碳化矽粉用於防腐塗層有什麼作用？

碳化矽粉用於防腐塗層有什麼作用？

1. 提高表面硬度和耐磨性（延長塗層使用壽命）

• 機制：碳化矽具有超高的莫氏硬度（9.5，僅次於鑽石）和維氏硬度（HV），約2800-3200，遠高於傳統的塗層填料（例如滑石粉、碳酸鈣）甚至其他陶瓷粉末（例如氧化鋁）。當碳化矽顆粒均勻分散在塗層基質（例如環氧樹脂、聚氨酯或丙烯酸樹脂）中時，它們可充當「微觀增強體」—它們能夠抵抗刮痕、灰塵/沙子的磨損或機械衝擊，否則這些因素會損壞塗層的連續膜。
• 應用價值：對於在惡劣環境下使用的防腐塗層（例如船舶甲板、輸油管、工業機械），磨損和衝擊是塗層剝落的主要原因。添加SiC粉末（通常為10-30%的重量百分比，取決於應用）可形成“硬化表面層”，使塗層的使用壽命比未添加SiC粉末的塗層延長2-3倍。例如，塗有SiC改質防腐塗料的離岸風力渦輪機塔架可以承受鹽霧侵蝕 和 強風的噴砂，而不會造成表面損傷。

2. 增強化學惰性（提高防腐性能）

• 機制：
  • SiC對大多數腐蝕性物質具有化學惰性：在室溫或中等溫度下，它不會與非氧化性酸（如鹽酸、硫酸）、鹼（如氫氧化鈉）或鹽水溶液（如海水）發生反應（僅在高溫下與濃硝酸等強氧化劑發生反應）。
  • 當SiC顆粒添加到塗層中時，它會填充樹脂基體中的微孔或缺陷（這是腐蝕介質滲透的常見薄弱點）。這種「屏障效應」阻止了水、氧氣和離子（例如海水中的Cl⁻）向金屬基材的擴散，從而防止了電化學腐蝕（例如鋼生鏽）。
• 應用價值：在化工廠中，塗層會暴露在酸性廢水或溶劑蒸氣中，SiC改質塗層的性能優於標準防腐塗層。例如，含有20% SiC粉末的環氧塗層可以耐受5%硫酸浸泡超過1000小時，而不會起泡、剝落或基材腐蝕，而未改性環氧塗層則只能耐受300-500小時。

3. 提高熱穩定性（實現高溫防腐蝕）

• 機制：碳化矽具有極高的熔點（約2700°C）和較低的熱膨脹係數。當碳化矽被加入耐高溫塗層（例如矽基或陶瓷基塗層）時，它能夠：
  1. 防止塗層在高溫（例如 300–800°C）下軟化、開裂或分解。
  2. 降低塗層與基材（如鋼、鋁）之間的熱應力，避免因溫度波動而造成的剝落。
• 應用價值：此功能對於鍋爐管路、排氣歧管和工業爐等高溫設備上的塗層至關重要。例如，陶瓷-碳化矽複合塗層可以保護鋼製鍋爐管道免受600-700°C高溫氧化（一種腐蝕形式）和煙氣侵蝕，而傳統的有機塗層在這樣的溫度下會在數小時內降解。

4. 優化電氣性能（防靜電防腐蝕）

• 機制：純SiC是一種寬帶隙半導體，但當摻雜微量元素（例如氮、鋁）或使用細小顆粒（例如1-10微米）時，其導電性可控制。當SiC顆粒添加到絕緣樹脂塗層中時，會在塗層內形成“導電網絡”，使靜電荷安全地消散到地面（而不是積聚在塗層表面）。
• 應用價值：對於儲油槽、汽油管路或電子設備外殼上的防腐塗層，碳化矽改質塗層可 在耐腐蝕的同時防止靜電積聚 。例如，油罐上的環氧碳化矽塗層可維持10⁶–10⁹ Ω的表面電阻（符合防靜電標準），並可抵抗海水/鹽霧腐蝕5年以上。

5. 增強塗層附著力和耐候性

• 附著力：碳化矽顆粒（尤其是粗到中等粒度，例如 50-200 目）的不規則棱角形狀增強了塗層與基材之間的「機械互鎖」。這意味著塗層能夠更緊密地附著在金屬表面，即使在潮濕或腐蝕性條件下也能降低剝落的風險。
• 耐候性：碳化矽具有耐紫外線 (UV) 輻射的特性（不同於有機顏料或填料，它們在紫外線下會褪色或降解）。在戶外防腐塗料（例如橋樑、建築外牆）中添加碳化矽，可防止紫外線引起的粉化、開裂或褪色，確保塗層多年保持防腐性能。

使用時的關鍵考慮因素

• 粒度：細 SiC 粉末（例如 1-5 μm）適用於薄塗層或高光澤飾面，而較粗的 SiC 粉末（例如 50-100 μm）更適合重載耐磨性。
• 分散性：碳化矽顆粒的均勻分散至關重要－團聚會在塗層中產生微缺陷，降低其防腐效果。通常使用分散劑（例如矽烷偶聯劑）來改善其與樹脂基質的相容性。
• 負載量：過量的 SiC（例如，>40% 重量）可能會使塗層變脆；最佳負載取決於塗層類型和應用（通常為 5-30%）。