阴极保护对破损有机涂层防护作用的研究

论文摘要

有机涂层防护经济、方便,是金属构件防腐蚀增加服役寿命最为有效的方法之一。在实际情况中,涂层防护作为单一的防护手段是不够的,而是与阴极保护联合使用,当涂层存在缺陷时会对阴极保护的效果产生一定的影响。阴极保护时产生的阴极极化也会对涂层稳定性有一定的影响,不同的保护电位会对涂层寿命有不同的影响。对于完好涂层,目前最常使用的电位规范是-850mv （vs. Cu/CuSO4）。但是对于破损涂层,-850mv （vs. Cu/CuSO4）的电位规范却不一定适用。选择最佳保护电位范围是保证阴极保护效果的一项重要内容。本文的主要研究工作包括：（1）应用电化学阻抗谱技术,并且结合自腐蚀电位和金属表面腐蚀形貌等参数研究了-850mv （vs. SCE）、-950mv （vs. SCE）、-1030mv （vs. SCE）以及-1200mv （vs. SCE）阴极保护电位下破损面积比1%的涂层试样的阴极保护效果。研究发现,对于涂层表面存在小面积破损的情况下,涂层防护与阴极保护协同作用的电位范围应该在-1030mv（vs. SCE）至-950mv（vs. SCE）之间。即-1100mv （vs.Cu/CuSO4）至-1020mv （vs. Cu/CuSO4）。即完好涂层的-850mv （vs. Cu/CuSO4）保护准则对破损涂层是不适用的。对于破损涂层,由于涂层缺陷的静电屏蔽作用和较高的涂层IR电压降,如果继续按照完好涂层的-850mv （vs. Cu/CuSO4）准则实施,将无法实现对金属的保护。为了阴极保护能够发挥正常的作用,应该将保护电位负移,使实际保护电位达到所要求的阴极保护电位。（2）应用电化学阻抗谱技术,研究了-1030mv （vs. SCE）保护电位下,破损面积比分别为4%、7%对阴极保护效果的影响。研究发现,随着破损面积比的增大,涂层/金属界面剥离率也随之增大。尽管随着破损面积比的变大涂层缺陷的静电屏蔽作用和较高的涂层IR电压降作用减弱,使涂层下金属获得更好的保护效果,但是破损面积变大会导致更为严重的涂层剥离,涂层反而更快失去保护作用。（3）研究了破损面积比4%的涂层试样在不同pH值碱性条件下的劣化行为。研究发现,与自然浸泡以及阴极极化条件下破损涂层的劣化不同的是,碱性条件下破损涂层试样裸露金属会在发生钝化生成一层钝化膜,钝化膜的稳定程度跟pH有关,pH越高,钝化效果越好,钝化膜越稳定。当钝化膜溶解后,腐蚀反应同时在破损处与电极表面的其他位置发生。主要原因是阴极极化条件下产生的OH-与涂层反应,破坏了涂层与金属之间的结合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 金属腐蚀的现状
• 1.2 有机涂层的防腐蚀机理
• 1.3 阴极保护技术概论
• 1.3.1 阴极保护发展概况
• 1.3.2 阴极保护原理
• 1.3.3 阴极保护的主要参数
• 1.3.4 阴极保护方法
• 1.4 阴极剥离
• 1.4.1 阴极剥离
• 1.4.2 阴极剥离的机理
• 1.4.3 影响有机涂层阴极剥离的因素
• 1.5 研究有机涂层阴极剥离的方法
• 1.5.1 电化学阻抗谱（EIS）方法
• 1.5.2 局部交流阻抗（LEIS）技术
• 1.5.3 扫描Kelvin探针（SKP）技术
• 1.5.4 扫描声学显微镜（SAM）
• 1.6 课题研究意义和研究内容
• 1.6.1 研究意义
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 实验材料与装置
• 2.1 试样制备
• 2.2 涂层制备
• 2.3 化学试剂
• 2.4 实验仪器和测试方法
• 第三章 破损涂层在不同阴极保护电位下的失效行为
• 3.1 阻抗谱解析
• 3.2 试样的制备以及测试方法
• 3.3 自然浸泡下破损涂层劣化以及-850mV、-950mV（vs.SCE）保护电位下阴极保护与涂层协同作用效果的研究
• 3.4 保护电位-1030mV、-1200mV（vs.SCE）对破损涂层保护效果的研究
• 3.4.1 破损面积比为1%的涂层在-1030mV（vs.SCE）极化电位下的EIS变化
• 3.4.2 -1030mV（vs.SCE）极化条件下涂层电阻随极化时间变化
• 3.4.3 涂层/金属界面活性区面积
• 3.4.4 破损面积比为1%的涂层在-1200mV（vs.SCE）极化电位下的EIS变化
• 3.4.5 -1200mV（vs.SCE）极化条件下涂层电阻随极化时间变化
• 3.4.6 -1200mV（vs.SCE）极化条件下极化电阻随极化时间变化
• 3.5 自然浸泡涂层与阴极保护下涂层金属腐蚀形貌分析
• 3.6 结论
• 第四章 阴极保护下不同程度破损涂层的失效行为
• 4.1 阻抗谱解析
• 4.2 试样制备以及测试条件
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 破损面积比4%的涂层电极在-1030mV（vs.SCE）保护下的EIS变化
• 4.3.2 破损面积比7%的涂层电极在-1030mV（vs.SCE）保护下的EIS变化
• 4.3.3 4%以及7%破损面积比涂层试样微孔电阻随极化时间变化
• 4.4 结论
• 第五章 碱性环境中破损涂层的失效行为
• 5.1 前言
• 5.2 实验材料和实验条件
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 4%破损涂层在不同PH下失效的EIS变化
• 5.3.2 醇酸清漆涂层阴极剥离的机理
• 5.4 结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文