铝基非晶合金颗粒改性环氧树脂涂层的制备及性能研究.pdf

1、 铝基非晶/合金颗粒改性环氧树脂涂层的制备及性能研究 摘 要 在当今环境条件越来越复杂的情况下，任何单一的材料都因不能适应多种环境而被淘汰。顺应学科交叉的科学研究背景下，纳米科学技术成为了材料中的新兴技术手段。只需要少量的纳米添加剂就能对材料的性能有极大的提高。目前许多科研工作者对环氧树脂纳米复合改性的制备、改性粒子的表面处理、复合材料的宏观性能、复合材料的微观表征等诸多方面进行了一系列的研究。对于改性的机理及改性剂的选择大部分依靠试验来进行。本文主要的研究内容简述如下：1、通过直接混合法制备了铝基非晶合金颗粒改性环氧树脂涂层和 TiO2改性环氧树脂涂层。利用盐雾试验方法定性测量改性涂层的宏观

2、耐蚀性，利用电化学工作站测量改性涂层的电化学交流阻抗，定量分析涂层的电化学性能。2、对改性后的涂层进行了试验，分析了试验结果，试验表明 TiO2改性涂层可以提高涂层的电化学交流阻抗，铝基非晶合金改性后的涂层提高了涂层的自修复能力。关键词关键词：环氧树脂；铝基非晶；耐蚀性能；纳米改性 Study on Preparation and properties of Al based amorphous alloy particles/modified epoxy resin coating Abstract In todays increasingly complex environmental c

3、onditions,any single material can not adapt to a variety of environments and be eliminated.Under the background of scientific research,the technology of nano science and technology has become a new technology in the material.Only a small amount of nano additives can greatly improve the performance o

4、f the material.At present,many research workers of epoxy resin nano composite modified of preparation,processing,the macroscopic properties of composite materials,composite microscopic characterization of particle surface modification and other aspects of a series of studies.For the modification of

5、the mechanism and the choice of the modifier most rely on tests to carry out.The main research contents of this paper are summarized as follows:1,were prepared by direct mixing of Al based amorphous alloy particles modified epoxy resin coating and TiO2 modified epoxy resin coating.The macro corrosio

6、n resistance of the modified coating was qualitatively measured by the salt spray test method,the electrochemical impedance of the modified coating was measured by the electrochemical workstation,and the electrochemical properties of the coating were quantitatively analyzed.2,the modified coating te

7、sts are carried out and the test result is analyzed.The test results show that the modified TiO2 coating can improve the electrochemical impedance spectroscopy in coating,modified aluminium amorphous alloy coating the coating increased the self repairing ability.Keywords:epoxy resin;Al based amorpho

8、us alloys;corrosion resistance;nano modified 目 录 第一章 前言.1 1.1 研究背景及意义.1 1.2 涂层防腐的机理.1 1.3 铝基非晶合金粒子的特性.2 1.4 纳米粒子改性涂层的原理和研究进展.3 1.5 选题背景和研究内容.3 第二章 试验器材及试验方法.4 2.1 试验材料及仪器.4 2.1.1 试验材料.4 2.1.2 试验仪器.4 2.2 铝基非晶合金的表征.4 2.2.1 XRD 试验.4 2.3 涂层的制备.5 2.3.1 空白涂层的制备.5 2.3.1 二氧化钛改性环氧树脂涂层的制备.6 2.3.2 铝基非晶合金改性环氧树脂

9、涂层的制备.6 2.4 涂层性能的检测方法.7 2.4.1 涂层的宏观耐蚀性研究方法.7 2.4.2 涂层的电化学性能的研究方法.8 第三章 涂层的宏观耐蚀性能研究.9 3.1 普通涂层宏观耐蚀性的性能研究.9 3.1.1 盐雾试验.9 3.1.2 划痕盐雾试验.10 3.2 二氧化钛改性涂层宏观耐蚀性的性能研究.11 3.1.1 盐雾试验.11 3.1.2 划痕盐雾试验.14 3.3 铝基非晶合金改性涂层宏观耐蚀性的性能研究.17 3.1.1 盐雾试验.17 3.1.2 划痕盐雾试验.20 3.4 总结.22 第四章 涂层的电化学性能研究.24 4.1 XRD 频谱分析.24 4.2 普通涂

10、层电化学性能研究.24 4.2 二氧化钛改性涂层电化学性能研究.25 4.3 铝基非晶合金改性涂层涂层电化学性能研究.26 4.4 划痕涂层的电化学性能研究.27 第五章 结论.29 致 谢.30 参考文献.31 第一章 前言 1 第一章 前言 1.1 研究背景及意义 金属腐蚀遍布每个行业且是一个迫切性的世界问题，据世界权威部门统计，每年有三分之一的金属因腐蚀直接或间接的造成经济损失和产生安全问题。因此各国的研究所和大型企业都投入了大量人、物、财力用于金属腐蚀防护的研究。目前，金属腐蚀防护主要手段之一是使用防腐涂料。涂料防腐具有经济快捷、使用范围广、技术要求低等特点，而且还具有一定的装饰功能。

