水性金属防腐涂料的发展及在飞机上的应用

水性金属防腐涂料的发展及在飞机上的应用

舒理松

重庆市华辉涂料有限公司

摘要：因金属及其构件腐蚀而造成的经济损失量很是巨大，严重影响到了国民经济的发展。防腐涂料被视为防锈蚀效果好、经济实惠、和易推广应用的产品，所以选择防腐性能良好、优选颜填料和各种助剂制备物理、化学性能好的水性金属防腐涂料是目前研究的重要课题。本文简要介绍了水性金属防腐蚀涂料的发展概况及其在飞机涂装中的应用。

关键词：防腐蚀涂料；水性涂料；水性树脂；飞机应用

引言

随着我国工业化发展步伐的加快，随之而来的环境压力已不容忽视。有关防腐蚀涂料的探究领域来看，由于以溶剂型为主，大量的有机化合物经过挥发作用排放到大气中，对空气、水环境等产生影响，同时威胁人类健康，与低碳经济发展需求背道而驰。因此，为了更好地控制有机化合物的排放，涂料水性化成为必然发展趋势。当前，我国已经有一部分水性金属防腐蚀涂料正式投入使用。在钢结构、石化及车辆飞机等领域得以应用，具有广泛应用前景。

1. 水性金属防腐涂料分类及现状

水性涂料已经逐渐成为涂料工业发展的新趋势。水性涂料的挥发性有机物（VOC）含量极低或不含VOC，是一种绿色无毒无害的新型涂料。另一方面，尽管水性涂料的性能已经达到一定的高度，但其综合性能还远不及溶剂型涂料。水性涂料在使用过程中亲水基团残留问题是导致涂料成膜性变差、影响其综合性能的重要原因。因此，为了大力提升水性涂料的综合性能、扩大水性涂料的应用范围，对水性树脂的改性就显得极为重要。在涂料中添加活性缓蚀剂或防锈剂，是提高水性涂料防腐性能最有效的方法之一。

1.1水性丙烯酸防腐涂料。

水性丙烯酸防腐涂料以（甲基）丙烯酸及其酯类共聚物为成膜物质，具有施工方便、快干、耐候、耐水等特点，可用作水性防腐底漆、中间漆和面漆。但由于水性丙烯酸树脂属于热塑性材料，存在耐溶剂性差、硬度不高等缺陷，所以传统的单组分丙烯酸涂料很难在防腐领域得到应用。目前的研究重点在于对水性丙烯酸树脂的改性方面，已有多家公司和研究所开发出了可用于水性防腐涂料的改性丙烯酸乳液。

1.2水性聚氨酯防腐涂料。

聚氨酯的分子链中含有氨酯键，还可能含有酯键、醚健、脲键等成分，因而具有较好的机械性能，优异的低温成膜性、耐介质性及耐候性，既可制备成单组分聚氨酯涂料，也可以制备成双组分聚氨酯涂料。聚氨酯涂料兼具保护性和装饰性，但其在金属表面的附着力稍逊于环氧树脂涂料，所以通常作为面漆与环氧底漆配用，以弥补环氧涂料装饰性和耐候性差的缺陷。

1.3水性环氧防腐涂料。

环氧防腐涂料由环氧树脂和固化剂两组分组成，在金属表面具有极好的附着力和耐化学品性。环氧涂料既可制成常温干燥型，也可制成高温烘烤型，故被大量用于防腐涂料体系中，能适应不同的施工要求。但环氧涂料也存在一些缺点，如户外耐候性差，涂膜脆性大。根据技术发展情况，通常可将水性环氧树脂产品分为5代：第1代由液体环氧和水溶性胺固化剂组成；第2代由固体环氧水分散体和水溶性胺固化剂组成；第3代由多功能固体环氧水分散体和胺溶液组成；第4代由改性液体环氧和水溶性胺组成；第5代由固体环氧水分散体和胺水分散体组成。在防腐体系中通常会选用E20或E12的固体环氧树脂体系。

1.4水性无机富锌防腐涂料。

水性无机富锌涂料以无机聚合物（硅酸盐、磷酸盐、铬酸盐等）为成膜基料，锌粉与其反应，在金属表面形成锌铁络合物，从而形成坚实的防护涂层。一般认为无机富锌涂层的防腐机理分两种：前期利用锌粉的阴极保护作用，后期利用锌粉腐蚀产生锌盐逐渐堵塞涂层空隙而产生的屏蔽作用。富锌涂料还具有“自修补”作用，当涂膜表面出现机械损伤后，腐蚀电流流向损伤处，锌粉的腐蚀产物在此沉积并形成保护膜，起到自修补保护作用。据报道，无机硅酸锌涂层是所有耐腐蚀涂层中耐蚀性最长久的一种，使用寿命长达20~50年。

