Q235钢表面磷酸镁水泥防腐涂层的制备及改性研究

发布时间：2020-03-31 19:18

【摘要】：磷酸镁水泥(Magnesium Phosphate Cement,MPC)是一种新型的无机材料,且具有陶瓷的部分性能,因其固化速度快、早期强度高、环境适应性强等优点而常用于工程快速修补、固化有害废弃物等领域,因此受到国内外学者研究关注。磷酸镁水泥涂层作为一种无机的环保材料,避免了有机涂层不耐高温、易老化、不环保,以及金属镀层产生电镀液污染环境、成本高等缺点。目前国外已有研究将磷酸镁水泥用作金属的有效防腐涂层,但国内报道极少。因此本论文主要通过电化学测试等方法来探究磷酸镁水泥涂层对Q235钢的防腐性能及相应机理。本论文采用不同酸碱摩尔比(P/M)制备磷酸镁水泥浆体并涂刷于Q235钢表面。通过XRD、SEM、线性极化测试、电化学阻抗测试及盐雾试验等方法研究MPC涂层的耐腐蚀性。实验结果表明,P/M为1:5的涂层体系下的电荷转移电阻最大,耐腐蚀性最优。经过1440h中性盐雾腐蚀试验后,MPC涂层表面未出现任何的锈蚀现象,表明其对Q235钢具有长期的防腐保护作用。MPC涂层主要由未反应的MgO和Al_2O_3颗粒,以及相对较少的水化产物MgKPO_4·6H_2O组成,涂层表面可见少量微裂纹,其中P/M为1:5的涂层表面结构更加致密。MPC涂层与金属基体间具有良好的粘结强度(4.6±0.7 MPa)。浸泡实验和动电位极化法结果表明,Q235钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率较快;在添加MgO和MPC后的NaCl溶液中,Q235钢的腐蚀速率明显降低,表明MgO和MPC对Q235钢均有一定的缓蚀作用。推断MPC的防腐机理不仅源于其物理阻隔效果,还有可能是MPC中溶解出的磷酸根离子和OH~-在金属表面形成了惰性层,保护金属不受腐蚀。另外,将原料中氧化铝等体积替换为粉煤灰制得MPC涂层。XRD、SEM、电化学测试的实验结果表明,相较于内掺氧化铝的MPC涂层,内掺粉煤灰的MPC涂层体系下的电荷转移电阻略微降低,表明内掺粉煤灰并未明显改善MPC的耐腐蚀性。内掺粉煤灰的MPC涂层主要由MgKPO_4·6H_2O、未反应的MgO、Al_2O_3和SiO_2组成,涂层表面较光滑,但有大量明显可见的裂纹。粉煤灰作为一种经济环保的填料,具有良好的利用价值,只是其对MPC的长期耐蚀性的影响规律还需进一步探究。将原料中部分氧化铝等体积替换为硅灰制得MPC涂层。XRD、SEM、电化学测试的实验结果表明,内掺硅灰和Al_2O_3组合的MPC涂层体系下的电荷转移电阻明显增大,表明MPC耐蚀性有所提高,且掺加15%硅灰和35%Al_2O_3的涂层的耐腐蚀性最优。涂层主要由MgKPO_4·6H_2O、未反应的MgO、Al_2O_3、SiO_2颗粒及MgSiO_3凝胶新相组成,不同大小的颗粒填充了涂层内部的孔洞和缝隙,使得涂层致密度增大。通过内掺和外涂甲基硅酸钠(SMS)防水剂的方式对磷酸镁水泥涂层进行化学改性。电化学测试结果表明,内掺一定量的SMS对MPC涂层的耐腐蚀性能有所提高,且掺入量越大,耐蚀性改善效果越明显。但SMS掺量不宜过大,若超过1%则会在MPC内部留下较多未及时排出的气孔,致使涂层耐蚀性下降。外涂SMS后,MPC涂层表面形成的憎水层能有效的阻隔水分进入涂层内部,使涂层抗渗性能得到提高。且外涂PMS的浓度越高,MPC涂层的耐蚀性能越优异,但浓度也不宜过高。本论文研究了Q235钢表面MPC涂层的耐腐蚀性能,并通过几种方式对MPC涂层进行了一定的改性,为后续磷酸镁水泥在防腐方向的新应用提供了新的视角。
【图文】：

2+：Fe → Fe2++ 2e-内部从阳极流向阴极，而 Fe2+是经溶液从接触的电解质不同，阴极反应也不一样。下，H+吸收由阳极流过来的电子，生成 H2H++ 2e-→ H2中性条件下，金属表面水膜中的氧也吸收O2+ 2H2O + 4e-→ 4OH-中与 Fe2+扩散相遇，生成 Fe(OH)2,Fe(OH成铁锈（铁的各种氢氧化物和氧化物的混

图 1-2 常见的金属腐蚀防护涂层金属涂层多以电沉积的方式在被保护金属制品表面形成另一种金属保护镀层，这层保护层常被称为镀层金属。金属镀层的主要方法有电镀[11]、热喷涂[12]、化学镀及热浸镀[13]等。如电镀是通过在基材金属（作为阴极）和将被沉积的阳极物质间添加电压，使浸入在电解质中的基材表面形成镀层。虽然镀铬和镀镍过程能使基底金属具有耐蚀性，但是产生的残余拉伸应力会导致疲劳强度的损失，且电镀耗用金属的成本较高，产生的工业废水会危害到人类健康及环境[11]。热喷涂，是利用高速气流用喷枪将熔融金属材料喷射到金属工件表面，形成涂层。热喷涂效率高，可获得连续的涂层，还可喷涂到滚涂、刷涂不易施工的部位。但操作环境较差，往往伴有噪声和粉尘，可能产生有毒金属蒸汽、热辐射等。有机涂层作为一种装饰性与保护性涂层，适用广泛。但就传统有机涂料而言，含有很多有机化合物，，成膜材料中的成分主要有酚醛树脂、丁苯橡胶、氯化橡胶等，在使用
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.45

【参考文献】

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1 孟芹;廖梓s

本文编号：2609468