水性无机硅酸盐富锌涂料是一种以硅酸盐的水溶液为基料，金属锌粉作为颜料，再添加一些涂料助剂制备而成的双组分防腐涂料，该涂料以水为溶剂和稀释剂，成本低，生产过程对环境无污染，且施工方便，拥有良好的耐蚀性和耐溶剂性，在防腐工程领域得到了广泛的应用，但存在涂层较脆、机械性能差等缺陷。因此本课题以硅溶胶、氢氧化钾、去离子水为原料，以硅丙乳液 BF-400 进行改性，制备了稳定的改性高模数硅酸钾溶液，并将锌粉、锌铝混合粉添加到改性基料中，制备了一种水性无机改性高模数硅酸钾富锌涂料。本课题主要从改性高模数硅酸钾溶液的制备工艺、锌粉与改性基料的质量比、添加片状铝粉的含量和电弧喷涂底层对水性无机改性高模数硅酸钾富锌涂层性能的影响四个方面进行研究。
硅酸盐溶液是涂层成膜的关键，硅酸盐种类的选择、模数及制备时的温度、时间、硅丙乳液的加入量对高模数硅酸盐溶液的制备具有一定的影响。本研究对比分析了硅酸锂、硅酸钠及硅酸钾三种碱金属硅酸盐的特性，综合考虑最终以硅酸钾溶液作为涂层成膜基料。通过单因素实验，研究了模数、温度、搅拌时间对制备高模数硅酸钾基料储存稳定性、溶液状态及涂料性能的影响，并以硅丙乳液 BF-400 对基料进行改性，采用纳米激光粒度仪分析了模数为 5.5 、 6.0 、 6.5 的硅酸钾基料中二氧化硅胶粒的粒径分布，得到了改性基料的最佳制备条件：硅酸钾模数为 6.5, 温度为 50 ℃ , 搅拌时间 15min, 硅丙乳液 B-400 加入量为 20wt.%
本课题研究了不同锌粉含量对涂层性能的影响，制备了锌粉与改性基料质量比为 2:1 、 2.5:1 及 3:1 的涂层，通过扫描电子显微镜 (SEM) 、能谱分析 (EDS) 、 X 射线衍射分析 (XRD) 、动电位极化曲线测试及电化学阻抗谱测试 (EIS) 等实验方法，对比分析了涂层的微观组织形貌、成膜性、耐蚀性等性能。结果表明当锌粉与改性基料质量比为 2.5:1 时制备的涂层成膜性更佳，涂层更加致密，附着力和耐蚀性更好，在 3.5wt.%NaCl 溶液 (pH=6) 中浸泡时间可达 15d 。此外还向球状锌粉中添加了 5wt.% 、 10wt.% 、 15wt.% 、 20wt. 的片状铝粉，研究锌铝混合粉中的铝粉添加量对涂层腐蚀性能的影响，实验结果表明当铝粉含量占锌铝粉的 15wt.% 时，制得的涂层耐蚀性更好，在 3.5wt.%NaCl 溶液 (pH=6) 中浸泡时间可达 40d 。
最后，研究水性无机改性高模数硅酸钾富锌涂层与电弧喷涂的复合作用，使用电弧喷涂机对基体喷涂了纯 Zn 、 Zn-A115 锌铝合金丝，其中铝含量占 15wt.%) 纯 Al 三种金属材料，作为富锌涂料的底层，通过扫描电子显微镜及电化学测试方法研究了电弧喷涂底层与富锌涂料的复合性及耐蚀性，实验结果表明电弧喷涂纯 A 涂层与富锌涂料复合性良好，且制得的复合涂层在 3.5wt.% 的 NaCl 溶液 (pH=6) 中浸泡时间可达 71d 。
关键词：高模数硅酸钾；水性无机富锌涂层：硅丙乳液：耐蚀性：电弧喷涂：无机涂料
