•提高涂料的附着力和耐蚀性系统在钢铁、铝和其他金属基板;
•减少所需的水平的喷砂处理或协会(钢结构油漆委员会)血海(白色喷抛清理附近=至少95%的表面没有可见的残留),名义上SP-6(商业喷抛清理=至少65%的表面没有可见的残留)或太白(电动工具清洁,只有删除松散的氧化皮,铁锈和旧油漆)。
环保水性纳米复合材料预处理促进漆层间附着力和金属作为双面粘合剂。本文讨论了预处理的概念,实验室和户外暴露试验结果的预处理,并扩大与美国主要造船纳米复合材料的预处理。
技术概述
证实下小企业创新研究合同,NEI开发了一种无铬纳米复合材料预处理涂层对钢铁、铝和其他金属。作为一个例子,目前海军爆破和绘画实践钢船如图1所示,该方法。当前海军实践包括喷砂处理的钢铁协会的血海的清洁水平。这种级别的喷砂处理非常费时,昂贵的和是一个环境问题,因为它会产生大量的有害废物由于大量的金属表面移除生产2 - 3毫升的金属表面轮廓。爆破后,两层底漆通常应用于8 - 12毫升的总厚度,紧随其后的是一个2 - 4 mils-thick轻便外套。技术开发的NEI薄(-2.0 ~ 0.5微米厚度)纳米复合材料预处理,作为双面粘合剂。因为优异的附着力的预处理金属衬底和底漆、喷砂处理的水平可以减少从血海SP-6,或甚至在那里太白电动工具清理应用程序。这种表面处理水平的降低导致显著减少劳动力和危险废物,降低总体成本。同时,由于优异的附着力和耐蚀性的使用所产生的纳米复合材料预处理、潜在的存在降低底漆涂层的厚度,降低了应用总成本更大。
应该强调,纳米复合材料预处理是非常环保的水性,在环境条件(即干。,不需要高温固化),不含铬或其它致癌物质,没有溶剂(因此没有挥发性,没有重金属,没有也许不久。此外,预处理是制定,这样很容易适用于各种金属表面使用传统绘画设备。
测试结果
最初的实验配方
最初的实验室工作专注于发展一个可行的风干水性配方,提供优异的附着力和耐腐蚀钢,喷砂,喷砂处理清洁水平低于血海(即。,SP-6或太白)。设计和测试几十个配方后,下面讨论的纳米复合材料预处理配方选择。
图2显示了四周盐雾结果(ASTM B117)钢面板,要么是喷砂血海没有任何预处理,或清洗电动工具太白的清洁水平,其次是纳米复合材料预处理的应用。所有的板都涂上一个ultrahigh-solids环氧底漆(8毫升−mil -脉冲重复频率- 23236 - c)和low-solar-absorbance硅醇酸面漆(2毫升−mil - p - 24635 - b)。图2显示了血海控制面板文士蠕变(即2.4毫米。,paint delamination at the scribe area) compared to 1.5 mm for the SP-3 plus nanocomposite pretreatment. This is a significant result because the nanocomposite pretreatment with a much lower level of surface cleanliness (SP-3) had better salt spray results than SP-10.
