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鎳粉含量對涂層導電性和耐蝕性的影響

2021-01-05 13:20:26 作者：張心華1，周仲康1，劉松慧2,張兵3，廖強強*2，葛紅花2, 來源：中國腐蝕與防護學報分享至：

摘要：本文研究在高粘度的丙烯酸樹脂涂料中，加入溶劑、分散劑、消泡劑、增稠劑、鎳粉等，制備出具有導電功能的防腐涂料。通過測試涂層的表面接觸電阻來表征鎳粉的含量與涂層的導電性的關系。用電化學阻抗譜研究了含不同鎳粉質量分數的導電涂層在模擬輕度、中度、重度鹽堿地土壤溶液中的耐蝕性，并用光學顯微鏡觀察了浸泡61 d后涂層的表面形貌。為防腐導電涂料在接地網中的應用提供參考依據。結果發現, 浸泡在不同鹽堿地溶液中的涂層，鎳粉含量越高，涂層的導電性越好; 隨著時間的延長，涂層阻抗都出現先上升后下降的趨勢；隨著溶液中鹽分濃度的增加，涂層的阻抗值依次下降；鎳粉含量越高，涂層的容抗弧、阻抗、相位角、|Z|0.05越小，且下降的越快。從Tafel極化曲線可知，溶液中鹽分濃度越高，腐蝕電流越大；鎳粉含量越高，腐蝕電流越大。從涂層的表面形貌來看，溶液中鹽分濃度越高，涂層表面腐蝕越嚴重；鎳粉含量越高，涂層表面腐蝕越嚴重。這表明溶液中鹽分濃度越高，鎳粉含量越高，涂層的耐腐蝕性越差。

關鍵詞：導電涂料；鎳粉；耐蝕性；導電性；鹽堿地；鹽分濃度；碳鋼；接地材料

中圖分類號：TQ630; TQ637.1 文獻標志碼：A

The influence of nickel powder content on conductive and anticorrosive performance of coatings

Zhang Xinhua1, Zhou Zhongkang1, Liu Songhui2, Zhang Bing3, Liao Qiangqiang*2, Ge Honghua2, Yan Aijun3

(1. State Grid Anhui Electric Power Company Electric Power Research Institute, AnHui Hefei 230601, China;

2. Shanghai Key Laboratory of Materials Protection and Advanced Materials in Electric Power, Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090;

3. State Grid ShanXi Electric Power Company Electric Power Research Institute, ShanXi Xi’an710054, China;)

Abstract: In this paper, the conductive and anti-corrosive coatings were prepared by adding solvent, dispersant, defoamer, thickener and nickel powder, etc. to the acrylic resin coatings with high viscosity. The electrical conductivity of the coatings is characterized by testing their surface contact resistance. The anti-corrosive performance of the coatings with different nickel powder content in the simulated mild, moderate, severe saline-alkali soil solutions was analyzed using electrochemical impedance spectroscopy and Tafel polarization, and their surface morphologies were observed by optical microscope after immersing 61 days. Its purpose is to provide a reference basis for the application of conductive anticorrosion coatings in grounding grid.

The results indicated that an increase of the nickel powder content might increase the electrical conductivity of the coatings.The coatings with different mass concentration of nickel powder, which were immersed in different saline-alkali soil solutions, the impedance of the coatings increases at the early stage and then gradually declines during the immersion time; the impedance of the coatings gradually decreases along with the increases of the salt concentration in the solution; the more of the mass concentration of nickel powder, the lower of the Capacitive reactance arc, the impedance, the Phase Angle, |Z|0.05 of the coatings’, and what’s more, the faster decline of them. According to Tafel polarization, the greater of the corrosion current of coatings along with the increases of the salt concentration in the solution; the more of the mass concentration of nickel powder, the greater of the corrosion current of coatings. According to the SEM of the coatings, the more serious corrosive of the coating surface along with the increases of the salt concentration in the solution; the more of the mass concentration of nickel powder, the more serious corrosive of the coating surface. The results indicated that the faster of the corrosion reaction along with the increases of the salt concentration in the solution; and an increase of the nickel powder content decrease the corrosion resistance.

