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某新型航空涂料海洋環(huán)境下耐蝕性試驗

嘉峪檢測網(wǎng)        2022-03-30 00:42

本文結(jié)合某型備航空裝海洋環(huán)境適應(yīng)性研究工作,以其涂覆的新型涂料(電泳加CeO2)為研究對象,根據(jù)服役海域海洋環(huán)境和仿真加速腐蝕試驗環(huán)境譜方法設(shè)計了加速腐蝕試驗環(huán)境條件,探究該新型涂料在典型海洋環(huán)境下的耐蝕性,為其后續(xù)工程應(yīng)用提供試驗驗證與分析依據(jù)。

 

涂料試件仿真加速腐蝕試驗

 

01 仿真加速腐蝕試驗環(huán)境條件設(shè)計

 

依據(jù)文獻中仿真加速腐蝕試驗環(huán)境譜編制方法,對所研對象后續(xù)擬服役的地域/海域典型環(huán)境因素進行簡化選取、量值統(tǒng)計、作用強度計算分析,設(shè)計確定仿真加速腐蝕試驗環(huán)境條件如下:①濕熱環(huán)境:RH=90 %、溫度T=40 ℃的高溫、潮濕空氣,模擬服役環(huán)境中的濕熱環(huán)境作用;②介質(zhì)環(huán)境:圖片介質(zhì),5 %NaCl(質(zhì)量百分比)水溶液摻入稀H2SO4,使其pH=4±0.2,模擬海洋環(huán)境中鹽霧和含工業(yè)廢氣或酸雨的作用。試驗環(huán)境條件的作用強度和作用規(guī)律如圖1所示,其物理含義為:在溶液環(huán)境中作用1.8 min、溫濕環(huán)境中作用10.5 min、相互交替循環(huán)335次、累計時間約69 h的腐蝕失效程度,與合金鋼基材涂敷該涂料試件在海洋服役環(huán)境中1年的腐蝕失效程度相當(dāng)。

 

某新型航空涂料海洋環(huán)境下耐蝕性試驗

圖1 試件仿真加速腐蝕試驗環(huán)境條件

 

02 試件仿真加速腐蝕試驗

 

依據(jù)圖1的仿真加速腐蝕試驗條件,實驗室采用ZJF-75G周期浸潤腐蝕試驗箱,開展涂料試件仿真加速腐蝕試驗。試件為同批次加工,數(shù)量為40件,隨機分為8組,每組5個,留一組不做腐蝕試驗,其余8組分別開展1至8個當(dāng)量日歷年限的加速腐蝕試驗。試件原始形貌如圖2所示。

 

某新型航空涂料海洋環(huán)境下耐蝕性試驗

圖2 試件原始形貌

 

每個當(dāng)量年限試驗完成后,對試件進行清洗,從5個試件中隨機選取典型腐蝕損傷區(qū)域,采用采用KH-7700三維顯微鏡對其腐蝕形貌進行觀測。

 

03 試件預(yù)腐蝕后電化學(xué)試驗

 

腐蝕形貌觀測完成后,將合金鋼涂敷涂層試件加工成三電極電化學(xué)試件,采用普林斯頓4 000電化學(xué)工作站對試件開展3.5 %(質(zhì)量百分比)的NaCl溶液標準三電極電化學(xué)試驗,測取其阻抗譜。試驗參數(shù)為:正弦擾動信號的幅值為10 mV,實驗過程中的阻抗譜測試頻率選取0.01 Hz至100 000 Hz。試件與試驗如圖3所示。

 

某新型航空涂料海洋環(huán)境下耐蝕性試驗

圖3 腐蝕防護標準體系

 

存在問題

 

各個當(dāng)量年限下試件宏觀腐蝕形貌如圖4所示。

在加速腐蝕試驗過程中,試件表面的涂層在第6個當(dāng)量日歷年限前,基本沒有腐蝕發(fā)生。從第6當(dāng)量日歷年限開始,試件表面的涂料逐漸發(fā)生泛黃變色,至后期第8當(dāng)量日歷年限,試件邊緣普遍存在涂料掉塊、起泡與脫落的腐蝕失效現(xiàn)象。

 

某新型航空涂料海洋環(huán)境下耐蝕性試驗

 

圖4 試件與電化學(xué)試驗

 

措施及建議

 

