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玻璃纖維和硫脲緩蝕劑對涂層緩蝕行為的影響

2016-12-05 11:11:55 作者：趙霞來源：腐蝕與防護分享至：

涂層是金屬防腐常用手段，但涂層會因外力的沖擊失效，所以我們選擇在涂層中添加緩蝕劑。由于含有緩釋劑的涂層浸泡到溶液中時，緩蝕劑會隨著浸泡時間的延長被釋放出來，防護性能迅速降低。因此，緩蝕劑在涂層中的長期穩(wěn)定性對于延長涂層的防護性能非常重要。

玻璃纖維屬于無機非金屬材料，具有耐腐蝕、強度高、電絕緣性及拉伸性能高等優(yōu)點，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，彈性模量高。涂層中添加玻璃纖維后的抗拉、抗氧化等性能已經(jīng)得到驗證，然而對其耐腐蝕性能的研究卻很少。

本文將研究玻璃纖維和緩蝕劑共同添加到聚合物涂層中時，緩蝕劑在玻璃纖維上的附著情況。

1 實驗方法

試驗材料：Q235碳鋼

試驗涂層：底漆為無機富鋅底漆，中間漆為環(huán)氧云鐵中間漆，面漆為聚氨酯面漆。

試驗儀器：Solartron 1287 Electrochemical Interface 聯(lián)用 1260 Impedence/Gain-Phase Analyzer 電化學(xué)工作站，Hitachi S3400N（SEM）和Noran system 7能譜分析（EDS）。

2 結(jié)果與討論

2.1 玻璃纖維形貌表征

由圖1可知，浸泡40天后，添加量為0.6wt.%和0.9 wt.%的硫脲仍可完整地吸附在玻璃纖維表面（圖1 c, d）。而當(dāng)硫脲緩蝕劑的添加量為0.1wt.%時（圖1 b）時，玻璃纖維上附著的硫脲緩蝕劑已經(jīng)很少。

圖1 0.3wt.%玻璃纖維添加不同含量的硫脲涂層表面SEM圖

（a） 0wt.%，（b） 0.1 wt.% ，（c） 0.6 wt.% ，（d） 0.9 wt.%

2.2 電化學(xué)阻抗譜

2.2.1 0.3wt.%玻璃纖維涂層添加不同含量硫脲的阻抗譜變化

由圖2可知，添加0.3wt.%玻璃纖維外加0.6wt.%硫脲緩蝕劑后，碳鋼的腐蝕防護效果最佳。

圖2 0.3wt.%玻璃纖維添加不同含量的硫脲涂層/金屬體系在3.5wt.%NaCl溶液中浸泡不同時間的EIS圖

（a） 0, （b） 0.1wt.%, （c） 0.4wt.%, （d） 0.6wt.%,（d） 0.9wt.%

2.2.2 等效電路擬合

為了定量分析不同含量玻璃纖維及不同含量硫脲緩蝕劑對環(huán)氧涂層耐蝕性能的影響，采用等效電路（圖3）對不同浸泡時間的交流阻抗譜進行擬合。在等效電路中，Q表示常相位角元件，其中Qc代表涂層電容，Qdl代表碳鋼電極表面與溶液間的雙電層電容，Rs為溶液電阻，Rc為涂層電阻，Rct為碳鋼腐蝕反應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移電阻。

圖4和圖5分別表示不同添加物的涂層體系中，根據(jù)等效電路擬合得到的涂層電阻Rc和涂層電容Qc隨浸泡時間的變化。當(dāng)涂層中添加0.3wt.%玻璃纖維和0.6wt.%硫脲時，涂層電阻可以保持很好的連續(xù)性，到第40天時，其值比只添加玻璃纖維的涂層電阻高約3倍，是所有涂層中阻抗最大的涂層。

圖3圖4

2.3 涂層表面形貌

圖6為碳鋼基體涂層表面腐蝕形貌照片。相對于含有玻璃纖維和緩蝕劑的涂層而言，由于空白涂層在浸泡階段存在快速的氧還原反應(yīng)過程，陰極區(qū)的涂層剝離速率較慢，陽極反應(yīng)被局限在一個很小的范圍內(nèi)，導(dǎo)致腐蝕速率過快。因此可以說明，涂層中添加一定量的玻璃纖維和緩蝕劑可增強涂層對碳鋼的保護功能。

圖6 涂層表面腐蝕形貌照片：空白涂層（A）；玻璃纖維硫脲涂層（B）

（1） 1d, （2） 10d, （3） 20d, （4） 40d

2.4 玻璃纖維緩蝕劑復(fù)合涂層表征EDS分析

為了闡明最終的腐蝕產(chǎn)物，對40天試驗結(jié)束后樣品的腐蝕產(chǎn)物組成進行了EDS分析。表1所示為不同涂層表面缺陷處的EDS分析，結(jié)果顯示缺陷處的表面元素主要由Fe，O和Cl等組成。其中Fe是涂層的Q235鋼基體，而Cl和O則來源于電解質(zhì)溶液。Si和S元素的存在可以說明玻璃纖維和硫脲依然可以存在于涂層中。這說明緩蝕劑吸附在玻璃纖維表面，當(dāng)涂層發(fā)生破壞時，可以通過玻璃纖維的迅速釋放擴散到被破壞處，對碳鋼與溶液離子介質(zhì)具有屏障作用。

表1 涂層表面元素分布EDS分析