Keywords: conductive coating; nickel powder; corrosion resistance; electrical conductivity; saline-alkali soil; salt concentration; carbon steel; ground grid material

接地網在變電站中起著防雷接地、工作接地、泄流均壓等作用，是確保電力系統、電氣設備的安全運行，確保運行人員及其他人員的人身安全的重要措施[1]。在我國，每年因接地網腐蝕而引起的電力系統事故時有發生，造成了巨大的經濟損失和嚴重的社會影響。

接地裝置的主要部分均埋在地下，因此土壤腐蝕是其最關鍵的腐蝕[2,3]。土壤鹽分隨著土壤水分運移，一般地，隨著土壤水分的蒸發損失，鹽分則累積于土壤的表層，形成所謂的積鹽類型鹽堿土[4]。土壤鹽堿化是一個世界性的問題，遍及世界各國[5,6]，我國鹽漬化面積約為1億hm2，約占全球鹽堿地面積的10%[7]，分布范圍從青藏高原到東部沿海，從黑龍江到海南島，地跨東北、西北、黃河上中游、黃淮海平原和濱海等五大區域[4]。根據含鹽量的多少，鹽堿地可以分為輕度鹽堿地、中度鹽堿地和重度鹽堿地。輕鹽堿地的含鹽量在千分之三以下，重鹽堿地是指它的含鹽量超過千分之六，含鹽量在千分之三與千分之六之間的鹽堿地稱為中度鹽堿地。因此，我們有必要研究富鎳導電涂層在輕度、中度、重度鹽堿地中的腐蝕行為。

目前，我國常用的接地電極材料主要有鍍鋅鋼和碳鋼，實踐表明[8]這兩種材料易發生土壤腐蝕，存在腐蝕速率快、開挖修復周期短、可靠性差、難以達到設計的使用壽命等問題，正逐步被其它材料所替代。純銅耐土壤腐蝕性能優良，直接采用純銅作為接地體材料，或加大接地體截面雖然可以大大延長接地網使用壽命，但成本過高，并且銅腐蝕后形成的銅離子對接地土壤和地下水造成重金屬污染。開發出兼具耐腐蝕性能和導電功能的涂料為接地材料的腐蝕問題提供新的解決途徑[9,10]。

目前國內外研究較多的導電涂料有銀系、銅系、鎳系、炭系等[11-13]。鎳系導電填料由于價格適中，導電效果較好，化學穩定性好，屏蔽效果優良等已被應用于電磁屏蔽等很多領域[14]。導電涂料中的樹脂常用丙烯酸樹脂和聚氨酯，其中以鎳/丙烯酸樹脂體系最為常用[15-18]。而水溶型導電涂料在使用過程中對人體和環境造成的破壞較小。隨國際上對環境保護和節約資源的呼聲日益高漲，發展水溶型導電涂料已是大勢所趨。

本文在高黏度的丙烯酸樹脂中，加入分散劑、消泡劑、增稠劑和鎳粉等，制備出水溶型防腐導電涂料。研究了涂層在模擬鹽堿地土壤溶液中的耐蝕性，為外涂防腐導電涂層的接地極材料Q235鋼在鹽堿地土壤中的應用提供參考依據。

1 試驗方法

1.1試驗土壤

根據文獻[19-21]可知天津、新疆、寧夏鹽堿地的含鹽量和主要離子含量如表1所示，可分別代表輕度、中度、重度鹽堿地。參考其配制了不同程度的鹽堿地土壤模擬溶液。土樣取自地下1 m深處無異物的土壤，在烘箱中105 °C下8 h烘干，粉碎后過20目篩，與模擬溶液以1∶1的質量比混合。

表1 不同鹽堿地土壤pH值及主要離子含量(質量分數%)

