涂层保护是海洋大气区钢结构腐蚀防护的较普遍、较广泛的一种方式。而其在严酷的腐蚀环境下的性能直接关系到基体材料的腐蚀速率,并直接影响材料的服役寿命。长久以来,传统的研究是应用加速试验形式,如介质浸泡、盐雾试验,老化试验等,依靠肉眼观察涂层的损坏程度来评价涂层的腐蚀等级。由于主观性的影响经常带入较多的误差,并且存在耗资大、可控性差等缺点,且不能给出腐蚀失效的动力学规律和明确的机理,往往满足不了现实要求。
随着电化学理论技术的发展,交流阻抗谱(EIS)因其可原位测试高阻抗涂层体系并可提供大量涂层和基底金属腐蚀反应的信息,成为研究涂层降解及破坏过程的重要工具。而对于EIS测得的实验数据,常采用的解析方法有两种:一种是基于状态变量理论的数学模型方法,该方法适合于解决电化学反应的电极过程动力学问题;另一种是采用传统的等效电路模型方法拟和EIS数据,得出各等效元件的参数。如张鉴清等人根据不同浸泡时期涂层体系阻抗谱特点提出了6种等效电路模型。采用等效电路拟合阻抗数据后,可以比较清晰直观地理解涂层各阶段的性能变化规律,并可根据所得参数实现涂层性能的定量评价。
有机涂层防腐蚀性能的优劣主要取决于涂层与基体间的黏结强度和涂层对水及其它侵蚀性粒子的抗渗透能力。基于这一理论,本实验通过EIS测试研究某海洋大气区有机涂层在盐雾环境下的性能变化,根据阻抗数据提出盐雾试验(SST)不同阶段的等效电路模型。结合SEM观察、涂层与基体附着力的测试情况,为某半潜式海洋平台大气区的结构涂装提供设计依据。
一、试样制备
选用市售Q235冷轧钢板,下料切割成2种规格的试样:一种为50 mm×50 mm×2 mm,用于SST和EIS测试;另一种为100 mm×65 mm×2 mm,用于SST后形貌观察和附着力测试。用砂轮机打磨试样边角突起及毛刺,使试样表面平整、光滑,尺寸均匀。制备涂层前,基板表面用刚玉砂喷砂至Sa 2.5级,用软毛刷除去尘埃,经丙酮擦拭后待用。50 mm×50 m m×2 mm的试样背面采用储能焊机在边缘焊接导线,并且采用AB胶封面,防止铜导线和基体间产生电偶腐蚀,待胶干燥后在正面制备涂层。依次喷涂防腐底漆与面漆。漆膜制备:按GB/T1727—1992《漆膜一般制备法》进行空气喷涂,底漆确保一次成型,面漆喷涂2道,两层之间的干燥时间为室温(25℃)下48 h,最终底漆厚度约50μm,总体膜厚为(200±10)μm。
二、腐蚀试验与观察
采用中性SST评估涂层的耐盐雾腐蚀情况。将制备的涂层包覆钢置于YWX-075盐雾箱中,依照GB/T 1771—1991《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测试》进行实验。EIS测试时从SST箱中取出50 mm×50 mm×2 mm的试样,测试结束后放回原位置。采用EG&G/PAR生产的M 398电化学腐蚀综合测试系统进行EIS测试。实验温度为(35±1)℃。采用PowerSuite交流阻抗谱测试软件记录阻抗变化。设定参数如下:交流激励信号幅值为±20 m V,频率范围为10 m Hz~100 kH z。腐蚀溶液为3.5%(质量分数)的NaCl溶液。实验采用经典的三电极系统。自制腐蚀电池,选用石墨电极为辅助电极,饱和甘汞电极作参比电极。试样与腐蚀溶液的接触面积为12.56 cm2。用数码相机定期拍摄试片宏观形貌,用JSM-6480LV SEM进行涂层表面及截面形貌观察,采用划格实验方法评价涂层的附着性能。
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