屬的表面改性，其原理是利用化學或電化學的方法，在鋼鐵表面形成磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜。其制備工藝為：基體機械打磨→去離子水洗→堿洗除油→去離子水洗→酸洗活化→去離子水洗→化學轉(zhuǎn)化→去離子水洗→烘干→制備涂層。一般認為，磷酸鹽轉(zhuǎn)化過程包括以下三個階段[32-33]：首先，基體表面氧化膜的溶解使基體暴露在磷化液中，如圖4a 所示；然后，基體表面形成微電池，陽極金屬溶解，陰極發(fā)生析氫反應，導致局部pH 值升高，使磷酸鹽結(jié)晶成膜，如圖4b所示；最后，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜生長并覆蓋整個基體，并達到形成與溶解的平衡，如圖4c 所示。

圖4 鋼表面形成磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜（PCC）的原理圖 Fig.4 Schematic diagram for the formation of a PCC coating on steel

然而，一些研究者提出，氧化膜溶解后，會在陽極形成一層非常薄的非晶相薄膜，該薄膜是陽極溶解的鐵與磷化液中的氧或磷酸根形成非晶結(jié)構(gòu)附著于表面，然后進行磷酸鹽的結(jié)晶與生長，最終形成磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜[34-35]，如圖5 所示。

圖5 鋼表面形成非晶相層示意圖 Fig.5 Schematic diagram of amorphous phase layer formed on steel surface

在磷化膜的形成機理方面，最大的爭議在于金屬表面氧化物溶解后，是否會在表面先形成一層非晶相層。有人認為該過程持續(xù)時間只有幾秒鐘，產(chǎn)物為磷酸亞鐵以及鐵的氧化物[36]，但是在一些研究中卻沒有 發(fā)現(xiàn)這一層膜，所以現(xiàn)今研究主要集中在磷酸鹽的結(jié)晶與生長方面。但是，在成膜的過程中，鐵溶解并在陽極表面富集，容易在表面形成一層薄膜，一方面能使涂層與基體間膠粘，另一方面也能使后續(xù)磷化膜在陽極的結(jié)晶和生長更加自然，所以需要對非晶相膜的形成進行更加深入的研究。

在磷化反應中最常用的磷化液是磷酸鋅，其主要是通過氧化鋅與磷酸的混合，再加入助劑制成磷化液。在磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜形成過程中，磷酸鹽的結(jié)晶成核很緩慢，這會影響后續(xù)磷酸鹽的成長，于是有研究者向磷化液中引入納米顆粒（如納米TiO2[37-38]、納米ZnO[39]、納米MoS2[40]和氧化石墨烯[41]等）來提供成核位點。研究發(fā)現(xiàn)納米顆粒的引入會有以下幾個優(yōu)點：1）降低磷酸鹽的晶粒尺寸，使涂層更加致密[42]；2）使涂層覆蓋面積更大、更加均勻；3）特定納米顆粒能改善涂層特定的性能。此外，還可以在磷化液中引入其他陽離子，來改變磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的形成。如Rezaee 等[43]在磷酸鋅轉(zhuǎn)化液中引入Mn2+，來形成磷酸鋅錳涂層，發(fā)現(xiàn)錳離子的引入能改變晶體的大小和形狀，使表面粗糙度和表面自由能提高。Zeng 等[44]在磷酸鋅轉(zhuǎn)化液中引入Ca2+和Ce3+，來制備磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，結(jié)果表明Ce3+的引入促進了Ca2+的均勻分布，進而促進了磷鋅礦的形成，使涂層更加致密。

磷化過程除了鋅系磷化外，還包括鎂系、鈣系、鉬系或者幾者之間的復合。國內(nèi)外學者對不同的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜都有相應的研究，如Foula 等[45]在碳鋼上制備磷酸鎂轉(zhuǎn)化涂層，研究了磷化時間和磷化溫度對磷化涂層的影響，發(fā)現(xiàn)磷化溫度80 ℃、磷化時間20 min為最佳處理參數(shù)。Zaludin 等[46]在純鎂上先通過磷化處理，得到一層磷酸鈣鹽，再經(jīng)堿性處理使其轉(zhuǎn)化為更加穩(wěn)定的羥基磷灰石，通過電化學測試發(fā)現(xiàn)，涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的防腐蝕性能。另外，磷酸鉬[47]、磷酸鉻[48]和磷酸鈰[44]涂層等均能通過磷化的方式形成磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，并擁有良好的性能。但是，單獨一次的磷化效果可能并不理想，于是有研究者在一次磷化的基礎(chǔ)上再次磷化，以提升涂層的性能。如Jayaraj 等[49]通過兩步轉(zhuǎn)化法，先在基體上形成磷酸鎂轉(zhuǎn)化膜，再將磷酸鎂轉(zhuǎn)化為磷酸鑭，形成底層為磷酸鎂、表層為含少量磷酸鎂的磷酸鑭涂層的轉(zhuǎn)化膜，發(fā)現(xiàn)使用乙醇為溶劑能獲得完整的LaPO4涂層，并且涂層有較好的防腐蝕性能。

