专利名称：一种热喷涂用免喷砂防腐复合涂层及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属防腐技术领域，特别涉及一种热喷涂用免喷砂防腐复合涂层，还涉及所述复合涂层的制备工艺。
背景技术：
据统计，全世界每年因腐蚀生锈的金属约为年产量的20%以上，由此带来的经济损失约10 000亿美元。我国每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的4%，超过了火灾、 风灾和地震造成损失的总和，至少达200亿元。金属腐蚀采用的有效的防护措施有热喷涂、 涂料涂覆和热镀锌等。热喷涂具有施工工艺设备简单、施工周期短、防腐时间长等特点。近年来，热喷涂作为大面积长效防护技术得到了广泛应用。对于长期暴露在户外大气的钢铁结构件，采用喷涂铝、锌及其合金涂层，代替传统的刷油漆方法，实行阴极保护进行长效大气防腐，广泛的应用于军事、航天、机械和金属设施的防腐。热喷涂技术是表面工程技术的重要组成部分，在国内外已成为材料表面防护与强化的新技术之一，是材料表面处理的重要手段。它利用电弧、等离子弧或燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热熔化或软化形成熔滴，并以一定速度射向预处理过的基体表面，形成具有一定结合强度涂层的工艺方法。热喷涂技术作为一种长效防腐技术，其优良的防腐机理及防腐效果、简单的工艺流程以及优良的经济性能，是钢结构防腐的重要方法，被广泛应用于航天、海洋、机械、化工、冶金、地质、交通、建筑等工业部门，并获得迅猛的发展。铁锈是一种疏松的、多孔的、不断发展着(膨胀)的物质，如果不彻底除净在其上面做涂层，会导致涂层结合力不强，里面会继续腐蚀，锈层膨胀导致涂层起泡脱落，防腐效果很差。对于锈蚀严重锈层厚度在100 μ m以上，锈蚀时间长锈层致密的金属表面进行手工除锈无法达到要求，进行酸洗除锈成本高、环境污染严重，进行喷砂除锈效率低、能耗高、污染大。热喷涂的方法很多，其共同点是基材表面必须经过严格除锈、粗化处理，以提高涂层结合力。粗化的手段较好的工艺是喷砂，但喷砂工艺劳动强度大、粉尘污染严重、设备复杂、能耗大、基体喷砂后有残余应力。同时在一些特殊行业应用受到限制，如煤矿井下装备的防腐，喷砂难度大，冲击所产生的火星容易引起瓦斯爆炸。再者各种舰艇修造时，特别是船舱维修，尽管喷砂采用了可回收式设备，但仍有大量粉尘和砂粒漏出，容易造成对未出舱设备的污染和损害。其次是喷砂效果受压缩空气中油污水净化完全程度、海洋大气的高湿度、砂粒大小及形状、喷砂角度等很多因素影响，这些问题都严重制约着热喷涂技术在舰艇的使用。另外对于结构复杂无法喷砂的构件也阻碍了热喷涂技术的应用。因而研究一种免喷砂的前处理材料和热喷涂工艺，具有十分重要的经济效益和社会效益。《山东机械》2004年第5期中有一篇陈汝广与葛圣松的名称为《热喷涂用免喷砂涂料的研究》的文章，研究了用于免喷砂热喷涂的涂料配方及其工艺性能，但经过实际操作， 发现此涂料配方防腐时间比较短，防腐效果不理想。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供了一种防腐效果更好、各涂层间配套性好的一种热喷涂用免喷砂防腐复合涂层。本发明还提供了所述热喷涂用免喷砂防腐复合涂层的制备工艺。本发明是通过以下方式实现的
一种热喷涂用免喷砂防腐复合涂层，包括带锈底漆和免喷砂粗化层，
所述带锈底漆由带锈底漆甲组分与带锈底漆乙组分混合涂布得到，
所述带锈底漆甲组分由以下组分组成
改性环氧树脂30 40%，
中油度半干性醇酸树脂10-20%;
醚化度为4的高亚氨基化丁醚化三聚氰胺树脂 20-30%，
