两种含导电颗粒的有机涂层的电化学阻抗谱特征

发布时间：2017-10-03 18:04

  本文关键词：两种含导电颗粒的有机涂层的电化学阻抗谱特征

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【摘要】：多数金属在使用过程中会发生腐蚀,涂覆涂层是防止金属腐蚀的有效方法,EIS是研究涂层防护性能最重要的工具之一,关于有机涂层的EIS研究已经很系统,但添加导电颗粒的有机涂层的交流阻抗谱,还需要进一步深入研究。论文在Q235碳钢基体表面分别涂覆不含导电涂料的环氧清漆涂层、炭黑添加型环氧涂层(炭黑含量为1 wt%和3 wt%)以及铝粉添加型环氧涂层(铝粉添加量为20wt%、40wt%和60 wt%),制得涂层/碳钢试样,涂层厚度均为150μm左右。通过电化学交流阻抗谱研究了三类环氧涂层在3.5 wt% NaCl溶液中的电化学行为。采用傅里叶红外光谱对涂层官能团变化及涂层老化情况进行分析。并通过扫描电子显微镜和EDS对涂层下基体表面腐蚀情况进行观察和研究。另外,使用特征频率法、中频相位角和高频相位角等几种快速评价方法对三类涂层进行了评价和比较。所得主要结论如下：1、环氧清漆涂层的EIS谱图中,浸泡前期只有一个时间常数；添加炭黑后的环氧涂层的EIS谱图中,在浸泡初始阶段就表现为两个时间常数,这是由于炭黑的比表面积较大,存在明显的界面效应。并且,当炭黑添加量增加时,炭黑表面电荷转移电阻下降。添加炭黑会使涂层的低频阻抗模值|Z|0.01Hz和涂层电阻Rc显著下降,随着浸泡时间的延长,不含炭黑的环.氧涂层的|Z|0.01Hz和Rc逐渐下降,含炭黑的环氧涂层的|Z|0.01Hz和Rc无明显下降。傅里叶红外光谱表明,环氧清漆涂层和添加炭黑的环氧涂层在溶液的浸泡过程中不发生明显老化降解,SEM/EDS结果显示,不含炭黑的环氧涂层下的基体在200 d后基体出现腐蚀,而含1 wt%和3 wt%炭黑的环氧涂层下基体完好平整,这是因为炭黑有补强作用,能显著提高涂层的耐溶剂性和抗渗透性。2、铝粉添加型涂层在3.5wt% NaCl溶液中的失效过程分为三个阶段：第一阶段,介质不断渗透,铝粉颗粒表面发生反应,并且腐蚀产物发生扩散；第二阶段,介质渗透到基体表面,铝粉腐蚀产物在涂层/基体界面发生横向扩散；第三阶段,基体表面腐蚀产物和铝粉腐蚀产物逐渐堆积,逐渐形成腐蚀产物层。相比环氧清漆涂层,添加铝粉后的环氧涂层的低频阻抗模值|Z|0.01Hz和涂层电阻Rc更低,并且随浸泡时间的延长,Rc和|Z|0.01Hz下降速度更快。添加铝粉后的环氧涂层的涂层电容Qc会轻微提高,且随着浸泡时间的延长,快速增加,而环氧清漆涂层Qc变化相对较小。傅里叶红外光谱显示,经过3.5 wt% NaCl溶液浸泡后,含铝粉颗粒环氧涂层不发生明显老化降解,SEM/EDS结果表明,在涂层浸泡后期,环氧清漆涂层下基体表面腐蚀产物主要由Fe和O构成,而铝粉添加型环氧涂层下基体表面会产生含Fe、Al、O和C1等元素的混合腐蚀产物层。3、特征频率法对含导电颗粒的环氧涂层有良好的适用性,0.1Hz下的相位角θ0.1Hz比其他频率的相位角能更准确的评价炭黑添加型环氧涂层的保护性能；10Hz下的相位角θ10Hz用来评价铝粉添加型环氧涂层的防护性能更合适。
【关键词】：环氧涂层 碳钢 炭黑 铝粉 交流阻抗
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 涂层概述13-14
• 1.1.1 涂层简介13
• 1.1.2 涂层的分类13-14
• 1.1.3 涂层的防护机理14
• 1.2 导电涂层概述14-17
• 1.2.1 导电涂层的分类14-16
• 1.2.2 掺和型导电涂层简介16-17
• 1.3 涂层防腐性能评价方法17-22
• 1.3.1 电化学研究方法17-18
• 1.3.2 电化学交流阻抗分析方法18-20
• 1.3.3 EIS在涂层防护性研究中的应用20-22
• 1.4 论文的研究意义与研究内容22-25
• 1.4.1 论文的研究意义22
• 1.4.2 论文的主要研究内容22-25
• 第二章 实验方法25-29
• 2.1 实验材料与试样制备25-26
• 2.2 测试前的准备工作26
• 2.3 测试方法26-29
• 2.3.1 涂层附着力测试26-27
• 2.3.2 开路电位测试27
• 2.3.3 电化学交流阻抗测试27
• 2.3.4 扫描电镜观察27
• 2.3.5 红外光谱分析27-29
• 第三章 添加炭黑的环氧涂层的阻抗参数变化29-47
• 3.1 不同含量炭黑添加型环氧涂层的EIS29-33
• 3.2 等效电路拟合33-39
• 3.3 红外光谱测试39-41
• 3.4 SEM和EDS测试41-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 铝粉添加型环氧涂层的阻抗参数变化47-69
• 4.1 不同含量的铝粉添加型环氧涂层的EIS47-54
• 4.2 等效电路拟合分析54-60
• 4.3 红外光谱测试60-62
• 4.4 SEM和EDS测试62-66
• 4.5 本章小结66-69
• 第五章 含导电颗粒的环氧涂层的电化学快速评价方法69-77
• 5.1 炭黑添加型环氧涂层的快速评价方法69-72
• 5.1.1 利用中频相位角来评价炭黑添加型环氧涂层的防护性能69-71
• 5.1.2 利用特征频率法来评价炭黑添加型环氧涂层的防护性能71-72
• 5.2 铝粉添加型环氧涂层的快速评价方法72-75
• 5.2.1 利用中频相位角来评价铝粉添加型环氧涂层的防护性能72-74
• 5.2.2 利用特征频率法来评价铝粉添加型环氧涂层74-75
• 5.3 本章小结75-77
• 第六章 总结论77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 研究成果及发表的学术论文85-87
• 作者和导师简介87-89
• 附件89-90

【参考文献】

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本文编号：965912