李慶鵬 ，蔣天成，閻磊，楊宏強(qiáng)，殷躍軍，王飛，張偉，王娜

1.沈陽化工大學(xué)遼寧省特種功能材料合成與制備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽 110142

2.沈陽先進(jìn)涂層材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110330

3.沈陽金杯延鋒汽車內(nèi)飾系統(tǒng)有限公司，遼寧 沈陽 110179

4.沈陽市航達(dá)科技有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110034

5.遼寧順風(fēng)新材料科技有限公司，遼寧 沈陽 110326

生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展與人類生活息息相關(guān)，目前所有國(guó)家都面臨著一些共同的挑戰(zhàn)，如全球變暖、環(huán)境污染等。近年來，我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來越嚴(yán)格，國(guó)民對(duì)涂料的認(rèn)識(shí)程度也越來越高。我國(guó)政府對(duì)涂料應(yīng)用中釋放的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)提出了嚴(yán)格的限制要求[1]。而日常生活里，金屬腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失是極其驚人的[2]，一般通過涂覆溶劑型涂料來減少腐蝕損失。因此生產(chǎn)領(lǐng)域中對(duì)環(huán)保型化工產(chǎn)品的需求大幅度提升[3]，使涂料工業(yè)朝著綠色、環(huán)保、低碳的方向不斷發(fā)展，涂料生產(chǎn)商對(duì)開發(fā)具有低VOC含量的水性涂料投入了更多精力[4-6]。

鋁粉作為一種重要的功能填料，多年來廣泛應(yīng)用于印刷油墨、汽車涂料、家具漆等領(lǐng)域[7]。但將其直接應(yīng)用在水性涂料體系中卻存在一些問題。首先，鋁粉的化學(xué)性質(zhì)活潑，在水性涂料體系中，常溫下即可與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致鋁粉腐蝕[8]。其次，鋁粉在水性涂料體系中存在分散性不好、易團(tuán)聚等問題[9]。還有，由于鋁粉腐蝕析氫的原因，反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣作為一種可燃?xì)怏w，給工業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)輸過程帶來了安全隱患，并使貯存容器內(nèi)部的壓力過高，發(fā)生脹桶的現(xiàn)象，不利于水性富鋁涂料的長(zhǎng)期貯存[10]。以下是鋁粉析氫的反應(yīng)式[11-12]。

因此，想要將鋁粉應(yīng)用在水性涂料體系中，必須對(duì)鋁粉進(jìn)行表面改性以抑制腐蝕反應(yīng)的發(fā)生[13-14]。文獻(xiàn)中介紹了多種表面改性的方法[15-16]，總結(jié)起來可分為三大類：有機(jī)改性[17-18]、無機(jī)改性[19-20]和有機(jī)-無機(jī)混合改性[21]。馬志玲等人報(bào)道了一種以H2O2為錨定劑，采用溶膠-凝膠包封法制備水性鋁顏料的方法，該方法在鋁顏料表面形成了一層無裂痕、致密光滑的耐腐蝕涂層[22]。何宇航等人使用SiO2和聚丙烯酸刷對(duì)水性鋁顏料進(jìn)行表面改性，他們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過改性后的鋁粉在水性介質(zhì)中的分散性和耐蝕性顯著提高[23]。皮丕輝等人將鋁粉顆粒封裝在有機(jī)-無機(jī)雜化膜中，令改性鋁粉在漆膜中的耐蝕性和附著力得到大幅提高[24]。

研究人員在對(duì)鋁粉包覆改性方面進(jìn)行了大量研究，無論是片狀鋁粉改性還是球鋁改性都取得了一定成果，摸索出了一條相對(duì)成熟的SiO2包覆鋁粉改性路線。但針對(duì)表面改性后鋁粉耐腐蝕性能的變化，以及鋁粉應(yīng)用在水性重防腐涂料中的研究甚少。為解決鋁粉在水性重防護(hù)涂料中的應(yīng)用，本文采用基于正硅酸四乙酯(TEOS)的溶膠-凝膠法制備了應(yīng)用于水性涂料體系的包覆改性鋁粉，并將其制成水性富鋁重防腐涂料，以解決鋁粉在水性涂料中的應(yīng)用難題。對(duì)不同粒徑鋁粉包覆改性后的性能、形貌、成分及涂層的防腐蝕性能進(jìn)行分析，不僅獲得了高性能的包覆改性鋁粉，還為水性富鋁重防腐涂料的開發(fā)作出新的探索。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