溶剂10-30%，
所述改性环氧树脂由以下组分组成分子量为500-600的双酚A型液体环氧树脂 43. 00%, 丁醇25. 00%,丙二醇甲醚醋酸酯14. 00%,磷酸18. 00% ； 所述溶剂为二甲苯与正丁醇重量比11的混合物； 所述带锈底漆乙组分由磷酸和亚铁氰化钾质量比10 1组成， 所述带锈底漆甲组分与带锈底漆乙组分重量比为10 6 ； 所述免喷砂粗化层由免喷砂粗化层甲组分、免喷砂粗化层乙组分和填料组成， 免喷砂粗化层甲组分由以下组分组成
磷铁粉10%，
三聚磷酸铝 . 5%，
云母粉3%，
环氧树脂66%， 丙二醇甲醚醋酸酯8%，
二甲苯5.5%;
所述免喷砂粗化层乙组分为胺值200 士 20、分子量600-1000的聚酰胺； 填料为粒度10(Γ180目的石英砂，
所述环氧树脂为分子量分别为700和900的双酚A型固体环氧树脂质量比为2 1混合溶解得到的固含为50%的环氧树脂液。所述免喷砂粗化层甲组分与免喷砂粗化层乙组分、填料的重量配比为100 30-40 27 ；
所述的热喷涂用免喷砂防腐复合涂层，还包括热喷涂层、封闭底漆和面漆。所述热喷涂层为&ι-15%Α1合金，封闭底漆为添加圹8%铝粉的环氧云铁封闭底漆。所述面漆为全氟碳面漆。对所述的环氧云铁封闭底漆与全氟碳面漆无特殊要求，市售的产品都可以满足本发明的应用。所述石英砂为在Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的1%水溶液中浸泡IOmin 后过滤烘干得到的。所述的热喷涂用免喷砂防腐复合涂层的制备工艺，带锈底漆甲组分与带锈底漆乙组分混合后，涂布在锈蚀的钢铁表面，常温干燥Mh，干膜厚度30 μ m,免喷砂粗化层甲组分、免喷砂粗化层乙组分和填料混合均勻喷涂在带锈底漆上，干膜厚度6(Γ100 μ m，填料可以部分突出裸露在漆膜表面，形成粗糙层。免喷砂粗化层喷涂施工采用重力式、垂直竖向多孔进料喷枪，喷嘴孔径3 5mm， 压缩空气的工作压力为0. 4-0. 8Mpa。所述热喷涂层涂布在免喷砂粗化层上，电弧喷涂参数为在固定喷涂角度为90°的条件下，电弧喷涂制备&1-15%Α1热喷涂层的最佳工艺参数电弧电压28 30V，送丝速度 4m/min,枪移动速度200 3000 mm/s,喷涂涂层厚度80 120 μ m。封闭底漆涂布在热喷涂层上，面漆涂布在封闭底漆上。带锈涂料是一种可直接涂刷于残余锈蚀钢铁表面的新型涂料。这种涂料能使残锈稳定钝化或转化，将活泼的铁锈转变成稳定无害的物质，从而达到既除锈又保护基体的双重目的。然而带锈涂料只能作为底漆使用，还远不能满足长效防腐的需要；热喷涂作为长效防腐却对基材锈层和粗糙度有较为严格的要求，如果把带锈涂料与热喷涂结合一起作为防腐不仅能免去基材繁杂的前处理，还能满足长效防腐的要求。带锈除锈的主要机理在于某些活性颜料或防锈颜料在转化剂的作用下会形成吸收稳定铁锈的氮碱离子基团，使活泼的铁锈失去活性达到配位络合，在涂装过程中，使漆膜充分渗透到钢铁表面的微孔中，把铁锈分隔并包围在漆浆里，成膜后通过缓慢的水解而相互反应，进一步形成难溶的杂多酸络合物。将有害的铁锈转化为有益的保护层，牢牢地附着在金属表面，以获得持久的缓蚀及防锈目的。根据带锈涂料对锈蚀产物所起作用不同一般分为三类，即稳定型、渗透型和转化型。本发明研制的是一种具有稳定、渗透和转化铁锈的综合型带锈底漆，该带锈底漆没有添加颜、填料，而是通过把锈面的铁锈成分转化或包覆为涂层的有效组分，起到转化锈层和外加颜料补强的作用。该带锈底漆不但能对基材表面的铁锈起到很好的转化包覆作用和较好的附着力，其本身也有一定的强度和耐水、耐盐水性， 而且对上层免喷砂粗化层有较好的配套性。本发明的有益效果
