您是知道的，腐蝕是需要付出昂貴代價的。無論您是在談?wù)摴收铣杀?、檢查和維修成本，還是更換費用，這些成本加起來高達數(shù)十億元。據(jù)估算，腐蝕預(yù)計在2015年給美國經(jīng)濟造成超過1萬億美元的損失。這就是為什么涂料經(jīng)常應(yīng)用在金屬和非金屬基材，用來防止腐蝕性電化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致材料劣化。由于法規(guī)要求的變化以及工作環(huán)境的嚴(yán)峻性，人們一直需要開發(fā)耐用、經(jīng)濟、安全和環(huán)保的新型涂料。

涂料生產(chǎn)商們一直在努力開發(fā)新產(chǎn)品以應(yīng)對這些日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前的趨勢與先進的無磷表面預(yù)處理、硅烷的開發(fā)和涂料系統(tǒng)中的納米顆粒有關(guān)。冷噴涂技術(shù)也正在開發(fā)中，以替代熱噴涂，用來提高表面強度和防腐蝕保護。智能涂料也正在開發(fā)中，它可以感應(yīng)腐蝕性物質(zhì)的PH值并及時釋放抗腐蝕化學(xué)物質(zhì)以抵抗腐蝕物質(zhì)的滲透。

涂層提供的防腐蝕保護的評估標(biāo)準(zhǔn)在于：

• 涂層對基材表面的附著力

• 層的凝聚力

• 薄膜厚度和均勻度

• 熱穩(wěn)定性

• 化學(xué)穩(wěn)定性

• 涂層的機械強度

• 耐磨性

• 孔隙率

• 或者其他具體的要求

在這些標(biāo)準(zhǔn)里面，良好的表面清潔和調(diào)節(jié)準(zhǔn)備過程對于確保不同涂層與基材表面的牢固附著力是至關(guān)重要的。

我們了解下水性涂料

水性涂料正越來越多地取代一些溶劑型涂料，因為它們更安全、更環(huán)保。它們通常被稱為轉(zhuǎn)化涂層產(chǎn)品。除了開發(fā)新的涂層以最大限度地減少表面劣化外，專家們還專注于改進基材表面清潔和預(yù)處理工藝。鈦、釩、硅和鋯基化合物與聚合物的使用提高了預(yù)處理效果。許多汽車制造商已經(jīng)成功地將一些使用鋅磷化的預(yù)處理工藝替換為使用具有納米級鋯化合物顆粒的陶瓷產(chǎn)品以及許多其他更環(huán)保的有機材料的預(yù)處理工藝。

在某些情況下，涂層可能會通過與腐蝕性物質(zhì)的反應(yīng)而不斷消耗。當(dāng)涂層用作犧牲陽極時，例如鋼上鋅層的情況，可以通過嘗試使用鋅-鋁以及鋅-鎂合金作為涂層來進行改進。同樣，已經(jīng)開發(fā)并測試了無機和有機樹脂基、富含鋅鎂的油漆和涂料，以保護鋼鐵和其他金屬基材。

許多有機涂層為抵抗腐蝕性物質(zhì)的侵蝕而提供了強大的保護，并防止離子從腐蝕性物質(zhì)轉(zhuǎn)移到基材。在這些應(yīng)用于金屬基材的阻隔型聚合物涂層中，滲透性成為關(guān)鍵問題，因為夾雜物和涂層損壞會導(dǎo)致腐蝕物質(zhì)到達基材。

過去，為了保護金屬免受腐蝕，主要是鉛和鉻酸鹽腐蝕，抑制劑已被廣泛用作底漆。然而，由于監(jiān)管限制，正在開發(fā)新的緩蝕劑并針對各種應(yīng)用進行測試。含有硅酸鹽、磷酸鹽和鉬酸鹽的緩蝕劑已被大量用于替代鉻酸鹽和鉛。

熱納米噴涂涂層

幾十年來，碳化鎢/鈷 (WC/Co) 熱噴涂涂層已被用于設(shè)備和部件表面的腐蝕保護。近年來，研究人員正致力于開發(fā)納米材料和噴涂工藝，以在基材上沉積陶瓷與金屬的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。納米粒子涂層的優(yōu)點包括高腐蝕保護和磨損保護，同時保持良好的斷裂韌性的優(yōu)勢。納米結(jié)構(gòu)的 WC/Co 顆粒在實驗室中使用晶粒生長抑制劑和合金添加劑進行加工，并用作熱噴涂原料。

工業(yè)納米結(jié)構(gòu)粒子涂料

機器零件需要有效的表面處理，以使其能夠在各種腐蝕性環(huán)境下工作。在某些情況下，納米顆粒由于質(zhì)量非常低而不能用于熱噴涂。它們不能被直接攜帶在高速氣流中以均勻地沉積在部件表面上。

