有机硅涂层对316不锈钢的防护_邵芳

第23卷第9期2006年9月

机　械　设　计

JOURNALOFMACHINEDESIGN

3

Vol.23　No.9

Sep.　2006

有机硅涂层对316不锈钢的防护

邵芳1,李法庆1,李方义2

(1.滨州职业学院工业工程系,山东滨州　256624;2.山东大学机械工程学院,山东济南　250061)

)盐和水蒸气综合作用下的腐蚀行为及添加Al粉和Ti粉的有机硅涂层对不摘要:研究了316不锈钢在高温(400℃

锈钢的防护作用。结果表明,316不锈钢裸样发生了较为严重的腐蚀。刷涂了有机硅涂层的316不锈钢在相同的条件下没有发生腐蚀,涂层对316不锈钢具有优异的防护作用,讨论了有机硅涂层的防护机理。

关键词:316不锈钢;有机硅中图分类号:TQ630　　文献标识码:A　　文章编号:1001-2354(2006)09-0061-02

　　有机硅是第一个获得广泛应用的元素有机高分子化合物,

因其独特的化学结构而具有优异的机械性能,广泛应用于国民经济的各个领域,在涂料工业中亦占有相当重要的地位。有机硅涂料是以有机硅聚合物或有机硅改性聚合物为主要成膜物质的涂料,它具有优良的耐热耐寒、电绝缘、耐电晕、耐辐射、耐潮湿、耐沾污及耐化学腐蚀等性能,了有机硅涂层对316不锈钢的防护作用。

研究表明,2或2SO4

-NaCl、Kofstad综述了水蒸。采用有机涂层来防护高温、盐和水蒸气综合作用下金属材料的腐蚀未见报道。针对316不锈钢构件在高温、高盐分海洋条件下的腐蚀问题,模拟实际工作环境,研究了316不锈钢在中温、盐和水蒸气综合作用下的腐蚀行为及有机硅涂层的防护作用。

2　2.11级,表明涂层与金属结合良2.2　腐蚀动力学

图1示出316不锈钢裸样及刷涂了有机硅涂层的不锈钢在400℃盐和水蒸气综合作用下的腐蚀动力学曲线。可见,316不锈钢裸样腐蚀增重较快。在相同的条件下,刷涂有机硅涂层的316不锈钢没有增重,反而连续失重,这是由于有机成分在高温下部分分解挥发造成的。腐蚀动力学曲线最后趋于平稳,涂层的成分基本保持不变

。

1　实验方法

实验用材料为厚度2mm的316不锈钢板,切割成10mm×20mm的试样后,用耐水砂纸打磨至800#。涂层为添加了Al粉及Ti粉的有机硅涂层,Al粉及Ti粉为2μm和70nm的球形颗粒,添加量分别为2.5%(mass%)。有机硅树脂连同Al粉和Ti粉在MiniZeta循环砂磨机上充分研磨后刷涂于316不锈钢表面,经聚氨酯改性的有机硅树脂室温固化24h后待用。采用GB/T1720-1979测定涂层与基体金属的附着力。

固态NaCl和水蒸气协同作用的腐蚀动力学实验在高温热天平中以连续称重方式进行。固态NaCl的预沉积量约为4mg/cm2。试验时,以普通氧气为载体,经水蒸气发生器将水蒸气带入实验炉内。水蒸气的体积分数可用发生器的温度来调节,水蒸气发生器温度恒定在60℃,炉内水蒸气的体积分数约为20%。从天平上部通入普通氮气进行逆流保护以防止水蒸气凝结在悬挂试样的悬丝上。实验中载气和保护气的流量分别控制在60ml/min和400ml/min。当进行实验时,在炉子升温前,先打开载气、保护气并加热水蒸气发生器,将试样悬于天平悬丝上,对天平进行配平,然后将试样从炉内取出,待炉子升到预定温度后,将试样快速悬于天平悬丝上并开始记录试样质量变化。实验后的样品经SEM/EDX,XRD分析,以研究表面形貌及组成。

3收稿日期:2006-05-20;修订日期:2006-07-18

图1　316不锈钢裸样及刷涂了有机硅涂层的不锈钢

在400℃时的腐蚀动力学曲线

2.3　腐蚀形貌

316不锈钢腐蚀后的表面形貌显示在400℃,316不锈钢腐蚀严重,腐蚀产物疏松,部分已经脱落。XRD分析表明,此时腐蚀产物为Fe2O3和Cr2O3(图2a)。而刷涂了有机硅涂层的316不锈钢,涂层没有破坏,仍然完整覆盖了316不锈钢的表面。EDX能谱分析显示表明,表面膜主要含有Si,O,Al,Ti4种元素,而未检测到Fe,Cr等元素,表明涂层完整,基体金属未发生腐蚀。XRD分析显示,表面膜主要由SiO2,TiO2和Al2O3构成(图2b)。

