钛纳米重防腐涂料与普通防腐涂料比较.docVIP

钛合金纳米重防腐涂料防腐机理与常规涂料比较

钛合金纳米重防腐涂料表现出较常规重防腐涂料优异的耐酸、碱、盐、海水、油品的性能。究其原因可能是多方面的，其中有些因素通过检测可以得到证实。因此，我们在现有认识的基础上加以分析，与专家们探讨。

钛合金耐蚀性、钝化膜与阴极保护

钛合金与钛正常处于钝化状态。此时，它的表面由一层钝化膜保护。钛合金钝化有三大特点：

=1\*GB3①强烈的钝化倾向

=2\*GB3②稳定电位范围宽

=3\*GB3③钝态下不易被Cl-破坏。

钛合金纳米也承袭了这种特性，只要涂层中钛合金纳米达到一定浓度，涂层也处于钝化状态，在各种腐蚀介质中可以维持极低的腐蚀电流，即腐蚀十分缓慢。故在上述酸、碱、盐、海水中表现出长时间稳定特性。钛合金耐蚀性显著特点是对氯化物、氧化性介质、海水有突出的耐蚀性能，被誉为“海洋金属”。与之相反，大多数不锈钢对氯化物、海水敏感，点腐蚀、应力腐蚀在PPm级Cl-条件下可以发生。因此，我们可以解释钛合金纳米涂层在氯化物、海水、部分酸中处于钝化状态，表现出优异的耐蚀性能。在这种状态下，涂层对基层钢铁起着阴极保护作用。只要钝化状态不破坏，钢板就不被腐蚀。这也是我们选择钛合金纳米作为涂料活性添加剂的初衷。

纳米活性与化学键合

纳米技术使材料的常规性能发生了“变异”而引起广泛的重视和研究，就钛合金纳米而言，我们通过检测其比表面积达到18㎡/g以上。通过光电子能谱分析，发现其与C、H、O有化学键合信息，键合力的结合强度应明显高于化学吸附，更高于普通颜填料的吸附力和机械结合力。钛合金纳米粒子高活性悬空键，与包覆树脂配位形成上述强有力的化学键合。同时由于树脂的闭环打开，形成开环的羟基与醚键进一步与成膜树脂形成化学键合与吸附，并形成新的活性开环，与钢铁基面发生化学键合与吸附，这就大大改善了涂层附着力。清华、北大的专家在产品鉴定会上，海军技术研究所通过检测均对钛合金纳米技术和具备高附着力这一特点给予很高评价。

网络结构与层障效应

涂层内部“网络结构”是一种理想结构，因为常规涂层颜填料颗粒粗大，与成膜物质只是简单的物理结合和吸附，在高倍显微镜下可以观察到它们之间的微小间隙。涂层的破坏由于介质的腐蚀强度和外力作用，溶液分子大多是从这些间隙向涂层内部开始渗透的，涂层对溶液分子穿透阻力决定了涂层的寿命！一旦渗透发生，就会一步步扩大到基层钢铁表面。随后，按一般腐蚀规律扩展而致钢铁破坏！

通过电镜清晰观察到钛合金纳米颗粒之间已经形成了“网络”，ESP分析又进一步提供了钛合金与碳、氧、氢键的结合模型（见图1）。

试设想，100μm的钛合金涂层，如果被纳米颗粒饱和填充，则形成5000层20nm的钛合金颗粒立体网阵。而如果是2μm的颜填涂料则只有50层。且前者是化学键合形态，后者是物理结合形态。可以推测水溶液分子要突破穿越网状5000层的100μm钛合金纳米重防腐涂料所遇到的“层障”和路径至少是后者100倍甚至数百倍之多！图1给出了一个对比模型。因此寿命较长也就不难解释了。

图1钛合金纳米涂料与普通涂料的介质渗透模型

实验室中涂层水煮试验，钛合金涂层可轻易通过100h试验未起泡，普通涂层数小时即起泡，说明水分子对普通涂层渗透力大大超过钛合金纳米涂料。这就是网络结构层障效应带来的优势和结果。

综上所述，纳米粒子因其特性而具备的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特殊性质，在新材料开发中显示出巨大的优越性：这种纳米涂料改性剂因小尺寸效应比传统改性剂使涂覆的表面更加均一，不产生表面

不断溶解，渗透压不断增加，大量的水不断地渗入这些区域并使体积不断膨胀，在有机涂层附着力弱的区域，涂层将与基体脱层形成鼓泡，如图2所示。

图2（A）钢结构表面涂层起泡照片；（B）起泡处截面SEM照片

2涂层湿附着力差

关于附着机制，目前主要有吸附理论、扩散理论、静电理论、化学键和理论和机械键合理论，这些理论适用于不同的状况，在实际情况中，往往是几种机制在同时起作用。干态时的附着力是涂层的一项重要机械性能参数，当有水渗透到涂层/基体界面处时，会影响甚至改变涂层的吸附机制，导致其附着力（湿附着力）与干态下的附着力有很大差异。涂层粘结破坏现象实际上是极复杂的热-动力学过程。具体说，被涂金属表面往往存在金属氧化物及吸附的水分子，涂层中有机高分子含氧极性基团可以和这些氧化物、水分子形成氢键结合，当涂层在环境湿度或水的作用下，水分子会通过渗透达到界面，使涂层与基体的结合键断裂而失去附着力，如图3所示。一旦将涂层置于干燥态，界面上的水分子逸离涂层，该涂层与基体的结合又可恢复。当涂层丧失湿附着力时，将会导致其从金属基体的剥离，这时其他性能将毫无意义。

图3技术/图层界面处的附着状态随水分子进入而发生的变化示意图。

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