鋁粉(工業(yè)級(jí))：章丘金屬顏料有限公司；正硅酸乙酯(分析純)：天津富晨化學(xué)試劑廠；二乙醇胺(分析純)、丙二醇單丁醚(＞99.0%)：阿拉丁試劑(上海)有限公司；水性環(huán)氧樹脂乳液(工業(yè)級(jí))、去離子水(分析純)：沈陽市佳意實(shí)驗(yàn)儀器經(jīng)銷處。

1.2 制備方法

1.2.1 鋁粉的改性

步驟1：以片狀鋁粉和球狀鋁粉為原料，前者的片徑為5 ～ 25 μm，后者的球徑為6 ～ 30 um。各取200 g，分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的NaOH溶液(1 000 mL)攪拌洗滌30 min，之后用無水乙醇洗滌2 ～ 3遍，溶解鋁粉表面的礦物油、硬脂肪酸等包覆膜，再用去離子水洗滌3遍、無水乙醇洗滌1遍，最后抽濾和烘干(30 ℃，10 h)，獲得表面處理過的鋁粉。

步驟2：將表面處理過的100 g鋁粉加入到500 mL的丙二醇單丁醚中，室溫下以800 r/min的速率充分?jǐn)嚢?0 min，隨后升溫至40 ℃，加入100 g硅烷，繼續(xù)以800 r/min的速率攪拌20 min，然后在攪拌的條件下滴加100 g去離子水，并用二乙醇胺調(diào)節(jié)pH至7 ～ 8，之后在40 ℃下反應(yīng)8 h，最后對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行過濾，以無水乙醇洗滌2 ～ 3次后在30 ℃下烘烤10 h，獲得表面改性后的鋁粉。

圖1給出了采用堿催化時(shí)由TEOS形成的SiO2結(jié)構(gòu)示意圖。由于鋁粉表面有一層Al2O3膜，而干燥后的Al2O3為路易斯酸[25]，在潮濕的環(huán)境中容易吸附水分子，使鋁粉表面富含羥基。酸性條件抑制TEOS水解，堿性條件促進(jìn)TEOS水解。當(dāng)體系中加入二乙醇胺時(shí)，TEOS發(fā)生水解反應(yīng)生成硅醇。在加熱條件下，硅醇不僅可以與鋁粉表面上的羥基縮合，形成Al─O─Si鍵，還可以通過自身縮合形成Si─O─Si鍵，這些Si─O─Si鍵的水解穩(wěn)定性更高，并將保留在表面，于是形成SiO2包覆鋁粉[26]。此外，由于羥基的水溶性，這種密封膜的制備還提高了鋁粉的親水性，從而增強(qiáng)鋁粉在水性涂料中的分散性。

圖1 SiO2包覆鋁粉機(jī)理示意圖Figure 1 Schematic diagram showing the preparation of SiO2-coated aluminum particle

1.2.2 水性富鋁涂料的制備

取環(huán)氧樹脂(8 g)加入丙二醇單丁醚(5.4 g)中，在1 200 r/min高速分散機(jī)下攪拌10 min。將改性鋁粉(25 g)加入上述混合液中繼續(xù)攪拌10 min。取固化劑(4.8 g)和去離子水(6.76 g)混合均勻，然后將該混合液加入到上述溶液中，以2 000 r/min分散攪拌0.5 h，制得水性富鋁涂料。

1.3 性能表征方法

元素分析用ESCALAB250型X射線光電子能譜儀(XPS)。

形貌分析采用XL-30FEG場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)，并輔以能譜儀(EDS)對(duì)水性富鋁涂層的成分進(jìn)行分析。

為了考察包覆前后鋁粉防腐性能的變化，用氫氣析出量來表示包覆效果的優(yōu)劣。稱取包覆前后的鋁粉各1 g放入250 mL錐形瓶中，再向瓶中加入20.1 g去離子水、16.1 g乙二醇單丁醚、8 g環(huán)氧樹脂和4.8 g固化劑構(gòu)成水性涂料體系，按圖2連接好裝置[27]后將刻度管的液面調(diào)至同一高度，將溫度升高至50 ℃，每隔1 h讀取刻度管液面下降的數(shù)值。