阴极disbondment测试也进行了。在该测试中,面板被涂上一层一个ultrahigh-solids环氧底漆(8毫升−mil -脉冲重复频率- 23236 - c)。没有使用的面漆。抄写员是放置在油漆到钢衬底。面板然后沉浸在3.5%氯化钠溶液在-0.59伏特阴极极化24 h。周围的油漆剥落的抄写员用刀了,和disbondment面积测量的大小。
图3显示SP-6的清洁水平结合纳米复合材料预处理文士蠕变少多了血海样本。
船厂扩大
Nanomyte PT-20纳米复合材料预处理对钢铁基体美国主要船厂项目扩大了规模。2010年11月,NEI的人员进行了第一场试验Nanomyte PT-20。在试验,船厂工人清理62钢面板(6 * 12 * 1/8“厚)喷砂处理或使用电动工具。PT-20应用于一些面板清洁协会SP-6或血海。一些面板被“控制”面板中,他们没有PT-20处理。船厂工人然后应用两层Navy-specified环氧底漆(MIL -脉冲- 23236 d)。总干膜厚度8毫升;干燥时间外套之间大约18 h。
准备测试板画、刻、放置在户外暴露在45°朝南(根据ASTM D1014)大约30码盐水的船厂。面板被放在每隔六个月2011年1月和评估。在2011年7月评估,没有明显区别的面板。面板从这个试验同时进行各实验室检测。下面讨论的结果。
实验室测试结果
面板从2010年11月船厂审判受到以下实验室检测:盐雾(ASTM B117)和阴极disbondment (mil -脉冲- 23236 d)。下面讨论每一个测试的结果。
面板受到盐雾测试(ASTM B117) 28天。图4显示了SP-6表面处理+ NEI预处理不如血海控制文士蠕变。这些结果是典型的多个样本的测试系列。
阴极disbondment测试完成每mil -脉冲重复频率- 23236 d和ASTM八国集团。三个假期¼英寸钻通过涂层每个6“x12”测试面板上的金属来获取结果30,60 - 90天。板被放置在一个塑料容器,沉浸在电解质溶液组成的自来水和1 wt %的氯化钠、硫酸钠、碳酸钠。面板是电连接到一个商业镁阳极。最后的测试期间,测试细胞分解,和测试板与温暖的自来水冲洗并擦干。剥落的油漆在假期就用刀,和disbondment面积测量的大小。
图5显示样品的耐阴极disbondment SP-6表面处理+ Nanomyte PT-20预处理略优于血海的控制。结果如图5所示是典型的多个样本测试系列。
原型部分扩大
根据2010年11月的成功试验,海军和船厂人员同意扩大原型零件的过程。扩大试验同样发生在2011年5月在船厂2010年11月的审判。选择的部分是一个支持角度和连接器支架。每个部分大约是15 " x 15”。每个部分之一是喷砂血海(控制部分),另一个是喷砂SP-6到Nanomyte PT-20应用。所有的部分都涂上两层环氧底漆(8密耳厚总−MIL -脉冲重复频率- 23236 - d)和一层low-solar-absorbing硅醇酸面漆(2密耳厚−MIL - p - 24635 - b)。这两个部分喷砂处理之前如图6所示。图7显示了部分后喷砂,画,放在户外暴露在2011年6月。
8和9的数据显示原型零件经过六个月的户外曝晒从盐水大约30码。这些部分被放置到45°根据ASTM D1014朝南。在这短的曝光时间,红锈可以清楚地看到在焊缝和边缘地区的控制(即。没有NEI预处理,血海只)。没有见过红锈在同一地区,或其他地方与SP-6测试件表面制备其次是Nanomyte PT-20治疗。这个结果清楚地显示的好处使用Nanomyte PT-20预处理。
总结
NEI公司开发了一种专用纳米复合材料预处理涂层设计:(a)提供使用寿命长通过改善覆盖等体系的涂料的附着力和耐蚀性;和(b)降低整体表面处理和成本降低所需的水平的喷砂处理协会的血海名义上SP-6或太白。薄(0.5 - 2.0微米),对环境友好,风干,水性预处理促进附着漆层和金属基体之间充当双面粘合剂。NEI技术适用于钢铁、铝和其他金属表面,并使用传统绘画设备很容易应用。
纳米复合材料的耐蚀性福利预处理在广泛的实验室腐蚀和附着力测试证明,船厂和田间试验。样本的扩大试验长期户外曝晒盐水附近。曝光时间只有6个月后,SP-6抨击部分加上Nanomyte PT-20显示没有任何红锈。血海抨击部分没有PT-20显示红锈在焊接接头和边缘。
尽管预处理最初是为绘画结构设计需要喷砂处理,预处理也将适用于绘画操作不需要喷砂处理,如卷材涂料、浸渍涂敷和non-grit-blasted喷涂。
承认
NEI公司感谢海军SBIR计划提供的资金支持。支持的论文中给出的工作# n00024 - 08 - c - 4142合同。
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