對金屬表面有機氟涂層的一點認識

摘要：本文主要研究了在鋼磷化基體和鋁合金微弧氧化基體上涂覆聚四覆乙烯的工藝過程、質量欠佳的原因和一些力學性能。我們可以觀察得到，對于同一涂覆層數，鋁合金微弧氧化基體上的涂層厚度要遠大于鋼磷化基體上涂層的厚度。用壓痕法測定涂層的維氏硬度，我們可以得出，隨著涂覆層數的增多，涂層的硬度逐步減小，塑韌性增強。而對于同一涂覆層數，鋼磷化基體上覆塑料涂層硬度要大于鋁合金微弧氧化基體上的涂層硬度[1]。

關鍵詞：氟塑料；涂層厚度；涂層硬度體上的涂層硬度

腐蝕是指材料在各種環境作用下發生的破壞和變質，它遍及國民經濟各個部門，給國民經濟帶來巨大損失。而耐蝕高分子材料是一類理想的防腐材料，在許多環境下能替代金屬材料，不僅能解決腐蝕問題，還能抗污染，保證產品質量及生產安全，降低能耗與原材料的消耗等問題[2]。而氟塑料是有機高分予材料中耐腐蝕性能的佼佼者，人稱“塑料王”，尤其是在一般傳統材料不能解決的強腐蝕、高溫、低溫、高純等苛刻工藝條件下，氟塑料是防腐材料的首選材料，為化工生產解決了許多難題。

1 氟塑料涂層厚度的分析

1．1 鋼磷化后涂層厚度分析

我們分別在4#試樣、6#試樣及12#試樣鋼基體上進行了一、二、三層氟塑料的涂覆，其截面形貌如圖1.1。

從金相顯微照片中我們可以得到， 4#試樣的涂層厚度約為6.25－10μm，6#的試樣涂層厚度約為15－17.5μm，而4#試樣的涂層厚度約為27.5－25μm。因此我們可以得出，試樣涂覆的次數越多，得到的涂層厚度就越厚。但是我們也可以發現，4#涂層厚度較12#涂層厚度也僅增加的十幾個微米。這也表明了隨著涂覆次數的增加，涂層愈加致密、均勻、光滑，也為之后的涂覆涂層的加厚增加了難度。

1．2．鋁合金微弧氧化處理后涂層厚度分析

我們可以來比較一下鋁合金微弧氧化試樣氟塑料的涂層厚度。在7#、66#試樣上分別進行了一層、二層氟塑料涂覆，其截面形貌如圖1.2。

從金相顯微照片中我們可以看到：7#試樣涂層厚度約為95－100μm，7#試樣涂層厚度約為105－112.5μm。因此我們也可以得出，試樣涂覆的次數越多，得到的涂層厚度的越厚。但同理，隨著涂覆次數的增加，由于鋁合金基體上涂層非常致密、均勻、光滑，也為之后的涂覆涂層生長增加了難度。

1．3．兩種材料經處理后涂層厚度的比較

從以上兩組圖片我們可以看出鋁合金經微弧氧化處理后涂覆的涂層厚度約為鋼磷化后涂層厚度的十倍左右。這說明基體形貌不僅與涂層表面質量關系密切，而且直接影響涂層的厚度。鋁合金經微弧氧化處理后，表面形成了均勻、致密、交錯的“火山噴射狀”組織特征的孔洞，這些孔洞縱橫生長，直徑一般為5－7μm，乳液進入這些孔洞后，將孔洞填滿與基體緊緊的交錯在一起，而微弧氧化陶瓷層的厚度約為幾十個微米，這樣就形成一層幾十微米厚的結合層，使氟塑料涂層的厚度與表面質量大大提高。

