A3钢脉冲复合镀涂层腐蚀性能研究Word格式文档下载.docx

1、1mm，主要应用在电解槽的三电极体系中，做电化学测试用。所用试剂有氯化钠和硫酸等，全为分析纯，沈阳化学试剂厂生产，普通市售指甲油，做绝缘封闭用。6.2.2试验仪器电化学测试所用仪器有：CHI660C电化学工作站，上海辰华仪器有限公司生产；饱和甘汞电极（参比电极）和Pt片电极（辅助电极），上海康宁电光技术有限公司生产。6.3 A3钢涂层腐蚀性研究方法6.3.1电化学腐蚀分析法大气是普通钢铁材料最常暴露的环境，钢铁材料在大气中的腐蚀损失约占材料总腐蚀损失的一小半。而在这种腐蚀造成的经济损失中约一半以上是因大气腐蚀引起的。由此可见大气腐蚀的巨大危害性。影响钢铁材料大气腐蚀的因素分为气候因素和环境因素

2、，气候因素包括大气相对湿度、表面润湿时间、气温、降雨、日照时间（主要影响高分子材料和涂层）、风向和风速及降尘等。环境因素是根据大气污染物的性质和污染程度划分的，一般分为工业大气、海洋大气、城市大气和农村大气。虽然钢铁材料的大气腐蚀影响因素较多，大量研究表明，影响钢铁材料大气腐蚀139的主要因素有三个：温度在零度以上时，湿度超过临界相对湿度的时间，即润湿时间；二氧化硫、氯离子等的含量；盐粒子的含量。汪轩义等人研究认为，大气腐蚀性可由大气环境腐蚀性综合因子N来表示，综合因子N又由润湿因子、侵蚀因子、雨水酸度因子构成。所以我们模拟两个主要腐蚀影响因素，即酸雨和海洋大气环境下，利用电化学方法检测分析带

3、有脉冲复合涂层的A3钢的腐蚀性。酸雨是指pH值小于5.6的湿沉降物，主要是由于空气中的二氧化硫和二氧化氮造成的。我国大气污染严重，全国因酸雨和二氧化硫造成的损失每年达1100多亿元。以煤烟型为主的空气污染十分严重。虽然我国生态环境治理取得了重大进展，但总体生态和环境状况仍在恶化。二氧化硫排放居高不下，酸雨区不断扩大，以长江、赣州、南昌和怀化为代表的华中酸雨区已成为全国酸雨污染最严重的地区，到了“逢雨必酸”的程度，我国成为仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区。Cl-能加速铁和碳钢的腐蚀140，141，在海洋大气中，铁或碳钢的腐蚀速率与其距海岸距离的关系已经表明，在某些环境中，Cl-是铁或碳钢大气腐蚀的

4、一个重要影响因素。Cl-能够穿过锈膜直接腐蚀铁基体，在海洋环境中，钢发生的严重腐蚀已经证明了Cl-的这种强侵蚀性。氯化物的溶解性可能使其更容易从腐蚀产物中被溶解掉。经常可以在暴露于海洋环境中的铁和钢上发现的腐蚀产物“绿锈I”，也许并不只是不同价态铁的混合氢氧化物，其中也可能含有氯，在氯离子溶液中，也发现了碳钢上形成的腐蚀膜中也含有不同形式的氯盐。6.3.1.1开路电位时间曲线采用三电极体系，利用上海辰华仪器有限公司生产的CHI660C电化学测试系统。测定A3碳钢镀层前后分别在pH=5.0的硫酸溶液中的开路电位时间曲线。在三电极体系中参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为金属铂电极，研究电极铝阳极试

5、片的有效面积是1cm2，体系的测试时间为60s，测试温度为室温。为下面的交流阻抗和极化曲线做准备。6.3.1.2 Tafel曲线动电位极化测试利用美国EG&G公司的PARM273电化学测试系统，采用标准三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片，工作电极为样品，在用硫酸配置的PH在5.5的弱酸性溶液进行动电位极化曲线测试，从-0.9v开始扫描，至-0.2停止，扫描速度为1mV/s。研究电极试片的有效面积是1cm2，测试温度为室温。6.3.1.3电化学阻抗谱电化学阻抗谱（EIS）测试采用上海辰华仪器有限公司生产的CHI660C电化学测试系统，采用经典的三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，

6、辅助电极为金属铂电极，研究电极试片的有效面积是1cm2，测试A3碳钢涂层前后分别在pH=5.0的硫酸溶液条件下的EIS谱图来研究腐蚀电化学行为。6.4试验结果与讨论6.4.1模拟酸雨环境涂层电化学腐蚀性研究6.4.1.1极化曲线动电位极化测试利用 PARM273电化学测试系统，采用标准三电极体系（参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片，工作电极为样品，留出工作面，其它表面以指甲油封固）分别在用硫酸配置的pH=5.0的弱酸性溶液进行动电位极化曲线测试，从-0.9v开始扫描，至-0.2停止，扫描速度为1mV/s.图7.1为没有涂层的A3碳钢和带有涂层的A3碳钢在pH=5.0的模拟酸雨的硫酸溶液中的

7、动电位极化曲线，基体的自腐蚀电位为-0.672V；有防护涂层的碳钢的自腐蚀电位提高到了-0.660V，自腐蚀电位正移，而自腐蚀电流密度由10-6.670A降低到10-9.186A，减小了近2.5个数量级，见表6.1。这说明带有防护涂层的A3碳钢的防腐蚀性能大大增加。表6.1 动电位极化曲线的拟合结果Table 6.1 Electrochemical parameters related to the polarization curves in Fig. 6.1试 样Ecorr（V）Jcorr（A/cm2）不带涂层A3钢结果-0.672-6.670带涂层A3钢结果-0.660-9.186图6.

