钛合金纳米重防腐涂料及其喷管工艺介绍

钛合金纳米重防腐涂料及其喷管工艺介绍

一、钛合金纳米粉末制备及检测

本项目利用高能球磨，并控制一定的物理化学条件，如惰性气体保护、加入键合剂、分散剂、助磨剂，通过碾碎、键合、再碾碎、再键合的反复过程，最终获得了组织和成份分布均匀的钛合金纳米粉末。超细化和键合化是一相对的动态过程。超细化的金属(合金)晶粒活性高、比表面大，易于团聚，若瞬间键合有机层和吸附保护气，可以有效地防止团聚的发生。被有机层键合的晶粒会再次破碎形成新的晶粒，再键合，如此反复进行，最后达到动态平衡。

制备工艺如下图所示：

图1-1钛合金纳米粉工艺流程示意图

平衡后的晶粒外表面键合了有机层并同时吸附保护性气体，因此这种粒子是钝化的纳米粒子，但其有机键合层并不影响这种金属(合金)晶粒大小的测定，我们通过X射线光电子能谱仪（XPS）对钛与其表面键合有机物的特征做了进一步的探讨。试样的制备是将经键合有机物的钛合金纳米粉在强溶剂中超声洗涤，随后高速离心分离，此过程反复三次，最后在氮气保护下得到干燥的钛合金纳米粉末。经中国科技大学X射线光电子能谱仪对这些粉末进行分析得到以下有价值的结果：

（1）钛合金纳米粉末表面被有机化合物包覆

（2）表面覆盖层深度小于5nm，内部的金属钛能级信号Ti2P3清晰可见。（3）氧有两种形态，一种是-Ti-O-键，另一种是-C-O-键，这说明钛合金纳米粉和有机物之间形成了化学键合。经X射线衍射测定证明也是结晶体。因此可以用谢乐公式计算出三个衍射强峰的半峰宽，从而计算出晶粒的大小。经国防科技大学、中科院固体物理所、国家超细粉末工程研究中心测定，晶粒尺寸大多为10-50nm。高分辨透射电子显微镜的测定:经国家超细粉末工程研究中心、中国科技大学等单位用高分辨率透射电子显微镜测定，我们制备的钛合金纳米颗粒呈球状，直径小于50nm，相互之间成网络状连接。

二、钛合金重防腐涂料的制备及检测

我们制备的两种钛合金纳米粉易于和高分子化合物形成复合材料。由于键合剂是双官能团的有机物，因此键合了有机层的粒子带有活性基团，制备出的纳米合金粒子属于活性粒子，在适度的条件下易于和高分子化合物键合。如这种钛合金纳米粉用作涂料的颜填料，就能够和高分子树脂相键合，进一步交联固化形成键合网络型纳米涂料。因此这种涂料不是颜填料和高分子树脂简单的机械混合，而是一均相复合材料。制备的钛合金纳米重防腐涂料两次连续被评为“国家重点新产品”。

钛合金纳米重防腐涂料制备工艺如下：

各种树脂预研磨高速分散色浆

助剂填料钛钽合金纳米稀料

钛合金纳米

固化剂分散固化剂成品

稀料助剂

图2-1钛合金纳米重防腐涂料制备工艺流程

特殊的纳米网络结构，能有效地防止腐蚀介质的渗透，使涂料具有更为优异的耐蚀性及耐磨性，我们将其作为填料添加到涂料中制成纳米涂料钛钽合金和钛合金纳米涂料，发现它们具有优异的耐蚀性（环氧涂料和聚氨酯涂料中性盐雾试验超过3000小时，而添加普通微米级钛合金制备的涂料只有400小时）和优异

的耐磨性（仅仅添加10%这种纳米粉的聚氨酯涂料，磨耗损失小于1mg/500g500r）及其他优异的综合性能，这些正是超细钛钽合金和钛合金粉纳米特性的具体表现。经以两院院士师昌绪、工程院院士解思深为鉴定首席专家的鉴定结论为：世界首创，达到世界先进水平，优于目前已知的重防腐品牌。产品经国家海洋中心、常州化工研究院等权威机构检测，综合性能优异。

表2-1 两种钛合金纳米涂料与国外相关产品耐蚀性能的比较

表2-2钛钽合金纳米、钛合金纳米的聚氨酯涂料的耐磨性

涂料的毒性实验

钛、钽、锆是少有的几种对人体无毒的金属，国家疾控防疫中心对钛合金涂

料进行了毒性试验。

（1）根据《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》（2001），对涂料样品进行卫生安全性检验，结果表明：色、浑浊度、臭和味、肉眼可见物、PH、溶解性总固体、耗氧量、砷、镉、铬、铝、铅、汞、三氯甲烷、挥发酚类、四氯化碳、甲醛、环氧氯丙烷和苯乙烯指标均符合《生活饮用水输配水防护材料卫生安全性评价规范》（2001）对饮用水输配水设备的要求。

（2）急性经口毒性试验

按《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》（2001）中附录B的方法，进行了动物急性经口毒性试验。试验结果表明：动物无中毒及死亡情况出现，因此，属于实际无毒级。

1、由实验数据可知，各种纳米涂料的耐酸、碱、盐溶液的性能及耐盐雾试验均较普通涂料有很大提高，钛钽合金纳米涂料和钛合金纳米涂料的耐蚀性能提高十分明显，分述如下：

(1)钛钽合金纳米（7%）聚氨酯涂料、钛合金纳米（7%）聚氨酯涂料耐盐雾时间均超过3000小时，而四氧化三铁纳米（15~20%）聚氨酯涂料最多达到500小时，在典型的10%的盐酸中，两种钛合金纳米涂料的耐蚀稳定的时间分别是四氧化三铁纳米涂料的4.28倍和3.57倍。在20%的氢氧化钠中，两种钛合金纳米涂料的耐蚀稳定的时间均是后者的4.6倍。

(2) 钛钽合金纳米（7%）环氧涂料、钛合金纳米（7%）环氧涂料也具有优异的耐盐雾腐蚀性能，耐盐雾时间均超过3000小时。而云母氧化铁纳米（15~20%）环氧涂料最多为500小时。在典型的10%的盐酸中，前两种涂料的耐蚀稳定的时间分别是后者的3.27倍和2.77倍。在10%的氢氧化钠中，前两种涂料的耐蚀稳定的时间分别是后者的3.80倍和2.85倍。

(3) 钛钽合金纳米（7%）氯化橡胶涂料及钛合金纳米（7%）氯化橡胶涂料在典型的酸、碱（未进行盐雾实验）试验中具有很好的耐蚀性，明显优于磷酸锌纳米（15~20%）氯化橡胶涂料。其中在10%的盐酸中，前两种涂料的耐蚀稳定的时间分别为后者的5.0倍和2.5倍。在10%的氢氧化钠中，前两种涂料的耐蚀稳定的时间分别是后者的2.66倍和1.33倍。

2、钛钽合金纳米涂料和钛合金纳米涂料的耐磨性十分优异，聚氨酯钛钽合