1、热喷涂新工艺改变了热喷涂的传统工艺，经过简单的人工去除浮锈，可以直接刷上涂料形成底涂，粗化层代替喷砂处理，在粗化层上直接喷涂金属层即可，无需喷砂除锈粗化，消除了喷砂高能耗和污染问题，大大降低了热喷涂技术的施工难度，省却了繁杂的预处理工艺，简化施工工序，降低施工难度和成本，保证防腐效果，大大降低由于热喷涂施工所造成的环境污染程度，使该项技术的应用范围更加广泛；
2、制备的热喷涂用免喷砂防腐复合涂层，先在带锈基材上施工带锈底漆，将锈层反应、 转化、稳定，施工难度小和无污染，然后再施工一免喷砂粗化层来满足热喷涂的需求，该粗化层具有达到热喷涂粗糙度Ra为2. 5^13 μ m的要求，同时避免了对设备的危害；
3、可以对复杂形状构件进行表面处理，提高了热喷涂应用的作业范围，有效降低了施工难度和施工成本，同时降低了劳动强度，减少了环境污染还可以大幅度提高热喷涂技术在舰艇修理防腐作业中的使用范围，以前因粉尘、砂粒影响而无法施工的舱室、因喷砂设备无法到达而不能进行预处理的舱室，今后都可以进行热喷涂防腐处理，从而使热喷涂技术在民用市场的已建设施和复杂构件上的防腐也有广阔的应用前景，因此，该项技术的研究， 具有巨大的军事和经济效益。
附图la、图lb、图lc、图Id分别为锈层和带锈底漆不同倍数的侧面金相分析形貌，附图2a、图2b、图2c、图2d分别为各层间结合金相结构图，
图中，1为基材，2为锈层，3为免喷砂粗化层，4为带锈底漆，5为热喷涂层，6为封闭底漆，7为面漆。
具体实施例方式实施例1
一种热喷涂用免喷砂防腐复合涂层，包括带锈底漆和免喷砂粗化层，
带锈底漆由带锈底漆甲组分与带锈底漆乙组分混合涂布得到，
带锈底漆甲组分由以下组分组成
改性环氧树脂30%，
中油度半干性醇酸树脂20%;
醚化度为4的高亚氨基化丁醚化三聚氰胺树脂 30%，
溶剂20%，
改性环氧树脂由以下组分组成分子量为500-600的双酚A型液体环氧树脂43. 00%, 丁醇25. 00%，丙二醇甲醚醋酸酯14. 00%，磷酸18. 00% ； 溶剂为二甲苯与正丁醇重量比11的混合物； 带锈底漆乙组分由磷酸和亚铁氰化钾质量比10 1组成， 涂装时带锈底漆甲组分与带锈底漆乙组分以重量比10 6混合均勻涂布。免喷砂粗化层由免喷砂粗化层甲组分、免喷砂粗化层乙组分和填料组成， 免喷砂粗化层甲组分由以下组分组成
磷铁粉10%， 三聚磷酸铝7. 5%， 云母粉3%， 环氧树脂66%， 丙二醇甲醚醋酸酯8%， 二甲苯5. 5% ；
免喷砂粗化层乙组分为胺值180、分子量600-1000的聚酰胺； 填料为粒度100目的石英砂，石英砂为在Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的1%水溶液中浸泡IOmin后过滤烘干得到的。环氧树脂为分子量分别为700和900的双酚A型固体环氧树脂以质量比为2 1 混合溶解得到的固含为50%的环氧树脂液。所述免喷砂粗化层甲组分与免喷砂粗化层乙组分、填料在涂装时以重量比100 30 27混合涂布。热喷涂用免喷砂防腐复合涂层的制备工艺为将带锈底漆甲组分与带锈底漆乙组分混合后，涂布在锈蚀的钢铁表面，常温干燥Mh，干膜厚度控制在30 μ m,将免喷砂粗化层甲组分、免喷砂粗化层乙组分和填料混合均勻喷涂在带锈底漆上，干膜厚度60 μ m，填料可以部分突出裸露在漆膜表面，形成粗糙层。免喷砂粗化层喷涂施工采用重力式、垂直竖向多孔进料喷枪，喷嘴孔径3 5mm，压缩空气的工作压力为0. 4-0. 8Mpa，得到热喷涂用免喷砂防腐复合涂层。
实施例2
一种热喷涂用免喷砂防腐复合涂层，包括带锈底漆、免喷砂粗化层、热喷涂层、封闭底漆和面漆。带锈底漆由带锈底漆甲组分与带锈底漆乙组分混合涂布得到， 带锈底漆甲组分由以下组分组成
