摘要：采用電化學(xué)阻抗譜(EIS)研究了由4種常用鋼結(jié)構(gòu)防腐底漆、環(huán)氧云鐵鋼結(jié)構(gòu)防腐中間漆和聚氨酯鋼結(jié)構(gòu)防腐面漆復(fù)合而成的12種涂層體系的電化學(xué)腐蝕行為，考察了4種鋼結(jié)構(gòu)防腐底漆的EIS在NaCl溶液浸泡過(guò)程中的演化，并以此比較底漆的防護(hù)防腐性能，考察了2層復(fù)合涂層體系的阻抗大小以及3層復(fù)合涂層體系在浸泡不同周期后的EIS．結(jié)果表明；在鋼結(jié)構(gòu)防腐實(shí)驗(yàn)中，3層復(fù)合涂層體系的防護(hù)性能最好，2層復(fù)合涂層體系次之，單涂層體系最差，其中以環(huán)氧鋼結(jié)構(gòu)防腐防銹漆3層復(fù)合涂層體系的防護(hù)性能最優(yōu)；面漆和中間漆在鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層體系中起到了隔絕外界介質(zhì)和保護(hù)底漆的作用；EIS可用于研究涂裝體系的防腐性能．．

關(guān)鍵詞：防腐,防腐工程,防腐處理,防腐涂料,鋼結(jié)構(gòu)防腐

鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、適用范圍廣等特點(diǎn)，作為經(jīng)典的鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)在各個(gè)方面被廣泛應(yīng)用，其在嚴(yán)酷腐蝕條件下的性能，直接關(guān)系到它所保護(hù)的金屬基體材料的腐蝕程度，影響到金屬構(gòu)件的服役壽命．研究涂層金屬體系的腐蝕行為大多采用傳統(tǒng)的濕熱試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、失重試驗(yàn)等非電化學(xué)研究方法及直流電方法．但是，在鋼結(jié)構(gòu)防腐實(shí)驗(yàn)中，這類方法存在周期長(zhǎng)、可控性差的缺點(diǎn)。隨著電化學(xué)理論和電子技術(shù)的發(fā)展，電化學(xué)在涂層／鋼結(jié)構(gòu)防腐體系耐蝕性評(píng)定中的應(yīng)用得到迅速發(fā)展并取得了一系列重要成果．近年來(lái)，由于電化學(xué)阻抗譜(EIS)可原位測(cè)量鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層電容、涂層電阻、界面雙電層電容和電荷轉(zhuǎn)移電阻等與涂層體系性能及涂層失效過(guò)程有關(guān)的電化學(xué)參數(shù)，而成為研究和評(píng)價(jià)涂層／金屬體系的主要方法之一．然而，在已有的文獻(xiàn)中，主要是圍繞評(píng)價(jià)鋼結(jié)構(gòu)防腐單涂層防護(hù)性能，提高涂層的耐滲透性和界面結(jié)合力等方面進(jìn)行研究，對(duì)復(fù)合鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層體系的腐蝕電化學(xué)行為研究較少．因此，對(duì)復(fù)合涂層進(jìn)行深入研究有重要的意義．本文針對(duì)由4種常用鋼結(jié)構(gòu)防腐底漆與環(huán)氧中間漆、聚氨酯面漆復(fù)合配成的12種涂層體系進(jìn)行了試驗(yàn)，研究4種底漆、4種底漆+中間漆的涂層體系在3．5％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaCl溶液中腐蝕失效過(guò)程的電化學(xué)阻抗譜(EIS)變化特征，并通過(guò)4種底漆+中間漆+面漆涂層體系的電化學(xué)參數(shù)與涂層特征頻率對(duì)防腐涂層的防護(hù)性能進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)．

