涂層保護性能與失效程度的快速檢測與評價研究.pdf

1、表面涂刷有機涂層是防止金屬發(fā)生腐蝕的最有效、簡便和經(jīng)濟的方法之一。然而涂層在環(huán)境作用下也會發(fā)生老化、降解，進而失效，基體發(fā)生腐蝕。目前在現(xiàn)場多數(shù)是依靠涂層外觀來判斷涂層的失效，缺少快速準確的評價涂層保護性能與失效程度的有效方法。
　　本文在2024鋁合金表面涂裝不同厚度的環(huán)氧涂層，包括H900環(huán)氧厚漿型防銹漆和ED1000環(huán)氧底漆，然后將環(huán)氧涂層/鋁合金試樣浸泡于3.5wt％的氯化鈉溶液中，定期進行電化學(xué)交流阻抗測試，對阻抗數(shù)據(jù)進

2、行解析，分析電化學(xué)參數(shù)特征;利用傅里葉紅外光譜(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)和能譜(EDS)測試，研究涂層的化學(xué)變化、涂層與基體的表面形貌以及元素組成，分析涂層的劣化過程。使用特征頻率fb、最小相位角θmin及其頻率fmin和特定頻率下的相位角等幾種快速檢測方法評價涂層的劣化程度以及對鋁合金的保護作用，主要得出以下結(jié)論:
　　1、在H900環(huán)氧薄涂層試樣和ED1000環(huán)氧薄涂層試樣的EIS譜圖的第二個時間常數(shù)出現(xiàn)時，0.01H

3、z下的阻抗(|Z|0.01Hz)仍然較高，為1×108Ω·cm2左右，同時紅外測試結(jié)果顯示涂層未發(fā)生老化，說明涂層仍對鋁合金基體具有較好的保護性能。
　　2、兩種環(huán)氧涂層/鋁合金試樣的|Z|0.01Hz降至1×106Ω·cm2左右時，涂層吸水率仍然較低(＜0.3％)，紅外測試結(jié)果表明涂層未發(fā)生化學(xué)變化，電鏡結(jié)果顯示涂層表面完好，鋁合金基體表面沒有腐蝕產(chǎn)物。因此，前人提出的當(dāng)|Z|0.01Hz低于1×106Ω·cm2時認為涂層開始失

4、效的標準主要是針對碳鋼基體，對于鋁合金基體，|Z|0.01Hz降至1×106Ω·cm2時涂層對基體仍有較好的保護作用。
　　3、在兩種涂層的劣化過程中，特征頻率fb呈現(xiàn)升高的趨勢，與低頻率阻抗|Z|0.01H變化趨勢完全相反。當(dāng)EIS譜中出現(xiàn)第二個時間常數(shù)時，fb接近10Hz，此時|Z|0.01Hz高于107Ω·cm2;當(dāng)fb接近100Hz，|Z|0.01Hz接近或低于107Ω·cm2;當(dāng)fb增至500Hz左右時，|Z|0.01H

5、z接近106Ω·cm2，此時涂層孔隙率達到10-3-10-2，紅外分析涂層沒有發(fā)生水解，電鏡結(jié)果表明金屬表面沒有腐蝕產(chǎn)物。因此，特征頻率fb也可用來評價涂層的失效。
　　4、EIS相位角圖中最小相位角θmin及其對應(yīng)頻率fmin出現(xiàn)時，阻抗譜也呈現(xiàn)出第二個時間常數(shù)，因此θmin及fmin的出現(xiàn)可能表明溶液滲透至涂層/金屬界面，電化學(xué)反應(yīng)開始發(fā)生。fmin與涂層剝離率呈近似正比的關(guān)系，可以通過fmin的大小判斷涂層的完整程度。

6、>　　5、采用Pearson相關(guān)分析方法對幾個頻率下的相位角隨時間的變化曲線與低頻阻抗值|Z|0.01Hz的變化曲線的相關(guān)性進行分析，研究發(fā)現(xiàn)，總體上，0.1Hz～10Hz頻率范圍下的相位角隨時間的變化曲線都與|Z|0.01Hz曲線有較高的相關(guān)度，即在涂層失效過程中，可利用0.1Hz～10Hz頻率范圍下的相位角來快速評價涂層的保護性能;隨著|Z|0.01Hz的降低，與|Z|0.01Hz曲線相關(guān)度最高的相位角向高頻端移動;隨著涂層厚度的增

7、加，與|Z|0.01Hz曲線相關(guān)度最高的相位角向低頻端移動。
　　6、0.85Hz下的相位角(θ0.85Hz)曲線與|Z|0.01Hz的曲線變化相關(guān)度最高，θ0.85Hz與的對應(yīng)關(guān)系為:當(dāng)θ0.85Hz高于20°時，|Z|0.01Hz高于1×108Ω·cm2;當(dāng)θ0.85Hz在10°-20°之間時，|Z|0.01Hz在1×107Ω·cm2-1×108Ω·cm2之間;當(dāng)θ0.85Hz在5°-10°之問時，|Z|0.01Hz在1×10