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航空鋁合金基材之複合塗層報告人 :李明真

組員 : 邱珮慈日期 : 2014年 6月 4日

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摘要• 由低固成分溶液取得的溶膠凝膠塗層已發展。• 由高固成分溶液取得的溶膠凝膠塗層展現優良的性質。• 複合塗層展現了強大的機械強度。• 大多數室溫下交連的複合塗層都不耐水性。

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簡介塗層系統一般是由化成塗層、基層以及保護層所組成。

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• 通電進行陽極處理• Cr3+ 、 Cr6+ 鹽溶液與鋁表面進行化學反應① 化成塗層生成• 提供基層與基材的附著 化成塗層目的• 通常以環氧樹酯與胺類或聚氨固化劑交連而成• 添加腐蝕抑制劑 ( 例如 : 鉻酸鍶 )② 基層• 航太塗層常以聚氨酯或環氧樹酯製成③ 保護層

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航太塗層工廠的重要任務塗層系統的研究• 有效• 低成本• 不含鉻，有益環境的腐 蝕抑制劑• 抑制劑摻入• 塗層的持久性

塗層材料與製程的需求• 達到抗腐蝕• 符合環保規範• 外觀以及耐久性

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溶膠凝膠網狀物之形式溶膠凝膠製程包含無機或金屬 - 有機前驅物的水解和縮和。•M(OR)Z + H2O → M(OR)Z-1(OH) + ROH • 2M(OR)Z-1(OH) → (RO)Z-1M-O-M(OR)Z-1 + H2O

• R'Si(OR)3 + H2O → R'Si(OR)2(OH) + ROH

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溶膠凝膠網狀物 與 金屬表面的交互作用氧化鋁層表面的 OH 基可以參與溶膠凝膠的縮和反應，形成 M-O-Al ，這個化學鍵結產生溶膠凝膠層與金屬表面強的交互作用。

例如﹕鋁合金的磷酸陽極處理生成一層厚約50nm 硬的多孔隙氧化鋁層

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溶膠凝膠網狀物與基層的交互作用• 例如 :

在溶膠凝膠網狀物的環氧基可以和在基層或保護層的氨基作用，變成有機薄膜網狀物的一部分。

金屬基材和有機塗層間形成一個平順沒有介面的級配，這會導致較好的附著性質和增加環境持久性。

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溶膠凝膠塗層系統Alumina colloidal solution

Functional silane-based alumina-silicate sol-gel solution

Ep Epoxysilane-based alumina-silicate sol-gel solution

Epoxy-and amino-mixed silane based silicate sol-gel system

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系統 1. 融溶態氧化鋁膠體溶液 (alumina colloidal solution)

系統 2.The functional silane-based alumina-silicate sol-gel solution

系統 3.Epoxysilane-based alumina/silicate sol-gel solution

系統 4.Epoxy and amino-silane-based silicate sol-gel solution

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TABLE 1

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TABLE 2

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附著測試結果指出• 無法通過濕 附著測試包含氨基的

• 全部通過濕附著測試包含乙烯基和丙烯基的

• 兩者皆通過包含環氧樹脂的

→ 官能基的親水性扮演了很重要的角色→ 底漆或溶膠凝膠偶合劑部分反應的化學計量不平衡。

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耐腐蝕性能

• 溶解度對抑制劑的效果有著很大的影響。

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耐磨性• 高固含量的環氧胺矽烷的溶膠凝膠塗層，具有良

好的耐磨損性和耐腐蝕性。這種溶膠凝膠顯示了顯著的防腐蝕屏障。

耐腐蝕測試結果 !

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耐腐蝕測試

圖 A經 200 轉砂輪的鋁合金磨損現象。圖 B3 週鹽水噴霧試驗

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溶膠凝膠 / 環氧樹脂複合塗層與傳統的有機聚合物塗料的混合塗層其可能的優點如下：

塗層的無機網狀成分，具有較長的使用壽命。增加該塗層的機械強度（如耐磨損性）。

無機鹽腐蝕抑制劑和填料能更好摻入。

複合塗層的表面光滑，有防水性。

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不同於薄膜的溶膠凝膠塗層中，複合塗層配方分為兩個部分

複合塗層配方

主要的製劑

固化部分

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總結高固含量的溶膠凝膠塗層顯示出優良的性能。

在高溫下含氨官能基的溶膠凝膠系統與環氧樹脂系統有強烈地交互作用。複合塗層表現出良好的機械強度。當在高溫度下交連，複合塗層通過濕附著性測試。

當在室溫下交連，大部分的複合塗層是對水敏感的。