圖2 析氫實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Figure 2 Schematic diagram of the setup for hydrogen evolution experiment

貯存穩(wěn)定性在室內(nèi)常溫下進(jìn)行測(cè)試，將制備好的涂料裝入塑料瓶中，容器留有一定的空間，用保鮮膜密封住瓶口，定時(shí)取樣觀察。

采用AUTOLAB 84362型電化學(xué)工作站對(duì)涂層的動(dòng)電位極化曲線進(jìn)行測(cè)試，掃描速率為5 mV/s，三電極體系的參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為Pt片，以制備的涂層(暴露面積1 cm2)為研究電極，腐蝕介質(zhì)為3.5% NaCl溶液。用Nova 2.1軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 XPS分析

從圖3可以看出，未改性鋁粉中存在較強(qiáng)的Al 2p、Al 2s、C 1s和O 1s峰，而改性鋁粉的譜圖中探測(cè)到了結(jié)合能為103.45 eV(Si 2p)、154.2 eV(Si 2s)和400.03 eV(N 1s)的3個(gè)新峰，其中Si元素來源于TEOS的水解產(chǎn)物，而N元素來源于二乙醇胺。對(duì)于Al元素，包覆前后變化最明顯的是119.0 eV和74.21 eV這兩個(gè)峰，它們分別對(duì)應(yīng)于氧化態(tài)的Al2O3[28]和單質(zhì)態(tài)的Al[29]。包覆后119.0 eV的Al2O3峰強(qiáng)顯著變?nèi)?，這是由于SiO2與鋁粉之間形成了Si─O─Al鍵。

圖3 裸鋁和不同包覆鋁粉的XPS譜圖Figure 3 XPS spectra of bare aluminum and different coated aluminum powders

兩種改性球鋁在74.21 eV處的單質(zhì)Al峰在包覆后未能檢測(cè)到，說明改性球鋁表面沒有單質(zhì)態(tài)Al存在，已全部轉(zhuǎn)變成氧化態(tài)(包括部分 Al2O3和部分 Si─O─Al)。這表明 SiO2薄膜對(duì)球鋁的包覆效果較好，均勻包覆在球鋁表面，沒有單質(zhì)Al暴露在鋁粉表面[30]。值得一提的是，片狀鋁粉經(jīng)過改性后，原先的Al峰和Al2O3峰沒有明顯減弱，這間接證明雖然SiO2已成功包覆在片狀鋁粉的表面，但包覆效果不太理想，球鋁的包覆效果要強(qiáng)于片狀鋁粉。

由表1可以看出，3種未改性鋁粉表面的原子組成中除了Al、C、O外，還有少量的Si和N，這是鋁粉中含有外界雜質(zhì)所致。與未改性鋁粉相比，改性1 000目球鋁表面Al含量下降至1.01%，Si含量增加至19.72%，N含量增加至1.67%，改性2 000目球鋁表面的Al含量下降至1.35%，Si含量增加至19.22%，N含量增加至1.79%。Al和Si含量的增加說明鋁粉表面已成功包覆了一層SiO2薄膜，N則來源于有機(jī)溶劑二乙醇胺。

表1 鋁粉表層各元素的原子分?jǐn)?shù)Table 1 Atom fractions of elements in the surficial layer of aluminum powder（單位：%）

然而與未改性片狀鋁粉相比，改性片狀鋁粉表面的Al含量反而增加至29.52%，Si含量增加至2.72%，由此可以推斷出雖然SiO2已成功包覆在鋁粉表面，但其包覆效果不理想，SiO2并未均勻包裹在鋁粉表面，導(dǎo)致一些Al暴露在外，這會(huì)影響鋁粉的耐腐蝕性能。

從圖4可以看出，Si 2p的峰分為結(jié)合能在 103.5 eV附近的 SiO2的峰[31]、結(jié)合能在 102.2 eV附近的Si─O─Si的峰[32]，以及結(jié)合能在 104.9 eV 附近的 Si─O─Al的峰[33-34]，Si─O─Al和 Si─O─Si基團(tuán)的存在說明硅烷偶聯(lián)劑不僅可以與鋁粉表面上的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)而形成Al─O─Si鍵，還可以通過自身縮合而形成更穩(wěn)定的Si─O─Si鍵。以上分析充分說明鋁粉表面成功包覆了一層SiO2薄膜，這有助于提高鋁粉的耐腐蝕性能。