一些工藝已獲得專利，可首先將納米顆粒轉(zhuǎn)化為球形顆粒，并在它們靠近表面時在飛行中復(fù)制更小的納米顆粒。這些納米涂層顯示出更高的粘合強度、耐腐蝕性、韌性和耐磨性。用于腐蝕和磨損保護的納米顆粒原料包括碳化鎢/鈷（WC/Co 和氧化鋁/氧化鈦（Al 2 O 3 /TiO 2）。后者被美國海軍以及民用應(yīng)用所使用

用智能涂料代替六價鉻

盡管存在健康和安全問題，六價鉻一直是金屬工業(yè)用于防腐蝕的主要方式。但是今天的安全、健康和環(huán)境因素禁止使用六價鉻。研究人員現(xiàn)在正在用多功能和智能納米粒子涂層代替被動的防護涂層，這種涂層可以感知腐蝕介質(zhì)并釋放抗腐蝕成分。一些納米結(jié)構(gòu)顆粒涂層可以修復(fù)受損涂層，從而確保保護繼續(xù)有效和耐用。

智能納米粒子涂層具有許多基本功能，可確保腐蝕傳感和愈合能力。顆粒感知外部刺激并對其作出反應(yīng)，例如PH值的降低、涂層完整性的變化或腐蝕電位的變化。多層涂層中的納米結(jié)構(gòu)顆粒在其整體結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，觸發(fā)愈合過程。

研究人員現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計出用于腐蝕保護和磨損保護的涂層逐層沉積的先進技術(shù)。在這種方法中，腐蝕抑制劑和聚電解質(zhì)沉積在預(yù)處理的基材上。

在德國，馬克斯普朗克膠體和界面研究所的科學(xué)家聲稱，他們的先進涂層基于聚電解質(zhì)，對腐蝕性介質(zhì)的PH值敏感。它們夾在聚合物納米結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的抑制劑中。這些先進的涂層顯示出自修復(fù)特性，對金屬基材（例如用于飛機的鋁合金）具有持久的腐蝕保護作用。

該技術(shù)在汽車、海事以及石油和天然氣管道領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。這種先進的系統(tǒng)不僅可以作為腐蝕介質(zhì)的屏障，還可以感知多層涂層由于腐蝕反應(yīng)而發(fā)生的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，并響應(yīng)變化來修復(fù)損傷并防止進一步的損傷。自愈能力由聚電解質(zhì)的流動性提供。

使用的工藝是對基材（鋁合金）表面進行超聲波預(yù)處理，并精確沉積厚度小于 5 至 10 納米的帶相反電荷的抑制劑和聚電解質(zhì)納米顆粒層。這些智能多層涂層提供基材的鈍化以及自修復(fù)功能和PH緩沖。

冷噴涂涂料

冷噴涂使用高速惰性氣體噴射來加速指向基材的細(xì)粉防腐材料顆粒。顆粒在低于金屬熔化溫度的溫度下發(fā)生塑性變形。該技術(shù)通過將粉末加速到非常高的速度（500至900 m/s），將各種金屬、復(fù)合材料和其他粉末（例如陶瓷粉末）應(yīng)用于金屬基材。在撞擊到基材表面時，粉末顆粒很容易變形并粘附在表面上，從而與基材形成牢固的結(jié)合。額外的顆粒繼續(xù)撞擊固體表面，從而形成厚涂層。

在該技術(shù)中，可以將各種耐腐蝕和耐磨粉末組合用于給定基材。復(fù)合冷涂層已應(yīng)用于鋼、銅和鋁的合金。添加到粉末中的一些延展性內(nèi)容可以實現(xiàn)基本的塑性變形過程。

冷噴涂工藝已被開發(fā)以進一步提高金屬和復(fù)合材料的耐腐蝕性和其他基本功能能力。已經(jīng)觀察到，與母材所顯示的性能相比，正常的熱噴涂技術(shù)導(dǎo)致涂層的功能性能較差。由于夾雜物、飛行中的氧化以及高溫下的重熔，熱處理過程可能會受到影響，從而導(dǎo)致由于相互連接的孔隙而導(dǎo)致早期腐蝕惡化。冷噴涂可產(chǎn)生更接近母材性能的有效涂層。研究表明，碳化鎢等耐腐蝕和耐磨材料可以冷噴涂在各種材料表面上。

冷噴涂產(chǎn)生的涂層具有孔隙率極低和硬度更高的優(yōu)點與熱噴涂相比。它們確保顆粒具有更強的基材附著力和內(nèi)聚力，從而形成更硬的表面。在提供腐蝕保護和耐磨性方面，相對較薄的冷噴涂層與較厚的熱噴涂層一樣有效。此外，這種新方法對于原位工作和修復(fù)以及維護非常方便。這種方法已被嘗試用于鎂和鋁合金等敏感材料的腐蝕保護和修復(fù)。硬鉻沉積工藝現(xiàn)在正被WC-Co粉末的冷噴涂所取代。由于美學(xué)優(yōu)勢，冷噴涂在建筑應(yīng)用中具有很高的潛力。它也有醫(yī)療應(yīng)用。