2．涂層結合強度的測試

2．1．壓痕法測試

涂層的硬度是涂層機械性能的重要指標。它關系到涂層的耐磨性、強度及壽命等多種功能。表面涂層的硬度可由多種方法來完成。但不同的硬度測試方法，其涂層硬度的含義也不相同。從本質上講，測量物體硬度的方法分為兩種，即靜力測量法（壓入法）和動力測量法。靜力測量法包括布氏、洛氏、維氏硬度等；動力測量法包括錘擊硬度、肖氏等。因為維氏硬度測量法適用的硬度范圍及試樣種類很寬，一般的浸涂、噴涂層均適用，故本實驗采取維氏硬度壓痕法測量，見表1-1、表1-2。

由表中我們可以看出，隨著涂覆層數的增多，要想使涂層出現裂痕，所加的載荷數也要不斷加大，得到的壓痕尺寸也隨之增大，而維氏硬度卻呈減小趨勢，這也就是說，隨著涂覆層數的增多，試樣表面的塑韌性增強而硬度降低。

對鋼基體而言，它的本征硬度（HV）是115，鋁合金微弧氧化陶瓷層的本征硬度（HV）是1500以上，而我們得到的復合硬度是同一涂覆層數時，鋼基體氟塑料涂層復合硬度大于鋁合金微弧氧化陶瓷層上氟塑料涂層復合硬度。這是由于當壓痕法測維氏硬度時，壓頭接觸到微弧氧化陶瓷層并施加力使得本身脆性很大的陶瓷層在涂層出現裂紋之前發生瞬間開裂，然而鋼基體故硬度較大，但卻不會發生脆性斷裂，因而我們測得的復合硬度值就出現了鋼基體氟塑料涂層復合硬度大于鋁合金微弧氧化陶瓷層上氟塑料涂層復合硬度[6]。

2．2．彎曲強度和剪切強度法測試

我們曾嘗試用彎曲強度測試法和剪切強度測試法測試氟塑料涂層的結合強度。用彎曲強度測試法測試涂層結合力時，由于氟塑料涂層的塑韌性非常好，試樣的受力部分彎曲變形已經達到的夾具所能達到的極限，但涂層幾乎完好無損。

用剪切強度法測試涂層的結合強度時，我們先用粘接劑（AB膠、502膠）將試樣兩邊粘在兩段鋸條上進行拉伸試驗。但是由于氟塑料具有很強的抗粘性，與膠體不親和，故在施加一定的載荷時之后，膠層首先出現開裂，而氟塑料涂層沒有被破壞。由于的時間和一些客觀因素的限制，無法將本次實驗進行下去，對此我對測試涂層結合強度提出以下建議：

a、使用氟塑料的專用粘接劑粘接試樣

b、將兩試樣同時浸入氟塑料乳液中兩面對粘，使兩試樣中存在一層乳液，再進行燒結，用氟塑料將試樣粘接在一起，這樣再進行拉伸試驗。

3．結論

通過對鋼基體上及鋁合金微弧氧化基體上氟塑料涂層的涂覆工藝和各項性能的研究，可以得出以下幾點結論：利用浸涂法可在微弧氧化預處理鋁合金表面和磷化預處理鋼表面獲得均勻致密的氟塑料涂層，涂層厚度分別為120μm和20μm。

鋼磷化基體和鋁合金微弧氧化基體上都可以附著氟塑料，由于鋁合金微弧氧化基體表面的致密孔洞，較鋼基體表面的孔深而且均勻，因而鋼基體與鋁合金微弧氧化基體結合的更加緊密，故鋁合金微弧氧化基體上氟塑料涂層的厚度要大于鋼基體氟塑料涂層的厚度。

用壓痕法和三點彎曲法難以測試有機氟涂層與鋁合金和鋼基體的結合強度。

參考文獻

[1] 張炎明 氟塑料在化工防腐中的應用及發展，全面腐蝕控制11(1)，16

[2] 鄔潤德等著 耐腐蝕塑料，化學工業出版社.1988

[3] 華南工學院等合編 耐腐蝕非金屬材料的應用，化學工業出版社，1985