关于亲水疏水涂层对延缓钣金腐蚀的工艺研究

关于亲水疏水涂层对延缓钣金腐蚀的工艺研究

贾胜娟

珠海格力电器股份有限公司广东珠海519070

摘要：钣金防腐方法多种多样，包括静电喷涂、电泳、喷漆、附着陶瓷层等等，每种方法都有自身的特点，不同规模的生产厂家会根据自身条件与需求选择性能、成本适合的防腐方法。纳米涂层是一种新型的钣金涂装方法，该涂层分别具有疏水疏油、亲水亲油的性能，其对钣金防腐性能具有革命性的影响。

关键词

纳米涂层；防腐；钣金；疏水；亲水

Study on the technology of hydrophilic and hydrophobic coating for delaying the corrosion of sheet metal

JIA Shengjuan

GREE Electric Appliance Incurporate of ZhuhaiGuangdongZhuhai  519070

Abstract：The sheet metal antisepsis method is varied, including static electricity to spray,electrophoresis method ,spray a paint and adhering to the porcelain and ceramics layer etc., each methods all have the characteristics of the oneself, the production factory house of different scale will suit according to the oneself condition and the need choice function,cost of antisepsis method.This text introduces a kind of new sheet metal spraying method- nano-coating, the layer has dewatering oleophobic and hydrophilia lipophilicity, the point introduces its influence to the sheet metal antisepsis function.

Keywords

Thenano-coating;Antiseptic;The sheet metal;Dewatering;Hydrophilia

1引言

纳米微粒由德国人Gleitei首次用惰性气体凝聚法制得，随后纳米材料的制备、性能及应用等各方面的研究取得了重大进展。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。近年来纳米材料以其特殊的表面性能，应用范围越来越广泛，上到军事航天，下至企业民用，无处不体现其防水、耐热、耐磨等一系列优异性能。

我国于20 世纪80 年代末开始进行纳米材料的研究, 近几年来, 在纳米材料基础研究领域, 取得了重大的进展, 包括疏水疏油、亲水亲油纳米涂层通过表面改性，改变表面微结构、表面自由能来实现双疏和双亲效果。国内很多企业已开展此版块的研究应用，例如“不沾油”的油烟机、抗菌空调等等，均取得了市场的认可。为了进一步扩大纳米涂层在家电行业的应用范围，探索纳米涂层在钣金防腐领域的作用，本文针对空调常用钣金材料进行涂覆后防腐效果展开研究，取得实质性改善成果。

空调外机钣金材料因长期暴露在自然环境中，尤其是地处沿海地区的环境，很容易腐蚀生锈，导致运行异响甚至影响性能[1]。大多数企业采用静电喷涂或采用不锈钢代替碳钢板的方式提高外机防腐性能，但两者均有较大劣势，静电喷涂属于非环保生产模式，与当前碳中和概念相悖，不锈钢的价格是碳钢板的几倍，替代成本较高，给企业和消费者都会造成成本浪费。而纳米涂料成本底属于水性环保材料，施工方式简单，对环境无影响。试想纳米涂层替代静电喷涂和不锈钢来提高金属防腐性能，对制造业将是巨大的变革。

2双疏、双亲纳米涂层介绍

双疏涂层能增加基材表面光泽、疏水、疏油及优异的防污效果，同时拥有易清洁的特性，表面油垢、污渍可以轻松擦除。超疏水材料主要利用其自清洁、防污、防粘附等优越的特性，广泛应用于建筑业、工农业生产、管道运输、医疗卫生、国防军事等领域。

双亲涂层对水、油等液体具有更好的浸润性，水和材料表面的接触角小于90°的为亲水材料，使得液体和涂层更容易贴合，可以均匀平铺在涂层表面。

3纳米涂层对防腐的影响因素

3.1 对基材的保护作用

涂层对环境中的腐蚀介质，如大气中的氧、水蒸汽及腐蚀性的工业气体、酸、碱、盐及其它强电解质溶液的阻隔和屏蔽作用，阻止金属表面与腐蚀性介质直接接触，从而阻止了金属表面电化学腐蚀反应的进行。

3.2

疏水性能

涂层具有疏水、疏油性能，即水和材料表面的接触角大于90°，而超疏水材料与水的接触角大于150°且滚动接触角小于10°。一般液体在此涂层表面会自动滑落，不会粘附在涂层表面，正如古诗中“出淤泥而不染”的描述，长期保持材料表面干燥，可防止腐蚀性液体对样件造成长久性腐蚀。

4盐雾试验介绍

4.1样件制作

涂层种类分为疏水疏油、亲水亲油两种，基材分为不锈钢304、热镀锌板两种。共需制作4种样件：双疏不锈钢、双亲不锈钢、双疏镀锌板、双亲镀锌板。样件尺寸设置为200mm*100mm，实验样板设置单面喷涂，另一面不做处理，保持裸板状态，以便对比涂层对样件的防腐效果。

4.2试验环境

试验名称为中性盐雾试验，按国标要求盐雾试验箱内温度为35℃等条件[2]，用过的喷雾溶液不得再使用。在规定的试验时间结束时，从箱中取出试样，用清洁水冲洗试样以除尽表面残留的试验溶液（或固态盐），用纸巾把表面的水吸收干后检查试样表面的情况。

