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用於航太科技之鋁合金基材的有機 / 無機塗料班級 : 化材三甲

組員 : 陳彥廷、石博文、林政廷指導老師 : 黃永慈

報告時間 :20140604

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Outline

• 前言• 目的• 實驗方法與結果• 結論

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前言 :

• 一般塗層系統分為轉換塗層、底塗層和外塗層三個塗層• 轉化塗層 陽極處理 化學反應 底漆 : 含有交聯胺或是聚酰胺固化劑的環氧樹脂 具有高腐蝕性 : 加入腐蝕抑制劑 面漆 : 使用聚氨酯和環氧樹脂

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• 塗層系統的缺點為壽命短、成本高、產生有害廢物• 創新非傳統塗層材料和工藝，將可實現防腐蝕、符合環保、外觀、和長期耐久性佳的特性• 溶膠 - 凝膠技術可生產出具又高黏附性和防腐蝕性的塗層以取代目前的鉻酸鹽轉化塗層技術

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目的 :

• 利用溶膠 - 凝膠程序製備出具有很好的機械和物理性能的塗料來，這樣才能使材料壽命延長

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實驗方法 :1-1 溶膠 - 凝膠法網絡的形成①M(OR)Z + H2O → M(OR)Z−1(OH) + ROH

②2M(OR)Z−1(OH) →(RO)Z−1M–O–M(OR)Z−1+ H2O

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

④Al(OR)3 + H2O → HO–Al(OR)2 + ROH

⑤ ∼∼ R’Si(OR)2(OH) + HOAl(OR)2 ∼∼ → ∼∼ R’Si(OR)2–O–Al(OR)2 ∼∼

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1.2 溶膠 - 凝膠法中的網絡與金屬表面間的交互作用•在潮濕環境中的氧化物層表面具有許多的羥基，而這些羥基可以參與溶膠 - 凝膠法的縮合反應•金屬與鋁或矽的溶膠 - 凝膠膜形成 M-O-Al型式的化學鍵，可讓溶膠 - 凝膠層與金屬表面產生很強的交互作用

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1.3溶膠 -凝膠網絡對底漆或面漆的相互作用

• 底漆塗層存在的基團容易與溶膠 - 凝膠網絡表面同類型的官能基團反應，並讓材料具有優越的黏附性和環境耐久性

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2. 溶膠 - 凝膠的塗佈系統

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開始塗佈• 鋁基板第一用甲乙酮擦拭隨後在 MIL-C-38334 脫氧劑內脫氧 3.5 分鐘。• 利用瓦格納無氣噴漆槍來塗佈。• 在 120◦℃ 的室溫下固化 1 小時 24 小時後，將鋁基板與底漆和面漆進行脫離。

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腐蝕抑製劑• 抑製劑的選擇有醋酸鈰，草酸鈰，硼酸鈣，偏釩酸鉀，和釩酸鈰。

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3.1耐腐蝕性能• 選擇 vinylsilane-based alumina–silicate 稀薄溶膠 - 凝膠系統中的 non-chromate 緩蝕劑與化合物的溶解度是很重要。• calcium borate 和 potassium metavanadate 為恰當的溶解度之化合物。• Cerium acetate 則過於容易溶解會使形成的塗層迅速消失。• cerium oxalate 和 cerium vanadate不夠溶解又會無法維持有效濃度使抑制劑用來防止腐蝕。

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3.2 耐磨性

• 高固含量的 epoxy amine silane 的溶膠 - 凝膠塗層（系統 4）具有好的耐磨性和耐腐蝕性。• 塗層厚度為約 10 -3微米。 • 在 130℃ 下 2 小時的熱固化後的塗層有優異的耐磨損性。

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圖 .A經 200 轉耐磨試驗後的試片。 圖 .B 經 336 小時鹽霧曝光後的試片。相同的鋁合金試樣與溶膠 - 凝膠塗層上下半部和裸鋁表面上的上半部分

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溶膠 -凝膠 /環氧樹脂混合塗料• 若與傳統的有機高分子基底塗料的混合塗料的相比的優點1. 塗層需要有顯著的無機成分與環氧聚合物部分的混合塗料才會具有長期持久的壽命，雖然會受到紫外光影響，但若是含有有機成分，通常在 3年內損壞。2. 提高機械強度（如耐磨損電阻的塗層）。3. 無機成分與填充劑有更好的相互結合。4. 或許可以開發出快速清理並轉化塗層，底漆，外塗層的功能。混合物的塗層表面光滑並具有防水性，厚度也比較厚不會因為添加顏料而影響到塗層性質。

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圖二、固化過程開始到最終的結構溶膠 - 凝膠成分和膠體粒子以及silanes 官能基固化現象

水和環氧樹酯及底漆固化現象

反應物和塗料混合的固化現象

FG 是官能團代表，球狀表示溶膠 - 凝膠的奈米粒子或環氧樹脂的柔性聚合物，短鋸齒形的細線條為胺類固化劑。

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溶膠 -凝膠 /環氧樹脂混合塗料• 各種 non-chromate 緩蝕劑已被添加於混合動力系統。不溶於水或微溶於水的抗腐蝕劑表現出保護性能。• 含有 zinc phosphate 的不溶水的金屬鹽的混合物放置於鹽霧室 1 個月，表示是耐腐蝕。• 水溶性緩蝕劑，例如 potassium metavanadates 在鹽霧試驗中不到 2週內不合格。

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結論• 溶膠 - 凝膠 / 環氧樹脂混合塗料制定和研究。• 混合塗層提高了機械強度，如硬度和耐磨性。 • 當在升高的溫度下固化，大多數的混合塗層的通過濕附著力測試。 • 然而，當在室溫下固化時，大多數的混合塗層的是水敏性的。 • 發展混合塗層技術，以提高性能和解決室溫下固化的問題仍然是未來研究的目標。