8、1 不带涂层的A3钢1和带有涂层的A3钢2的在硫酸（pH=5.0）中的塔菲尔图Fig. 6.1 1：polarization curve of steel A3 in sulphuric acid（pH=5.0）；2：polarization curve of steel A3 with coatings in sulphuric acid（pH=5.0）6.4.1.2交流阻抗图谱电化学阻抗（EIS）测试采用海辰华仪器有限公司生产的CHI660C电化学测试系统，采用经典的三电极体系中参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为金属铂电极，研究电极试片的有效面积是1cm2，测试A3碳钢镀层前后分别在pH=

9、5.0的硫酸溶液条件下的EIS谱图来研究。从图6.2、6.3结合表7.2可以看出，在模拟酸雨的硫酸溶液中，图6.3为有涂层的A3碳钢的容抗弧明显大于图7.2中没有涂层的碳钢的容抗弧，图6.3中还出现了感抗弧，这使得镀层后的碳钢的阻抗70790欧姆是普通的碳钢的5948欧姆增加到了近12倍，见表6.2。有涂层的A3碳钢的反应电阻明显大于没有防护涂层的A3碳钢的电阻，表明带有防护涂层的普通碳钢A3比没有防护涂层的A3其防腐蚀性显著增加。图 6.2 A3碳钢在硫酸溶液（pH=5.0）中的交流阻抗Fig. 6.2 AC impedance spectroscopy of A3 steel in sul

10、furic acid solution（pH=5.0）图6.3 有涂层的A3碳钢在硫酸溶液（pH=5.0）中的交流阻抗。Fig. 6.3 AC impedance spectroscopy of A3 steel with the coatings in sulfuric acid solution（pH=5.0）图6.4 为图6.2和图6.3的结合图，1：不带涂层A3钢EIS；带涂层A3钢EISTable 6.4 Stacking diagram of table 6.2 and 6.31： EIS of A3 steel without coatings，2：EIS of A3 steel

11、 with coatings表6.2 A3钢涂层见后的EIS拟合结果Table 6.2 EIS fitting results for A3 steel with coatings and without coatingsR（.cm2）不带涂层A3阻抗5948带涂层A3阻抗70970为探讨复合涂层对模拟海水耐蚀作用方式，采用等效电路图对以上的电化学阻抗普进行拟合，如图6.5所示，其中Rs代表溶液电阻，Rf和CPEf表示表面氧化膜的电阻值和相应的常相位角原件，Rt和Qt代表膜层与基体界面的电化学反应。 Rs Rf Rt RR CPEf CPEt图6.5 用于涂层系统的等效电路Fig. 6.5 E

12、lectrical equivalent circuits used for the coatings在这个阻抗谱中不但有容抗弧出现，还出现了感抗弧，这是因为电极氧化膜的覆盖度是一个能改变法拉第电流同时又受电极电势影响的表面状态含量，多数条件下，随着电极电势的提高涂层脱附，覆盖度下降，但由于氧化膜的覆盖度很大，越大阳极溶解的速度就越慢，阳极法拉第电流就会越小，这样在电化学阻抗谱中就会出现感抗部分，表明材料的耐腐蚀性越好，图中显示不带涂层的碳钢阻抗值为5948.cm2，而带有涂层的碳钢的阻抗值为70970.cm2，大了一个数量级以上，所以带有涂层的基体在模拟酸雨环境中防腐蚀性大大增加。6.4.2

13、模拟海洋大气环境涂层电化学腐蚀性研究6.4.2.1极化曲线动电位极化测试利用PARM273电化学测试系统，采用标准三电极体系（参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片，工作电极为样品，留出工作面，其它表面以指甲油封固）分别在用3.5%氯化钠溶液（模拟海洋大气环境）进行动电位极化曲线测试，从-0.9v开始扫描，至-0.2停止，扫描速度为1mV/s。图6.6 不带涂层的A3钢1和带有涂层的A3钢2的在3.5%NaCl中的塔菲尔图Fig. 6.6 1：polarization curve of steel A3；polarization curve of steel A3 with coatings表6.3 动电位极化曲线的拟合结果Table 6.3 Electrochemical parameters related to the polarization curves in Fig. 6.4-0.807-6.792-0.798-8.805在模拟海洋大气环境下，表6.3结合图6.6中，曲线1为没有涂层的A3碳钢，曲线2为有涂层的A3钢在3.5ma