4.3盐雾试验结果

试验结果分两个时间段记录，分别是84小时和200小时[3]。

4.3.1 84小时样件状态如下：

(1)不锈钢亲水涂层情况如图1，涂层表面无明显变化，依然保持不锈钢的金属光泽，触感比较光滑，试验对涂层基本无影响，对基材无任何腐蚀。

背面无涂层表面无锈蚀，表面形成氧化膜光泽度较低，触感相对粗糙。

图1  不锈钢亲水涂层

（2）镀锌板亲水涂层表面经过84小时中性盐雾试验情况如图2，涂层未破坏，未产生锈蚀，表面有均匀水纹，清水冲洗后可擦掉水纹。触感同试验时长的亲水不锈钢涂层有所区别，触感相对不如不锈钢光滑，金属光泽有所减弱。

图2  镀锌板亲水涂层

（3）84小时中性盐雾试验后不锈钢疏水涂层表面无变化，仍具有一定的疏水效果，表面水仍聚集成珠状表面，无水纹（如图3）；表面触感光滑，呈金属光泽。

图3  不锈钢疏水涂层

（4）84小时中性盐雾试验后镀锌板疏水涂层表面变化不大，无明细水纹，涂层无变化，具有一定的疏水效果（如图4），表面水仍以水珠存在；触感较光滑，呈金属光泽。

图4  镀锌板疏水涂层

4.3.2 200小时样件状态如下：

（1）200小时中性盐雾试验后不锈钢亲水涂层表面无明显变化，未生产水纹和白锈，金属光泽较强。与同一试验样件背面未喷涂面对比可见，未喷涂面产生水纹且无法擦掉，无白锈，表面触感光滑，仍呈现一定金属光泽。对比发现不锈钢亲水涂层对防腐性能起到加强作用，对不锈钢基材有保护作用。图5中间为喷涂面，左右两侧为未喷涂面。

图5  不锈钢亲水

（2）镀锌板亲水涂层经过200小时中性盐雾试验后表面有白锈出现，白锈均匀分布，触感粗糙且金属光泽大幅降低，涂层失去保护作用。背面无涂层面出现大量白锈，白锈分布不均匀，金属光泽差且白锈堆积触感明显。正反面对比未喷涂表面白锈较浅，金属光泽和触感优于背面未喷涂面。图6中间为喷涂面，两侧为未喷涂面。

图6  镀锌板亲水涂层

(3)200小时中性盐雾试验后不锈钢疏水涂层面未生成水纹及白锈，保留金属光泽，涂层无疏水效果，失去保护作用，背面未喷涂面出现少量水纹，无白锈，仍存在金属光泽但触感较喷涂面相对较差。由于腐蚀作用，涂层边缘出现起皮现象，起皮范围为2~3mm。正反面对比，喷涂面明显更加干净整洁，无腐蚀痕迹。

图7  不锈钢疏水涂层

（4）200小时中性盐雾试验后镀锌板疏水涂层面出现腐蚀现象，生成白锈，涂层失去保护作用，背面无涂层与正面情况基本一致，出现锈蚀且无金属光泽。

图8  镀锌板疏水涂层

6结论

亲水、疏水纳米涂层共计盐雾试验时间为200小时，分别在84小时、200小时两个时间节点记录金属板材及涂层腐蚀情况[4]，不锈钢和热镀锌板两种基材表现出不同的防腐效果，主要防腐影响因素主要来自基材本身防腐性能，其次是涂层对基材的保护作用。

不锈钢及涂层在84小时节点基本无任何变化，涂层仍有疏水、亲水效果，无腐蚀情况，表面保留金属光泽；热镀锌板及涂层在84小时节点开始出现差别，疏水涂层仍有部分疏水效果，表面保留金属光泽；亲水涂层亲水效果减弱，生成水纹及少量白锈，有涂层面较无层面白锈少且均匀，金属光泽减弱。主要原因是亲水涂层表面容易附着实验溶液，相对于疏水涂层的疏水效果，亲水涂层与液体的接触时间更长，更易被侵蚀[5]。

不锈钢及涂层在200小时节点后有金属光泽，边缘起皮，无疏水、亲水效果，表面无腐蚀现象，较无涂层面更加干净整洁。热镀锌板200小时试验后生白锈，涂层面相比无涂层面白锈少，已无疏水、亲水效果。不锈钢自身耐腐蚀性能明显优于镀锌板，使得涂层失去保护后自身仍具备较强的耐腐蚀性。

纳米涂层对钣金材料防腐起到一定的保护作用，不锈钢件效果优于热镀锌板，主要原因是基材防腐性能不同，疏水涂层防腐效果略微优于亲水涂层。200小时中性盐雾试验后，涂层基本失去疏水、亲水属性。

[1] 林昌健. 离子选择性涂层中下碳钢表面腐蚀产物的XPS 分析[ J] . 中国腐蚀与防护学报, 1998, 18( 2) :107.

[2] 胡德昌. 金属结构与抗蚀[ M ] . 北京: 宇航出版社,1987.

[3] 曹楚南. 腐蚀电化学[ J] . 北京: 化学工业出版社,1994.

[4] 宋诗哲. 腐蚀电化学研究方法[ M] . 北京: 化学工业出版社, 1988.

[5] 陈元春, 艾兴, 黄传真. 溶胶凝胶法陶瓷涂层的界面结合机制和性能[ J] . 科学通报, 2000, 145( 5) : 497~ 50.

通讯作者：贾胜娟，女，1989.3.11出生， 公司：珠海格力电器股份有限公司 职称：中级工程师 通讯地址：广东省珠海市香洲区前山金鸡西路789号 邮编：519000 电子邮箱：280941075@qq.com。