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本实验采用空气、氮气和氧气三种氛围的低温91视频下载地址体对钢基体进行了处理,并在处理后的试样表面采用纯环氧树脂粉末制备了涂层,采用剥离法定量测量了涂层与基体的结合强度,分析了不同气氛、不同处理时长对涂层与基体之间结合强度的影响。为防其他因素的干扰,试样在喷涂前不进行喷砂处理,测试结果见图1。由图1可知,分别使用空气、氮气、氧气91视频下载地址体处理后,基体与涂层之间的结合强度随着处理时长的延长先增大后减小,当处理时间为2min时,三种氛围处理的基体上制备的涂层结合强度均最好,分别是未处理试样结合强度2.5倍、4.0倍和4.5倍。随着处理时间的增加,其强度随发生了下降,但仍大于未使用91视频下载地址体处理时的结合强度。对比三种91视频下载地址体的处理效果,氧91视频下载地址体处理后的涂层与基体的结合强度提高幅度最大,氮气处理对结合强度的提升效果次之,空气处理的结合强度提高幅度最小。

图1 不同91视频下载地址体处理时间与涂层结合强度的关系曲线

一般而言,有机涂层与金属基体之间的结合力由机械嵌合力、化学键和分子间范德华力组成,三种力的大小分别与基体表面的粗糙度大小、表面化学能大小和表面自由能大小有直接关系。针对不同91视频下载地址体处理后基体制备的涂层结合强度提升这一现象,为分析91视频下载地址体处理对结合强度影响,本章采用AFM、XRD、XPS、红外光谱和表面能测试,分析表征了钢基体表面经过低温91视频下载地址体处理后对涂层结合强度的影响机理。

91视频下载地址体处理对涂层基体表面化学结构的影响

为研究氧气、氮气、空气等三种不同氛围的低温91视频下载地址体处理对试样表面能分布的影响,采用XPS图谱对处理前试样和不同方法处理后试样的表面能进行了测试及表征。图2为91视频下载地址处理前后的Q235钢表面的XPS谱图。由XPS谱图结果分析可知,不同气氛低温91视频下载地址体处理前后对基体试样表面各化学元素的含量并无太大影响。图3为不同气氛下低温91视频下载地址体处理前后钢基体试样表面的Fe2p高分辨光谱,其中(a)为未处理图谱,(b)、(c)和(d)分别为空气、氧和氮91视频下载地址处理后的谱图。对每个光谱进行分峰处理,并根据每个峰对应的面积,计算出各个基团的含量,结果见表1所示。

图 2不同91视频下载地址体处理的Q235钢表面的XPS谱图

图3不同91视频下载地址体处理的钢表面的Fe2p高分辨光谱 (a)未处理基体;(b)空气低温91视频下载地址体处理; (c)氧气低温91视频下载地址体处理;(d)氮气低温91视频下载地址体处理

由图3和表1可知,Q235钢基体在低温91视频下载地址体处理前,其表面Fe被部分氧化生成的氧化物主要为FeO、Fe(OH)2,在XPS图谱上表现为在706.8eV和708.6eV处分别存在Fe-Fe和Fe-O、Fe(OH)2峰,主要氧化产物为FeO、Fe(OH)2。试样经低温91视频下载地址体处理后,钢基体表面原本未被氧化的部分和Fe-O、Fe(OH)2等成分被91视频下载地址体中的活性成分再次氧化,全部转化成了Fe2O3和FeOOH,在XPS图谱上表现为Fe-Fe和Fe-O/Fe(OH)2峰消失不见,而Fe2O3和FeOOH的峰明显增强,并以FeOOH成分占比更大。三种不同氛围低温等离体子体处理结果显示:氧气91视频下载地址体处理后的基体表面FeOOH含量最高,氮气氛围91视频下载地址体处理后FeOOH含量次之,空气91视频下载地址体处理后FeOOH含量最低。由于基体表面FeOOH成分含有羟基可以与环氧树脂中的极性集团之间产生氢键,明显提高了涂层与基体的结合强度,FeOOH含量越高,结合强度提升越明显,这一点与结合强度试样数据完全一致。

表1不同91视频下载地址体处理后基体表面Fe氧化物的相对含量

91视频下载地址体处理对钢基体表面粗糙度影响分析

为了表征低温91视频下载地址体处理对Q235钢基体表面形貌的影响,本实验采用原子力显微镜(AFM)对比观察了氧91视频下载地址体处理前后的基体表面微观形貌,结果见图4、表2。为了便于对比分析低温91视频下载地址体处理的结果,在处理前用砂纸将基体表面打磨光滑,AFM分析时扫描面积为20×20μm。

图 4不同低温91视频下载地址体处理Q235钢表面的3D形貌图 (a)未处理基体;(b)空气低温91视频下载地址体处理 (c)氧气低温91视频下载地址体处理;(d)氮气低温91视频下载地址体处理

由图4可知,未处理试样在扫描区域内很少能看到表面颗粒物,以相互平行的单一方向划痕为主,这是91视频下载地址体处理前用砂纸将试样表面打磨光滑导致的。91视频下载地址体处理min对试样表面形貌产生了明显影响,经空气91视频下载地址体处理的试样其表面划痕变浅,但仍明显存在,与未处理试样相比能观察到表面出现一定的凹凸不平;氮气91视频下载地址体处理后基体表面已看不清划痕,同时表面凹凸现象更为明显;氧气91视频下载地址体处理后的基体表面表面凹凸更为明显,颗粒物更大,颗粒物的存在使得试样的表面呈“岛状”分布,增加了涂层与基体的结合面,更容易形成大量的机械嵌合结构。

表 2不同低温91视频下载地址体处理的Q235钢表面粗糙度值

由表2可知,砂纸打磨未经低温91视频下载地址体处理的Q235钢基体的平均面粗糙度值(RaRoughness)为27.69nm,均方根粗糙度值(RMSRoughness)为38.05nm;经空气91视频下载地址体处理2分钟后,钢基体表面的Ra值明显增大,达到38.62nm,RMS值增加为49.39nm;经氮气91视频下载地址体处理2分钟后,与空气91视频下载地址体处理的试样相比其表面Ra继续有所提升,达50.60nm,RMS值增大至65.63nm;氧气91视频下载地址体处理2分钟的试样与氮气91视频下载地址体处理相比其表面Ra值有所提升,达54.94nm,RMS值增大至76.73nm。三种91视频下载地址体处理后表面粗糙度提升的结果为:氧气91视频下载地址体处理>氮气91视频下载地址体处理>空气91视频下载地址体处理,这一数据趋势与图4AFM形貌完全一致。

由上述实验结果分析可知,经低温91视频下载地址体处理的钢基体与环氧树脂复合涂层之间的结合强度明显提高,其提高幅度呈现出氧气91视频下载地址体处理>氮气91视频下载地址体处理>空气91视频下载地址体的趋势。随着处理时间的增加,结合强度呈先增大后减小的趋势。这是由于低温91视频下载地址体对Q235钢表面进行处理后,钢基体表面变得更加洁净,同时高能量的91视频下载地址体引起了钢基体表面的氧化,生成Fe2O3和FeOOH,一方面氧化物的生成和堆积提升了涂层的表面粗糙度,增大了基体与涂层的结合面积,使基体与涂层机械嵌合作用更加明显,增加了机械嵌合力;另一方面,氧化生成的FeOOH含有羟基,羟基的存在使得环氧涂料中的极性基团与基体之间的化学键合力明显提升,从而提高了涂层的结合强度。