電化學(xué)阻抗技術(shù)也稱交流阻抗法,是通過控制電化學(xué)系統(tǒng)的電流(或電壓),時間按小振幅正弦規(guī)律變化,測量電化學(xué)系統(tǒng)隨時間相應(yīng)的電壓(或電流)的變化,或者測量電化學(xué)體系的阻抗,進而測量體系(介質(zhì)/涂膜/金屬)的反應(yīng)機理、析擬合測量體系的電化學(xué)參數(shù)。

 

電化學(xué)阻抗譜(EIS)是腐蝕科學(xué)中一種重要的頻率域研究測試方法,是研究金屬電化學(xué)腐蝕動力學(xué)、金屬和涂層的腐蝕機制及耐蝕性能的重要方法之一。利用電化學(xué)阻抗譜技術(shù)我們可以得到涂層試件電化學(xué)試驗的Nyquist圖譜和Bode圖譜,通過EIS基本特征參數(shù)的分析可以大體知道涂層的防護性能變化。將各個周期下電化學(xué)試驗結(jié)果綜合,得到典型腐蝕周期下涂料試件的Nyquist圖和Bode圖的演變規(guī)律,分別見圖5所示。

 

 

某新型航空涂料海洋環(huán)境下耐蝕性試驗

圖5 涂料阻抗譜分析

 

分析與討論

 

從EIS基本圖譜中分析我們看到,第2周期時電泳加CeO2粉體涂料試件Nyquist圖呈現(xiàn)出雙容抗弧。隨著實驗周期數(shù)的增加,涂料容抗弧逐漸下降,且下降的趨勢逐漸變緩,說明電泳加CeO2粉體涂料防護性能在腐蝕環(huán)境下還具有一定緩沖能力。

 

具體來說,涂料低頻阻抗模值|Z|0.1Hz約等于溶液電阻、微孔電阻、以及電荷轉(zhuǎn)移電阻之和,也可以用低頻模值|Z|0.1Hz來有效評價涂層的防護性能。電泳加CeO2粉體涂料低頻下的阻抗模值|Z|0.1Hz從第2周期狀態(tài)下的4.46×104 Ω•cm2到第8周期時為2.10×104 Ω•cm2,說明涂料的防護性能呈下降趨勢變化。但在整個腐蝕周期內(nèi),Nyquist圖上未發(fā)現(xiàn)與x軸成大約45°角的擴散阻抗尾,說明涂料防護性能雖有下降,但整體防護性能較為穩(wěn)定。

 

上述低頻模值的變化趨勢,與涂料整體宏觀腐蝕過程相聯(lián)系來看,電泳加CeO2粉體涂料電在腐蝕過程中表面沒有發(fā)生剝落現(xiàn)象,溶液中的各種離子不易滲透到涂層內(nèi)部導(dǎo)致腐蝕反應(yīng)發(fā)生,但第6周期到第8周期時阻值有大幅度下降趨勢,是由于涂層表面出現(xiàn)多處蝕坑,邊角腐蝕嚴重,涂層吸水能力增強,腐蝕速率上升,各種離子滲入涂層內(nèi)部導(dǎo)致涂料防護性能下降。

 

措施及建議

 

為探究新型電泳加CeO2粉體涂料海洋環(huán)境下腐蝕防護性能,對該涂料試件分別開展了8個當(dāng)量年限的加速腐蝕實驗和預(yù)腐蝕試驗后的電化學(xué)試驗,結(jié)合涂料試件外觀腐蝕形貌變化和電化學(xué)阻抗譜技術(shù),探究涂料的腐蝕行為和防護性能,研究發(fā)現(xiàn):

 

1)涂料在加速腐蝕試驗前6個周期內(nèi)基本沒有腐蝕發(fā)生。第6周期后至第8周期,試件表面的涂料逐漸發(fā)生泛黃變色,試件邊緣涂料發(fā)生掉塊與脫落的腐蝕現(xiàn)象。

 

2)涂料低頻下的阻抗模值|Z|0.1Hz從第二周期狀態(tài)下的4.46×104 Ω•cm2降為第八周期時為2.10×104 Ω•cm2,說明涂料的防護性能在整個腐蝕周期內(nèi)呈下降趨勢變化。

 

3)Nyquist圖上未發(fā)現(xiàn)與x軸成大約45°角的擴散阻抗尾,說明涂料防護性能雖有下降,但整體防護性能較為穩(wěn)定。

 

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來源:環(huán)境技術(shù)核心期刊

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