1防腐試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)防腐防護(hù)鋼板樣板尺寸為150 mm×70 mm×2 mm，并嚴(yán)格按照防腐涂裝規(guī)范在鋼板表面進(jìn)行涂裝，所用防腐底漆類型和防腐涂裝厚度見表1（略）．表1底漆類型和涂裝厚度試驗(yàn)過(guò)程：將涂裝防腐底漆和防腐底漆加中間漆的樣板用3．5％的NaCl溶液浸泡，并分別在不同的浸泡時(shí)間取出進(jìn)行EIS測(cè)試．為了進(jìn)一步加快試驗(yàn)進(jìn)程，將底漆+中間漆+面漆體系的樣板置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．085％硫酸和0．010％鹽酸的混合液中浸泡，加熱至55～60℃并恒溫10 h，再置于60℃烘箱恒溫10 h．在進(jìn)行EIS測(cè)試前，將樣板用3．5％NaCl溶液浸泡2 h以使其阻抗譜曲線穩(wěn)定，測(cè)試時(shí)間為2 h，以1 d為1個(gè)測(cè)試周期．在開路電位下采用PARSTAT 2273電化學(xué)工作站的電化學(xué)阻抗測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行EIS測(cè)試．測(cè)量頻率范圍為0．01～105 Hz，測(cè)量信號(hào)為幅值10 mV的正弦波．電解池采用3電極體系，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，涂層／碳鋼試樣為工作電極，其有效面積為1 cm2，腐蝕介質(zhì)為3．5％NaCl溶液，試驗(yàn)裝置圖如圖1所示．交流阻抗數(shù)據(jù)用Zsimpwin阻抗分析軟件進(jìn)行處理、分析．

圖1 EIS防腐試驗(yàn)裝置示意圖

2防腐試驗(yàn)結(jié)果

2．1底漆單涂層體系的EIS圖2為4種底漆在3．5％NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間后的EIS．由圖2可見，在浸泡初期，1 8～38底漆的電化學(xué)阻抗譜高頻端出現(xiàn)了1個(gè)半徑較大容抗弧，此時(shí)涂層仍具有較好的防護(hù)性能．但在低頻端，出現(xiàn)了反應(yīng)活性點(diǎn)引起的實(shí)部收縮現(xiàn)象．防腐涂層阻抗的數(shù)量級(jí)在105以上，表明防腐涂層仍有一定抵抗介質(zhì)的能力．由于防腐底漆大多為粉末涂料，其中含有大量的固體物，在長(zhǎng)期浸泡過(guò)程中，其中的離子很容易進(jìn)入防腐涂層并與金屬接觸，因此，防腐涂層并不能完全阻隔腐蝕介質(zhì)與金屬基體的直接接觸．48涂層在浸泡初期的阻抗較低，浸泡3 d后其阻抗明顯下降，而且容抗弧半徑隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)明顯減小，這說(shuō)明電解質(zhì)已經(jīng)滲透到了防腐涂層／金屬的界面，并發(fā)生了由擴(kuò)散和活化混合控制的腐蝕反應(yīng)，導(dǎo)致防腐涂層的屏蔽作用降低．試驗(yàn)表明，1 8，28涂層在浸泡后期的阻抗較大．

2．2 2層復(fù)合涂層體系的EIS

圖3(a)為2層復(fù)合涂層體系的EIS，3(b)為其局部放大圖．由圖3可見，在由單涂層變?yōu)?復(fù)合涂層體系后，防腐涂層體系的阻抗大幅提高，說(shuō)明防腐底漆本身的耐候性較低，不能有效阻擋外界物質(zhì)的滲入．加入中間漆后，1 8，28的2層復(fù)合涂層阻抗數(shù)量級(jí)達(dá)107以上，能夠很好地隔絕腐蝕介質(zhì)與金屬直接接觸，從而保護(hù)其免受腐蝕．2層復(fù)合涂層體系的阻抗大小排序?yàn)? 8>28>4 8>3 8，其中1 8的2層復(fù)合涂層高頻區(qū)容抗弧半徑最大，而38，48的2層復(fù)合涂層在低頻區(qū)出現(xiàn)了擴(kuò)散弧，說(shuō)明其防腐蝕性能不如1 8，2 8的2層復(fù)合涂層．

