涂层与基体金属附着力的研究进展

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1、涂层与基体金属附着力的研究进展涂层与基体金属附着力的研究进展转载/cswl0611_40[与专家互动]1引言金属表面涂装效果的好坏，除了与基体金属和涂料本身的性能有关外，也与涂装的工艺性能有直接联系。在这些工艺性能中，起决定性作用的是涂层与基体的附着力(adhesion)。这种界面附着力的大小问题，不仅仅涉及到涂层防腐蚀领域，而是与所有金属与非金属材料的界面作用有关，如：粘接、复合材料、表面处理、印刷、摩擦与磨损、润滑等，为此，深入地认识研究金属和高分子界面的粘附力是十分必要和迫切的。2涂层附着力的含义附着力(粘附力)的实质是一种界面作用力，涂层的附着力则有其特殊性[1]，有机涂层

2、的附着力应该包括两方面：首先是有机涂层与基体金属表面的粘附力(adhesion)，其次是有机涂层本身的凝聚力(cohesion)。这两者在涂层防护的整个体系中是缺一不可的。在涂层的有效期内，涂层都必须牢固地附着在基体表面，附着力强度越大越好；同时涂层的凝聚力也是非常重要的，涂层必须形成致密牢固连续的膜层，才能起到良好的阻挡作用。两个方面缺一不可，附着力不好，再完好的涂层也起不到作用；而涂层本身凝聚力差，则漆膜容易龟裂。这两者共同决定涂层的附着力，构成决定涂层保护作用的关键因素。3附着力与涂层保护性能的关系附着力与涂层保护性能的密切关系，主要是由附着力与有机涂层下金属的腐蚀过程决定的

3、。有机涂层下金属的腐蚀主要是由相界面的电化学腐蚀引起的，附着力的好坏对电化学腐蚀有明显的影响。首先良好的附着力能有效地阻挡外界电解质溶液对基体的渗透，推迟界面腐蚀电池的形成；其次牢固的界面附着力可以极大地阻止腐蚀产物--金属阳离子经相间侧面向阴极区域的扩散，这些阳离子扩散是为了平衡阴极反应所生成的带负电荷的氢氧根离子。阳离子通过涂层向阴极扩散是一个相当缓慢的过程，附着力降低时，从相间侧面的扩散则容易得多。曾经有文献报道[2]，对于没有附着力的试样(涂层仅仅只是贴在基体金属上、四周密封的试样)，其腐蚀界面呈现宏观分布的十分不连续的阳极区和阴极区，而对于附着膜试样，其上的阳极区面积则要

4、小得多，说明附着力明显地影响了阳离子沿金属/涂层相间侧面的扩散。4附着力理论研究的进展涂层附着力的实质是一种界面作用力，和粘合、粘接力的本质是相同的，因此研究涂层附着力的理论和研究粘合粘接的理论基本相似。当两表面彼此接近形成界面时，总是有物理的和化学的力在起作用，附着力强度是表面吸引程度的量度，从能量的角度考虑，形成附着力的过程是表面能降低的过程，附着力强度是润湿程度、两表面的相对表面力学能和润湿动力学的函数。有关界面附着力或粘接力的理论研究有许多学说，如机械咬合粘接理论、静电理论、吸附理论、扩散理论、酸碱使用理论和化学键理论[3]等，目前尚未形成统一的理论体系，近年来有关这方面的

5、发展，突出地表现在涂层/基体金属间化学键作用的研究上。经典的附着力理论基本的出发点是范德瓦尔斯相互作用力[4]理论。认为涂层与基体金属之间由于紧密接触，不同分子之间存在相互作用力，这些作用力绝大多数本质属于次价键力，包括范氏力和氢键。随着研究工作的深入，特别是各种微观表面测试技术的发展，人们开始逐渐认识到，在涂层/金属界面作用中存在化学键的作用。而且由于化学键的键能比次价键的键能要大得多，对界面的作用强度往往起决定性的影响。同时这种作用对防止分子间的滑动和界面缺陷形成的裂纹扩展很有效。这类发现无论在理论上还是实践上都具有很诱人的前景。近十余年来，在粘合理论方面最重要的发现之一，就是

6、对化学键粘合机理的肯定。人们在大量的领域发现和证实了化学键作用的存在。首先，开展了对偶联剂作用的研究，通过大量实验证实了硅烷类偶联剂分子结构中的R基团可以和有机化合物起化学反应，而-Si-(OH)3可以自缩合和玻璃上的Si形成化学键，这一过程发生了化学反应[5]，这就表示将不同性质的两种物质以化学键粘接起来。这在玻璃纤维增强塑料中已有广泛应用。A.Miszcyk和H.Szalinska[6]在研究含玻璃鳞片的环氧涂料时，把硅烷作为附着力的促进剂使用，也取得了成功，其原因都是硅烷的化学键作用。HYamabe[7]在环氧涂层与基体金属之间采用聚丙烯酸(PAA)进行处理，4种金属铁、铜、

7、铝、锡表现了不同的结果，前3种金属与环氧涂层的附着力有显著的提高，而金属锡的附着力反而下降。其原因是这两类金属具有不同类型的表面等电点(isoelectricpointofsurface)。在前三种金属界面上，均生成了有效的离子键。从快速付立叶反射红外光谱(RE-FTIR)中发现，PAA的羰基吸收峰发生了位移，三种金属均如此，证明聚丙烯酸结构上的羰基与金属发生了化学作用，导致其吸收峰向低波数方向移动，而金属锡结果表明，PAA的红外光谱没有发生变化，说明未与PAA起作用