本發(fā)明屬于金屬腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域，涉及一種涂層及其制備方法和應(yīng)用工藝，特別是涉及一種鋼鐵防腐蝕涂層及其制備方法和應(yīng)用工藝。

背景技術(shù)：

金屬材料的應(yīng)用是時(shí)代的顯著標(biāo)志，其與人類文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步密切相關(guān)?，F(xiàn)代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。鋼鐵金屬材料由于價(jià)格低廉，機(jī)械性能優(yōu)異而被廣泛使用，然而，鋼鐵工件在使用的過(guò)程中均存在較多缺陷，如：易被氧化，易被腐蝕。針對(duì)上述缺陷，目前普遍采取的是“表面保護(hù)方法”，包括：涂裝防護(hù)、電鍍層防護(hù)和緩蝕劑防護(hù)。但在現(xiàn)有的電鍍層防護(hù)技術(shù)，普遍存在質(zhì)量較差、金屬密度不足、較多氣孔，并且鍍層不牢靠，使得產(chǎn)品的質(zhì)量較差。緩蝕劑防護(hù)工藝的前處理工序繁瑣，工藝耗能大，效率低，污染嚴(yán)重。而現(xiàn)有技術(shù)中，涂裝防護(hù)所得到的薄膜附著力往往不是很理想，同時(shí)薄膜的致密性不穩(wěn)定，因此也存在值得改善之處。

涂料，作為涂層的主要成分，在鋼鐵工件涂裝防護(hù)施工中起著至關(guān)重要的作用，其性能的好壞直接影響著被涂鋼材保護(hù)效果和使用壽命。除此以外，選擇合適的金屬表面前處理和涂裝工藝與選擇的涂料相匹配，是保證高性能防腐涂料發(fā)揮最佳保護(hù)性能的前提。

因此，有必要尋求更為有效的方法，研究開(kāi)發(fā)出防腐性能優(yōu)異，鋼鐵工件表面前處理和涂裝工藝簡(jiǎn)單的鋼鐵防腐涂層。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種鋼鐵防腐蝕涂層及其制備方法和應(yīng)用工藝，該防腐涂層的防腐性能優(yōu)異，防腐蝕施工時(shí)，金屬表面前處理和涂裝工藝簡(jiǎn)單。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種鋼鐵防腐蝕涂層，是由如下重量百分?jǐn)?shù)的原料制備而成的：

水性樹(shù)脂 40-60％，

消泡劑 2-5％，

葡萄糖酸胺 4-6％，

其余為去離子水；

其中，所述水性樹(shù)脂的制備方法，是通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)的：

(1)共聚物的制備

將丙烯酸、丙烯腈、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基吡啶和偶氮類引發(fā)劑混合均勻后加入溶劑，于22-27℃的惰性氣氛中連續(xù)攪拌反應(yīng)4-8h后得到粗產(chǎn)物A，將粗產(chǎn)物A在丙酮中沉降，然后用氯仿洗滌5-7次，在真空58-62℃下干燥12-24h，得到共聚物；

其中，所述溶劑選自二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺中的一種；

所述偶氮類引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或偶氮二異庚腈；

(2)共聚物的磺化：

將一定量的步驟(1)中制備得到的共聚物溶于二甲亞砜中配成溶液，然后依次加入四丁基溴化銨、氫氧化鈉和1，4-丁磺酸內(nèi)酯，再在惰性氣氛、室溫條件下攪拌5-8h得到產(chǎn)物B，將產(chǎn)物B過(guò)濾后所得的濾餅用丙酮和乙醇交替洗滌5-7次后，在真空58-62℃下干燥12-24h，得到磺化后的共聚物；

(3)磷酸摻雜

將步驟(2)中得到的磺化后的共聚物在質(zhì)量濃度為50-70％的磷酸水溶液中浸泡30-40h后，再在去離子水中浸泡1-2h，然后在真空60℃下干燥12-24h，即得到水溶性樹(shù)脂。

作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，步驟(1)中，丙烯酸、丙烯腈、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基吡啶、偶氮類引發(fā)劑和溶劑的質(zhì)量比為：4∶1∶1∶1∶0.01∶(5-8)。

作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，步驟(2)中，共聚物、二甲亞砜、四丁基溴化銨、氫氧化鈉和1，4-丁磺酸內(nèi)酯的質(zhì)量比為：100∶(500-800)∶(4-5)∶(5-10)∶(150-200)。

