如何評估有機塗層防腐性能？

本文介紹了評估有機塗層的防腐性能的兩種電化學試驗方法根據使用的測試條件，觀察到不同的劣化模式。通過掃描電子顯微鏡(SEIVI)/ x射線分析(EDX)方法研究降解和腐蝕。與海洋和工業試驗場地的外部暴露數據進行了簡單的比較。在單獨的實驗中，通過使用交流阻抗和電化學噪聲監測技術，獲得了保護塗層在完全浸沒條件下(0.6 MNaCl)的電化學數據。阻抗數據可以進行機械解釋，而電壓和電流噪聲信號清楚地表明了塗層的狀態。

由於金屬腐蝕是一種電化學現象，相信電化學測試方法將為塗層評估工作提供定量性能數據來源。例如，交流阻抗法已被廣泛研究用於此目的，並報道了相當大的進展。由於這個原因，交流阻抗已被用於目前的工作中，以獲得有關防腐底漆性能的信息。還研究了一種利用電化學噪聲監測的相對較新的方法。電化學噪聲工作的方法和定量在別處有更詳細的描述。為了完整起見，本文還簡要介紹了這些技術的細節。

塗層腐蝕測試電化學測試評估塗層防腐性能

本研究中使用了兩種電化學測試方法。它們是:第一，交流阻抗；第二，在自由腐蝕試驗條件下，在完整油漆下發生的電壓和電流噪聲瞬態分析。所用的實驗測試程序已在別處詳細描述。

對於這兩種技術，使用的測試電極是表麵積為24 cm2或40cm2的塗覆低碳鋼(SAE 1010)測試板。將有機玻璃電池附著在這些麵板上，麵板中填充有0.6 M NaCl作為電解質。測試期間使用環境通風。

交流阻抗:所有的交流阻抗測量值都是使用Solartron 1250頻率響應分析儀（FRA）在微機控製下運行的(HP 85)。FRA通過Thompson 251穩壓器與電化學電池相連。相對來說。在低阻抗係統中，使用標準恒電位三電極配置，塗層(工作)電極保持在測量的自由腐蝕電位。對於阻抗相對較高的係統，使用兩個電極配置與FRA一起使用，FRA在其振幅壓縮模式下運行。在10 kHz- 10 mHz的標稱頻率範圍內，施加的信號在20-50 mV的範圍內。表3給出了底漆塗層的代表性複平麵數據。

電化學噪聲分析:對於電化學噪聲監測實驗，製備前述電化學電池並組裝成三電極排列，其中兩個電極是塗覆的鋼基板，製備成標稱上相同。這兩個耦合電極通過瓊脂鹽橋電解連接，並允許在大約2000小時的時間內自由腐蝕。在每種情況下，組件中的第三個電極是Ag/AgCl參比。

在測試期間，一個低噪音的零電阻電流表(ZRA)連接在每個耦合的電極對之間。兩個靈敏的數字電壓表(DVI)同時測量每個電池電流(通過ZRA)和每個耦合對電極電勢。該實驗是在微機控製(HP 85)下進行的，使用8個獨立的多路複用通道和一個市售的IEEE可編程開關。

收集數據作為每對塗層電極的耦合電流和電勢的時間記錄。通過應用前麵討論的歐姆定律類比，從潛在噪聲信號的標準偏差與電流噪聲信號的標準偏差的簡單比值，即Rp ~ σV/σi中獲得了每個塗層電極對的近似極化電阻參數(Rp)的導出值。

應該注意的是，這個導出的電阻參數包括塗層以及電荷轉移和擴散過程的影響。對於塗層電極，這些影響不能被分離出來。這裏給出了表4中描述的四種塗層係統的代表性數據。

電化學測試方法結果

交流阻抗:圖7顯示了表3中描述的氯乙烯底漆的阻抗響應數據。對於在0.6M氯化鈉中浸泡的第一個216小時，獲得了幾乎純電容響應。由於在此期間幾乎沒有觀察到明顯的變化，這表明薄膜中相對較少的水吸收。實際上，底漆的功能就好像它是一個完整的塗膜。該塗層也在大約2000小時的浸泡後進行了測試，當時的響應模式非常不同，如圖7的插圖所示。

