应用于锂镁合金材质上的耐水煮涂层的研究与应用_欧阳德财.pdf

探索研究 RESEARCH AND DEVELOPMENT应用于锂镁合金材质上的耐水煮涂层的研究与应用欧阳德财（昆山三越油墨有限公司，江苏昆山 215341）Research on Spraying Process for Conventional PipelineInner Wall摘要：伴随着对笔记本电脑的轻量化及散热性要求的进一步提升，激发了设计人员对锂镁合金材质在笔记本电脑行业的应用。由于锂镁合金材质自身组成成分的活泼特性，在实际应用过程中对锂镁合金材质上涂层的防腐蚀性能提出了要求，行业主要采用水煮试验来考察涂层的表面状态和附着力。本文对影响涂层耐水煮性能的因素如材质厚度、涂层膜厚、涂层原料选择原则、交联密度等进行了分析和验证，结果表明，产品性能高于行业要求。关键词：耐水煮；附着力；硬度；内应力；配套性中图分类号：TQ630文献标识码：A文章编号：2096-8639(2023)02-0045-05Ouyang Decai(KunShan Sanyue Printing Ink Co.,Ltd.,KunShan,Jiangsu 215341,China)0 引言锂镁合金是航天、航空、兵器工业、核工业、汽车、3C 产业、医疗器械等领域理想的结构材料之一。近几年，笔记本电脑设计逐渐手机化轻薄、便携、窄边框、高屏占比成为发展趋势。目前已经得到成熟应用的案例：Acer（宏碁）Swift 系列 890990 g，Fujitsu（富士通）Life book UH 系列 698748 g，NEC LAVIEHybrid ZERO 748 g。选用轻量化材料是笔记本电脑减重的主要手段之一，轻薄本机身选材在很大程度上决定了其稳定性与耐用度，材料的选用需要在保证整体强度的同时最大限度地减轻质量。锂镁合金材料具有低密度、高比强度、高塑性等特点，是当今世界上最轻的金属结构材料，减重和强度效果兼具，是实现笔记本电脑更轻薄的理想材料，应用前景良好。锂镁合金自身所含元素的活泼特性导致其抗蚀性能较差，自身放置在常温大气中也会发生严重腐蚀现象，因此锂镁合金耐蚀性Abstract:With the further improvement of the lightweight and heat dissipation requirements oflaptops,the designers have stimulated the application of magnesium and lithium alloy material inthe laptop industry.Due to the active characteristics of the magnesium lithium alloy material itself,the anti-corrosion performance of the magnesium lithium alloy material coating is put forward inthe practical application process.In this article,the influential factors including coating thickness,coating film thickness,coating raw material selection principle and crosslinking density,etc.onthe boiling water resistance of the coating are analyzed and verified.The results show that the productperformance is higher than the industrial requirements.Keywords：water resistance;adhesion;hardness;internal stress;product compatibility涂层与防护第44卷第2期2023年2月Vol.44 No.2Feb.2023COATING AND PROTECTION45探索研究 RESEARCH AND DEVELOPMENT差的缺点在很大程度上又限制了其应用范围。为了更好地推广锂镁合金的应用，通过对锂镁合金表面进行化学溶液处理，形成一层致密的化学转化膜来进行短期防腐蚀，然后在转化膜上涂覆涂层进行最终防腐处理，不仅有效解决了锂镁合金的防腐蚀问题，而且增强表面美观，满足了人们审美的需求。1 实验部分1.1 主要原材料R-0164：南通星辰；40%DER669E 溶液：陶氏化学；R-706 钛 白 粉：科 慕；BYK-066N、BYK-306、DISPERBYK-110：毕克化学；Tego 245：赢创；A-187硅烷偶联剂：迈图；环氧磷酸酯附着力助剂、HDI 异氰酸酯固化剂：科思创；聚酰胺蜡防沉剂：楠本化学；防腐蚀颜料：HALOX；聚酰胺环氧固化剂：亨斯曼；600目滑石粉：市售；消光粉：格雷斯；羟基丙烯酸树脂：DIC；蜡粉：霍尼韦尔；消光粉：东曹。以上均为工业级。混合溶剂 1#、混合溶剂 2#：自制。1.2 实验配方和样品涂料制备实验参考配方如表 1所示。