Table 1 The pH of different saline-alkali soils and their main components

1.2水性富鎳導電防腐涂料的制備

水性富鎳導電涂料配方如表2所示。將質量分數為45.0%的丙烯酸樹脂、5.0%乙二醇丁醚、8.5%硫酸鋇、8.5%鍶鉻黃、3.0%黑色漿、0.4%銨鹽類分散劑、0.4%聚硅氧烷類消泡劑、0.5%聚氨酯類增稠劑、0.4%非離子或陰離子型潤濕劑、1.6%醇胺類pH調節劑、0.5%其他特殊助劑和26.2%去離子水混合均勻，再添加不同量的鎳粉(250目)，用攪拌機以4 000 r/min攪拌30 min左右。鎳粉分散越均勻，涂料的導電性就越好。攪拌時加入玻璃珠，控制鎳粉漿料的細度在20 μm以下，結束后用過濾網布把玻璃珠過濾出來。制得鎳粉質量分數占涂料體系分別為10.0%、20.0%、30.0%和40.0%的導電防腐涂料。

1.3涂層制備

通過靜電噴涂工藝把涂料均勻涂覆到電極表面，在自然條件下晾10分鐘，然后放入50℃烘箱中烘干30分鐘左右，最后放入80℃烘箱中烘干2小時左右即可。

1.4試驗儀器

電化學試驗采用三電極體系，工作電極為20#碳鋼，輔助電極和參比電極為上海精密科學儀器有限公司生產的鉑電極和飽和甘汞電極(SCE)。

電化學測量使用美國阿美特克有限公司生產的2273型電化學工作站，測試軟件為PowerSuite，采用 ZSimpWin軟件處理數據。電化學阻抗譜測量頻率范圍為0.05Hz~100kHz，交流激勵信號峰值為5mV；極化曲線掃描速率為1mV/s，掃描電位為-0.9 ~ -0.3V。本文所示電位均相對于SCE，所有實驗均在室溫(20~30℃)下測試。

采用日本日立公司的光學顯微鏡 <http://baike.baidu.com/view/13650.htm>觀察涂覆導電涂料后的碳鋼電極樣品表面形貌。

2 涂層厚度的測定

本研究用MINITEST 2100高精度涂鍍層測厚儀測定涂層的厚度，由于碳鋼太薄(0.5mm左右)，測量誤差較大，在碳鋼背面襯以厚鐵板進行調零、標準和測試。測量距離試板邊緣1cm以外的20個點，記錄下來，去掉一個最高點和一個最低點，取剩余18個點的平均值。

經測試，本研究中所有涂層的厚度都在40μm~42μm之間。

3 涂層附著力測試

通過測試涂層的附著力，可以判斷涂料配方是否合適。

本研究中使用劃格法測定涂層的附著力。劃格法按《色漆和清漆漆膜的劃格試驗》(GB9286-1988)進行測定[22]。劃格法是一種評價涂層附著力的簡單易行的方法。

本工作制備了鎳粉填充質量分數分別為10%，20%，30%，40%的丙烯酸樹脂涂料，把涂料涂覆在電極上，烘干，用百格刀在涂層表面劃1mm×1mm小網格；然后用毛刷將網格刷干凈；用3M600號膠帶牢牢粘住被測試小網格；用手在垂直方向(90°)迅速扯下膠紙，同一位置重復2次試驗；使用光學顯微鏡放大40倍檢查網格，如圖1所示。

從圖1可以看出，所有涂層的網格劃線邊緣光滑，在劃線的邊緣及交叉點處均無油漆脫落，根據劃格結果評價標準分級(ASTM等級5B-0B)，判定每種涂層的附著力均為5B，涂料配方較好。

4.涂層的導電性研究

圖2為導電涂層的表面接觸電阻與鎳粉含量的關系。

由圖2可知，當鎳粉質量分數＜10.0%時，涂層的表面接觸電阻很大，幾乎處于絕緣狀態。這是由于導電填料粒子相互獨立分布，很難形成導電網絡結構。當鎳粉質量分數為10.0%時，涂層的表面電阻為0.225 Ω/cm2；當質量分數增大到15.0%時，表面電阻減小很多；繼續增加鎳粉含量，表面電阻下降幅度逐漸減緩。研究表明添加型導電聚合物的導電原理主要有“滲流作用”和“隧道效應”[17]。量子力學的“隧道效應”認為導電粒子間的非導電層距離很小時(≤10 nm)，在電場作用下，電子可越過勢壘流動。