3 磷酸鹽涂層的應用

磷酸鹽作為涂層使用時，可以根據(jù)應用場景的不同，選擇金屬陽離子以及各種填料，使涂層在更加嚴酷的環(huán)境中保持良好的性能。反應固化型磷酸鹽涂層主要應用在耐腐蝕和耐高溫氧化方面，也能通過選擇功能填料擁有特殊性能。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜可用于金屬的前處理，也可以單獨使用，均能起到降低腐蝕速率，延長金屬使用壽命的作用，此外根據(jù)涂層的特性，也能用于醫(yī)療、潤滑等領(lǐng)域。Amos[50]在20 世紀90 年代就提出不同的金屬或不同的處理方法，均能改善現(xiàn)今航空航天行業(yè)中存在的腐蝕、高溫以及摩擦磨損等問題。

3.1 防腐蝕

磷酸鹽涂層憑借其優(yōu)秀的骨架結(jié)構(gòu)以及晶體性能，擁有良好的耐腐蝕性能，但是在服役的過程中，氧氣、水分和腐蝕介質(zhì)等腐蝕因素始終存在，因此提高材料的耐腐蝕性能以及使用壽命是研究的重點之一。

首先考慮向膠黏劑中加入防腐蝕填料，使涂層更加致密。史述賓[51]、翁亶[52]分別將鋁粉和硅溶膠同時加入到磷酸鋁鉻與磷酸鋁膠黏劑中，發(fā)現(xiàn)硅溶膠的加入使涂層的自腐蝕電位升高，并且能長期保持穩(wěn)定。王云鵬等[53]在磷酸二氫鋁溶液中加入正硅酸乙酯進行改性，并加入鈍化劑鉻酸鎂和鋁粉制備成含鋁的磷酸鹽涂料，中性鹽霧試驗1000 h 后，涂層表面沒有出現(xiàn)銹蝕，展現(xiàn)了優(yōu)異的防腐蝕性能。此外，還可以通過不同的方法制備涂層。如Nabih 等[54]通過多重細乳液工藝合成了水性雜化磷酸鋅-聚合物細乳液，用自動沉積法涂覆于鋼板上，與單獨步驟的樣品相比，耐腐蝕性能明顯提高。Huang 等[16]使用H3PO4與Al(OH)3合成磷酸二氫鋁，并加入Al2O3制成浸漬液，通過浸漬法與蒸氣輔助固化法制備成涂層，發(fā)現(xiàn)涂層能完全覆蓋在基體表面，并且有很好的附著力和耐腐蝕性能。另外，通過磷化的方式在基體上形成磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，也能起到良好的防腐蝕效果[39-40,55]。向磷化液中加入不同的物質(zhì)，還能進一步提升磷酸鹽轉(zhuǎn)化涂層的防腐蝕性能。張瑜等[56]研究了硝酸鈰中引入鈰元素后對鋅、錳系磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的性能影響，發(fā)現(xiàn)鈰元素使錳系磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜更加均勻，結(jié)晶顆粒細小，耐蝕性更好。周志彬等[57]在磷化液中加入偏釩酸銨后，使磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面裂紋細化和減少，電化學試驗與鹽霧試驗均表明涂層防腐蝕性能增加。隨著磷酸鹽涂層性能越來越優(yōu)異，其在航空[58]、汽車[59]、建筑[60]等行業(yè)的應用也越來越廣泛。

3.2 耐高溫氧化

磷酸鹽粘合劑用于耐火陶瓷已有幾十年，因為磷化耐火材料具有良好的機械強度、高溫穩(wěn)定性和耐磨性[61]。Kingery[62-63]、Cassidy[64]、Sarkar[65]等人綜述了磷酸鹽耐火材料中磷酸鹽的成鍵形式，主要有三種方法：1）硅質(zhì)材料與磷酸的結(jié)合；2）氧化物與磷酸的結(jié)合；3）酸性磷酸鹽自身的縮合。Chiou 等[66-70]用磷酸鹽粘結(jié)劑代替廣泛使用的硅粘結(jié)劑，提高了磷酸鹽粘結(jié)劑耐溫性和抗拉強度，并且降低了熱膨脹系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，磷酸鹽膠黏劑在1000 ℃時仍然保持非晶結(jié)構(gòu)[71]，其擁有穩(wěn)定的耐高溫性能。有研究者使用正磷酸或磷酸二氫鋁與氧化鎂反應形成非晶態(tài)的堇青石材料，測得其在 1350 ℃下的熱膨脹系數(shù)為1.0×10-6/℃，且抗彎強度達到10 MPa[72]。

