3·1·2反应温度和反应时间的确定
反应温度和反应时间对于无机合成反应来说至关重要。反应温度和反应时间的差异会造成基料的化学结构不同,乃至后来基料的性能不同。根据酸碱反应理论,氢氧化铝与磷酸在较低的温度下就已开始反应。随着温度的升高,反应速率增大。温度过高,则产物开始出现副产物,影响基料的强度;过低形成不了性能优异的磷酸二氢铝结构。根据文献[3]介绍分别进行了温度为110℃以下、110~120℃、120~140℃,反应时间为1h的合成试验。其结果是在110~120℃/1h条件下制得的磷酸盐基料的整体效果最为理想。
3·1·3缓蚀剂的影响
缓蚀剂是用来缓解基料对金属材料的腐蚀作用。缓蚀剂的正确选择是制备磷酸盐耐高温涂料的技术关键之一。由于磷酸盐本身的成膜性和涂料中存在的水溶性物质,对涂层的性能有一定的负面影响。考虑到金属Cr6+不仅具有良好的成膜性,还可以给涂料体系提供一定量的强氧化剂。因此选择CrO3做体系的缓蚀剂,并采用磷酸二氢铝+水+CrO3合成具有一定链长的磷酸铝铬基料。
CrO3用量对涂层性能的影响见表3。
表3数据表明,用Cr6+与磷酸等配合可以钝化涂料中的金属,提高贮存稳定性;同时在固化过程中与不同的材料(涂料和底材中的不同金属材料,甚至是与聚合过程中的聚磷酸盐)发生反应形成大分子化合物,有利于涂层的形成,使多孔的材料致密。同时可利用铬的憎水性来进一步弥补磷酸盐涂料的耐水性不足。但过多的加入CrO3,涂料会因金属材料过度的钝化,导致无法发生化学反应而影响涂层成膜性。
3·2反应性颜料及功能性颜料的影响
反应性颜料在磷酸盐涂料中占有重要的地位,它既能起到一定的固化剂作用,降低烘烤温度,又能起到稳定剂的作用。常用的反应性颜料有铬酸盐、磷酸盐以及硼酸盐等类型。不同类型的反应性颜料,在涂料中所起的作用不同。铬酸盐是通过形成钝化层来阻止金属腐蚀的,因此具有良好的前期防腐蚀性能,但后期防腐性能不理想。为了弥补铬酸盐的这一缺陷,在试验中引入了磷酸锌。根据磷酸锌防锈机理[4]可知,磷酸锌是通过在涂层内部缓慢离解为磷酸离子、缩合磷酸离子后,一方面象铬酸盐一样使金属钝化,另一方面在金属表面和涂层间构成复杂的络合物,而具有良好的后期防腐蚀性。无机磷酸盐涂料在固化过程中不仅会因化学作用而引起体积的收缩,还会因基料与金属底材的热膨胀系数不同而产生收缩。这两种收缩均会在涂层中产生内应力,造成应力集中,以至于引起涂层开裂。功能性颜填料可以调节固化过程中的收缩率,降低涂料与底材间热膨胀系数的差异。因此可明显提高涂层的附着力,尤其是高温时的强度。为了降低涂层的收缩率、减少线性膨胀系数,实验选择如鳞片状的云母粉、滑石粉来达到提高基料的强度和韧性,改善涂层的抗热震性能[5]。
3·3金属粉末材料的影响
无机涂料的热膨胀系数比基材金属小,受到热冲击时涂膜容易剥离。为使涂料的热膨胀系数与金属进一步接近,作为对策可加入少量的金属粉,来达到提高附着力和防腐耐高温性能。由于磷酸盐涂料的固化温度在500℃,因此采用铝粉较为适宜,但是超过650℃就没有效果了。为了满足涂料更高温度的使用要求,试验根据阶梯设计原则,还引入Ni、Cu、不锈钢粉等不同熔点的金属粉末,以在不同温度下形成熔融的涂层,来满足涂料耐850℃以上不同温度段的高温及防腐性能的要求。
4·结语
采用具有一定链长的聚磷酸与氢氧化铝在110~120℃温度下反应1h,生成具有一定聚合度的的磷酸二氢铝。添加5·2%的CrO3不仅可起到缓蚀剂的作用,同时还有利于涂层的形成;采用两种反应性颜料,不仅对金属材料起到了一定的缓蚀作用,发挥两者的协同作用,可有效地提高涂料防腐蚀性能;通过添加多种无机功能颜填料,有效的调整了涂料固化过程中的收缩率,降低了涂料与金属底材热膨胀系数的差异,不但提高了涂层的附着力,还改善抗热震性能。添加不同熔点的金属粉末,不仅可以进一步降低了涂料与金属底材热膨胀系数的差异,同时也满足涂料耐850℃以上不同温度段的高温及防腐性能的要求。