滲流作用理論[23-24]認為出現這一現象是由于隨鎳粉質量分數增加，鎳粉粒子形成導電網絡結構的幾率增大，粒子的間隙越小，這時加入少量填料即可把原來間距不算很大、又不連續的網絡結構橋接起來，網絡結構得以溝通，涂層的導電性急劇增強。超過滲透閾值(以鎳粉質量分數的特征值表示)后，再加入的導電粒子主要參與已經形成的網絡結構，對形成新的導電通道的貢獻明顯減小[24]。因此，當鎳粉質量分數大于15.0%以后，涂層表面電阻的減小較為平緩。

5 涂層的耐蝕性研究

本研究使用耐化學試劑浸泡試驗評價涂層的耐蝕性能，參照油漆耐化學試劑國家標準GB1727-79、GB1763-79進行試驗，用鐵片120mm×20mm×2mm，雙面涂覆鎳粉含量為20%的導電防腐涂料，共12片，分別放在質量分數均為15%的NaCl(鹽水)、H2SO4(硫酸)、HCl(鹽酸)及NaOH(燒堿)溶液中，每種溶液中各放3片，上用蓋子蓋住，經過2周浸泡，所有涂有導電防腐涂料的表面均沒有出現涂層起泡、脫層，也未出現失光現象，證明此導電涂料耐化學試劑性良好。與此試驗的同時，在每種化學試劑中，放入一片鍍鋅鐵片，鍍鋅片放入鹽酸溶液中后，立即有較多的氣泡出現；放入硫酸溶液中的鍍鋅片，經過1d后有少量的氣泡出現；放入鹽水和燒堿溶液中的鍍鋅片，經過1周，幾乎大部分鍍鋅片都已腐爛。由此證明，采用導電防腐涂料保護接地極材料的方法效果較好。

本工作制備了鎳粉填充質量分數分別為10%，20%，30%，40%的丙烯酸樹脂涂料，把涂料涂覆在電極上，烘干，然后浸泡在質量分數為15%的NaCl溶液中，對涂層進行加速腐蝕試驗。圖3給出了不同涂層在NaCl溶液中浸泡30天后，使用光學顯微鏡拍攝的表面形貌圖。

6 涂層體系的電化學研究

6.1 涂層體系的阻抗譜特征

制備的鎳粉填充質量分數分別為20%， 40%的丙烯酸樹脂涂料涂覆在電極上，烘干，然后浸泡在含水率為50%的輕度、中度、重度鹽堿地土壤溶液中。圖4~9給出了這兩種涂層浸泡在不同鹽堿地溶液中的阻抗譜圖。

圖4 w(Ni)為20%的涂層浸泡在輕度鹽堿地溶液中的電化學阻抗譜圖

Fig.4 EIS plots of the conductive coatings which have 20% mass concentration of nickel powder after immersing in the mild saline-alkali soil solutions

圖5 w(Ni)為40%的涂層浸泡在輕度鹽堿地溶液中的電化學阻抗譜圖

Fig.5 EIS plots of the conductive coatings which have 40% mass concentration of nickel powder after immersing in the mild saline-alkali soil solutions

圖6 w(Ni)為20%的涂層浸泡在中度鹽堿地溶液中的電化學阻抗譜圖

Fig.6 EIS plots of the conductive coatings which have 20% mass concentration of nickel powder after immersing in the moderate saline-alkali soil solutions

圖7 w(Ni)為40%的涂層浸泡在中度鹽堿地溶液中的電化學阻抗譜圖

Fig.7 EIS plots of the conductive coatings which have 40% mass concentration of nickel powder after immersing in the moderate saline-alkali soil solutions

圖8 w(Ni)為20%的涂層浸泡在重度鹽堿地溶液中的電化學阻抗譜圖

Fig.8 EIS plots of the conductive coatings which have 20% mass concentration of nickel powder after immersing in the severe saline-alkali soil solutions

