金属表面防护涂层及其制备方法与流程

本发明属于金属防护技术领域，特别涉及一种金属表面防护涂层及其制备方法。

背景技术：

热带海洋地区终年高温，雨水多，雨后高温，雨水大量蒸发，形成高温、高湿气氛；且空气含盐量较高，最高可达198mg/m³，而处于飞沫区时，飞沫的含盐量与海水相当(3.5％-3.9％)；此外，热带海洋地区四季皆夏，日照时间长，紫外辐射强烈。由于热带海洋环境雨水多、湿度大，金属表面水膜的含盐量高，提供了电化学腐蚀所需要的电解质，从而加速了金属腐蚀的进程，在这种恶劣环境条件下，结构钢、铝合金的腐蚀速度可达0.5-5毫米/年，普通碳钢、含铜铝合金的腐蚀速度甚至超过5毫米/年，这就对金属表面耐蚀防护涂层的性能提出了更高的要求。

目前，金属表面防护涂层，主要采用底漆/中间漆/面漆的三层防护结构。然而，该类型的防护体系，耐蚀性不佳，且可靠性不好，防护周期短。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属表面防护涂层。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

金属表面防护涂层，包括涂层a和涂层b，涂层a和涂层b分别包含阳极性微粒和阴极性微粒，涂层a和涂层b交替排列。

进一步，所述阳极性微粒包括锌微粒、铝微粒和镁微粒中的一种或多种。

进一步，所述阳极性微粒包括锌铝合金微粒、铝镁合金微粒、锌镁合金微粒和锌镁铝合金微粒中的一种或多种。

进一步，所述阳极性微粒的粒径为10nm-50μm。

进一步，所述阳极性微粒的含量为占涂层a的3wt％-95wt％。

进一步，所述涂层a的厚度为5μm-80μm。

进一步，所述涂层a包括有机涂层、无机涂层。

进一步，所述阴极性微粒包括碳粉、炭黑微粒、石墨微粒、石墨烯微粒、不锈钢微粒和碳纤维中的一种或多种。

进一步，所述阴极性微粒的含量为占涂层b的1wt％-80wt％。

进一步，所述涂层b的厚度为5μm-80μm。

进一步，所述涂层b包括有机涂层、无机涂层。

进一步，所述涂层包括至少两层涂层a或至少两层涂层b。

本发明的目的还在于保护所述金属表面防护涂层的制备方法，包括以下步骤：

清除金属表面的杂质；随后在金属表面或金属基底层表面制备含阳极性微粒的涂层a或含阴极性微粒的涂层b，然后在涂层a表面制备包含阴极性微粒的涂层b或在涂层b表面制备包含阳极性微粒的涂层a；a和涂层b交替排列。

进一步，采用物理法、化学法或机械法清除金属表面的杂质。

进一步，所述物理法清采用丙酮或溶剂汽油等有机溶剂进行清理。

进一步，所述化学法采用碱性溶液或水性溶液或采用酸性溶液进行清理。

进一步，所述机械法采用摩擦式或喷射式方法进行清理。

进一步，所述在金属表面制备包含阳极性微粒的涂层a或含阴极性微粒的涂层b，包括以下步骤：直接在金属表面制备包含阳极性微粒的涂层a或含阴极性微粒的涂层b。

进一步，所述在金属基底层表面制备包含阳极性微粒的涂层a或含阴极性微粒的涂层b，包括以下步骤：先在金属表面制备基底层，然后在基底层表面制备包含阳极性微粒的涂层a或含阴极性微粒的涂层b。

