2A12铝合金表面石墨烯富镁涂层性能研究丁永志刘元海慕仙莲何卫平金涛赵连红孙娜摘要：石墨烯环氧富镁涂料以镁粉和石墨烯为关键用材，可对铝合金基材起到阴极保护作用。为揭示石墨烯富镁涂层腐蚀环境下防腐机理与性能，通过涂层微观结构分析、盐雾试验、附着力测试和实验室加速腐蚀试验，综合评价涂层耐蚀性能。试验结果表明，石墨烯富镁涂料与铝合金基材结合良好，涂层附着力>18MPa，耐中性盐雾>3000h，经过10个周期加速腐蚀试验，涂层未起泡，基材无腐蚀。石墨烯富镁涂料能减缓海洋环境下2A12铝合金材料腐蚀进程，为铝合金提供至少10年有效防护，为后期在飞机上应用提供参考。关键词：石墨烯；环氧富镁涂层；阴极保护；防腐性能：TQ635.2文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.09.008基金项目：航空科学基金（2018ZF05015）2Al2铝合金属于Al-Cu-Mg系铝合金，它因比强度高、耐蚀性好和易于加工等优点广泛应用于航空航天、船舶、电力传输、汽车、建材等领域[1-4]。尽管铝合金表面能形成一层氧化膜，具有一定的抗大气腐蚀能力，但铝的电负性较负，加之以合金形式存在，在海洋腐蚀环境中很容易发生电化学腐蚀[5]。涂层是金属防护的主要方式，可以降低或延缓金属的腐蚀。富镁涂层能对铝合金起到有效的阴极保护作用，由于其抗蚀性能好、无毒、环保的特点已逐渐替代传统含铬涂层及铬酸盐处理方法，成为铝合金表面防腐的最佳替代者[6]。富镁涂层中镁粉的电位低于铝合金，可作为活性金属牺牲阳极对铝合金基体金属提供阴极保护。但是，该防腐涂层中的金属填料是纯镁粉，纯镁的化学活性较高、自溶倾向大，使得涂层中化学腐蚀速率加快，导致富镁涂层中镁粉利用率低，阴极防护时间缩短[7]。为提高涂层中镁粉的利用率，往涂层中加入少量石墨烯替代部分镁粉，形成导电网络，以提高镁粉的连通率，避免孤立镁粉的存在。石墨烯是由sp2杂化的单层碳原子排列而成的2D蜂窝状晶体结构，具有高断裂强度、高杨氏模量和高导电率特别[8]，在防腐涂料领域应用广泛。片状的石墨---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---烯分散于涂料中，可以阻挡腐蚀介质的浸入，起到层层物理隔绝作用，有着良好的阻隔效果。石墨烯巨大的比表面积能与金属表面形成二元界面保护膜，在金属表面形成致密氧化物钝化层[9]。此外，石墨烯良好的导电性，将少量的石墨烯分散在防腐涂层中，可以形成强大的导电网络，增强镁粉对金属基材的保护效果。目前，国内外有很多关于石墨烯防腐涂料的报道，对石墨烯含量进行了探究，发现石墨烯含量为1%时防腐效果最好[10-13]。本文在石墨烯含量为1%条件下，以石墨烯富镁涂层为研究对象，对涂层微观结构分析，揭示防腐机理。根据某型飞机服役环境特点，编制加速腐蚀环境谱。通过附着力测试、耐盐雾性能试验和实验室加速腐蚀试验评价涂层性能，为制备飞机用铝合金长效防腐涂料奠定基础。1试验1.1原材料和试验件试验材料：丙酮由国药集团化学试剂有限公司生产，化学纯；石墨烯环氧富镁涂料为中国特种飞行器研究所自研产品；聚氨酯航空面漆由PPG涂料公司生产。2A12铝合金试验件：采用平板试样材料，其化学成分（质量分数）见表1，尺寸大小为150mm×75mm×3mm（见图1）。石墨烯富镁底漆厚度40μm，聚氨酯航空面漆40μm。1.2仪器设备---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---主要仪器有气动打磨机、膜层测厚仪、扫描电子显微镜、三维体视显微镜、附着力测试仪、盐雾箱等。1.3样品的制备将铝合金平板试验件用P240的砂纸进行气动打磨，以除掉表面的氧化层，用丙酮擦拭干净，晾干，用喷气式喷枪进行喷涂。室温下放置7天，测试相关性能。1.4性能测试室温条件下，采用扫描电子显微镜（SEM）观察涂层微观形貌；采用PosiTestAT-A全自动液压附着力检测仪测试涂层附着力，按照GB/T5210—2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》进行；采用盐雾试验箱对试验件进行盐雾性能测试，按照GB/T1771—2007进行，用KH-7700三维体式显微镜观察试验件表面微观情况。实验室加速腐蚀试验按照图2进行，每个周期的试验作用时间为506h，依次开展...