圖4 Si 2p分峰擬合圖Figure 4 Fitting diagram of Si 2p peak

2.2 SEM和EDS分析

從圖5a、5b、5c和5d可以看出，2種不同粒徑的未改性球鋁表面都較為光滑，而經(jīng)過包覆處理后的改性球鋁表面明顯覆蓋有大小不同的顆粒物，邊緣輪廓粗糙模糊，鋁粉表面粗糙度明顯增大。這些顆粒就是通過溶膠-凝膠法生產(chǎn)的SiO2，表明SiO2成功地包覆在了鋁粉的表面，這可以改善鋁粉的耐蝕性[35]。

由圖5e和圖5f可以看出，未改性片狀鋁粉表面呈較規(guī)整的鱗片狀形貌，邊緣光滑整潔，邊界清晰，可以明顯地看出其表面的細(xì)節(jié)。而經(jīng)過包覆處理后的改性片狀鋁粉表面覆蓋著細(xì)小的片狀物質(zhì)，且邊緣模糊，排列疏松，存在較大的空隙。

圖5 裸鋁和不同包覆鋁粉在10 000倍放大率下的SEM圖像Figure 5 SEM images of bare aluminum and different coated aluminum powders at 10 000× magnification

從以上結(jié)果可以看出，SiO2已經(jīng)在鋁粉表面形成包覆層，實(shí)現(xiàn)了對(duì)片狀鋁粉包覆改性。但鋁粉表面形成的二氧化硅層粗糙、不致密，進(jìn)而導(dǎo)致耐腐蝕性能較差[36]。

從圖6a、6c和6e可以看出，未改性鋁粉顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象較明顯。由圖6b、6d和6f可見，經(jīng)過表面包覆處理后，3種改性鋁粉的表面形態(tài)和未改性鋁粉相比沒有明顯的差異，依然維持原有的結(jié)構(gòu)形態(tài)特征。改性鋁粉的表面顆粒物有所增加，表明鋁粉表面確實(shí)有 SiO2存在。這是因?yàn)?SiO2在改性鋁粉表面形成了一層包覆膜，降低了鋁粉的表面能。改性鋁粉分散性因此而得到改善，團(tuán)聚較少[37]。

圖6 裸鋁和不同包覆鋁粉在2 000倍放大率下的SEM圖像Figure 6 SEM images of bare aluminum and different coated aluminum powders at 2 000× magnification

硅元素在鋁粉表面的充足含量和良好分布是其化學(xué)穩(wěn)定性出色的關(guān)鍵。進(jìn)行EDS分析是為了確定產(chǎn)品中這些特殊元素的含量和分布，結(jié)果見表2。未改性鋁粉中主要含有的元素為氧和鋁，同時(shí)也有少量的硅存在，硅元素來源于鋁粉加工中混入的雜質(zhì)。而改性處理后的鋁粉表面除了含有氧和鋁外，硅的原子分?jǐn)?shù)大幅提升。這表明鋁粉通過表面改性后，確實(shí)獲得含硅包覆層，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋁粉的表面包覆。值得一提的是，片狀鋁粉改性前后的硅含量變化不大，說明在鋁粉表面的 SiO2包覆層略薄且不致密，這也導(dǎo)致其耐腐蝕性能提升較小。

表2 改性前后不同鋁粉表面元素的原子分?jǐn)?shù)Table 2 Atomic fraction of elements in surfaces of different aluminum powders before and after modification（單位：%）

對(duì)于球鋁來說，改性1 000目和2 000目球鋁表面Al的原子分?jǐn)?shù)均下降，Si的原子分?jǐn)?shù)升高。這表明球鋁經(jīng)過溶膠-凝膠工藝處理后，SiO2成功地覆蓋在了球鋁的大部分暴露區(qū)域，鋁粉在SiO2包覆層的保護(hù)下可以抵御外界腐蝕介質(zhì)的侵蝕[38]。

上述結(jié)果清楚地表明，通過溶膠-凝膠工藝成功制備了硅包覆的片鋁和球鋁。

2.3 鋁粉析氫實(shí)驗(yàn)