进一步，所述涂层a包括有机涂层或无机涂层。

进一步，所述涂层a的制备采用喷涂法、浸涂法、刷涂法或滚涂法。

进一步，所述涂层b包括有机涂层或无机涂层。

进一步，所述涂层b的制备采用喷涂法、浸涂法、刷涂法或滚涂法。

本发明的有益效果在于：

本发明的金属表面防护涂层耐蚀性好，防护周期长。

本发明的金属表面防护涂层耐湿热性能好。

本发明的金属表面防护涂层附着力好，能够与各种面漆配合使用，满足严酷热带海洋大气环境的防护要求。

本发明的金属表面防护涂层的应用范围广，不受基体材料的限制，在钢铁、铝合金以及不锈钢等金属表面均可适用。

本发明的制备方法简单，工艺便捷。

具体实施方式

所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明，但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

钢铁材料防护涂层的制备，样件材料选取45钢，规格150mm×100mm×3mm，表面铣削至粗糙度≤1.6，备用。

①、将钢件置于丙酮或溶剂汽油中浸泡2min，然后用脱脂棉擦拭干净，然后在80℃的碱性脱脂液中进行30min脱脂处理；然后用自来水漂洗45s。

②、磷化膜的制备：将经表调处理后的试样进入58℃的锌系磷化液中，保持5min后，取出，然后用自来水漂洗45s，烘干。

③、涂层a的制备：采用空气喷涂法在试样磷化膜表面制备涂层a，其中涂层a所用涂料配方如表1所示；

喷涂前，将涂料粘度调整至20s(室温下涂-4#杯测定)，喷涂时，控制喷枪距离试样25cm，通过调整喷枪出料量与进气压力，控制涂层a的干膜厚度在15μm，将喷涂处理后的试样放入80℃的烘箱内，固化处理30min，冷却后，取出试样。

表1涂层a所用涂料组成及固化工艺

④、涂层b的制备：采用空气喷涂法在涂层a表面制备涂层b，其中涂层b所用涂料配方如表2所示；

喷涂前，将涂料粘度调整至20s(室温下涂-4#杯测定)，喷涂时，控制喷枪距离试样25cm，通过调整喷枪出料量与进气压力，控制涂层b的干膜厚度在15μm，将喷涂处理后的试样放入80℃的烘箱内，固化处理30min,冷却后，取出试样。

表2涂层b所用涂料组成及固化工艺

⑤、重复③～④步，最终制备的涂层为10层结构即a涂层和b涂层各5层，涂层总厚度为150μm，最终涂层即为高耐蚀防护涂层。

⑥、采用空气喷涂法在高耐蚀防护涂层表面制备面漆层，其中，面漆层涂料选用ts96-71氟聚氨酯面漆，喷涂前，将涂料粘度调整至20s(室温下涂-4#杯测定)，喷涂时，控制喷枪距离试样25cm，通过调整喷枪出料量与进气压力，控制面漆层的干膜厚度在30μm，将喷涂处理后的试样放入70℃的烘箱内，固化处理30min，冷却至室温，取出试样。

实施例2

钢铁材料高耐蚀防护涂层的制备，样件材料选取45钢，规格150mm×100mm×3mm，表面铣削至粗糙度≤1.6，备用。

①、将钢件置于丙酮或溶剂汽油中浸泡2min，然后用脱脂棉擦拭干净，然后在80℃的碱性脱脂液中进行30min脱脂处理；然后用自来水漂洗40s。

②、磷化膜的制备：将经表调处理后的试样进入55℃的锌系磷化液中，保持6min后，取出，然后用自来水漂洗40s，烘干。

③、涂层a的制备：采用空气喷涂法在试样磷化膜表面制备涂层a，其中涂层a所用涂料配方如表3所示；

喷涂前，将涂料粘度调整至25s(室温下涂-4#杯测定)，喷涂时，控制喷枪距离试样30cm，通过调整喷枪出料量与进气压力，控制涂层a的干膜厚度在15μm，将喷涂处理后的试样放入80℃的烘箱内，固化处理30min，冷却至室温，取出试样。