在提高涂層高溫氧化性能方面，主要是通過添加耐高溫填料。將碳化硅（SiC）加入到磷酸鹽涂料中，形成碳-碳復合磷酸鹽涂層，涂層在1200 ℃下仍然擁有良好的氧化防護作用[73]。在磷酸鹽涂料中加入鋁粉制成磷酸鹽涂層，在升溫的過程中，鋁元素會明顯地向內(nèi)移動，阻隔氧氣，提高涂層的高溫抗氧化性能[74]。Hong 等[75]將AlN、NH4F、MgO、Cu2O 和ZrO2分別加入到磷酸鋁膠黏劑中，制得的磷酸鹽涂層均有良好的隔熱效果，且加入AlN 的涂層隔熱效果最好。磷酸鹽涂層本身具有良好的耐熱性能，在實際的應用中可以根據(jù)具體的工況，選擇合適的填料提升其耐高溫性能。

3.3 耐摩擦磨損

在耐磨損性能方面，反應固化型磷酸鹽涂層通過加入功能填料，可降低摩擦系數(shù)。Kong 等[76]在鋁鎂鉻磷酸鹽復合膠黏劑中使用Sn 替代Sb2O3，使復合涂層平均摩擦系數(shù)提高40%。黃華棟等[77]將石墨烯加入到磷酸鋁膠黏劑中，發(fā)現(xiàn)可以明顯降低涂層的摩擦系數(shù)與磨損率。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜本身便擁有很好的潤滑作用。臧立彬等[78]在自動變速器齒輪材質(zhì)的基體上制備磷酸錳轉(zhuǎn)化涂層，發(fā)現(xiàn)涂層能明顯降低摩擦系數(shù)，改善齒輪加工表面，并且涂層表面的微孔可以儲存潤滑油。Saffarzade 等[79]研究了磷酸鎂和磷酸鋅在干燥、連續(xù)和預潤滑條件下的摩擦系數(shù)，發(fā)現(xiàn)在預潤滑條件下，磷酸鎂涂層對潤滑油的吸附能力和生成潤滑油膜的能力都較好，且長期摩擦系數(shù)較低。

3.4 其他應用

磷酸鹽涂層不僅在防腐蝕、耐高溫氧化和耐摩擦磨損方面有優(yōu)異的性能，而且通過陽離子和填料的選擇，在其他領(lǐng)域也能有良好的應用。現(xiàn)今，磷酸鈣鹽已作為一種生物活性物質(zhì)在臨床中得到應用，如在鎂合金[80-81]或鈦合金[82]上制備磷酸鈣涂層作為骨組織移植物，在擁有良好的生物活性的同時，還能延長移植物的使用壽命。Surmenev 等[83]介紹了磷酸鈣涂層的制備方法以及在生物流體中的生物活性。大多數(shù)研究表明，磷酸鈣涂層在體內(nèi)體外均具有明顯的有益作用。另外，磷酸鹽涂層在吸波性能[84]、粘結(jié)強度[85]和光催化[86]方面都有相應的研究。

4 總結(jié)

磷酸鹽涂層作為一種重要的無機涂層，在性能上具有黏度高、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點，并且由于其成本低廉、制備工藝簡單以及應用范圍廣泛等特點，在工業(yè)生產(chǎn)應用中發(fā)揮著重要作用。對于反應固化型磷酸鹽涂層，膠黏劑與固化劑在整個磷酸鹽體系中有著關(guān)鍵性作用，很多學者已經(jīng)對膠黏劑的配制比例與反應過程進行了較全面的研究，對固化劑的選擇以及固化過程有了相應的認識，在功能填料方面就需要根據(jù)實際工況的需求進行選擇，使磷酸鹽涂料的應用領(lǐng)域更加廣泛。在金屬基體前處理方面，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜可以對基體進行表面改性，既能單獨作為防護層使用，也有利于后續(xù)反應固化型磷酸鹽涂層的制備，不同的轉(zhuǎn)化膜和不同的涂層之間可以進行配套使用。

盡管磷酸鹽涂層有著優(yōu)異的性能，但是在實際應用中也存在填料分散不均勻、收縮率高、易斷裂以及耐酸堿性不好等問題。所以目前的挑戰(zhàn)不僅僅是膠黏劑與固化劑之間的固化機理，以及在加入填料后帶來界面結(jié)合機理的改變，更重要的是面對更加嚴苛的工況時，怎樣對配方進行改善以及怎樣選擇填料。總的來說，磷酸鹽涂層有著廣闊的應用場景，對于本領(lǐng)域的研究者來說，針對苛刻服役條件下的航空發(fā)動機、燃氣輪機、飛機短艙等高端裝備，開發(fā)具有更好耐磨性能和耐溫耐腐蝕性能的專用性磷酸鹽涂層材料，以及針對石油化工等大規(guī)模民用裝備表面防護所需要的易涂裝、易維護的普適性磷酸鹽涂層材料，均是有潛力的研究方向。