圖9 w(Ni)為40%的涂層浸泡在重度鹽堿地溶液中的電化學阻抗譜圖

Fig.9 EIS plots of the conductive coatings which have 40% mass concentration of nickel powder after immersing in the severe saline-alkali soil solutions

從圖4至圖9中(a)可以觀察到，阻抗譜圖均呈現為一個壓扁的半圓，圓中心在實軸以下。半圓與Z軸上的弦長對應于涂層電極的電荷轉移電阻 Rct 值，R ct值越大，阻抗弧半徑越大，涂層的耐蝕性能越好[25]。在電極浸泡初期，隨著浸泡時間的延長，阻抗弧半徑增大，涂層電極的耐蝕能力增大。這是因為浸泡初期，電解質溶液通過涂層缺陷滲透到涂層內部，由于涂料中樹脂的水解，被包覆的顏填料脫落堵塞通道，加之滲透到涂層/金屬界面處的少量電解質與基體發生反應，而生成的腐蝕產物的堵塞作用[26,27]，阻礙了金屬界面與外界電解液的物質交換，對金屬基體起到了一定的保護作用，涂層阻抗有所增加[28]；鎳粉填充質量分數為40%時，阻抗弧半徑小于20%時，涂層的耐蝕性能較差；隨著土壤溶液中離子濃度增加，阻抗弧半徑依次減小，涂層的耐蝕能力下降。

從圖9(a)中可以觀察到兩個圓弧，高頻部分對應涂層自身的阻抗，低頻部分對應金屬/涂層界面的電化學反應阻抗。表明此時已經有部分腐蝕介質透過涂層到達金屬界面，界面區金屬電化學腐蝕反應開始發生[29]。這是由于重度土壤溶液中的離子濃度高，介質的腐蝕性強，介質更容易滲入涂層內部；鎳粉的含量越多，有機層越薄，涂層的屏蔽作用越差，電解質溶液越容易滲入到涂層。隨浸泡時間的延長，高頻端阻抗弧的半徑逐漸減小，說明隨著介質向涂層中的不斷滲透，涂層電阻逐漸減小[29]。

進一步延長浸泡時間，阻抗弧逐漸降低，涂層的耐蝕能力下降。這是由于隨反應進行，涂層水解程度加大，供電解質溶液擴散的通道加寬、變深，涂層吸水量明顯增加，基體表面附著的腐蝕產物變得疏松[30]，因重力等原因脫落，顏填料粒子不能起到堵塞作用，涂層阻擋介質滲透的能力逐漸減弱，電解質溶液不斷滲入到涂層與金屬界面，加劇基體腐蝕程度，涂層阻抗降低[31]。

從圖4至圖9中(b)可以觀察到，鎳粉填充質量分數為40%時，涂層的阻抗小于20%時；隨浸泡時間的延長，不同涂層的阻抗逐漸下降；鎳粉填充質量分數為40%時，涂層阻抗的下降速度快于鎳粉含量為20%時；隨著溶液中離子濃度增加，涂層阻抗依次減小，涂層的耐蝕能力下降。

從圖 4 至圖 9 中(c)可以觀察到，鎳粉填充質量分數為40%時，涂層的相位角小于20%時；隨浸泡時間的延長，不同涂層的相位角逐漸下降；鎳粉填充質量分數為40%時，涂層相位角的下降速度快于鎳粉含量為20%時；隨著溶液中離子濃度增加，涂層相位角依次減小，涂層的耐蝕能力下降。

因此，在重度鹽堿地中，涂層耐蝕性最差。涂層如果應用于重度鹽堿地時，維護時間要求更短。

圖10給出了鎳粉含量分別為20%和40%涂層分別浸泡在輕度、中度、重度鹽堿地溶液中分別為8天、19天、41天、52天的Bode圖。

圖10 浸泡在不同土壤溶液中的不同鎳含量的導電涂層的阻抗圖

Fig.10 EIS plots of the conductive coatings which have different mass concentration of nickel powder in different soil solutions

