一种用于形成镁锂合金表面防腐涂层体系的组合物及防腐涂层体系制备方法与流程

2021-02-02 19:02:21|

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本发明属于防腐涂层领域，特别涉及一种用于形成镁锂合金表面防腐涂层体系的组合物及防腐涂层体系制备方法。

背景技术：

为了满足航天器轻量化、使用效用高、快速响应等要求，迫切需要采用更为轻质、低成本和制造周期短的新型结构材料。新一代镁锂(mg-li)合金具有优良的比刚度、比强度和电磁屏蔽性能，能够在满足技术指标的同时相对于传统铝合金大大降低航天器的重量，具有广阔的应用前景。但是，由于镁合金特有的机械性能和内部组织结构，mg-li合金同样具有传统镁合金耐蚀性能和力学性能、抗空间交变性能不足等劣势，而这种不足也是制约mg-li合金在航天领域应用的一大技术难题，进而一定程度上影响新一代航天器的结构优化升级、使用效能提升、战时大规模的使用和对战场态势的把控等方面。

微弧氧化、有机涂层、电化学镀层、化学氧化、气相沉积、激光处理等工艺处理是目前镁锂合金表面常用保护措施，研究学者都进行了大量相关研究。化学氧化是较早的表面处理方法，在铝合金等材料有较好的应用效果，传统方法包括铬酸盐转化、磷酸盐转化、锡酸盐转化，防护效果较好，但不利于环保，新型化学氧化包括植酸转化等，防护效果有待于进一步提升。化学镀镍是常用的表面防护手段，在传统金属表面应用具有操作简便不需要外加电源等优势，但由于mg-li合金特殊的组织结构，在溶液中易发生电偶腐蚀造成膜层性能整体下降，使得工艺难度上升，同时增加了成本。气相沉积和激光处理是近几年发展的表面防护手段，其可获得高性能的表面膜层，但对设备环境等要求极高，应用范围受限。微弧氧化是目前最为常用镁合金表面防护手段，适用性广，但其具有多孔结构的特性限制了其防腐效果。有机涂层是金属防护最为便宜的手段，但由于镁合金特殊的腐蚀特性而使得万金油的有机涂层失去了应有的效果。镁锂合金中的两种金属元素活泼性极高，相对于其他镁合金更易被腐蚀，因此，对防护手段提出更高的要求。目前缺乏对镁锂合金表面具有良好防腐性能的有机涂层防护材料。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种用于形成镁锂合金表面防腐涂层体系的组合物及防腐涂层体系制备方法，该组合物用于镁锂合金表面，防腐性能优异；该防腐涂层体系制备工艺简单，用于采用轻质镁锂合金的弹箭船机等飞行器表面的防腐，可有效提高其环境适应性，同时在民用领域也有着潜在的广泛应用前景，从而完成本发明。

本发明提供了的技术方案如下：

第一方面，一种用于形成镁锂合金表面防腐涂层体系的组合物，该组合物包括防腐底漆和封闭清漆，其中，防腐底漆由包括以下质量配比的原料制成：

高致密度韧性树脂70～100份；

锂盐类无机物1～25份；

片状屏蔽类材料0～15份；

封闭清漆包括高致密度树脂；

防腐底漆用于在镁锂合金表面形成防腐底漆层，封闭清漆用于在防腐底漆层表面形成封闭清漆层。

第二方面，一种镁锂合金表面防腐涂层体系制备方法，利用上述第一方面所述的用于形成镁锂合金表面防腐涂层体系的组合物制备，包括以下步骤：

步骤1，将防腐底漆中组分搅拌混合后，均质化，形成防腐底漆；

步骤2，在微弧氧化后的镁锂合金表面喷涂防腐底漆，固化，形成防腐底漆层；

步骤3，在固化后的防腐底漆层表面喷涂封闭清漆，固化，形成封闭清漆层。

根据本发明提供的一种用于形成镁锂合金表面防腐涂层体系的组合物及防腐涂层体系制备方法，具有以下有益效果：

本发明提供了一种用于形成镁锂合金表面防腐涂层体系的组合物及防腐涂层体系制备方法，该组合物由防腐底漆和封闭清漆组成，防腐底漆以锂盐为防腐功能填料，以片状材料为物理屏蔽填料，以高致密度韧性树脂作为涂层成膜物，通过调整防腐底漆中功能填料和物理屏蔽填料含量，实现防腐底漆性能的调整，采用球磨、砂磨、高速分散等均质化工艺手段将填料均匀分散在高致密度韧性树脂中，叠加封闭清漆层形成的致密交联网状结构效应，实现涂层体系的防腐性能，达到使镁锂合金耐中性盐雾1000h、耐湿热性能≥10天的防腐效果。该镁锂合金表面防腐涂层体系制备工艺简单，可采用室温固化或加热加速固化，防腐性能优异，可用于采用轻质镁锂合金的弹箭船机等飞行器表面的防腐，提高其环境适应性，同时在民用领域也有着潜在的广泛应用前景。

