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三种复合涂层失效过程的EIS研究及快速检测

作　者: 朱艳芳
导　师: 左禹
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 复合涂层腐蚀孔隙率吸水率 SEM FTIR EIS 特征频率相位角
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文研究了在盐水或紫外／盐水联合作用下,三种常用的重防腐复合涂层的失效过程,利用电化学交流阻抗测试和各种物理测试方法(FTIR、SEM)对复合涂层在腐蚀条件下的失效过程进行了表征。同时还利用等效电路和ZsimpWin软件拟合计算出电化学参数对涂层的涂层电阻、涂层电容、孔隙率、吸水率特征、复合涂层与基体的剥离程度以及复合涂层的防护性能进行了初步的比较分析。主要工作如下：1、用EIS研究了丙烯酸聚氨酯／环氧云铁／环氧富锌和脂肪族聚氨酯／环氧云铁／环氧富锌两种常用的重防腐复合涂层在紫外和3.5%NaCl溶液联合作用下的腐蚀行为,并对复合涂层进行了SEM观察和IR分析。EIS分析表明：脂肪族聚氨酯复合涂层电阻比丙烯酸聚氨酯聚氨酯涂层下降快,电容和孔隙率增加的多,故丙烯酸聚氨酯复合涂层防护性能优于脂肪族聚氨酯复合涂层；红外分析表明：面漆发生破坏都是仲酰胺降解生成伯酰胺,与脂肪族聚氨酯涂层相比,丙烯酸聚氨酯发生C-O断裂需要时间更长,丙烯酸聚氨酯需要35天,而脂肪族聚氨酯只需25天,所以脂肪族聚氨酯更容易发生降解。2、用EIS分析了浸泡在3.5%氯化钠溶液中由环氧富锌底漆、环氧云铁中间漆和氟碳面漆3种涂料配套而成的3种不同涂层体系的腐蚀失效过程,并通过EIS阻抗谱,|Z|0.01HZ,涂层电阻和电容,孔隙率及吸水率等参数的变化来分析底漆,中间漆和面漆对涂层防性能的影响,并比较了3种涂层体系的防护性能的差异。表明,中间漆环氧云铁的抗腐蚀性介质渗透能力优于环氧富锌底漆和氟碳面漆,环氧云铁中间漆能使环氧富锌底漆和氟碳面漆结合更加紧密,对三复合涂层体系的防护性能起到了关键的作用。腐蚀初期,中间漆环氧云铁对有效增加对涂层防护性能影响非常大；而在腐蚀中后期,环氧富锌底漆可显著延缓离子等腐蚀介质在涂层中的传输速度,提高涂层的阻抗值,且底漆自修复能力的有效发挥,使得涂层的防护性能得到有效提高；3、利用EIS研究了浸泡在3.5%氯化钠溶液中不同厚度的环氧富锌／环氧云铁／氟碳和环氧富锌／环氧云铁／脂肪族聚氨酯两种复合涂层体系的失效过程,利用中频区相位角和|Z|0.01Hz随腐蚀时间的变化分析了涂层的屏蔽性能,利用涂层电阻和电容、孔隙率和45°相位角对应的特征频率(fb)3种方法分析了涂层／金属界面处的剥离程度,比较涂层的防护性能。结果表明,当两种不同复合涂层体系厚度成2倍变化时,都可以利用10HZ相位角的变化快速对复合涂层进行评价,在10HZ处相位角降到20°下,腐蚀介质的渗入引起涂层下腐蚀电化学反应,涂层性能明显下降,此时涂层已被破坏。而利用其它3种方法得到的关于涂层性能及相对优劣的变化与10HZ相位角的变化分析的结果一致,试样性能由好到坏依次是：4#>2#>3#>1#。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-18
第一章绪论  18-36
  1.1 本文研究背景  18-19
  1.2 金属腐蚀的涂层保护  19-24
    1.2.1 常用的有机涂层  19-21
    1.2.2 典型的海洋腐蚀环境  21
    1.2.3 金属/涂层体系的腐蚀行为  21-22
    1.2.4 有机涂层的失效机制  22-24
    1.2.5 有机涂层的防护机制  24
  1.3 涂层防腐性能的检测方法和技术  24-28
    1.3.1 涂层检测的历史,现状和前沿发展情况  24-25
    1.3.2 常规检查法  25-26
    1.3.3 电化学方法  26-27
    1.3.4 光谱学方法  27-28
    1.3.5 表面分析技术  28
  1.4 用EIS评价涂层的防护性能  28-33
    1.4.1 根据等效电路模型的各元件参数评价涂层性能  29-32
    1.4.2 根据提出EIS特征参数评价涂层性能  32-33
  1.5 本论文的研究内容和意义  33-36
    1.5.1 研究的目的和意义  33
    1.5.2 主要研究内容  33-36
第二章两种聚氨酯复合涂层失效机理的EIS研究  36-50
  2.1 序言  36
  2.2 实验方法  36-38
    2.2.1 实验材料  36-37
    2.2.2 试样的制备  37
    2.2.3 腐蚀试验过程  37
    2.2.4 交流阻抗检测  37-38
    2.2.5 傅立叶红外光谱仪分析与SEM观察  38
  2.3 实验结果与讨论  38-50
    2.3.1 EIS的特征  38-42
    2.3.2 涂层电阻和涂层电容的变化规律  42-43
    2.3.3 聚氨酯复合涂层孔隙率的变化  43-44
    2.3.4 聚氨酯复合涂层的表面形貌图  44-45
    2.3.5 傅立叶红外光谱  45-48
    2.3.6 小结  48-50
第三章环氧富锌/环氧云铁/氟碳涂层的失效过程分析  50-64
  3.1 引言  50-51
  3.2 实验材料和方法  51-52
    3.2.1 材料  51
    3.2.2 试样的制备  51
    3.2.3 腐蚀试验过程  51
    3.2.4 交流阻抗检测实验  51-52
  3.3 实验结果  52-56
    3.3.1 三种涂层体系的EIS谱图  52-55
    3.3.2 三种涂层体系|Z|_(0.01HZ)随腐蚀时间的变化  55-56
  3.4 分析讨论与结论  56-64
    3.4.1 三种涂层体系的解析  56-58
    3.4.2 涂层吸水率的变化  58-59
    3.4.3 孔隙率变化规律  59-61
    3.4.4 小结  61-64
第四章利用EIS中频区相位角变化快速评价两种复合涂层的防护性能  64-78
  4.1 序言  64
  4.2 实验方法  64-65
  4.3 结果与讨论  65-78
    4.3.1 利用相位角分析涂层的屏蔽性能  65-66
    4.3.2 利用EIS中频区相位角的变化快速评价两种复合涂层的性能  66-72
    4.3.3 涂层电阻和电容随时间的变化  72-74
    4.3.4 孔隙率随浸泡时间的变化  74-75
    4.3.5 利用特征频率分析涂层/金属界面处的剥离程度  75-76
    4.3.6 小结  76-78
第五章总结  78-80
参考文献  80-85
研究成果及发表的学术论文  85-86
致谢  86-87
作者及导师简介  87-88
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  88-89

三种复合涂层失效过程的EIS研究及快速检测

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