至少在試驗的前216小時，係統總阻抗的近似估計值將為109 ohm cm2，這支持了塗層在此期間作為相當完整的屏障的建議。這一估計值與Strivens和Taylor公布的可比數據一致，他們將這一降解階段描述為初始或被動期。在此期間，獲得的阻抗響應僅歸因於塗層，很少或沒有由電感應(腐蝕)引起的附加效應

浸泡2000小時後，可以觀察到兩個頻率相關的阻抗成分。較高頻率分量(＞1hz)可能是由於塗層造成的，而在較低頻率下，接近45°的直線表明腐蝕過程是由估計的擴散效應控製的。

此時係統阻抗的匹配表明，它的價值已經下降了到6 104歐姆平方厘米。響應成分的頻率分離也表明塗層在2000小時浸泡後已經降解。此時，在24 cm2的電極表麵上出現許多氣泡(直徑1-4 mm ),其中兩個通過油漆顯示出明顯的生鏽跡象。

通過與氯乙烯的例子進行比較，圖8顯示了表 3中所述醇酸底漆浸泡後第一個24小時內獲得的阻抗響應。在這種情況下，在浸入時，獲得了清晰的半圓。(圖8中僅顯示了高頻部分。)該結果表明該底漆顯示出固有的多孔性。該塗層的總浸入阻抗估計約為1.5×107歐姆平方厘米。更重要的是，從圖8可以看出，阻抗響應的頻率相關分離僅在1.5小時後發生。在24小時測試後，可以從以下事實推斷出該塗層中的主要缺陷，即總阻抗的評估值已經減小到1×10 > ohms cm2的數量級，這與浸入時獲得的值相比是顯著的減小。

這些結果表明了交流阻抗法在監測防腐底漆塗層降解特性時的潛在敏感性。此外，交流阻抗數據可以提供關於腐蝕保護過程的信息，這些信息可以進行機械解釋。

電化學噪聲分析:從電位和電流噪聲標準偏差時間記錄得出的低頻阻抗數據如圖9所示。如前所述，獲得的Rp值由四種塗層中每一種的σV/σi比計算得出表4中列出的係統。

從顯示的數據來看，有幾個趨勢是明顯的。首先，這裏研究的所有塗層在2000小時的浸泡測試期間都顯示了Rp值下降的趨勢。這將是預期的結果，因為塗層確實在逐漸降解。然而，在所謂的較好的塗層和預期的較差的塗層之間可以做出明確的區分。

例如，環氧聚酰胺底漆的預期良好性能特征反映在這樣一個事實中，即在大約1×109歐姆/平方厘米的浸泡試驗期間，其獲得的Rp值保持相對較高。試驗結束時，環氧聚酰胺底漆看起來狀況良好，電極表麵沒有起泡或生鏽的痕跡。

盡管在測試的前300小時，聚氨酯阻隔塗層表現出與環氧聚酰胺塗層相似的Rp趨勢，但是此後，該參數明顯有所降低，在大約2000小時的浸泡後，降低到107歐姆cm2的數量級。與這種趨勢相關的是在電極表麵形成小的油漆氣泡。

在另一個性能極限，多孔醇酸樹脂塗層的所得Rp值從測試開始時的約5×106歐姆·平方厘米逐漸減小到測試結束時的約5×104歐姆·平方厘米。這清楚地表明，這種底漆預期比上述環氧-聚酰胺底漆表現出更差的防腐蝕性能。

從圖9中可以看出，從隔離醇酸樹脂塗層中獲得了一個特別有趣的結果，在浸泡的前40小時，獲得的Rp值保持相對較高(在108-109歐姆平方厘米之間)。然而，此後，觀察到Rp相對快速的下降，這與塗層下起泡和生鏽開始的目視觀察有很好的相關性。這表明這種特殊塗層的阻隔性能在大約40小時的侵蝕後變得無效。