表3涂层a所用涂料组成及固化工艺

④、涂层b的制备：采用空气喷涂法在涂层a表面制备涂层b，其中涂层b所用涂料配方如表2所示；

喷涂前，将涂料粘度调整至20ss(室温下涂-4#杯测定)，喷涂时，控制喷枪距离试样20cm，通过调整喷枪出料量与进气压力，控制涂层b的干膜厚度在15μm，将喷涂处理后的试样放入80℃的烘箱内，固化处理30min,冷却后，取出试样。

⑤、重复③-④步，最终制备的涂层为10层结构，涂层总厚度为150，最终涂层即为高耐蚀防护涂层。

⑥、采用空气喷涂法在高耐蚀防护涂层表面制备面漆层，其中，面漆层涂料选用s04-60丙烯酸聚氨酯面漆；

喷涂前，将涂料粘度调整至22s(室温下涂-4#杯测定)，喷涂时，控制喷枪距离试样20cm，通过调整喷枪出料量与进气压力，控制面漆层的干膜厚度在30μm，将喷涂处理后的试样放入70℃的烘箱内，固化处理30min，冷却至室温，取出试样。

实施例3

铝合金材料高耐蚀防护涂层的制备，样件材料选取7a04，规格150mm×100mm×3mm，表面铣削至粗糙度≤1.6，备用。

①、将铝件置于丙酮或溶剂汽油中浸泡2min，然后用脱脂棉擦拭干净，然后在80℃的碱性脱脂液中进行30min脱脂处理；然后用自来水漂洗50s。

②、阳极氧化膜的制备：在50℃的碱性溶液中浸泡60s，碱性溶液的主要成份为：氢氧化钠50g/l，葡萄糖酸钠2g/l；自来水漂洗30s；在室温的30％稀硝酸中浸泡5min；自来水漂洗30s；按表4给定的溶液配方和工艺条件进行铝合金阳极氧化膜的制备，时间15min，然后用自来水漂洗60s；在沸腾去离子水中对氧化膜进行封孔处理，时间15min；取出，70℃烘干。

表4铝合金阳极氧化膜制备工艺

③、按实施例2的步骤③～⑤制备出最终的高耐蚀防护涂层。

④、采用空气喷涂法在高耐蚀防护涂层表面制备面漆层，其中，面漆层涂料选用ts04-97丙烯酸聚氨酯面漆；

喷涂前，将涂料粘度调整至24s(室温下涂-4#杯测定)，喷涂时，控制喷枪距离试样30cm，通过调整喷枪出料量与进气压力，控制面漆层的干膜厚度在30μm，将喷涂处理后的试样放入60℃的烘箱内，固化处理30min，冷却后，取出试样。

性能检测

检测实例1-3制得的高耐蚀防护涂层的平均厚度、附着力、耐蚀性能及耐湿热性能，结果如表5所示；

其中，平均厚度按照《gb/t13452.2-2008色漆和清漆漆膜厚度》进行检测；

附着力按照《gb/t5210-2006色漆和清漆拉开法附着力试验》进行检测；

耐蚀性能按照《gb/t1771-2007色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》进行5％中性盐雾试验4000h后，按《gb/t1771-2007色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》对其划线处锈蚀的蔓延程度等进行评价；按《gb/t1766色漆和清漆涂层老化的评级方法》对涂层综合等级进行评价。

耐湿热试验按照《gb/t1740-2007漆膜耐湿热测定法》进行4000h湿热试验后，按《gb/t1766色漆和清漆涂层老化的评级方法》对涂层综合等级进行评价。

表5性能检测结果

由表5可知，实施例1-3的金属表面防护涂层的平均厚度为146-160μm，附着力为6-8mpa，经4000h耐5％中性盐雾试验后，涂层综合等级为0级，单边最大扩展宽度0.3mm-2mm；经4000h耐湿热试验后，涂层综合等级为0级。由此证明，本发明的金属表面防护涂层耐蚀性好，耐湿热性能好，附着力好，能够与各种面漆配合使用，满足严酷热带海洋大气环境的防护要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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