附图说明

图1为镁锂合金表面防腐涂层体系制备流程图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于形成镁锂合金表面防腐涂层体系的组合物，该组合物包括防腐底漆和封闭清漆，其中，防腐底漆由包括以下质量配比的原料制成：

高致密度韧性树脂70～100份，优选为80～95份；

锂盐类无机物1～25份，优选为5～20份；

片状屏蔽类材料0～15份；

封闭清漆包括高致密度树脂；

防腐底漆用于在镁锂合金表面形成防腐底漆层，封闭清漆用于在防腐底漆层表面形成封闭清漆层，防腐底漆层的目的在于利用锂盐类无机物中的锂离子抑制镁锂合金中的锂金属的往锂离子方向转化的反应，封闭清漆层的目的在于利用其致密性将腐蚀介质阻挡在外表面。

在本发明中，防腐底漆中高致密度韧性树脂为具有较高交联密度同时能够兼具一定韧性的树脂，其高交联密度能够提供优异的腐蚀介质屏蔽效果，其一定的韧性可确保其与一定量填料混合后漆膜不开裂，选自环氧树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、或氟碳聚氨酯类树脂中任意一种或其组合；其中，

环氧树脂可以选自e51环氧树脂、e20环氧树脂、e44环氧树脂等；

丙烯酸聚氨酯树脂可以选自fx-9003羟基丙烯酸聚氨酯、ac1010-c羟基丙烯酸聚氨酯、962丙烯酸聚氨酯等；

氟碳聚氨酯类树脂可以选自a833氟碳改性羟基丙烯酸树脂聚氨酯、ds302常温固化交联型氟碳聚氨酯、gk-570氟碳聚氨酯等。

在本发明中，封闭清漆中高致密度树脂为具有较高交联密度的树脂，能够起到较好的防水汽渗透的效果，选自环氧树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、氟碳聚氨酯类树脂中任意一种或其组合；其中，

环氧树脂可以选自e51环氧树脂、e20环氧树脂、e44环氧树脂等；

丙烯酸聚氨酯树脂可以选自fx-9003羟基丙烯酸聚氨酯、ac1010-c羟基丙烯酸聚氨酯、962丙烯酸聚氨酯等；

氟碳聚氨酯类树脂可以选自a833氟碳改性羟基丙烯酸树脂聚氨酯、ds302常温固化交联型氟碳聚氨酯、gk-570氟碳聚氨酯等。

在本发明中，锂盐类无机物为防腐功能填料，选自碳酸锂、硝酸锂、氯化锂、硫酸锂、磷酸锂等锂盐类中任意一种或多种，优选为碳酸锂或硫酸锂。

本发明人进行了大量研究，发现将高致密度韧性树脂与锂盐类无机物组合使用，可以利用高致密度韧性树脂的物理屏蔽性能阻隔腐蚀介质往镁锂合金表面渗透，同时当物理屏蔽效能局部失效，腐蚀介质引起镁锂合金发生腐蚀后，锂盐类无机物可抑制锂金属的离子化腐蚀行为，进而起到防腐蚀作用。

本发明人发现，高致密度韧性树脂与锂盐类无机物的用量有一定的要求，若锂盐类无机物的用量过少且低于上述用量范围，则在锂金属发生离子化腐蚀行为时，难以起到充分抑制锂金属往锂离子方向的转化反应；若锂盐类无机物的用量过高且高于上述用量范围，则影响漆膜的物理屏蔽效能，难以起到阻隔腐蚀介质往镁锂合金表面渗透的作用。

本发明中，防腐底漆中片状屏蔽类材料，其作为具有防腐功能的辅助填料，选自石墨烯、二硫化钼、绢云母、蒙脱土、高岭土等片状类材料中的一种或几种，优选为石墨烯、二硫化钼或绢云母。

本发明人进行了大量研究，发现片状类材料的加入能够显著增加腐蚀介质往基材表面渗透的距离，进而起到增强的物理屏蔽效能。若片状屏蔽类材料的用量过少且低于上述用量范围，则难以在漆膜中形成连续的物理屏蔽结构，达不到显著增加腐蚀介质往基材表面渗透距离的物理屏蔽作用；若片状屏蔽类材料的用量过高且高于上述用量范围，则影响漆膜本体的物理屏蔽效能，难以起到阻隔腐蚀介质往镁锂合金表面渗透的作用。