316不锈钢腐蚀后的截面形貌显示腐蚀产物覆盖在316不锈钢裸样的表面,腐蚀产物疏松,具有明显的层状结构;而刷涂有机硅涂层的316不锈钢,涂层保持完好,不锈钢基体没有受到腐蚀破坏。

作者简介:邵芳(1973-),女,山东滨州人,副教授,在读博士,主要从事机械制造、金属材料以及环境工程方面的研究,发表论文20余篇,其中

核心期刊6篇,获市科技进步奖十余项。

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发生氧化反应,分别形成TiO2和Al2O3。

Ti+O2=TiO24Al+3O2=2Al2O3

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(10)

(11)

这样,有机硅分解后形成的SiO2充当粘合剂的作用,把TiO2和Al2O3牢固地粘附在不锈钢的表面,形成了一种新的类似于无机物的涂层。对于有涂层的316不锈钢来说,氧、水

(6)和(9)反蒸气和NaCl不与基体金属直接接触,上述式(1)、

应式不能顺利进行,进而其他反应也受到抑制,因此腐蚀反应得到有效控制。另外,由于有机涂层的存在,金属离子向外扩散也受到抑制,这对316不锈钢起到有效防护。

(a)316不锈钢裸样

3　结论

(1)在400℃蚀严重,。

(2)SiO2,TiO2及Al粉氧化产物Al2O3共同构,对不锈钢具有优异的防护作用。

参考文献

(b)图2　D分析

[1]　周琳宁.有机硅聚合物导论[M].北京:科学出版社,2000,4.

[2]　范卫娟.亲水性性层状硅酸盐/热塑性聚氨酯纳米复合材料的形

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性研究[J].表面技术,2006,35(1):17-19.[4]　孙幼红,马美华,薛蒙伟.一种有机硅可剥离涂料的研制.材料保

护,2006,39(3):49-51.[5]　幸松民,王一璐.有机硅合成工艺及产品应用[M].北京:化学工

业出版社,2000,7.

2.4　讨论

316不锈钢在中温、盐和水蒸气综合作用下腐蚀严重,但刷涂有机硅涂层后,腐蚀受到良好的抑制,表明有机硅涂层起到了保护作用。在盐和水蒸气综合作用下,不锈钢发生了以下腐蚀过程。

2Fe+3H2O+

O2=2Fe(OH)32

(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)

然后Fe(OH)3快速分解为Fe2O3。

2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O

2NaCl+Fe2O3+H2O=Na2Fe2O4+2HClFe+2HCl=FeCl2+2H22FeCl2+2Cr+

O2+2H2O=Fe2O3+4HCl2

O2=Cr2O322NaCl+Cr2O3+H2O+O2=Na2CrO4+2HCl

24Cr+3HCl=CrCl3+

H22

2Cr+3H2O=Cr2O3+6HCl

在高温下有机硅涂层中的有机成分会发生分解而挥发,有机硅涂层中的Si2O键能远大于C2O,C2H,C2C和C2Si键能,其他的键都会断裂,最后全部转化为SiO2,这是一种在高温下很稳定的物质。有机硅涂层中的另外两种有效添加剂Al粉和Ti粉对提高涂层的耐热、防腐性能具有重要作用。事实上,不锈钢表面只涂敷有机硅清漆时,在实验开始阶段涂层即发生起泡剥落而失去了防护作用。涂层中的Ti粉和Al粉在高温下会

Protectionoforganicsiliconcoatingon316stainlesssteelSHAOFang1,LIFa2qing1,LIFang2yi2

(1.DepartmentofIndustrialEngineering,BinzhouVoca2tionalCollege,Binzhou256624,China;2.SchoolofMechani2calEngineering,ShandongUniversity,Jinan250061,China)

Abstract:Corrosionbehavioronthe316stainlesssteelun2

)saltandderthesyntheticeffectsofhightemperature(400℃

watervaporandtheprotectioneffectofaddingorganicsiliconcoatingwithAlpowderandTipowderwerestudied.Theresultshowsthatthereoccurredratherseriouscorrosioninthenakeds …… 此处隐藏：2501字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……