優(yōu)選地，所述消泡劑選自磷酸三丁酯、德謙3100、BYK088中的一種或多 種。

本發(fā)明還公開(kāi)了所述鋼鐵防腐蝕涂層的一種優(yōu)選制備方法，是通過(guò)如下方法制備而成的：

將60-70％重量份消泡劑與50-60％重量份的去離子水混合攪拌均勻后，加入水溶性樹(shù)脂，然后用砂磨機(jī)將細(xì)度磨成5-20μm，再加入葡萄糖酸胺和剩余重量份的消泡劑，用轉(zhuǎn)速為1000-1500r/min的高速分散機(jī)分散40-50min，加入剩余重量份的去離子水，用150-250目濾布過(guò)濾，制得防腐涂層。

此外，本發(fā)明還公開(kāi)了所述防腐涂層的應(yīng)用工藝，包括如下步驟：

1)鋼鐵工件表面前處理：將鋼鐵工件表面進(jìn)行除油、清洗、超聲、干燥處理；

2)滲氮氟處理：將經(jīng)過(guò)步驟1)處理后的鋼鐵工件裝入密封的氣體軟氮化爐內(nèi)，將爐溫加熱至280-320℃，通入疊氮化氟，再將爐溫升至580-600℃，保溫3-4h，然后關(guān)閉氣體，通入氮?dú)?，進(jìn)行冷卻降溫至500℃，出爐；

3)涂覆底涂層：將滲氮氟處理后的鋼鐵工件預(yù)熱至100-120℃，再采用電弧噴涂技術(shù)向鋼鐵工件表面噴涂制備得到的防腐涂層；

4)烘干：經(jīng)步驟3)后得到的鋼鐵工件利用100-120℃熱風(fēng)進(jìn)行烘干；

5)涂覆面涂層：將經(jīng)步驟4)后得到的鋼鐵工件預(yù)熱至100-120℃，再采用電弧噴涂技術(shù)向鋼鐵工件表面噴涂制備得到的防腐涂層；

6)烘干：經(jīng)步驟5)后得到的鋼鐵工件利用100-120℃熱風(fēng)進(jìn)行烘干。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)的鋼鐵防腐蝕涂層，制備方法和應(yīng)用工藝簡(jiǎn)單、原料易得、容易操作、對(duì)設(shè)備的要求不高，成本低廉；

(2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的鋼鐵防腐蝕涂層，樹(shù)脂上吸附的和樹(shù)脂上的磷酸鹽水解得到的磷酸，具有在一定程度上轉(zhuǎn)化鐵銹的能力，能把鐵銹轉(zhuǎn)化成具有防腐性能的鋼鐵保護(hù)膜，也可以與鐵反應(yīng)生成磷化膜；

(3)本發(fā)明設(shè)計(jì)的鋼鐵防腐蝕涂層，具有良好的滲透性，它能滲透到鐵銹與轉(zhuǎn)化物的各細(xì)小空隙中，以加強(qiáng)它們的附著力；樹(shù)脂分子上的硅氧烷基團(tuán)能增強(qiáng)涂層與鋼鐵工件的附著力，丙烯腈加入共聚物單體，能增強(qiáng)樹(shù)脂成膜性及機(jī)械性能；樹(shù)脂分子主鏈為-C-C-鏈的共價(jià)鍵，具有良好的耐酸、堿與耐潮濕性 能；

(4)本發(fā)明設(shè)計(jì)的鋼鐵防腐蝕涂層，在配方中加入了葡萄糖酸胺，一方面可以提高涂層的成膜性；另一方面，葡萄糖酸根和銨根在鋼鐵工件表面吸附，通過(guò)螯合作用在鋼鐵工件表面形成致密的吸附膜，能進(jìn)一步提高涂層抗腐蝕性；

(5)本發(fā)明設(shè)計(jì)的鋼鐵防腐蝕涂層的應(yīng)用工藝，在涂覆涂層前，不需要除銹，工藝簡(jiǎn)便，通過(guò)滲氮氟處理工藝，能實(shí)現(xiàn)N-F共滲，改善鋼鐵工件的耐磨性、抗疲勞能力和抗腐蝕性。

具體實(shí)施方式

以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實(shí)施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見(jiàn)的變型。

本發(fā)明下述實(shí)施例中所使用的原料來(lái)自于上海泉昕進(jìn)出口貿(mào)易有限公司。

本發(fā)明實(shí)施例防腐涂層致密性、防銹性、防腐蝕性測(cè)試參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15519-2002。附著力測(cè)試按參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的劃格試驗(yàn)》。

實(shí)施例1

一種鋼鐵防腐蝕涂層，按質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分組成：水性樹(shù)脂40％，消泡劑磷酸三丁酯2％，葡萄糖酸胺4％，其余為去離子水。