鋁合金冷噴涂在石化和石油和天然氣工業(yè)中作為防腐涂層具有潛在的應(yīng)用。鈦、鈮和鎳合金也可用作防腐冷噴涂。防腐鋁錫合金涂層可涂在汽車和航空航天領(lǐng)域的無鉛軸承和部件上。美國軍方嘗試了以下冷噴：

• 鋼和鋁基材上的鎳涂層

• 鋁上鉭

• 軍用掩體門框鋁鋅銅錫

• 高海拔電磁干擾屏蔽（其他工藝不太可能）

• 用于屏蔽電子信號的逃逸

• 用無孔鋁復(fù)合材料涂層密封接頭

• 用于彈藥箱的耐磨涂層

• 用于恢復(fù)桅桿支架

• 用于武器系統(tǒng)

• 用于變速箱外殼

• 用于直升機環(huán)林維修

冷噴涂工藝導(dǎo)致涂層中更高的布氏硬度和更低的氧含量。它可以通過簡單的排列形成復(fù)雜的幾何形狀。

聚合物涂料中的納米顆粒

納米技術(shù)現(xiàn)在正在幫助涂料行業(yè)生產(chǎn)更有效的環(huán)保產(chǎn)品。在樹脂中添加納米顆粒有助于顯著提高耐腐蝕性。與傳統(tǒng)顏料相比，這些額外的納米顆粒在涂層表面的更大表面活性有助于吸收更多的樹脂。粘土作為納米顆粒顯著增強了基材的腐蝕保護。

分散在環(huán)氧樹脂體系基質(zhì)中的二氧化鈦 (TiO?2?)納米顆?？蓽p少腐蝕磨損和摩擦滑動和滾動磨損。然而，在許多情況下，需要穩(wěn)定劑來提高相容性并減少與配方中其他成分的化學(xué)反應(yīng)。（在文章3關(guān)于二氧化鈦腐蝕預(yù)防的真相中了解更多關(guān)于使用二氧化鈦的信息。）

納米填料還可以改善：

• 耐刮擦

• 熱穩(wěn)定性

• 抗輻射性

• 防止磨損變質(zhì)

由于它們的低滲透性，它們還可以減少水分的進入。

納米粒子涂料應(yīng)用

具有分散在其中的粘土納米粒子的聚合物涂層，當(dāng)應(yīng)用于冷軋鋼表面時，提供比任何普通環(huán)氧樹脂涂層更有效的耐腐蝕性。這些納米粒子分散涂層在橋梁和其他室外結(jié)構(gòu)上的成功現(xiàn)場試驗通常暴露在惡劣的工作環(huán)境中。

具有埃洛石粘土、鋅、SiO 2和Fe 2 O 3納米粒子的單獨分散體的環(huán)氧涂層在室溫固化的鋼表面上成功地進行了試驗。對涂層測試項目進行鹽溶液浸泡測試。這些納米粒子對涂層鋼表面的腐蝕保護的有益作用已得到明確證實。更好的涂層微觀結(jié)構(gòu)改善了涂層的機械性能以及耐腐蝕性。

氧化鋅納米顆粒已被用于汽車工業(yè)的涂料中。這種氧化鋅納米粒子的分散體可以吸收紫外線并阻止其在內(nèi)層發(fā)生反應(yīng)，從而保護涂層并提高保護壽命。對于汽車涂料生產(chǎn)商而言，這降低了維修和維修成本。

涂層暴露在紫外線下會被氧化，最終導(dǎo)致剝落，削弱保護屏障。在氣候條件變化和暴露于腐蝕性物質(zhì)的過程中，涂層無法提供穩(wěn)定的保護。氧化鋅納米粒子可快速吸收紫外線并保護涂層免于變質(zhì)。

涂料生產(chǎn)商已開始技術(shù)合作，以開發(fā)和部署用于防腐涂料應(yīng)用的納米技術(shù)。由于這種合作，已經(jīng)開發(fā)出用于鋼的基于二氧化硅的無鋅薄膜卷材涂層。

已開發(fā)出供飛機制造商使用的基于氧化鈰的涂層。鈰基涂層在用于制造飛機的鋁合金上表現(xiàn)出良好的粘附強度。氫氧化鈰和氧化鈰相采用常規(guī)的表面處理方法沉積，取代了部分地區(qū)受法規(guī)限制的傳統(tǒng)鉻酸鹽涂層。

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