圖3 2層復(fù)合涂層體系的EIS

2．3 3層復(fù)合涂層體系的EIS

圖4為3層復(fù)合涂層體系在不同浸泡時(shí)間的的局部放大圖，由于所有3層復(fù)合涂層體系的初始電阻均較大，接近于絕緣狀態(tài)，所以初始值為處理后的阻抗值．由圖4可以看出，在浸泡初期，2。的3層復(fù)合涂層阻抗最大(>101012)，說(shuō)明其可隔絕腐蝕介質(zhì)與金屬的直接接觸，具有優(yōu)異的防腐蝕性能，而浸泡1周期后，其阻抗降至105 Q以上，容抗弧半徑逐漸變小，在低頻區(qū)還出現(xiàn)了感抗��；1 8的3層復(fù)合涂層體系在浸泡周期內(nèi)，其阻抗并未持續(xù)遞減，反而在浸泡3～5 d后有明顯的提高，這是由于介質(zhì)透過(guò)面漆和中間漆時(shí)，會(huì)導(dǎo)致阻抗下降，當(dāng)介質(zhì)到達(dá)底漆時(shí)，其中的磷酸化合物與水中離子或水反應(yīng)，形成絡(luò)合物附著于漆膜之上，又使涂層的阻抗變大．然而，在浸泡后期，離子或水滲入底漆并與金屬接觸，使涂層阻抗進(jìn)一步降低．3 8，4。的3層復(fù)合涂層體系浸

泡1 d后阻抗達(dá)10 5Q以上，雖然較2層復(fù)合涂層體系和單涂層體系阻抗有一定的提高，但并未達(dá)到完全阻隔介質(zhì)滲入涂層的作用，導(dǎo)致涂層阻抗及其高頻區(qū)的容抗弧半徑逐漸減小，說(shuō)明防腐涂層正逐漸失去保護(hù)金屬的作用．

2．4討論

各防腐涂層體系在浸泡失效過(guò)程中可能出現(xiàn)的4種等效電路如圖5所示．圖5等效電路圖對(duì)于3層復(fù)合涂層體系，在浸泡初期，防腐涂層具有很好的防護(hù)性能，其EIS可用涂層的電阻和電容來(lái)等效(見圖5(a))．隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，在介質(zhì)的滲透作用下，防腐涂層性能開始退化，但此時(shí)介質(zhì)的擴(kuò)散還不足以到達(dá)金屬表面，介質(zhì)中的離子和水分子使涂層／金屬體系獲得了暫時(shí)的電感性質(zhì)(見圖5(b))．當(dāng)浸泡到中后期時(shí)，滲透的介質(zhì)已擴(kuò)散到金屬表面并發(fā)生腐蝕反應(yīng)，這時(shí)由于涂層孔隙還較小，腐蝕產(chǎn)物的生成反而抑制了介質(zhì)的擴(kuò)散．在浸泡后期，涂層已失去其保護(hù)功能，介質(zhì)很容易到達(dá)金屬表面，此時(shí)腐蝕反應(yīng)由氧擴(kuò)散過(guò)程控制，其等效電路如圖5(d)所示．對(duì)于2層復(fù)合防腐涂層體系，在浸泡初期，其EIS可用圖5(c)的電路來(lái)等效，說(shuō)明介質(zhì)在很短時(shí)間內(nèi)就滲透到了基底．隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，其EIS可用圖(d)的電路來(lái)等效．對(duì)于防腐底漆，系統(tǒng)在浸泡初期出現(xiàn)的暫時(shí)的電感性質(zhì)可用圖5(b)的電路來(lái)等效，而其在浸泡后期的等效電路圖和前2種復(fù)合涂層體系浸泡后期的等效電路圖一樣．

3 結(jié)論

(1)4種防腐底漆防護(hù)性能的優(yōu)劣順序?yàn)椋涵h(huán)氧磷酸鋅底漆最好，環(huán)氧防銹漆次之，然后是環(huán)氧富鋅底漆，無(wú)機(jī)鋅底漆最低．

(2)環(huán)氧云鐵中間漆和面漆對(duì)3層復(fù)合涂層體系的防護(hù)性能起到了關(guān)鍵作用，它能使底漆的防腐蝕能力得到更好發(fā)揮，并阻止外界介質(zhì)滲入防腐涂層．

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