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摘要：锌铬涂层是一种绿色环保型高防腐的表面处理技术。该技术是将片状锌粉、铝粉、铬酐等配制成的涂料涂覆在钢材等基体表面，经300℃左右固化后获得约10μm的有金属光泽的银灰色锌铬涂层；它无水污染，无氢脆，其耐腐蚀性高于电镀锌5-8倍，成为绿色环保型高防腐表面处理技术，在许多发达国家该项技术已取代部分电镀锌和热镀锌。该技术已广泛应用于汽车、建筑、船舶、电力、铁路、桥梁以及公路护栏等行业。
关键词：锌铬；涂层；性能；因素；研究
1、锌铬涂层概述
锌铬涂层自1993年由国外引进，初期称为“达克罗”。1999年，国家环境保护总局将锌铬涂层涂覆工艺列为清洁生产技术及国家重点环境保护实用技术推广项目。2002年，锌铬涂层工艺被列入国家标准（GB/T18684－2002《锌铬涂层技术条件》）。
锌铬涂层涂液是一种水基处理液，主要成分由超细片状的金属锌、铝混合物、溶剂无机酸和有增粘分散作用的有机物组成。涂液在钢铁基体零件上经浸涂或刷涂，经300℃左右烘烤固化成膜。在成膜过程中，电位较负的锌、铝涂液与钢铁基体反应，形成铁、锌和铝的铬酸盐化合物。由于膜层是与基体直接反应生成的，使防腐膜层极为致密，并有较高的耐蚀性能。其特点：
1）超常的耐蚀性。锌铬涂层δ为6～8μm时，防腐效果是相同厚度锌镀层的7～10倍。经锌铬涂层处理的标准件耐中性盐雾试验t可达800h以上，耐蚀性超过了热浸镀锌。
2）无氢脆性。涂覆锌铬涂层的零件不需要进行酸洗，也无电沉积过程，不产生氢脆。因此特别适合于弹性零件和高强度钢制造的受力条件下使用的零件涂覆。
3）高耐热性。因涂层中不含结晶水，在250～300℃条件下长期使用，涂层的防腐蚀性能保持不变。
2、影响锌铬涂层性能因素
2.1、片状金属粉对涂层性能的影响
用不同的方法制备出不同的片状金属锌粉和铝粉，并配制出相应的涂料。不同方法制备的片状金属粉配制的涂料性能有差异，我们制备的金属粉配制的锌铬涂料耐腐蚀性能超过国家标准GB/T18684-2002盐雾腐蚀3级要求（二涂二烘耐盐雾试验时间为480小时）。两种方法制备的片状金属粉径厚比（片径和片厚的比值）不同，径厚比越大片状化越好，盐雾试验时间越长。
2.2、影响锌铬涂层中Cr6+含量的因素
锌铬涂层中的Cr6+的含量直接影响着该技术的先进性和环保性，国外已提出低铬或无铬涂料。影响涂层中Cr6+含量的因素较多，其中铬酐和还原剂的量直接影响着涂层的性能和涂层在还原过程中Cr6+被还原成Cr3+的情况以及涂层中Cr6+的含量，即CrO3※nCr2O3mCrO3的反应程度。
为了降低涂层中Cr6+的量，我们作了大量的研究工作，在金属粉为300g/L，添加剂（分散剂、pH调节剂等）为50g/L，分别研究了还原剂（乙二醇）为180g/L，CrO3的用量从40g/L-90g/L；当CrO3的用量为70g/L时，还原剂用量从100g/L-200g/L时，涂层中Cr6+含量的变化情况和涂层性能，用X—衍射仪测定涂层的物相组成。
结果表明还原剂和CrO3的添加量直接影响涂层中Cr6+含量和涂层性能，随着涂料中铬酐量的增加，涂层中Cr6+的含量也增加，但结合力较好，说明Cr6+起到黏合剂的作用；随着还原剂用量增加，涂层中Cr6+含量减少，说明Cr6+还原为Cr3+进行得比较彻底。综合各项指标，我们认为CrO3量选50g/L-80g/L，还原剂用量120g/L-180g/L为佳。
通过对涂层进行X—衍射和涂层的定量成分分析，我们看出涂层的主要成分除金属锌和铝外，还有铁，涂层中Cr6+只占总铬量的1%-3%，说明大部分CrO3还原为Cr2O3，形成nCr2O3•mCrO3，起到黏合剂的作用，也达到了该涂料少污染的目的，符合环保的要求。
关于锌铬复合涂层机理：我们认为，首先，当试样浸入到涂料中时，基体表面形成一层多孔氧化物的钝化层，使涂料吸附在试样表面。
反应方程式：2Fe+2CrO3+6H+→Fe2O3+2Cr3++3H2O
在固化反应过程中，主要是Cr6+还原为Cr3+的过程，也有部分Cr6+未参与反应，直接生成CrO3。
2.3、pH值对涂层性能的影响
在其它成分不变的情况下，添加不同量的pH值调节剂（氧化锌），涂料pH值随之变化，当氧化锌的量为5g/L-15g/L时，pH为3.5-6.0，其耐腐蚀性能变化较大。见下图：
pH值与涂层盐雾试验时间关系
这说明pH值影响涂料中的还原反应的程度和涂层的耐腐蚀性能。一般涂料pH控制在4.0-4.5之间为好，而且随着配好的涂料放置时间的延长，由于还原反应的不断进行，pH值会有所升高。
总而言之，本文对影响锌基复合涂层性能的因素作了全面的研究和作了大量的测试工作，得到的结果认为采用干法制备的片状金属粉用于锌基复合涂层较好，该涂层盐雾试验时间超过国标。我们通过对涂料配方的研究，得到了低Cr6+的配方和适合的PH值。对锌基复合涂层的结构和形貌作了研究，结果表明该涂层性稳定、结构简单。
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论文作者:张兆科,王少军
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/13
标签：涂层论文; 涂料论文; 性能论文; 片状论文; 还原剂论文; 金属论文; 基体论文; 《基层建设》2017年第13期论文;