铝合金有色钛锆膜工艺优化及其静电喷涂涂层附着力的研究

发布时间：2017-09-29 21:04

  本文关键词：铝合金有色钛锆膜工艺优化及其静电喷涂涂层附着力的研究

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【摘要】：钛锆转化作为铝合金静电喷涂前的无铬化学转化技术,具有环保且耐蚀性能优异的优点,被认为是最有可能替代传统铬酸盐表面处理的无铬化方法。现今所研究的钛锆转化膜越趋成熟,特别是本课题组通过不断实践得出了综合性能良好的有色钛锆工艺。但目前对钛锆膜后续的涂层附着力研究很少,这限制了有色钛锆工艺在工业上的应用。在钛锆膜与有机喷涂涂层的附着机理方面,目前的研究还未曾涉及。本课题主要对铝合金型材的有色钛锆转化膜及粉末静电喷涂涂层的附着力进行研究。以课题组前期研究中,一种常温、短时、组分简单且溶液稳定性能好的有色钛锆转化工艺为基础,在保证转化膜耐蚀性的前提下,对后续的静电喷涂涂层附着力进行研究,并探索涂层的附着机理,为工业中钛锆膜和静电喷涂技术的配套应用提供一定的理论价值。首先,为了保证钛锆膜的良好的耐蚀性及优异的涂层附着力,优化出有色钛锆成膜最佳成膜时间为常温下反应50s,从而得到均匀的黄色转化膜。为了提高涂层附着力,采用单因素实验对钛锆膜喷涂前的烘干温度和烘干时间进行了优化,得出最佳烘干温度为100~110℃,最佳烘干时间为8~10min。在性能上,采用最佳工艺得到的铝合金表面钛锆膜的腐蚀电流密度由基体的1.926μA/cm2降低到0.453μA/cm2,极化电阻Rp由4685Ω/cm2增加到38667Ω/cm2,耐腐蚀性能优异。通过静电喷涂的方法得到黑色光亮的有机涂层,厚度为50~60μm,附着力良好,其中涂层干、沸划格试验结果达到0级,经冲击试验的涂层无脱落、无开裂,测试结果满足国标GB2537.4-2008的要求。其次,通过对钛锆膜及有机涂层的成分组织研究得出膜层结构:由SEM分析可知,钛锆膜表面覆盖了一层致密均匀的转化膜层,EDS、XRD和XPS的结果显示钛锆膜主要为Al2O3、Zr O2、V2O5或其氢氧化物,Al F3、Zr F4以及Al、Ti等金属元素与着色剂的有机络合物组成的非晶态物质。而有机涂层的表面则由C、O、Al、S、Ca、Ti、Ba几种元素构成。经过对钛锆膜和涂层内表面的SEM、EDS及截面分析得出涂层与钛锆膜及基体间的附着机理为化学结合。钛锆膜的膜层主要含有一系列由Al3+、Ti4+等较为活泼的阳离子与有机着色剂络合形成的有机物,它们能与涂料中环氧树脂分子中的羟基、醚基和环氧基等极性基团发生反应生成新的有机络合物,化学键的连接使得涂层与钛锆膜的结合更加紧密,附着力也得到很大程度的增强。最后,通过熔融的粉末涂料对钛锆膜的润湿性研究,得出涂料在固化过程中会经历结聚、铺展流平、固化三个过程,最终状态下液态涂料对钛锆膜的接触角小于90°,说明润湿性能良好,这也决定了涂层对基体具有很强的附着力。
【关键词】：铝合金 有色钛锆膜 喷涂涂层 附着力
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 前言12-13
• 1.2 铝合金钛锆膜研究进展13-19
• 1.2.1 铝合金钛锆工艺研究现状13-17
• 1.2.2 铝合金钛锆膜的耐蚀性能研究17-18
• 1.2.3 铝合金钛锆转化膜机理研究18-19
• 1.3 粉末静电喷涂技术概述19-21
• 1.3.1 静电喷涂原理19
• 1.3.2 影响附着力的因素和机理研究19-20
• 1.3.3 铝合金钛锆转化膜涂层附着力的研究20-21
• 1.4 本课题的选题意义和目的21-22
• 1.5 本课题的研究内容22-24
• 第二章 实验材料设备与研究方法24-32
• 2.1 实验技术路线24-25
• 2.2 实验材料及仪器设备25-27
• 2.2.1 实验材料25
• 2.2.2 实验所用仪器设备及生产厂家25-27
• 2.3 有色钛锆膜及静电喷涂涂层的制备工艺27-29
• 2.3.1 前处理工艺27-28
• 2.3.2 有色钛锆膜的制备工艺28
• 2.3.3 有机涂层的制备工艺28-29
• 2.4 钛锆膜及喷涂涂层性能的测试方法29-30
• 2.4.1 钛锆膜耐蚀性的测试29
• 2.4.2 喷涂涂层厚度及附着力测试29-30
• 2.4.3 粉末涂料对钛锆膜的润湿性能测试30
• 2.5 微观分析测试方法30-32
• 2.5.1 转化膜外观及表面质量分析30
• 2.5.2 转化膜微观形貌及成分分析30-31
• 2.5.3 转化膜XRD测试31
• 2.5.4 转化膜XPS测试31-32
• 第三章 有色钛锆膜及喷涂涂层的制备工艺优化32-56
• 3.1 钛锆膜成膜时间的优化32-41
• 3.1.1 成膜时间对钛锆膜形貌的影响32-33
• 3.1.2 成膜时间对钛锆膜耐蚀性能的影响33-36
• 3.1.3 成膜时间对喷涂涂层附着力的影响36-41
• 3.2 钛锆膜烘干工艺对涂层附着力的影响41-53
• 3.2.1 钛锆膜烘干温度的影响41-45
• 3.2.2 钛锆膜烘干时间的影响45-47
• 3.2.3 烘干时间对涂层附着力的影响机理分析47-53
• 3.3 钛锆膜烘干后的耐蚀性能53-54
• 3.4 本章小结54-56
• 第四章 有色钛锆膜及喷涂涂层的附着机理探讨56-76
• 4.1 钛锆膜的微观形貌、成分及结构分析56-62
• 4.1.1 钛锆膜表面经喷涂前后的SEM/EDS分析56-59
• 4.1.2 钛锆膜的组成结构分析59-62
• 4.2 有机涂层表面的形貌、成分分析62-64
• 4.3 有机涂层截面的微观分析及附着机理探讨64-67
• 4.4 有机粉末涂料对钛锆膜的润湿性能研究67-73
• 4.4.1 粉末涂料在铝合金表面成膜的过程研究68-69
• 4.4.2 粉末涂料对钛锆膜的润湿性能研究69-73
• 4.5 本章小结73-76
• 全文总结与展望76-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果83-84
• 致谢84-85
• 附件85

【参考文献】

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本文编号：944192