所述水性樹(shù)脂的制備方法，包括以下步驟：

1)共聚物的制備：將400g丙烯酸、100g丙烯腈、100g乙烯基三甲氧基硅烷、100g乙烯基吡啶和1g偶氮二異丁腈混合置于燒瓶中，加入二甲亞砜500g，于25℃室溫下氮?dú)夥諊羞B續(xù)攪拌反應(yīng)4h后得到的粗產(chǎn)物在丙酮中沉降，然后用氯仿洗滌5次后在真空60℃下干燥12h，得到共聚物；

2)共聚物的磺化：將100g步驟1)中制備得到的共聚物溶于500g二甲亞砜中配成溶液，并置于燒瓶中，然后依次加入4g四丁基溴化銨、5g氫氧化鈉和150g的1，4-丁磺酸內(nèi)酯形成混合物，以上混合物在氮?dú)夥諊覝叵聰嚢?h得到產(chǎn)物，將產(chǎn)物過(guò)濾后得到的濾餅，依次用丙酮和乙醇交替洗滌5次后在真空60℃下干燥12h，得到磺化后的共聚物；

3)磷酸摻雜：將步驟2)中得到的磺化后的共聚物浸泡在50％的磷酸水溶 液中40h后，再在去離子水中浸泡2h，然后在真空60℃下干燥15h即可得到水溶性樹(shù)脂。

一種鋼鐵防腐蝕涂層的制備方法：將60％重量份的消泡劑與50％重量份的去離子水混合攪拌均勻后，加入水溶性樹(shù)脂，然后用砂磨機(jī)將細(xì)度磨成10-20μm，再加入葡萄糖酸胺和剩余重量份的消泡劑，用轉(zhuǎn)速為1000r/min的高速分散機(jī)分散40min，加入剩余重量份的去離子水，用200目濾布過(guò)濾，制得防腐涂層。

一種鋼鐵防腐蝕涂層的應(yīng)用工藝，包括如下步驟：

1)鋼鐵工件表面前處理：將鋼鐵工件表面進(jìn)行除油、清洗、超聲、干燥處理；

2)滲氮氟處理：將經(jīng)過(guò)步驟1)處理后的鋼鐵工件裝入密封的氣體軟氮化爐內(nèi)，將爐溫加熱至280℃，通入疊氮化氟，再將爐溫升至580℃，保溫3h，然后關(guān)閉氣體，通入氮?dú)?，進(jìn)行冷卻降溫至500℃，出爐；

3)涂覆底涂層：將滲氮氟處理后的鋼鐵工件預(yù)熱至100℃，再采用電弧噴涂技術(shù)向鋼鐵工件表面噴涂制備得到的防腐涂層；

4)烘干：經(jīng)步驟3)后得到的鋼鐵工件利用100℃℃熱風(fēng)進(jìn)行烘干；

5)涂覆面涂層：將經(jīng)步驟4)后得到的鋼鐵工件預(yù)熱至100℃，再采用電弧噴涂技術(shù)向鋼鐵工件表面噴涂制備得到的防腐涂層；

6)烘干：經(jīng)步驟5)后得到的鋼鐵工件利用100℃熱風(fēng)進(jìn)行烘干。

實(shí)施例2

一種鋼鐵防腐蝕涂層，按質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分組成：水性樹(shù)脂45％，消泡劑德謙31003％，葡萄糖酸胺4.5％，其余為去離子水。

所述水性樹(shù)脂的制備方法，包括以下步驟：

1)共聚物的制備：將400g丙烯酸、100g丙烯腈、100g乙烯基三甲氧基硅烷、100g乙烯基吡啶和偶氮二異庚腈1g混合置于燒瓶中，加入600gN-甲基吡咯烷酮，于25℃室溫下氦氣氛圍中連續(xù)攪拌反應(yīng)5h，反應(yīng)結(jié)束后，將粗產(chǎn)物在丙酮中沉降，后用氯仿洗滌6次后在真空62℃下干燥18h，得到共聚物；

2)共聚物的磺化：將100g步驟1)中制備得到的共聚物溶于二甲亞砜600g中配成溶液，并置于燒瓶中，后加入四丁基溴化銨4.5g，氫氧化鈉7g和1，4-丁磺酸內(nèi)酯170g形成混合物，以上混合物在氦氣氛圍室溫下攪拌6h，反應(yīng)結(jié)束后， 產(chǎn)物通過(guò)過(guò)濾，依次用丙酮和乙醇交替洗滌6次后在真空62℃下干燥18h，得到磺化后的共聚物；

