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联合丝束电极技术和电化学阻抗技术研究有机涂层劣化过程

作　者: 孔德艳
导　师: 王伟
学　校: 中国海洋大学
专　业: 海洋化学
关键词: 有机涂层丝束电极电化学阻抗谱极性反转
分类号: P734
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

金属腐蚀每年给世界带来巨大损失,在金属表面涂装有机涂层是减缓金属腐蚀最简单有效的方法。但是有机涂层会在不同环境、条件(如在具有腐蚀性介质中工作、金属表面涂装前被盐污染等)相互协同作用下逐渐劣化失效。常用的经典电化学方法,如电化学阻抗技术,在有机涂层劣化研究中仅能获得金属表面平均电化学信息,很难得到腐蚀界面微区的局部腐蚀电化学信息。丝束电极可以获得涂层下基底金属表面局部电流分布。电流分布是研究腐蚀电化学微区特征的重要参数。因此本文采用丝束电极技术获得局部电流信息,同时联合电化学阻抗技术研究完好有机涂层在氯化钠溶液中的劣化机理和金属腐蚀特征。应用丝束电极技术测得电流分布图,得到涂层/金属界面微区的阴极和阳极电化学分布特征。然后根据得到的电流分布情况,再去检测对应局部区域的电化学阻抗。通过随浸泡时间变化的电流分布图和电化学阻抗的演变过程,再结合电极表面特征来研究涂层劣化和涂层下金属腐蚀过程。本文主要研究工作有两项,第一项为研究丝束电极上完好有机涂层劣化过程;第二项为丝束电极局部金属表面被NaCl溶液污染后再涂装有机涂层后的劣化过程。两种不同条件下的有机涂层都是被浸泡到3.5%NaCl溶液中,测试它们在浸泡不同时间下的电流分布图和相关的局部电极电化学阻抗,根据测得的电流分布图的和电化学阻抗谱得到以下结论:(1)完好涂层的劣化过程,分为三个阶段:水分还未完全渗透到涂层/金属界面的渗水阶段;腐蚀性介质已经渗透到涂层/金属基底界面,金属基底腐蚀开始阶段;涂层失效和基底金属腐蚀的发展阶段。整体涂层只有一个局部位置发生劣化时,整体阻抗谱体现的就是局部位置涂层劣化的消息,但当出现多个局部涂层劣化区域时,从整体电极阻抗很难分辨这些局部涂层劣化的信息。我们认为:从涂层的劣化(阻抗下降)到基底金属腐蚀(出现大的腐蚀电流)需要一定的时间。传统的电化学技术认为检测到涂层的阻抗谱出现第二个时间常数时,意味着腐蚀介质渗入到涂层/金属基底界面,腐蚀已经开始发生。而我们采用丝束电极技术检测到明显腐蚀电流,是在阻抗谱出现第二个时间常数一段时间后,因为电流是反应腐蚀情况最可靠的参数,所以认为从涂层劣化到金属的基底开始反应需要一定的时间。涂层劣化中电流出现极性反转,文中以局部电极为例分析,得到电流发生两次极性反转,涂层劣化初期的小阳极电流,劣化的中期阶段转化为阴极电流,劣化后期转化为较大阳极电流。(2)盐溶液加速涂层劣化的试验中,在污染位置涂层阻抗为1×108—1×109?时,已出现第二个时间常数,金属基底腐蚀反应开始发生。这是由于涂层中的水和金属基底上的盐形成盐溶液,导致涂层还未劣化,金属就已经开始腐蚀。被污染位置涂层最先失效,在整个劣化过程中,该位置一直为阳极电流,没有出现极性反转,可能是盐溶液的腐蚀性太强,使金属一直处于阳极溶液状态。利用丝束电极和电化学阻抗技术,研究完好涂层和用盐溶液加速劣化的涂层,从涂层/金属界面的电流分布的角度重新理解了涂层劣化机理和涂层下的金属腐蚀过程。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
1 综述  11-25
  1.1 引言  11-12
  1.2 金属表面有机涂层失效机制  12-13
  1.3 影响涂层寿命和保护性能的因素  13-14
  1.4 经典电化学阻抗技术  14
  1.5 有机涂层劣化机理研究中的局部电化学技术  14-23
    1.5.1 扫描开尔文探针技术（SKP）  15-17
    1.5.2 扫描振动电极技术（SVET）  17-19
    1.5.3 局部电化学阻抗技术（LEIS）  19-20
    1.5.4 丝束电极技术(WBE)  20-23
  1.6 课题研究意义及内容  23-25
    1.6.1 研究意义  23-24
    1.6.2 研究内容  24-25
2 实验材料与装置  25-29
  2.1 化学试剂  25
  2.2 丝束电极的制备  25-26
  2.3 实验装置  26-29
    2.3.1 丝束电极测试装置  26-28
    2.3.2 电化学阻抗测试装置  28-29
3 完好涂层劣化的整体 EIS、局部 EIS 及局部电流分布特征之间的相关性  29-42
  3.1 前言  29
  3.2 实验内容  29-30
  3.3 结果与讨论  30-41
    3.3.1 整体WBE 的EIS 变化过程(1-72d)  30-34
    3.3.2 电流分布、整体EIS 及局部EIS 之间关系  34-41
  3.4 本章小结  41-42
4 完好有机涂层／金属界面局部腐蚀的极性反转  42-53
  4.1 前言  42
  4.2 实验内容  42-43
  4.3 结果与讨论  43-52
    4.3.1 第46#电极丝的电流分布和阻抗谱  43-50
    4.3.2 第46#电极极性随时间的变化  50-52
  4.4 本章小结  52-53
5 氯化钠加速涂层劣化过程研究  53-64
  5.1 前言  53
  5.2 实验内容  53-55
  5.3 结果于讨论  55-63
    5.3.1 被盐粒污染的39#电极丝的阻抗谱和电流分布  55-63
  5.4 本章小结  63-64
6 结论  64-66
  6.1 实验结论  64
  6.2 实验创新处  64-65
  6.3 工作展望  65-66
参考文献  66-75
致谢  75-76
个人简历  76
发表的学术论文  76

联合丝束电极技术和电化学阻抗技术研究有机涂层劣化过程

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