從圖10可以看出，在全頻段，隨著溶液中離子濃度增加，涂層的阻抗依次降低；鎳粉填充質量分數為40%時，涂層的阻抗小于20%時。

圖11是未涂覆導電涂層的碳鋼電極浸泡在輕度鹽堿地溶液中的Nyquist圖與Bode圖。

圖11 碳鋼在模擬輕度鹽堿地土壤溶液中浸泡不同時間的EIS譜圖

Figure 11 EIS plots of carbon steel immersed in the simulated mild saline-alkali soil solution

對比圖11與圖4~10可見，涂覆涂層的碳鋼電極的阻抗弧半徑大于未涂覆涂層的碳鋼電極的阻抗弧半徑。且在高頻區域(100 kHz附近)，涂覆涂層的碳鋼電極的相位角大于未涂覆涂層的碳鋼電極的相位角，說明在相同的浸泡周期里，腐蝕介質更易腐蝕裸露的碳鋼。這表明涂層對電極有較好的保護作用。

一般地，可以用頻率f=0.05Hz時的阻抗膜值|Z|0.05相對地比較不同涂層的耐蝕性能的大小，|Z|0.05值越大，涂層的耐蝕性能越好[16,32]。

圖12為不同鎳粉填充質量分數的涂層在不同鹽堿地溶液中的|Z|0.05隨浸泡時間的變化。

圖12 浸泡在不同土壤溶液中的不同鎳含量的導電涂層的|Z|0.05隨浸泡時間的變化

Fig.12 The varieties of |Z|0.05 of the conductive coatings which have different mass concentration of nickel powder in different soil solutions

從圖12可以看出，鎳粉填充質量分數為40%時，涂層的|Z|0.05值越小；隨著溶液中離子濃度增加，涂層的|Z|0.05值越小。鎳粉填充質量分數為20%的涂層，在輕度鹽堿地土壤溶液中的|Z|0.05值在6000kΩ·cm2左右維持30d后迅速減小；在中度鹽堿地土壤溶液中的|Z|0.05值在5000kΩ·cm2左右維持10d后減小，然后在3000kΩ·cm2左右維持20d后迅速減小；在重度鹽堿地土壤溶液中的|Z|0.05值在4000kΩ·cm2左右維持7d后迅速減小。鎳粉填充質量分數為40%的涂層，在輕度鹽堿地土壤溶液中的|Z|0.05值在3000kΩ·cm2左右維持30d后迅速減小；在中度鹽堿地土壤溶液中的|Z|0.05值在2800kΩ·cm2左右維持7d后迅速減小；在重度鹽堿地土壤溶液中的|Z|0.05值在較大阻抗200kΩ·cm2左右維持15d后迅速減小。

圖12表明，在鹽堿地溶液中，隨離子濃度的增大，涂層耐蝕性能降低。

土壤所含離子的類型和數量是影響其腐蝕性的重要因素，多數試驗結果支持Cl−在各類離子中影響最為顯著[33-35]。隨土壤鹽堿化程度加重，Cl−含量增多，介質的腐蝕性增強，且更易滲入涂層內部，涂層的腐蝕更嚴重；鎳粉的含量越多，有機層越薄，涂層的屏蔽作用越差，電解質溶液越易滲入，耐蝕性下降[36]。

圖13為裸露的碳鋼電極在不同模擬鹽堿地土壤溶液中|Z|0.05隨浸泡時間的變化。

圖13 碳鋼在不同含鹽量的模擬鹽堿地土壤溶液中的|Z|0.05隨浸泡時間的變化

Figure 13 Varieties of |Z|0.05 of carbon steel immersed in simulated saline-alkali soil solutions with different salt concentration increasing with immersion time