3)磷酸摻雜：將步驟2)中得到的磺化后的共聚物浸泡在60％的磷酸水溶液中35h后，再在去離子水中浸泡1h，然后在真空60℃下干燥20h即可得到水溶性樹(shù)脂；

一種鋼鐵防腐蝕涂層的制備方法：將65％重量份的消泡劑與55％重量份的去離子水混合攪拌均勻后，加入水溶性樹(shù)脂，然后用砂磨機(jī)將細(xì)度磨成5-20μm，再加入葡萄糖酸胺和剩余重量份的消泡劑，用轉(zhuǎn)速為1200r/min的高速分散機(jī)分散45min，加入剩余重量份的去離子水，用220目濾布過(guò)濾，制得防腐涂層。

一種鋼鐵防腐蝕涂層的應(yīng)用工藝，包括如下步驟：

1)鋼鐵工件表面前處理：將鋼鐵工件表面進(jìn)行除油、清洗、超聲、干燥處理；

2)滲氮氟處理：將經(jīng)過(guò)步驟1)處理后的鋼鐵工件裝入密封的氣體軟氮化爐內(nèi)，將爐溫加熱至300℃，通入疊氮化氟，再將爐溫升至590℃，保溫3h，然后關(guān)閉氣體，通入氮?dú)?，進(jìn)行冷卻降溫至500℃，出爐；

3)涂覆底涂層：將滲氮氟處理后的鋼鐵工件預(yù)熱至110℃，再采用電弧噴涂技術(shù)向鋼鐵工件表面噴涂制備得到的防腐涂層；

4)烘干：經(jīng)步驟3)后得到的鋼鐵工件利用110℃熱風(fēng)進(jìn)行烘干；

5)涂覆面涂層：將經(jīng)步驟4)后得到的鋼鐵工件預(yù)熱至100℃，再采用電弧噴涂技術(shù)向鋼鐵工件表面噴涂制備得到的防腐涂層；

6)烘干：經(jīng)步驟5)后得到的鋼鐵工件利用120℃熱風(fēng)進(jìn)行烘干。

實(shí)施例3

一種鋼鐵防腐蝕涂層，按質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分組成：水性樹(shù)脂50％，消泡劑BYK088 4％，葡萄糖酸胺5％，其余為去離子水。

所述水性樹(shù)脂的制備方法，包括以下步驟：

1)共聚物的制備：將400g丙烯酸、100g丙烯腈、100g乙烯基三甲氧基硅烷、100g乙烯基吡啶和偶氮二異丁腈1g混合置于燒瓶中，加入N，N-二甲基甲酰胺700g，于25℃室溫下氬氣氛圍中連續(xù)攪拌反應(yīng)7h，反應(yīng)結(jié)束后，將粗產(chǎn)物在丙酮中沉降，后用氯仿洗滌7次后在真空58℃下干燥22h，得到共聚物；

2)共聚物的磺化：將100g步驟1)中制備得到的共聚物溶于二甲亞砜700g中配成溶液，并置于燒瓶中，然后依次加入四丁基溴化銨5g，氫氧化鈉7g和1，4-丁磺酸內(nèi)酯190g形成混合物，以上混合物在氬氣氛圍室溫下攪拌8h，反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物通過(guò)過(guò)濾，依次用丙酮和乙醇交替洗滌7次后在真空58℃下干燥24h，得到磺化后的共聚物；

3)磷酸摻雜：將步驟2)中得到的磺化后的共聚物浸泡在65％的磷酸水溶液中37h后，再在去離子水中浸泡2h，然后在真空60℃下干燥15h即可得到水溶性樹(shù)脂。

一種鋼鐵防腐蝕涂層的制備方法：將66％重量份的消泡劑與58％重量份的去離子水混合攪拌均勻后，加入水溶性樹(shù)脂，然后用砂磨機(jī)將細(xì)度磨成5-10μm，再加入葡萄糖酸胺和剩余重量份的消泡劑，用轉(zhuǎn)速為1400r/min的高速分散機(jī)分散46min，加入剩余重量份的去離子水，用250目濾布過(guò)濾，制得防腐涂層。

一種鋼鐵防腐蝕涂層的應(yīng)用工藝，包括如下步驟：

1)鋼鐵工件表面前處理：將鋼鐵工件表面進(jìn)行除油、清洗、超聲、干燥處理；

2)滲氮氟處理：將經(jīng)過(guò)步驟1)處理后的鋼鐵工件裝入密封的氣體軟氮化爐內(nèi)，將爐溫加熱至300℃，通入疊氮化氟，再將爐溫升至585℃，保溫3.5h，然后關(guān)閉氣體，通入氮?dú)猓M(jìn)行冷卻降溫至500℃，出爐；

