鋁合金材料涂層防護(hù)性能的試驗(yàn)研究

郝美麗,曹學(xué)軍

（1.包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古 包頭 014030；2.中國(guó)兵器科學(xué)研究院 寧波分院，浙江 寧波 315103）

鋁合金材料涂層防護(hù)性能的試驗(yàn)研究

郝美麗1,曹學(xué)軍2

（1.包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古 包頭 014030；2.中國(guó)兵器科學(xué)研究院 寧波分院，浙江 寧波 315103）

根據(jù)影響涂層老化的環(huán)境顯著性因子，制定涂層實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)方案，進(jìn)行2024鋁合金防護(hù)涂層的實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)，對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行粉化、失光、色差分析。結(jié)果表明，該加速老化試驗(yàn)方案對(duì)所采用防護(hù)涂層體系具有很好的加速性。

鋁合金；涂層防護(hù)；涂層老化；加速腐蝕試驗(yàn)

鋁合金材料由于其高的強(qiáng)度和低密度已廣泛應(yīng)用于民用和航空航天領(lǐng)域。作為一種高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)材料，它的使用壽命越來(lái)越受到人們的重視[1]。為了延長(zhǎng)鋁合金材料的使用壽命，提高產(chǎn)品的使用可靠性，降低產(chǎn)品的維護(hù)成本，現(xiàn)已研究出來(lái)了許多的方法措施，其中涂層防護(hù)作為一種最常見(jiàn)、最有效的方法，已得到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注[2]。

涂層老化是影響涂層防護(hù)性能的主要因素，它直接影響材料的使用壽命，因此也是該領(lǐng)域的主要研究課題。戶外暴露試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)?duì)涂層的抗老化性能給出理想的評(píng)價(jià)，但存在試驗(yàn)周期太長(zhǎng)的問(wèn)題，因此，有必要采用人工加速的實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)研究[3]。

根據(jù)影響涂層老化的環(huán)境顯著性因子分析結(jié)果來(lái)制定涂層實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)方案，對(duì)有涂層保護(hù)的鋁合金試樣進(jìn)行QUV紫外光老化試驗(yàn)，通過(guò)涂層表觀的顏色變化、粉化、失光、色差進(jìn)行分析，計(jì)算失光率，并對(duì)涂層的耐老化性能進(jìn)行評(píng)級(jí)[4]。

1 試驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)條件

1.1.1 試樣要求

試樣材料為2024鋁合金材料，試樣尺寸為150mm×75mm×5mm，涂層體系為環(huán)氧底漆配套聚氨酯面漆，漆膜制備按GB1765-79《 測(cè)定耐濕熱、耐鹽霧、耐候性（人工加速）的漆膜制備法》規(guī)定方法進(jìn)行。試驗(yàn)每次取樣數(shù)量為1個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)試樣為三個(gè)。

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備為QUV紫外光老化試驗(yàn)箱。試驗(yàn)噴淋用水為去離子水。

1.1.3 試驗(yàn)周期

QUV老化試驗(yàn)：UV光照（55℃，4.5h），冷凝（35℃，4.5h）→UV光照（55℃，4.5h），冷凝（35℃，4.5h）→噴淋（5min）→鹽霧（30℃，5%NaCl）→浸漬（室溫）上述重復(fù)。

浸漬溶液為：第一組NaHSO3；第二組（NH4）2SO4+NaHSO3。從試樣出現(xiàn)失光現(xiàn)象開(kāi)始取樣，每次一塊，隔幾個(gè)周期再取一次，依次類推，直到停止試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)

取樣后，保護(hù)好試樣，進(jìn)行各項(xiàng)目的檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果按照GB1766-95 《色漆和清漆 涂層老化的評(píng)級(jí)方法》規(guī)定方法進(jìn)行評(píng)級(jí)。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層老化加速實(shí)驗(yàn)結(jié)果

涂層實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)（僅UV）粉化評(píng)級(jí)結(jié)果如表1 所示。

表1 涂層加速試驗(yàn)粉化評(píng)級(jí)結(jié)果

由實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)結(jié)果繪制涂層失光率（%）與試驗(yàn)時(shí)間（h）的曲線圖如圖1所示。

試驗(yàn)時(shí)間按取樣周期分為4個(gè)點(diǎn)，分別為720h、1440h、2160h、2880h。其中系列1為UV，系列2為UV+鹽霧，系列3為UV+鹽霧（浸漬溶液1），系列4為UV+鹽霧（浸漬溶液2）。

由實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)結(jié)果繪制涂層色差與試驗(yàn)時(shí)間（h）的曲線圖如圖2所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)失光率結(jié)果圖

圖2 實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)色差結(jié)果圖

其中系列1為UV，系列2為UV+鹽霧，系列3為UV+鹽霧（浸漬溶液1），系列4為UV+鹽霧（浸漬溶液2）。

2.2 實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)結(jié)果分析

由粉化結(jié)果分析表2可看出，涂層粉化程度與試驗(yàn)周期密切相關(guān)，隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加呈遞增的趨勢(shì)，上升趨勢(shì)較緩慢，直到2000小時(shí)左右才出現(xiàn)輕微粉化現(xiàn)象。

由失光率結(jié)果分析圖1可看出，試驗(yàn)室失光曲線趨勢(shì)非?；靵y，與試驗(yàn)項(xiàng)目過(guò)程密切相關(guān)。部分試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了光澤度增加的情況。

由色差結(jié)果分析圖2可看出，對(duì)于顏色變化的環(huán)境嚴(yán)酷性規(guī)律為UV＜UV+鹽霧＜ UV+鹽霧（浸泡）。顏色變化的程度與涂層受到光照的總量沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，而與光照強(qiáng)度，老化溫度，鹽濃度，pH值等條件密切相關(guān)。浸泡過(guò)程可以加速老化過(guò)程。

3 結(jié)論

（1）根據(jù)影響涂層老化的環(huán)境顯著性因子制定的涂層實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)方案對(duì)2024鋁合金材料的防護(hù)涂層老化具有很好的加速性；

（2）涂層保護(hù)的鋁合金紫外光老化試驗(yàn)結(jié)果表明，涂層粉化程度隨試驗(yàn)時(shí)間呈緩慢增加的趨勢(shì)；失光率變化較為無(wú)規(guī)律，根據(jù)分析，可能與使用亞光涂層有關(guān)；色差變化與與光照強(qiáng)度，老化溫度，鹽濃度，pH值等有關(guān)，并隨試驗(yàn)周期的延長(zhǎng)加劇。

[1]劉明，張曉云，陸峰.LC4CS鋁合金大氣腐蝕模擬加速實(shí)驗(yàn)方法的研究[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2005（04）：271-274.

[2]程學(xué)群等.評(píng)價(jià)有機(jī)涂層耐蝕性能的兩種方法初探[J].腐蝕與防護(hù)，2004（01）：9-12

[3]徐永祥，嚴(yán)傳偉，丁杰等.紫外光對(duì)涂層的老化作用[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2004（03）：168-173.

[4]陳乃洪，姚敬華等.船舶涂料海洋大氣與室內(nèi)家屬試驗(yàn)?zāi)M性研究[J].環(huán)境裝備工程，2006（03）：83-85.

郝美麗（1972—）女，內(nèi)蒙古包頭人，現(xiàn)主要從事金屬材料防腐與無(wú)損檢測(cè)方面的研究。