2.防腐机理

2.1涂膜的屏蔽隔离作用。

涂层的屏蔽作用在于使基体和环境隔离以免被腐蚀。根据电化学腐蚀原理，金属发生腐蚀，是因为在金属界面存在水、氧、离子等，且存在离子流通的途径。因此，要防止金属发生腐蚀，就要求涂层具有屏蔽隔绝作用，能阻挡水、氧和离子从外界腐蚀环境渗透过涂层而到达金属界面。研究采用不溶于水、不易被腐蚀介质分解破坏的化学性质稳定的惰性颜料和填料，涂层本身比较稳定；这些颜填料的微粒有良好的填充作用，表面弊病少，使涂层的结构十分致密，不仅强度增加，而且能够阻挡腐蚀介质和基材的接触，延长腐蚀介质向基材的渗透途径，达到缓蚀的作用。

2.2涂膜的缓蚀、钝化作用。

涂层中含有缓蚀、钝化作用的化学型防锈颜料，与金属表面发生作用，例如钝化作用、磷化作用，产生新的表面膜层，例如钝化膜、磷化膜。这些薄膜的电极电位较原金属为正，使金属表面部分或全部避免了成为阳极的可能性；同时，由于薄膜上存在许多微空，便于成膜物质的附着，可以阻止锈蚀在膜破坏的地方向外扩展。当有微量水存在时，颜料就会从涂层中离解出具有缓蚀功能的离子，通过各种机理使腐蚀电池的1个电极或2个电极极化，抑制腐蚀进行。

3.飞机结构部位的腐蚀行为和现状

现役飞机结构腐蚀严重的区域主要集中在：外场无法检查、平时无法采取防范措施的机体结构内部，机身蒙皮铆接处、机翼、尾翼、起落架，可检查性较差的承力件、框架，机身密封舱等易积水的部位，一些半封闭式或密封较差的结构部件。目前，金属材料占现役绝大多数飞机和外挂设备结构材料总量的95%以上，为了质轻和高强度，载机及其装备的结构件多采用高强和超高轻硬铝合金、钛合金，超高强镍基合金钢或不锈钢精密加工而成。在腐蚀环境下，飞机铝合金结构连接部位紧固件周围的缝隙处涂层最先出现起泡、开裂，涂层剥落后，涂层下金属基体表面形成点蚀坑。随着腐蚀时间的增加，点蚀向晶间腐蚀转变，最后出现剥蚀。铝合金连接处成为最容易出现腐蚀活性点和开始膜下腐蚀的区域，是飞机结构腐蚀的薄弱部位。

4.飞机涂层防护的进展及应用

对氟涂料（氟碳漆）在飞机上的应用的研究，通过飞机试喷飞行和正式投产使用，涂层质量均完好无损，解决了飞机蒙皮表面掉漆难题，收到了较好的经济效益和社会效益，证明了氟涂料在飞机上的成功应用。飞机及航空武器装备整体防腐封存涂料，不仅可以长期整体防腐，而且封存期间无需对装备进行维护，并且可以达到防腐的要求。Ti-Mo合金（含钼量低的）涂层比TiN复合涂层的抗蚀能力好，比NiCrAlY涂层便宜。所以是压气机叶片要求抗蚀冲刷保护的最好选择之一。它是应用于海上飞机发动机和舰船动力机的工作需要。以典型飞机平尾大轴为例，分析了内腔结构发生腐蚀的主要原因。围绕内腔结构防腐改进技术措施开展深入研究，研制成功了适用于细长内腔无气喷涂设备。应用SLF重防腐涂层和IMR纳米复合涂层替代现有内腔结构防护涂层，提高了防腐涂层抗环境腐蚀性能。采用DL-609厌氧胶对平尾大轴进行密封处理，有效地阻隔了腐蚀介质进入内腔。按照所建立的方法对典型飞机平尾大轴实施了腐蚀修理与防护处理。检查结果表明，内腔表面防腐状况有了明显改善。

结语

航空涂料是航空飞行器必不可少的辅助材料，不仅具有装饰作用，更是对航空器结构材料进行防护。所以对于飞机来说，防腐蚀尤为重要，对飞机涂层的要求也就越来越高。紧固件是涂层失效发生腐蚀的薄弱点，因而需要改进接缝处的安全。最新的飞机防腐涂层以不含铬酸盐技术产品为方向，并且越来越趋向于防水、防电击、良好的抗渗透性、良好的机械强度等方面，既维护飞行安全，又延长飞机寿命，为国产飞机的发展做出贡献。

参考文献：

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[2]马尧瑶.飞机结构连接部位的腐蚀行为［M］.化学工业出版社，2017

[3]毛剑.水性防锈涂料的配方筛选及防锈性能研究［J］.上海涂料，2017，48（5）：23-25.