3)涂覆底涂層：將滲氮氟處理后的鋼鐵工件預(yù)熱至100℃，再采用電弧噴涂技術(shù)向鋼鐵工件表面噴涂制備得到的防腐涂層；

4)烘干：經(jīng)步驟3)后得到的鋼鐵工件利用110℃熱風(fēng)進(jìn)行烘干；

5)涂覆面涂層：將經(jīng)步驟4)后得到的鋼鐵工件預(yù)熱至115℃，再采用電弧噴涂技術(shù)向鋼鐵工件表面噴涂制備得到的防腐涂層；

6)烘干：經(jīng)步驟5)后得到的鋼鐵工件利用120℃熱風(fēng)進(jìn)行烘干。

實(shí)施例4

一種鋼鐵防腐蝕涂層，按質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分組成：水性樹(shù)脂60％，消泡劑磷酸三丁酯5％，葡萄糖酸胺6％，其余為去離子水。

所述水性樹(shù)脂的制備方法，包括以下步驟：

1)共聚物的制備：將400g丙烯酸、100g丙烯腈、100g乙烯基三甲氧基硅 烷、100g乙烯基吡啶和偶氮二異庚腈1g混合置于燒瓶中，加入二甲亞砜800g，于25℃室溫下氮?dú)夥諊羞B續(xù)攪拌反應(yīng)8h，反應(yīng)結(jié)束后，將粗產(chǎn)物在丙酮中沉降，后用氯仿洗滌7次后在真空61℃下干燥24h，得到共聚物；

2)共聚物的磺化：將100g步驟1)中制備得到的共聚物溶于二甲亞砜800g中配成溶液，并置于燒瓶中，然后依次加入四丁基溴化銨5g，氫氧化鈉10g和1，4-丁磺酸內(nèi)酯200g，以上混合物在氮?dú)夥諊覝叵聰嚢?h，反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物通過(guò)過(guò)濾，先后用丙酮和乙醇分別洗滌7次后在真空59℃下干燥14h，得到磺化后的共聚物；

3)磷酸摻雜：將步驟2)中得到的磺化后的共聚物浸泡在70％的磷酸水溶液中40h后，再在去離子水中浸泡2h，然后在真空60℃下干燥24h即可得到水溶性樹(shù)脂。

一種鋼鐵防腐蝕涂層的制備方法：將70％重量份的消泡劑與60％重量份的去離子水混合攪拌均勻后，加入水溶性樹(shù)脂，然后用砂磨機(jī)將細(xì)度磨成15-20μm，再加入葡萄糖酸胺和剩余重量份的消泡劑，用轉(zhuǎn)速為1500r/min的高速分散機(jī)分散50min，加入剩余重量份的水，用150目濾布過(guò)濾，制得防腐涂層。

一種鋼鐵防腐蝕涂層的應(yīng)用工藝，包括如下步驟：

1)鋼鐵工件表面前處理：將鋼鐵工件表面進(jìn)行除油、清洗、超聲、干燥處理；

2)滲氮氟處理：將經(jīng)過(guò)步驟1)處理后的鋼鐵工件裝入密封的氣體軟氮化爐內(nèi)，將爐溫加熱至320℃，通入疊氮化氟，再將爐溫升至600℃，保溫4h，然后關(guān)閉氣體，通入氮?dú)猓M(jìn)行冷卻降溫至500℃，出爐；

3)涂覆底涂層：將滲氮氟處理后的鋼鐵工件預(yù)熱至120℃，再采用電弧噴涂技術(shù)向鋼鐵工件表面噴涂制備得到的防腐涂層；

4)烘干：經(jīng)步驟3)后得到的鋼鐵工件利用120℃熱風(fēng)進(jìn)行烘干；

5)涂覆面涂層：將經(jīng)步驟4)后得到的鋼鐵工件預(yù)熱至120℃，再采用電弧噴涂技術(shù)向鋼鐵工件表面噴涂制備得到的防腐涂層；

6)烘干：經(jīng)步驟5)后得到的鋼鐵工件利用120℃熱風(fēng)進(jìn)行烘干。

經(jīng)測(cè)試，各實(shí)施例處理后的鋼鐵工件用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％硫酸銅溶液點(diǎn)滴保持15min，均無(wú)紅斑，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％氯化鈉溶液浸60min，均無(wú)銹斑。鋼鐵工件 用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％草酸溶液點(diǎn)滴保持15min，均無(wú)腐蝕斑點(diǎn)。且各實(shí)施例附著力等級(jí)均為0級(jí)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。