11、1 在目前已知的涂料类型中，使用率比较高的涂料为环氧树脂类涂料。2环氧类涂料所形成的涂层具有优越的力学性能、较小的固化收缩率、较强的附着力、较长时间的稳定性、优良的工艺性和优良的抗化学药品性等优点，广泛应用于航空航天、电子电器、建筑等诸多领域。但是环氧树脂类的涂料具有固化产物脆性大、耐磨性不够等缺点，使得应用领域有所限制。为了优化涂料的性能，常常会对涂料进行改性，目前已知的改性方法主要有两大类：有机物改性和无机物改性。有机物改性主要包括：有机硅改性、橡胶弹性体改性、热致性液晶聚合物改性、核壳聚合物改性、互穿网络聚合物（PIN）改性、丙烯酸改性、腰果酚改性、微胶囊改性等方法。无机物改性主要是运用

12、纳米复合技术，包含各种无机纳米粒子，如纳米 TiO2，纳米 SiO2等。3 目前提高环氧树脂涂层性能的有效手段纳米复合改性技术，常用的纳米粒子有纳米炭黑、碳纳米管、纳米碳化硅、纳米 SiO2、纳米 TiO2等。4 在已知的文献中，使用纳米 SiO2、纳米 TiO2等粒子改性环氧树脂的较多，所得的效果也比较明显，添加合适的纳米粒子的量能有效的提高涂料的压缩弹性模量、抗压强度和复合材料的抗蠕变性能。5 涂层中纳米氧化铝的存在明显增加了屈服应力，屈服应变和塑性区的大小。当纳米氧化铝含量升高，断裂面出现钝化。6纳米硅颗粒改性环氧树脂增强涂层的拉伸疲劳应力。7 1.2 涂层防腐的机理 金属腐蚀按腐蚀形式

13、可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和生物腐蚀，同时具备以第一章 前言 2 下三个过程才能发生金属腐蚀：（1）阴极去极化剂还原作用；（2）金属本身作为阳极产生溶解；（3）回路中有足够合适的电子电流流过。金属的腐蚀类型主要取决于金属所处的外界环境，是电解质还是非电解质。1 涂料是涂装在物体的表面形成成一层保护膜，主要作用有保护、标志、装饰、防污、隔热。8金属受到涂层的保护主要有以下几个方面：一是屏蔽作用。形成的涂层对不同程度的酸、碱、盐都具有不同程度的的化学惰性，形成通路所需电阻较高。这样的话不仅阻碍了金属基体与腐蚀电介质的接触，而且还有效的阻止了电子的转移，从电化学和物理双重层面上保护了物体；二是颜料具

14、有钝化、缓蚀的作用。颜料在涂层中是不可或缺的组成部分，除了具有美化的作用，而且有些颜料可以与金属表明发生反应，生成具有钝化作用或者保护性的物质，从而加强了涂层的保护作用；三是电化学保护作用。在涂料中，掺杂了一定量的比基体表面金属电位更低的金属颗粒，当金属在腐蚀介质中，掺杂的金属颗粒先于金属基体发生电化学反应，从而保护了金属基底。但是对于保护金属基底的涂层来说，涂层在一般情况下是直接暴露于外界环境，并且与腐蚀介质直接接触，在外界环境处于不稳定的状况下，涂层的保护性能会大大减低，最终涂层失去保护作用。1.3 铝基非晶合金粒子的特性 近年来，铝基非晶合金作为一种新型材料，表现出极高的强度、优良的耐磨

15、性能、良好的韧性和耐蚀性能。相比于传统涂层，铝基非晶合金复合涂层表现出优异的耐腐蚀性能。9铝基非晶合金的硬度和耐蚀性主要取决于其中非晶相的溶质含量，溶质含量越高，耐蚀性越好，形成的涂层越稳定。10 纳米化的技术可提高材料的耐磨性，非晶化技术可提高材料的耐蚀性，结合这两种技术可以提高材料的耐磨性和耐蚀性。11 铝基非晶合金的主要组成类型分成两类:金属-类金属型和金属-金属型。本试验采用的铝基非晶合金为金属-金属型。12 在目前已知的铝基非晶合金粒子的性能中，运用其优良的耐蚀性和耐磨性来达到改性环氧树脂涂层的作用。第一章 前言 3 1.4 纳米粒子改性涂层的原理和研究进展 纳米复合材料制备过程中的

16、关键是纳米粒子的均匀分散问题。解决这一问题的主要方法之一是为对纳米粒子进行一定工艺的表面处理，来达到改善纳米粒子在聚合物基体中的分散性的目的。13 目前纳米粒子表面处理的方法主要有两大类：物理改性和化学改性。物理改性是指运用范德华力、氢键等作用力将改性粒子通过物理吸附在纳米粒子表面，在纳米粒子的表面形成包覆层，降低纳米粒子表面，使的纳米粒子均匀分散的目的。14物理改性常用的的方法有：（1）吸附包覆改性，改性聚合物对纳米粒子表面包覆而达到降低纳米粒子表面活性的目的；（2）表面沉积改性，在纳米粒子表面沉积一层与纳米粒子表面无化学结合的异质包覆层，从而降低纳米粒子的表面能；（3）表面活性剂改性，此法是用表面活性剂处理纳米粒子，运用表面活性剂的极性，使纳米粒子间产生排斥力，从而减少团聚。化学改性主要是表面直接聚合改性法，改性剂在纳米粒子表面发生化反应，引发单体聚合或吸附聚合物形成均匀包覆的聚合物胶囊，从而实现改性的方法。其处理方法可分为三类：（1）表面吸附单体并使其发生聚合；（2）激发表面活性点，诱发单体聚合；（3）吸附聚合物形成包膜。15 1.5 选题背景和研究内容 涂层防护一直是腐蚀防护中