改性环氧树脂40%，
中油度半干性醇酸树脂10%;
醚化度为4的高亚氨基化丁醚化三聚氰胺树脂 20%， 溶剂30%，
改性环氧树脂由以下组分组成分子量为500-600的双酚A型液体环氧树脂43. 00%, 丁醇25. 00%，丙二醇甲醚醋酸酯14. 00%，磷酸18. 00% ； 溶剂为二甲苯与正丁醇重量比11的混合物； 带锈底漆乙组分由磷酸和亚铁氰化钾质量比10 1组成， 带锈底漆甲组分与带锈底漆乙组分涂装时以重量比10 6混合涂装得到带锈底漆； 免喷砂粗化层由免喷砂粗化层甲组分、免喷砂粗化层乙组分和填料组成， 免喷砂粗化层甲组分由以下组分组成 磷铁粉10%， 三聚磷酸铝7. 5%， 云母粉3%， 环氧树脂66%， 丙二醇甲醚醋酸酯8%， 二甲苯5. 5% ；
免喷砂粗化层乙组分为胺值220、分子量600-1000的聚酰胺； 填料为粒度180目的石英砂，是在Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的1%水溶液中浸泡IOmin后过滤烘干得到的。环氧树脂为分子量分别为700和900的双酚A型固体环氧树脂质量比为2 1混合溶解得到的固含为50%的环氧树脂液。免喷砂粗化层甲组分与免喷砂粗化层乙组分、填料在涂装时以重量比100 30-40 27混合均勻涂布；
热喷涂层为&1-15%Α1合金，
封闭底漆为添加Γ8%铝粉的环氧云铁封闭底漆，在此复合涂层中，对所用的环氧云铁封闭底漆无特殊的要求，一般的环氧云铁封闭底漆都能达到本发明的效果。所用的面漆为全氟碳面漆，其他无特殊要求，只要是全氟碳面漆都能达到本发明的效果。热喷涂用免喷砂防腐复合涂层的制备工艺
(1)带锈底漆甲组分与带锈底漆乙组分混合后，涂布在锈蚀的钢铁表面，干膜厚度 30 μ m
(2)常温24h后，免喷砂粗化层甲组分、免喷砂粗化层乙组分和填料混合均勻喷涂在带锈底漆上，干膜厚度100 μ m，使填料可以部分突出裸露在漆膜表面，形成粗糙层。免喷砂粗化层喷涂施工采用重力式、垂直竖向多孔进料喷枪，喷嘴孔径3 5mm，压缩空气的工作压力为 0. 4-0. 8Mpa ；
(3)常温24h后，热喷涂层涂布在免喷砂粗化层上，电弧喷涂参数为在固定喷涂角度为 90°的条件下，电弧喷涂制备&ι-15%Α1合金涂层的最佳工艺参数电弧电压28
30V,送丝速度4m/min，枪移动速度200 3000 mm/s,喷涂涂层厚度80 120 μ m ；
(4)封闭底漆涂布在热喷涂层上，面漆涂布在封闭底漆上。热喷涂层喷涂时间选择
在研究中发现热喷涂层喷涂时间对结合力有一定影响，如免喷砂粗化层固化时间长， 充分固化后再电弧喷涂热喷涂层，热喷涂层与免喷砂粗化层完全是机械结合；如免喷砂粗化层固化时间短，免喷砂粗化层未完全固化，涂层软，热喷涂层嵌入树脂中，但电弧熔化的金属温度使免喷砂粗化层中树脂分解或溶剂、小分子挥发，导致起泡使热喷涂层与免喷砂粗化层脱离；免喷砂粗化层溶剂挥发完全、固化反应基本完全后进行电弧喷涂热喷涂层时间最佳，研究证明涂层结合牢固，除具有机械结合外，还有一定的树脂粘合。表1列出了免喷砂粗化层固化时间与电弧喷涂热喷涂层结合的状况。表1粗化层固化时间与热喷涂层结合状况
权利要求
