文档介绍：浙江大学
博士学位论文
有机涂层中水传输与涂层金属失效机制的电化学研究
姓名:张金涛
申请学位级别:博士
专业:物理化学
指导教师:张鉴清
20050101
有机涂层中水传输与涂层金属失效机制的电化学研究摘要在自然环境中金属的腐蚀行为是化学热力学上的自发过程,由于腐蚀而导致金属材料结构的破坏和各种功能的丧失。在各种金属防腐蚀的方法ǖ缁П;ぁ腐蚀介质处理和覆盖层保护等校谢坎慵际跏悄壳白畛S玫氖侄沃弧M坎金属的腐蚀与有机涂层的性能密切相关,而涂层防腐蚀性能取决于涂层与金属基体之间的粘结强度和涂层对水及其它侵蚀性粒子的抗渗透能力等诸多因素。本论文采用电化学方法和多种物理测试技术研究了涂层中水传输行为及涂层金属在腐蚀介质中的腐蚀失效规律。采用电化学阻抗谱际醪饬拷莨讨兴媸奔淞变化的涂层金属体系的阻抗谱,建立了与各浸泡时期对应的阻抗模型,并利用提出的等效电路模型对复合电极阻抗谱进行了解析,研究了与涂层性能和金属腐蚀状态相关各参数随时间变化的规律,定量评价涂层防护性能。主要研究工作包括:紫龋芯苛说吞几趾蚅梁辖鸨砻嫱扛驳幕费跤刖郾┣迤嵬坎阒的水传输及涂层金属的腐蚀行为。利用高频阻抗虚部值计算不同浸泡时间的聚丙烯涂层电容,该涂层金属体系的电容。皇奔,!玹№砻髟诮莩跗谕坎阒兴湫形7螰扩散定律,进而求得涂层中水的扩散系数Q芯苛司郾┩坎憬鹗舻缂杩鼓型随浸泡时间的演化,在浸泡初期涂层金属体系阻抗呈现电容特性,随时间延长阻抗谱时间常数增加,在浸泡后期阻抗谱中出现了扩散阻抗,该扩散阻抗并非典型杩埂研究了环氧涂层金属电极的阻抗模型在不同浸泡阶段的变化规律。采用阴种阻抗模型对萁辛四夂稀=莩跗冢刃У缏方鲇赏坎愕缛和涂层电阻。钩伞K媸奔溲映さ缃庵嗜芤荷胪坎悴⒌酱锿坎悖鹗艚缑妫刃У缏分出现了反映界面性质的双电层电容和电荷转移电阻隆!。随腐蚀反应的进浙江人学博士学位论文
。涂层/铝合金体系经过期浸泡后,由于扩散至金属界面的‘离子与腐蚀产物在金属表面形成的盐膜覆盖作用导致等效电路中出现了盐膜的电容和电阻。。对于不同涂层厚度和不同金属基体表面上的环氧涂层中水扩散系数由涂层电容随浸泡时间变化曲线计算得到。结果表明,涂层中水的扩散系数略受涂层厚度的影响。差示扫描量热技术馐越峁砻鞑煌鹗艋迳系耐坎憔哂胁煌牟Aё;露疋7⑾浸泡后涂层疋值减小,但铝合金表面上涂层的咒下降值小于低碳钢表面上的涂层,进而解释了前者比后者涂层中水扩散系数略小的实验事实。并通过蚏。。随浸泡时间的变化表征了涂层金属体系的腐蚀行为。研究了固化剂埘0含量对涂覆于低碳钢表面上环氧涂层性能的影响。涂层金属体系的阻抗数据分析表明在浸泡初期阻抗谱中仅含有一个时问常数。经过较长时间浸泡后,在金属与涂层界面上出现了电化学腐蚀反应。随浸泡时间的进一步延长,出现三种不同类型的扩散阻抗特征胛尴蘩┥ⅰ⒂邢薏憷┥⒑妥璧膊憷┥。“弑砻魍坎阒兴湫形T谕坎憬鹗籼逑到莩跗谧裱璅┥⒍伞随固化剂含量增大,涂层中水的扩散系数燃跣『笤龃螅诨费跏髦刖埘胺的物质的量比为:贝锏阶钚≈怠8盗⒁侗浠缓焱夤馄馐越峁明固化剂含量对环氧涂层结构有显著的影响,在环氧树脂与聚酰胺的物质的量比为:贝锏酵耆ü袒测试结果表明涂层的疋值随固化剂含量的增加先增人后减小,同样在环氧树脂与聚酰胺物质的量比为:贝锏阶畲笾怠=馐土固化剂含量对涂层中水扩散系数的影响。幼叛芯苛瞬煌ご硖跫越鹗舯砻嫱扛灿谢坎阈阅艿挠跋欤∮的预处理工艺包括传统的铬酸盐转化处理及新近出现的环保型防护性硅烷化预处理技术。结果表明随浸泡时间的延长,经铬酸盐处理后涂覆环氧涂层的复合金属体系的总阻抗不断增大,并在浸泡初期出现了低频扩散阻抗,该阻抗与金属表面铬酸盐肘肇体的自愈合作用有关。同时对长时间浸泡过程中连续变化的阻抗谱进行了解析,得到了各电学参数随时间的变化规律,评价了涂层的保护性能。测试结果表明硅烷水解产物吸附在金属表面上,经加热固化后生成了致密的转化层。极化曲线测试结果表明硅烷膜有效阻挡了腐蚀介质向金属基体的渗摘要
关键词有机涂层;水传输;失效;坏刃У缏罚汗柰榛透,提高了金属的而葱浴M辈捎蒙璧缱酉晕⒕研究了各种硅烷膜的组织形貌。诼畚牡淖詈蟪⑹孕匝芯苛斯柰槌N赂男曰费跬坎愕墓ひ沼胄阅堋=峁鼹示硅烷改性涂层中水的扩散系数明显减小,防护性能得到显著提高。这可能是由于其中的硅烷在浸泡过程中继续与水发生反应,水解与缩聚生成的产物增强了环氧涂层的交联度和致密度,从而提高了涂层的阻挡侵蚀性粒子的能力。馐越峁表明,与清漆涂层不同的是,硅烷改性涂层在浸泡后疋值没有发生下降反而略有升高,可能与硅烷在水介质中的水解、缩合进而对涂层体系缺陷或破损部分的自愈合作用有关。由蚏。随浸泡时间的变化规律可知由于硅烷的参与,涂层与金属的附着力得到增强,较大程度地提高了涂层对