镁合金微弧氧化-UV水性涂料复合膜层的制备及性能研究

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镁合金以其轻质、高比强度刚度的性能被称为21世纪绿色的结构材料,但由于其化学性质活泼,镁及其镁合金的耐蚀性问题研究一直被人们所重视。常常通过表面处理技术对其进行改善。其中,微弧氧化(Micro-arc oxidation,MAO)技术被认为是一种高效、简便的镁合金表面处理技术,可以综合提高材料的耐腐蚀性和耐磨性,且与金属基体结合紧密。但由于氧化过程中膜层两侧高电压产生击穿放电微弧使氧化层中形成放电通道,最终在膜层表面均布有大量盲性微孔,这些微孔会成为外界腐蚀介质进入并腐蚀基材的通道,严重降低膜层的耐蚀效果。论文利用紫外光(Ultraviolet,UV)固化水性聚氨酯涂料取代传统油性涂料对微弧氧化膜层进行封孔处理,研究了微弧氧化陶瓷层表面孔隙率、UV固化时间、UV涂层厚度以及偶联剂对复合膜层性能的影响规律;利用红外光谱(FTIR)分析技术揭示了水性UV聚氨酯涂料的交联固化机制;通过电化学阻抗谱和盐雾腐蚀试验研究了微弧氧化与水性UV聚氨酯复合涂层的腐蚀行为和耐腐蚀机制。具体研究如下:(1)利用红外光谱技术分析了水性UV聚氨酯涂料的交联固化过程,通过分析不饱和C=C的吸收峰强度研究了 UV涂料的固化程度。结果表明,水性UV涂料的交联固化实际是不饱和C=C的断裂反应,且UV涂料层厚度一定时,随固化时间的增加,C=C双键的转化存在一个饱和值,在UV涂料层厚度为10 μm时,固化时间在20 s时交联固化程度最大,C=C的转化率达到饱和为44.2%;(2)通过漆膜附着力测试仪和UMTTriboLab摩擦磨损试验机研究了氧化膜孔隙率及UV复合工艺对MAO-UV复合膜层界面结合力的影响规律。结果显示,随着氧化膜表面孔隙率的增大,MAO和水性UV涂料复合层间的结合力先升高后降低,在孔隙率为15.698%时膜层的结合力最好;随固化时间的延长,复合膜层间的结合强度先增大后减小,在氧化膜孔隙率为15.698%,UV涂层厚度为10 μm时,固化时间在20 s时交联固化达到最佳,此时复合膜层的界面结合力约21 N;通过打底法引入硅烷偶联剂KH550可以显著提高MAO-UV复合膜层的界面结合力,MAO-KH550-UV复合试样的界面结合力达到36N;(3)通过盐雾腐蚀试验和电化学分析研究了复合膜层的耐蚀性能。研究结果显示,氧化膜表面孔隙率及UV固化时间对复合膜层的耐蚀性影响规律与结合力的影响规律具有一致性,且通过研究UV层厚度对复合膜层耐蚀性的影响发现,MAO-UV的界面结合力在一定程度上影响膜层的耐蚀性,在氧化膜孔隙率最佳,UV涂层厚度约10 μm,固化时间为20 s时,打底法制备得到的MAO-添加剂-UV复合膜层的阻抗模量较MAO试样提高了 2个数量级,浸泡15天后MAO-添加剂-UV的阻抗模量为5.49E6Ω,较MAO-UV的阻抗模量3.15E5Ω提高了一个数量级。
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