在一种优选的实施方式中，石墨烯、二硫化钼、绢云母的片层最大直径为10μm～60μm。本发明人发现，片层尺寸对防腐效果存在影响，如片层最大直径低于上述范围，则其片状结构的搭接效果减弱；若片层最大直径大于上述范围，则影响漆膜的外观质量。

本发明中，防腐底漆中还包括溶剂i，用以促进填料在树脂中的分散并调节涂料的粘度。所述溶剂i选自乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯、正丁醇中任意一种或其组合，优选为乙酸丁酯或乙酸乙酯。

防腐底漆中溶剂i的含量为20wt％-50wt％。若溶剂i的用量过少且低于上述用量范围，则涂料粘度过高，无法正常施工；若溶剂i的用量过高且高于上述用量范围，则涂料粘度过低，施工过程中容易流挂且增加对环境的污染。

本发明中，封闭清漆中还包括溶剂ii，用以调节施工粘度。所述溶剂ii选自乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯、正丁醇中任意一种或其组合，优选为乙酸丁酯或乙酸乙酯。

封闭清漆中溶剂ii的含量为20wt％-80wt％。若溶剂ii的用量过少且低于上述用量范围，则涂料粘度过高，无法正常施工；若溶剂ii的用量过高且高于上述用量范围，则涂料粘度过低，施工过程中容易流挂且增加对环境的污染。

本发明中，为了有效起到防腐功能，镁锂合金表面的防腐底漆层的厚度为20～60μm；防腐底漆层表面的封闭清漆层的厚度为20～60μm。

本发明中，所述镁锂合金表面防腐涂层体系耐中性盐雾性能≥1000h；所述镁锂合金表面防腐涂层体系耐湿热性能≥10天。

根据本发明的第二方面，提供了一种镁锂合金表面防腐涂层体系制备方法，利用上述用于形成镁锂合金表面防腐涂层体系的组合物形成，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，将防腐底漆中组分搅拌混合后，进行均质化，均质2～7h形成防腐底漆；均质化手段包括但不限于球磨、砂磨、高速分散等；

步骤2，在微弧氧化后的镁锂合金表面喷涂防腐底漆，固化，形成防腐底漆层；

步骤3，在固化后的防腐底漆层表面喷涂封闭清漆，固化，形成封闭清漆层。

在一种优选的实施方式中，若需要溶剂调节防腐底漆层涂料或者封闭清漆层涂料的流动性，在防腐底漆层涂料中还加入有溶剂i；封闭清漆层涂料中还加入有溶剂ii。溶剂i和溶剂ii的种类选择和用量，参照上述第一方面中所述。

在一种优选的实施方式中，防腐底漆中组分、种类选择和用量，参照上述第一方面中所述；防腐底漆层中组分、种类选择和用量，参照上述第一方面中所述。

在一种优选的实施方式中，步骤2中，锂合金表面在喷涂防腐底漆前，进行微弧氧化预处理，预处理方法选用现有技术中任意方法，如利用直流/直流脉冲/交流脉冲复用电源，在多聚磷酸钠、硅酸钠、六偏磷酸钠、氢氧化钠复合电解液体系中对不同锂含量的镁锂合金进行2～120min的微弧氧化，在镁锂合金表面原位生成10～100μm的陶瓷氧化膜。

在一种优选的实施方式中，步骤2中，镁锂合金表面的防腐底漆层的厚度为20～60μm；步骤3中，镁锂合金表面的封闭清漆层的厚度为20～60μm。

实施例

本发明中实施例和对比例原料来源为：硝酸锂(国药，ar)；氯化锂(国药，ar)；硫酸锂(国药，ar)；碳酸锂(国药，ar)；gk570氟碳聚氨酯树脂(daikin)；e51环氧树脂(市售)；e44环氧树脂(市售)，962丙烯酸聚氨酯(江苏三木)；绢云母(滁州格锐)，片层最大直径20μm；石墨烯(国药，97％)，片层最大直径20μm；二硫化钼(国药，99％)，片层最大直径60μm；乙酸丁酯(国药，ar)；乙酸乙酯(国药，ar)。

实施例1

镁锂合金表面防腐底漆，其原料配比为：硝酸锂5g，gk570氟碳聚氨酯80g，绢云母2g，乙酸丁酯22g，搅拌混合均匀后，采用球磨研磨混合4h形成防腐底漆。

采用空气喷涂工艺在微弧氧化后镁锂合金基材表面连续喷涂制备防腐底漆，防腐底漆层厚度为60μm。

防腐底漆干燥固化后，采用空气喷涂工艺在防腐底漆表面连续喷涂gk570氟碳聚氨酯清漆，对表面进行封闭处理，封闭清漆层厚度为20μm。gk570氟碳聚氨酯清漆中含20wt％的乙酸丁酯。