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湿热海上钢构件涂层体系耐蚀性电化学快速评价技术的研究

赵必江  
【摘要】:在海洋风电钢结构涂层防护性能的研究中,最常用的涂层耐腐蚀性评价方法是盐雾实验、浸泡实验、湿热实验、自然暴晒、人工紫外光老化实验等常规标准实验。这些方法既不方便现场测试评价,又存在耗时长、效率低、成本高等问题,比如盐雾实验一般长达5000h,而自然暴晒实验周期至少为12个月。电化学阻抗谱技术(EIS)评价涂层性能是一种发展很快、很有前景的快速评价方法。电化学阻抗谱技术早期的等效电路模拟数据处理方法因程式复杂、匹配精确度低、对经验要求很高而逐渐被特征频率法和相位角法等快速评价方法替代,而这些快速评价方法利用的是部分阻抗谱数据点,且很难应用于工程现场。因此,本文提出利用电化学阻抗谱Bode图线下面积的变化率快速评价涂层的性能。该方法在国内鲜有研究者提及。本论文利用常规实验和Bode图线下面积变化率快速评价方法评价了海洋风电钢结构大气区和飞溅区共6种经典涂层体系的性能并进行对比分析,验证了快速评价方法的可行性。同时,结合不同腐蚀阶段的涂层微观组织特征与电化学阻抗谱特征,从微观组织变化验证了快速评价方法是完全可行的。主要有以下结论:(1)利用5000h耐中性盐雾实验和2000h人工紫外光老化实验评价了大气区涂层体系的耐腐蚀和耐老化性能,利用5000h耐中性盐雾实验和5000h浸泡实验评价了飞溅区涂层的耐腐蚀和耐海水浸泡性能。同时,大气区和飞溅区涂层体系均进行了12个月的自然暴晒实验。结果显示,大气区3种样品的综合性能:样品1(EP150环氧富锌/ZSS132环氧云铁/UL800H氟碳)样品2(102HS环氧富锌/环氧云铁/氟碳)样品3(环氧富锌/环氧云铁/聚氨酯/氟碳),飞溅区三种样品的综合性能:样品5(环氧/耐磨环氧)样品4(环氧厚浆/环氧玻璃鳞片)样品6(环氧/耐磨环氧玻璃鳞片)。(2)采用普林斯顿电化学工作站测试6种涂层体系在人造海水浸泡腐蚀24h、360h和720h后的电化学阻抗谱,利用电化学阻抗谱Bode图线下面积的变化率评价6种经典涂层体系的防护性能。综合数据处理结果,大气区3种样品的线下面积变化率大小顺序为样品3样品2样品1,飞溅区的顺序为样品6样品4样品5,根据变化率与涂层性能的关系可知电化学快速评价结果与常规实验结果一致,表明利用Bode图线下面积变化率快速评价涂层性能这种方法是完全可行的。而且,电化学快速评价方法的实验周期为720h,只有盐雾实验周期的1/7,且远少于自然暴晒的实验周期。(3)电化学测试已经实现了仪器的小型化,实验时长一般为半个小时至2个小时,结合数据处理分析软件,即可在工程现场快速评价涂层性能。常规实验需要专业的实验设备,对于自然暴晒实验,则需要标准的实验基地,盐雾实验和紫外光老化实验期间需要保持试验箱等设备长期稳定运行,对人力物力的要求较高,因此不适合评价工程现场服役期内涂层性能。(4)通过扫描电镜对不同腐蚀阶段的阻抗谱特征对应的微观组织特征的研究进一步证实了电化学快速评价方法的可行性。得出结论:涂层在逐步失效的过程中,微观组织会发生一系列变化,引起涂层性能下降,这些变化会反应在阻抗谱上,即阻抗谱曲线下降,曲线下面积下降。这个规律与快速评价方法的理论吻合,因此,利用Bode图线下面积变化率快速评价涂层性能是完全可行的。


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