對比圖12與圖13可知，涂覆涂層的電極的阻抗模值遠大于裸露電極的阻抗模值，這說明涂層對電極有較好的保護作用。

6.2 Tafel極化曲線研究

在土壤溶液中浸泡61天后取出電極，采用光學顯微鏡觀察其表面形貌，發現浸泡在輕度鹽堿地土壤溶液中的電極表面的涂層沒有明顯變化，然而浸泡在中度、重度鹽堿地土壤溶液中的電極表面的涂層出現了氣泡，電解質溶液已經滲入涂層內部，涂層已經失去保護作用。于是把它們重新浸泡到溶液中，對浸泡在中度、重度鹽堿地土壤溶液中的電極進行了極化曲線測試。電極在輕度鹽堿地土壤溶液中浸泡121后取出，采用光學顯微鏡觀察其表面形貌，發現涂層出現了氣泡，于是對這些電極進行了極化曲線測試。輕度鹽堿地土壤溶液中的電極是在浸泡121天后做的極化曲線測試；中度、重度鹽堿地土壤溶液中的電極是在浸泡61天后進行的極化曲線測試。

通過電化學極化曲線，研究了鎳粉填充質量分別為20%和40%的涂層在不同溶液中的腐蝕行為，如圖14所示。

圖14 浸泡在不同土壤溶液中的不同鎳含量的導電涂層的極化曲線

Fig.14 Tafel potentiodynamic polarization of the conductive coatings which have different mass concentration of nickel powder in different soil solutions

由極化曲線的Tafel區外推，得到的擬合數據如表3所示。從圖14可以看出，鎳粉填充質量分數由20%變為40%時，腐蝕電位稍微負移，然而腐蝕電流明顯增大；隨著溶液中鹽分濃度增加，腐蝕電位略微變化，腐蝕電流有明顯增大。這是由于鎳粉填充質量分數較大時，電解質溶液更容易滲入涂層內部，導致形成更多的離子通道，腐蝕反應更容易進行，腐蝕速率增大，涂層的耐蝕性降低[36]。隨著溶液中鹽分濃度增大，離子更容易滲入涂層到達界面，涂層的耐蝕性下降[35]。這與使用EIS法得出的結論一致。

7 表面形貌分析

將不同鎳含量的導電涂層電極在不同土壤溶液中浸泡61天后取出，采用光學顯微鏡 <http://baike.baidu.com/view/13650.htm>觀察其表面形貌，如圖15所示。由圖15可以看出，經過61天浸泡，鎳粉填充質量分數為20%的涂層，在輕度鹽堿地土壤溶液中幾乎沒有變化；在中度鹽堿地土壤溶液中，腐蝕介質通過滲透擴散浸入到涂層和碳鋼的界面，并在界面區發生腐蝕反應，涂層表面出現了少量的可見氣泡；在重度鹽堿地土壤溶液中，涂層表面出現了大量的可見氣泡。鎳粉填充質量分數為40%的涂層，在輕度鹽堿地土壤溶液中，涂層表面出現了少量的可見氣泡；在中度鹽堿地土壤溶液中，涂層表面出現了較多的可見氣泡；在重度鹽堿地土壤溶液中，涂層表面出現了較大的氣泡和比較寬的裂縫。這表明，在鹽堿地溶液中，鎳粉填充質量分數為40%時，涂層的耐蝕性比20%時差；溶液中離子濃度越大，涂層表面出現的氣泡越多，涂層的耐蝕性越差。這與使用電化學方法得出的結論一致。

圖15 不同鎳含量的導電涂層在不同土壤溶液中浸泡60 d后的表面形貌

8 結論

(1) 用高黏度的丙烯酸樹脂與鎳粉等制備了水溶型防腐導電涂料，鎳粉的質量分數越大，所得涂層的導電性越好。

(2) 不同鎳粉質量分數的導電涂層，在輕度、中度和重度3種模擬鹽堿地溶液中，隨浸泡時間延長，都出現耐腐蝕性能先上升后下降的現象。

(3) 隨模擬鹽堿地溶液中離子濃度增加，涂層的耐蝕性下降。

(4) 鎳粉用量多，涂層的耐蝕性反而差。綜合考慮鎳粉含量選擇20.0%，此時涂層既有較好的導電性，又能較好地保護底材，具有較強的耐蝕性。

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