為了檢驗(yàn)表面改性后鋁粉的穩(wěn)定性，對(duì)改性前后的鋁粉在水性涂料體系(pH 7 ～ 8)中產(chǎn)生的氫氣量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖7所示。改性片狀鋁粉在水性體系中表現(xiàn)出高的反應(yīng)活性，在3 h內(nèi)就釋放出了大量氫氣，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，氫氣量仍快速增加，直到6 h后反應(yīng)完全，不再有氣體產(chǎn)生，總析氫量為549.1 mL；而改性片狀鋁粉的反應(yīng)活性相比未改性片狀鋁粉略有降低，在4 h時(shí)才有氣體析出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，其析氫量也在增加。改性片狀鋁粉總析氫量為440.6 mL，是未改性片狀鋁粉總析氫量的80%。這表明片狀鋁粉表面確實(shí)有一層SiO2薄膜存在，增強(qiáng)了鋁粉的耐蝕性，但包覆并不致密，包覆效果不理想，無法完全阻隔腐蝕介質(zhì)對(duì)片狀鋁粉表面的侵蝕，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)造成鋁粉失效。

圖7 裸鋁和不同包覆鋁粉的析氫實(shí)驗(yàn)Figure 7 Hydrogen evolution experiments of bare aluminum and different coated aluminum powders

從圖7還可以看出，在浸泡100 h內(nèi)，未改性2 000目球鋁的析氫量(685.5 mL)比未改性1 000目球鋁的總析氫量(621.6 mL)高。這表明粒徑小的球鋁更容易在水性體系中表現(xiàn)出高的反應(yīng)活性，更易發(fā)生析氫腐蝕。兩種球鋁的析氫量隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加，并且總析氫量均高于未改性片狀鋁粉。而經(jīng)過包覆改性后，改性2 000目球鋁的總析氫量?jī)H是未改性時(shí)的0.44%，改性1 000目球鋁的總析氫量是未改性時(shí)的0.80%。改性2 000目球鋁抑制效率為99.56%，改性1 000目球鋁抑制效率為99.20%。這充分證明了在球鋁表面生成的SiO2薄膜致密性更好，SiO2薄膜能夠有效減輕鋁粉在水性體系中受到的腐蝕。

2.4 貯存穩(wěn)定性測(cè)試

活性金屬鋁粉在水性涂料體系中極易發(fā)生析氫反應(yīng)而致使涂料脹氣失效。在室內(nèi)常溫(25 ℃)的條件下，將制備好的水性富鋁涂料裝入塑料瓶中，用保鮮膜將瓶口密封以隔絕空氣，觀察水性富鋁涂料隨時(shí)間的變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖8 貯存穩(wěn)定性測(cè)試Figure 8 Storage stability test

在一開始(靜置0 h)，改性片狀鋁粉和未改性片狀鋁粉配制的水性富鋁涂料就存在著明顯區(qū)別。含未改性片狀鋁粉的水性富鋁涂料出現(xiàn)了明顯的分層現(xiàn)象，整個(gè)涂料分為了3層，瓶中最上方的是銀灰色鋁層，這是因?yàn)槲锤男云瑺钿X粉的分散性不好，與水性體系的相容較差。乳白色液體則是環(huán)氧樹脂層，最下方的銀灰色鋁層則是分散在環(huán)氧樹脂中的鋁粉沉淀所導(dǎo)致的。含改性片狀鋁粉的水性富鋁涂料則只分為兩層，分別是乳白色的環(huán)氧樹脂層與銀灰色的鋁粉沉淀層。片狀鋁粉經(jīng)過改性處理后，其表面包覆上了一層SiO2薄膜，由于SiO2表面分布著大量的羥基，具有親水性，因此改性片狀鋁粉在水性涂料中的分散性得到了提高[39]。然而經(jīng)過6個(gè)月的存放，兩種水性富鋁涂料中的鋁層均消失，只能看出呈現(xiàn)乳白色的環(huán)氧樹脂層。這表明其中的鋁粉都已經(jīng)與水性體系中的腐蝕介質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)，其原因在于改性片狀鋁粉表面的SiO2包覆層并不致密，沒有辦法完全阻隔鋁粉的腐蝕。因此，改性片狀鋁粉的耐腐蝕性提高不大。