1. 一种热喷涂用免喷砂防腐复合涂层，其特征在于包括带锈底漆和免喷砂粗化层， 所述带锈底漆由带锈底漆甲组分与带锈底漆乙组分混合涂布得到， 所述带锈底漆甲组分由以下组分组成改性环氧树脂30 40%，中油度半干性醇酸树脂10-20%;醚化度为4的高亚氨基化丁醚化三聚氰胺树脂 20-30%， 溶剂10-30%，所述溶剂为二甲苯与正丁醇重量比11的混合物； 所述带锈底漆乙组分由磷酸和亚铁氰化钾质量比10 1组成， 所述改性环氧树脂由以下组分组成分子量为500-600的双酚A型液体环氧树脂 43. 00%, 丁醇25. 00%,丙二醇甲醚醋酸酯14. 00%,磷酸18. 00% ； 所述带锈底漆甲组分与带锈底漆乙组分重量比为10 6 ； 所述免喷砂粗化层由免喷砂粗化层甲组分、免喷砂粗化层乙组分和填料组成， 免喷砂粗化层甲组分由以下组分组成磷铁粉10%，三聚磷酸铝 . 5%，云母粉3%，环氧树脂66%，丙二醇甲醚醋酸酯8%，二甲苯5.5%;所述免喷砂粗化层乙组分为胺值200 士 20、分子量600-1000的聚酰胺；填料为粒度100的石英砂，所述环氧树脂为分子量分别为700和900的双酚A型固体环氧树脂质量比为2 1混合溶解得到的固含为50%的环氧树脂液；所述免喷砂粗化层甲组分与免喷砂粗化层乙组分、填料的重量配比为100 30-40 :27。
2.根据权利要求1所述的热喷涂用免喷砂防腐复合涂层，其特征在于还包括热喷涂层、封闭底漆和面漆。
3.根据权利要求1所述的热喷涂用免喷砂防腐复合涂层，其特征在于所述热喷涂层为 Zn-15%A1合金，封闭底漆为添加4 8%铝粉的环氧云铁封闭底漆。
4.根据权利要求3所述的热喷涂用免喷砂防腐复合涂层，其特征在于所述面漆为全氟碳面漆。
5.根据权利要求1所述的热喷涂用免喷砂防腐复合涂层，其特征在于所述石英砂为在 Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的1%水溶液中浸泡IOmin后过滤烘干得到的。
6.一种权利要求1-5中任一项所述的热喷涂用免喷砂防腐复合涂层的制备工艺，其特征在于带锈底漆甲组分与带锈底漆乙组分混合后，涂布在锈蚀的钢铁表面，常温干燥Mh，干膜厚度30 μ m,免喷砂粗化层甲组分、免喷砂粗化层乙组分和填料混合均勻喷涂在带锈底漆上，干膜厚度6(Γ 00μπι。
7.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于免喷砂粗化层喷涂施工采用重力式、垂直竖向多孔进料喷枪，喷嘴孔径3 5mm，压缩空气的工作压力为0. 4-0. SMpa0
8.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于所述热喷涂层涂布在免喷砂粗化层上，电弧喷涂参数为在固定喷涂角度为90°的条件下，电弧喷涂制备&ι-15%Α1热喷涂层的最佳工艺参数电弧电压28 30V，送丝速度4m/min，枪移动速度200 3000 mm/s，喷涂涂层厚度80 120 μ m。
9.根据权利要求8所述的制备工艺，其特征在于封闭底漆涂布在热喷涂层上，面漆涂布在封闭底漆上。
全文摘要
本发明涉及金属防腐技术领域一种热喷涂用免喷砂防腐复合涂层包括带锈底漆和免喷砂粗化层，带锈底漆由带锈底漆甲组分改性环氧树脂、中油度半干性醇酸树脂、醚化度为4的高亚氨基化丁醚化三聚氰胺树脂、溶剂与带锈底漆乙组分混合涂布得到，免喷砂粗化层由免喷砂粗化层甲组分磷铁粉、三聚磷酸铝、云母粉、环氧树脂、丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯和免喷砂粗化层乙组分和填料组成。所述的热喷涂用免喷砂防腐复合涂层的制备工艺，带锈底漆涂布在锈蚀的钢铁表面，常温24h后，免喷砂粗化层喷涂在带锈底漆上。消除了喷砂高能耗和污染问题，简化施工工序，降低施工难度和成本，保证防腐效果，降低环境污染，应用范围更加广泛。
文档编号C09D7/12GK102408817SQ20111027243
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者朱宗奎, 王俊祥, 王凌云, 葛圣松, 邵谦 申请人:山东科技大学