【摘要】：金屬腐蝕每年給世界帶來巨大損失,在金屬表面涂裝有機(jī)涂層是減緩金屬腐蝕最簡單有效的方法。但是有機(jī)涂層會在不同環(huán)境、條件(如在具有腐蝕性介質(zhì)中工作、金屬表面涂裝前被鹽污染等)相互協(xié)同作用下逐漸劣化失效。常用的經(jīng)典電化學(xué)方法,如電化學(xué)阻抗技術(shù),在有機(jī)涂層劣化研究中僅能獲得金屬表面平均電化學(xué)信息,很難得到腐蝕界面微區(qū)的局部腐蝕電化學(xué)信息。絲束電極可以獲得涂層下基底金屬表面局部電流分布。電流分布是研究腐蝕電化學(xué)微區(qū)特征的重要參數(shù)。因此本文采用絲束電極技術(shù)獲得局部電流信息,同時聯(lián)合電化學(xué)阻抗技術(shù)研究完好有機(jī)涂層在氯化鈉溶液中的劣化機(jī)理和金屬腐蝕特征。 應(yīng)用絲束電極技術(shù)測得電流分布圖,得到涂層/金屬界面微區(qū)的陰極和陽極電化學(xué)分布特征。然后根據(jù)得到的電流分布情況,再去檢測對應(yīng)局部區(qū)域的電化學(xué)阻抗。通過隨浸泡時間變化的電流分布圖和電化學(xué)阻抗的演變過程,再結(jié)合電極表面特征來研究涂層劣化和涂層下金屬腐蝕過程。 本文主要研究工作有兩項,第一項為研究絲束電極上完好有機(jī)涂層劣化過程;第二項為絲束電極局部金屬表面被NaCl溶液污染后再涂裝有機(jī)涂層后的劣化過程。兩種不同條件下的有機(jī)涂層都是被浸泡到3.5%NaCl溶液中,測試它們在浸泡不同時間下的電流分布圖和相關(guān)的局部電極電化學(xué)阻抗,根據(jù)測得的電流分布圖的和電化學(xué)阻抗譜得到以下結(jié)論: (1)完好涂層的劣化過程,分為三個階段:水分還未完全滲透到涂層/金屬界面的滲水階段;腐蝕性介質(zhì)已經(jīng)滲透到涂層/金屬基底界面,金屬基底腐蝕開始階段;涂層失效和基底金屬腐蝕的發(fā)展階段。整體涂層只有一個局部位置發(fā)生劣化時,整體阻抗譜體現(xiàn)的就是局部位置涂層劣化的消息,但當(dāng)出現(xiàn)多個局部涂層劣化區(qū)域時,從整體電極阻抗很難分辨這些局部涂層劣化的信息。 我們認(rèn)為:從涂層的劣化(阻抗下降)到基底金屬腐蝕(出現(xiàn)大的腐蝕電流)需要一定的時間。傳統(tǒng)的電化學(xué)技術(shù)認(rèn)為檢測到涂層的阻抗譜出現(xiàn)第二個時間常數(shù)時,意味著腐蝕介質(zhì)滲入到涂層/金屬基底界面,腐蝕已經(jīng)開始發(fā)生。而我們采用絲束電極技術(shù)檢測到明顯腐蝕電流,是在阻抗譜出現(xiàn)第二個時間常數(shù)一段時間后,因為電流是反應(yīng)腐蝕情況最可靠的參數(shù),所以認(rèn)為從涂層劣化到金屬的基底開始反應(yīng)需要一定的時間。 涂層劣化中電流出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn),文中以局部電極為例分析,得到電流發(fā)生兩次極性反轉(zhuǎn),涂層劣化初期的小陽極電流,劣化的中期階段轉(zhuǎn)化為陰極電流,劣化后期轉(zhuǎn)化為較大陽極電流。 (2)鹽溶液加速涂層劣化的試驗中,在污染位置涂層阻抗為1×108—1×109?時,已出現(xiàn)第二個時間常數(shù),金屬基底腐蝕反應(yīng)開始發(fā)生。這是由于涂層中的水和金屬基底上的鹽形成鹽溶液,導(dǎo)致涂層還未劣化,金屬就已經(jīng)開始腐蝕。被污染位置涂層最先失效,在整個劣化過程中,該位置一直為陽極電流,沒有出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn),可能是鹽溶液的腐蝕性太強(qiáng),使金屬一直處于陽極溶液狀態(tài)。 利用絲束電極和電化學(xué)阻抗技術(shù),研究完好涂層和用鹽溶液加速劣化的涂層,從涂層/金屬界面的電流分布的角度重新理解了涂層劣化機(jī)理和涂層下的金屬腐蝕過程。
【圖文】：

圖1.1 Kelvin探針測量電位分布體系的測量扼要圖Fig.1.1 Schematic of potential distribution of SKP equipment.Kelvin探針技術(shù)以其非接觸、無損傷、高分辨率、高靈敏度的特性，能檢測金屬或半導(dǎo)體的表面電位分布，測得局部電位分布極其變化，給出體系的微區(qū)變化信息，準(zhǔn)確給出涂層下金屬腐蝕情況，，為研究有機(jī)涂層劣化過程和涂層下金屬腐蝕提供很好的時間和空間分布信息[36—39]，如Leng等[36—38]使用Kelvin 技術(shù)對有機(jī)涂層的剝離行為進(jìn)行研究，得到有機(jī)涂層剝離后的缺陷區(qū)域和剝離前區(qū)域形成電偶電池，電子通過金屬從陽極傳輸?shù)疥帢O，同時通過陽離子的運(yùn)輸來保持電荷守恒。正是這種陰陽極之間的電流流動產(chǎn)生的歐姆電壓降，導(dǎo)致從已剝離的活性缺陷區(qū)域到剝離前沿區(qū)域之間產(chǎn)生電位逐漸升高的電位梯度。Yasutake[40]把原子力顯微鏡技術(shù)(AFM)與Kelvin 技術(shù)聯(lián)合起來，測試金屬形態(tài)和電位分布，彌補(bǔ)了EIS方法的不足，所以Kelvin探針技術(shù)已經(jīng)成為研究有機(jī)涂層劣化和涂層下金

圖 1.2 SVET 設(shè)備組成示意圖Fig.1.2 The Scheme of SVET equipment composition簡稱SVP）化過程中形成的局部缺陷[45-49]，用來測量涂層下的金屬基底的電化學(xué)反應(yīng)過程。Isao Sckine[50]等用SVET測得電位掃描圖，電位掃較得到涂層下腐蝕電位差 ΔE ,然后得到腐蝕電流的分布,最后得到涂層信息。于SVET技術(shù)能在不改變局部環(huán)境、腐蝕過程及其相應(yīng)的電化學(xué)參數(shù)的位、在線檢測電極表面的電流、電位分布,直觀反映腐蝕過程中得陰極極變化,對研究涂層下金屬的腐蝕失效機(jī)理和評價涂層性能是很有作用麗莉[51]利用EIS和SVET研究了碳鋼基體上含有缺陷的水性環(huán)氧鋁粉涂在3.5%的NaCl溶液中的腐蝕電化學(xué)行為。結(jié)果表明浸泡初期，涂層缺極活性區(qū)，活性區(qū)逐漸擴(kuò)展，涂層阻抗逐漸下降；浸泡中期由于腐蝕產(chǎn)復(fù)作用，涂層阻抗快速增大；浸泡后期，出現(xiàn)了更多的陽極活性區(qū)域
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：P734

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 林鑫;DH36海洋用鋼焊接件海水腐蝕行為研究[D];中國海洋大學(xué);2012年

本文編號：2638936