本文關鍵詞：耐磨耐蝕金屬甲板涂層材料的開發(fā)

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【摘要】：海水是一種腐蝕性很強的電解質,多年來各國為防止海洋對金屬的腐蝕做了不懈的努力。我國在這方面的研究、應用較晚,特別是在腐蝕嚴重的海洋環(huán)境中,對鋼鐵材料如何進行長效防護應用,我國目前仍需進行大量研究和改進。為延長用于海洋環(huán)境中金屬的使用壽命,目前最常用的方法包括電化學保護法、金屬表面涂覆涂層或使用新型合金等,其中表面涂層是當前應用最為廣泛的方法之一。較常用的涂層材料包括環(huán)氧樹脂涂料、陶瓷涂料、有機硅涂料等,其中有機硅涂料是以有機硅聚合物或有機硅改性聚合物為主要成膜物質,其主要成分烷氧基硅烷單體在酸性或者堿性條件下可以發(fā)生溶膠-凝膠反應。利用此方法將涂料涂覆在金屬材料上,可以起到屏蔽腐蝕性介質的作用,并利用材料自身良好的附著力、硬度、強度等性能起到耐磨耐蝕的作用,對應用于海洋環(huán)境中的金屬原料起到保護作用。本文以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)為涂料的主要水解成分,通過控制不同的反應條件,探究其對最終形成的涂層材料性質的影響,主要內容包括:(1)在酸性體系中MTMS發(fā)生水解反應,生成硅醇,Si—OH之間或Si—OH與水解生成的甲醇之間發(fā)生脫水縮合的反應生成Si—o—si的網狀交聯(lián)結構。利用體系電導率及溫度的變化表征脫水縮合反應的程度。ph值越小,水解縮合的速度越快。磷酸和甲酸催化下的體系反應相對穩(wěn)定平緩,鹽酸和乙酸催化下的體系水解縮合程度不佳。不同的有機基團結構不一,導致硅氧烷水解反應快慢有一定的差別,在相同的條件下甲基三甲氧基硅烷的水解速率快于甲基三乙氧基硅烷。(2)以mtms為主要涂料成分在酸性催化劑催化下進行脫水縮合反應,隨后分別添加堿性硅溶膠和顏填料,在分散4小時后利用噴涂法將涂料涂覆在經過表面處理的金屬基板上,分別在100℃和200℃的條件下加熱固化15分鐘。經過測試得出隨著堿性硅溶膠質量分數的增大,涂料體系的粘度先增大后減小,體系的固含量逐漸增大,硬度及附著力均有所提高。鹽酸催化體系下所得的涂料粘度遠高于其他催化劑催化下所得涂料的粘度,固含量大致相同。其他三種催化劑催化下所得的涂層硬度和附著力要優(yōu)于鹽酸。三種不同顏填料添加后涂料的粘度差異不大,但所得涂料的固含量明顯高于清漆,且涂層硬度均達到9h,添加高嶺土和晶須硅的涂層附著力要優(yōu)于鈦白粉。通過金相顯微鏡觀察得知堿性硅溶膠與mtms質量比為5:5時涂層致密平整,無裂痕。甲酸和乙酸催化下所得的涂層表面較均勻致密,無明顯裂痕。而以高嶺土和晶須硅為顏填料所獲得的涂層表面光滑致密,平整均勻,無開裂的情況。(3)經過耐磨性測試和點蝕實驗及電化學測試后可知金屬表面涂覆涂層之后具有耐磨性和耐蝕性,可以有效地屏蔽腐蝕介質以達到保護金屬基板的目的。其中堿性硅溶膠與MTMS質量比為5:5時涂層耐磨性最佳。甲酸作為體系催化劑所制得的涂層耐磨性能最好,鹽酸催化所得涂層耐磨性能最差。三種顏填料組分制得的涂層耐磨性相當,其摩擦測試后的失重量幾乎保持一致,其中晶須硅為顏填料所制得的涂層耐磨性相對較好。對于不同組分質量比的涂層材料,5:5和4:6這兩種配方的涂層耐蝕性相對較好。甲酸催化下得到的涂層耐蝕性最好,磷酸催化下得到的涂層耐蝕性最差。添加了晶須硅的涂層材料耐腐蝕性最好。
【關鍵詞】：甲基三甲氧基硅烷 耐磨性 耐蝕性
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 引言13
• 1.2 耐磨耐蝕涂層材料的研究進展13-16
• 1.2.1 耐磨耐蝕涂層材料作用機理13-14
• 1.2.2 耐磨耐蝕涂層材料的種類14-16
• 1.3 涂層材料的制備方法16-19
• 1.3.1 溶膠-凝膠法16-17
• 1.3.2 原位聚合法17-18
• 1.3.3 層狀嵌入法18
• 1.3.4 自組裝方法18
• 1.3.5 共混法18-19
• 1.4 涂層材料的涂覆工藝19-21
• 1.4.1 電鍍技術19
• 1.4.2 氣相沉積19-20
• 1.4.3 金屬磷化技術20
• 1.4.4 金屬表面硅烷化處理技術20-21
• 1.5 涂層材料的測試方法21-23
• 1.5.1.鹽霧試驗21
• 1.5.2 浸漬試驗21-22
• 1.5.3 耐磨測試22
• 1.5.4 電化學阻抗譜法(EIS)22-23
• 1.5.5 掃描開爾文探針法(SKP)23
• 1.6 本論文的主要研究內容23-25
• 第二章 不同條件對甲基三甲氧基硅烷水解縮合反應的影響25-33
• 2.1 前言25-26
• 2.2 實驗部分26-28
• 2.2.1 實驗材料與試劑26
• 2.2.2 實驗儀器26-27
• 2.2.3 實驗方法27
• 2.2.4 測試與表征27-28
• 2.3 結果與討論28-32
• 2.3.1 硅氧烷涂料的結構分析28
• 2.3.2 pH值不同對硅氧烷水解-縮合反應的影響28-30
• 2.3.3 催化劑種類不同對硅氧烷水解-縮合反應的影響30-31
• 2.3.4 硅氧烷種類不同對水解-縮合反應的影響31-32
• 2.4 本章小結32-33
• 第三章 聚甲基三甲氧基硅烷涂料的制備及加工33-45
• 3.1 前言33-34
• 3.2 實驗部分34-37
• 3.2.1 實驗材料與試劑34
• 3.2.2 實驗儀器34-35
• 3.2.3 實驗方法35-36
• 3.2.4 測試與表征36-37
• 3.3 結果與討論37-44
• 3.3.1 涂料粘度分析37-39
• 3.3.2 涂料固含量分析39-41
• 3.3.3 涂層力學性能分析41-42
• 3.3.4 涂層表觀形貌分析42-44
• 3.4 本章小結44-45
• 第四章 聚甲基三甲氧基硅烷涂料耐磨性和耐蝕性的研究45-57
• 4.1 前言45-46
• 4.2 實驗部分46-48
• 4.2.1 實驗材料與試劑46
• 4.2.2 實驗儀器46-47
• 4.2.3 實驗方法47
• 4.2.4 測試與表征47-48
• 4.3 結果與討論48-55
• 4.3.1 涂層表觀形貌分析48-50
• 4.3.2 涂層耐磨性分析50-52
• 4.3.3 涂層耐蝕性分析52-55
• 4.4 本章小結55-57
• 第五章 總結57-58
• 第六章 參考文獻58-61
• 致謝61

【參考文獻】

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本文編號：741113