以未改性1 000目球鋁和未改性2 000目球鋁配制的水性富鋁涂料上方均出現(xiàn)了乳白色環(huán)氧樹脂層，但與片狀鋁粉配制的涂料相比較薄一些。這說明未改性球鋁在水性體系中的分散性較差，水性環(huán)氧樹脂與鋁粉沒有完全分散均勻。以改性球狀鋁粉配制的水性富鋁涂料則沒有這種現(xiàn)象。以改性1 000目球狀鋁粉和改性2 000目球鋁配制的水性富鋁涂料經(jīng)過了6個(gè)月的靜置存放后，并沒有發(fā)生明顯的變化，鋁粉在水性涂料中長(zhǎng)期放置后表現(xiàn)出均勻的狀態(tài)，說明水性涂料中的改性球狀鋁粉仍保持較高的穩(wěn)定性。而以未改性 1 000目球鋁和未改性2 000目球鋁配制的水性富鋁涂料在貯存6個(gè)月后均出現(xiàn)了明顯的相分離現(xiàn)象，說明其中一部分鋁粉已經(jīng)與腐蝕介質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)，未改性鋁粉與水性體系的相容性差。

以上結(jié)果表明，經(jīng)過SiO2包覆后的鋁粉在耐蝕性方面得到了明顯增強(qiáng)，貯存穩(wěn)定性顯著提升，在水性涂料體系中的分散性和相容性均有所增強(qiáng)。

2.5 動(dòng)電位極化曲線分析

經(jīng)過前面的測(cè)試和表征，發(fā)現(xiàn)球狀鋁粉更適合制備水性富鋁重防腐涂料，因此采用兩種型號(hào)鋁粉制備的涂層并進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。

改性球鋁涂層的極化曲線和腐蝕電化學(xué)參數(shù)分別見圖9和表3。與含未改性2 000目球鋁的涂層相比，含改性2 000目球鋁的涂層的腐蝕電位(φcorr)正移了0.26 V，腐蝕電流密度(jcorr)降低了10%；與含未改性1 000目球鋁的涂層相比，含改性1 000目球鋁的涂層的腐蝕電位正移了0.11 V，腐蝕電流密度降低了22%。

圖9 不同球鋁涂層在3.5% NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線Figure 9 Potentiodynamic polarization curves of the coatings prepared with different aluminum spheres in 3.5% NaCl solution

表3 動(dòng)電位極化曲線的擬合數(shù)據(jù)Table 3 Fitting data of potentiodynamic polarization curves

含改性球鋁的涂層的腐蝕電位正移是明顯的，說明其腐蝕傾向減小[40]，這意味著改性球鋁表面包覆上一層SiO2后減少了鋁粉受到的外界腐蝕，同時(shí)在涂層的內(nèi)部阻礙了電荷之間的移動(dòng)，從而減緩了腐蝕速率[41]，涂層的抗失電能力獲得了增強(qiáng)。

試樣的極化電阻(Rp)與腐蝕電流密度成反比。試樣的極化電阻越大，試樣的抗腐蝕能力就越強(qiáng)。顯然，含改性球鋁的涂層的極化電阻增大了，而腐蝕電流密度都減小了。電解液中的腐蝕離子穿透表面SiO2膜層后會(huì)誘發(fā)鋁粉發(fā)生電化學(xué)腐蝕。盡管鋁粉的犧牲陽極作用因SiO2薄膜的存在而有所抑制，但涂層的阻擋作用得到了明顯提高，覆蓋在鋁粉表面的SiO2薄膜阻擋了腐蝕性物質(zhì)的滲透，最終使涂層獲得更好的耐蝕性[42]。

3 結(jié)論

(1) 二氧化硅包覆改性后，鋁粉表面明顯覆蓋有大小不一的顆粒物，邊緣輪廓模糊，粗糙度增大。鋁粉表面SiO2薄膜的成功包覆保證了改性鋁粉優(yōu)異的耐蝕性。

(2) 改性片狀鋁粉在水性涂料中浸泡100 h的析氫量與未改性片狀鋁粉相比雖然降低了20%，但并沒有徹底解決鋁粉在水性涂料中的貯存穩(wěn)定性；而改性球狀鋁粉(2 000目或1 000目)與未改性球狀鋁粉相比，析氫量分別降低了99.6%和99.2%。以改性球狀鋁粉制備的水性富鋁涂料在常溫25 ℃的條件下貯存6個(gè)月后無明顯變化，表現(xiàn)出優(yōu)異的貯存穩(wěn)定性。

(3) 以改性球狀鋁粉制備的水性富鋁涂層具有較好的防腐蝕性能。