表 1 实验参考配方序号1234567891011121314151617合计原料混合溶剂1#R-016440%DER669E溶液混合溶剂BYK-066NDISPERBYK-110R-706钛白粉防腐蚀颜料600目滑石粉聚酰胺蜡防沉剂混合溶剂Tego 245ED-30消光粉混合溶剂2#BYK-306A-187硅烷偶联剂环氧磷酸酯附着力助剂配方1#15.0037.615.272.730.200.5618.840.504.210.385.000.101.004.500.101.502.50100.00配方2#15.0037.615.272.730.200.5618.840.504.210.385.000.101.004.000.101.503.00100.00配方3#15.0037.615.272.730.200.5618.840.504.210.385.000.101.003.500.101.503.50100.00配方4#15.0037.615.272.730.200.5618.840.504.210.384.500.101.005.000.101.003.00100.00配方5#15.0037.615.272.730.200.5618.840.504.210.385.000.101.003.500.102.003.00100.00配方6#15.0037.615.272.730.200.5618.840.504.210.384.500.101.003.000.102.503.50100.00按照表 1 配方先将 1 号原料加入，然后依次加入2、3 号原料，并以 500 r/min 搅拌混合 10 min。再加入4、5、6号原料，并以 1 000 r/min 搅拌 10 min，充分搅拌均匀。在搅拌状态下依次将 7、8、9、10 号原料加入，并以 1 000 r/min 搅拌 20 min 后，用 11 号原料清洗槽壁和洗槽，上机进行研磨至细度 10 m，研磨合格后再依次加入 12、13 号原料，分散均匀并再经研磨机研磨，最后加入 14、15、16、17 号原料，并以 1 000 r/min搅拌 20 min出料。1.3 测试样件制备利用客户提供的同一批次基材进行样件制备。样件制备的过程中以底涂配套不同固化剂配比、不同膜厚、助剂的添加量作为此次重点的设计项目。分别将底涂配方1#、2#、3#、4#、5#、6#按照质量比7 1、8 1、91 调配固化剂在锂镁合金（厚度为 0.2 mm）材质上使用自动机械喷涂底涂。固化比 71 时喷涂膜厚分别控制在 12 m、24 m；固化比 81 时喷涂膜厚分别控制在 13 m、23 m；固化比 91 时喷涂膜厚分别控制在 14 m、24 m。然后按照工艺统一通过自动机械喷涂配套聚氨酯面涂（膜厚为 18 m）完成测试工件的制备。欧阳德财：应用于锂镁合金材质上的耐水煮涂层的研究与应用46探索研究 RESEARCH AND DEVELOPMENT1.4 性能检测严 格 参 照 华 硕Paint Printing spec Rev.2.142017-10-31 版标准要求：对已制备的样件参照 ASTMD33632005 方法（765gf3H）进行硬度测试和耐沸水煮（100 1 h）测试，水煮后并对工件进行表面起泡判定和常温静置 30 min 后参照 ASTM D33592009方法做附着力测试。2 结果与讨论2.1 交联密度对水煮的影响主剂与固化剂的配比不同，直接决定了涂膜干燥后的交联密度。（1）当m（A）m（B）=71 时，理论交联密度为 1.25，表示固化剂过量 25%，充分干燥后理论上固化剂中所含有的官能团存在过量现象。其中固化剂中所含有的官能团具有亲水性，直接导致涂膜耐水性下降，综合耐水煮性能和附着力不如m（A）m（B）=8 1。（2）当m（A）m（B）=81 时，理论交联密度为 1.1，表示固化剂过量 11%，充分干燥后理论上固化剂中所含有的官能团的存在过量现象。但是实际测试结果m（A）m（B）=81 时耐水性和附着力性能综合性能最宽广，全面达到要求。（3）当m（A）m（B）=91 时，理论交联密度为 0.97，表示固化剂欠量3%，充分干燥后理论上固化剂中所含有的官能团的存在欠量现象，即树脂中官能团过量导致交联不充分，综合耐水煮性能和附着力性能不足。综上所述，由于在干燥的过程中官能团的交联活性随着固化程度的提升而下降，实际交联密度会比理论设计值低。为了在实际产品设计中得到理想的交联密度，通常通过理论设计指导以及通过实验确认交联密度 （一般会设计 1），依据实验证明配比 8:1 较为合适。以下讨论均在m（A）m（B）=8 1的基础上进行因素分析。2.2 底涂对硬度的影响将样品在未水煮前进行硬度测试，结果如表2所示。根据表 2中对按照工艺制备的工件进行水煮前硬度测试，依据测试结果可知，1#、2#、3#、4#配方在面涂膜厚一致的情况下均能够满足产品硬度测试要求，但是 5#、6#配方只有在膜厚相对厚的情况下才能通过硬度测试。经过配方的平行性对比分析结果表明，A-187硅烷偶联剂的添加量会影响产品配套性硬度。2.3 底涂膜厚对耐水煮性能的影响对同一基材、同一配方、不同底涂膜厚的样件进行 100 不同时间段的沸水煮实验测试，并进行水煮后表面效果、附着力测试，检验底涂膜厚对耐水煮性能的影响，结果如表 3所示。将配方 1#、2#、3#、4#、5#、6#的底涂膜厚分别控制在 13 m、23 m，按照工艺配套面涂（面涂膜厚控制在 2224 m）制备样件后做 100 不同时间段的沸水煮实验测试。结果表明，只有 2#、5#、6#配方在不同膜厚的情况下能够满足水煮后表面要求。同时，样件水煮后参照 ASTM D335909 进行附着力测试，结果如表 4所示。配方编号1#2#3#4#5#6#膜厚/m13无划痕无划痕无划痕无划痕极轻微划痕轻微划痕23无划痕无划痕无划痕无划痕无划痕极轻微划痕表 2 未水煮前硬度测试结果表 3 水煮后表面效果变化注：1表面无起泡；2表面有局部极其轻微起泡（小泡）；3表面有局部起泡（小泡）；4表面有局部起泡（大泡）；5表面大面积起泡（大泡、小泡）。配方编号1#2#3#4#5#6#膜厚/m132313231323132313231323不同水煮时间/h11111111111112111111111111311111111111142111112111115311111321111欧阳德财：应用于锂镁合金材质上的耐水煮涂层的研究与应用47探索研究 RESEARCH AND DEVELOPMENT配方 1#、2#、3#、4#、5#、6#按照