涂層是金屬防腐常用手段，但涂層會(huì)因外力的沖擊失效，所以我們選擇在涂層中添加緩蝕劑。由于含有緩釋劑的涂層浸泡到溶液中時(shí)，緩蝕劑會(huì)隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)被釋放出來(lái)，防護(hù)性能迅速降低。因此，緩蝕劑在涂層中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性對(duì)于延長(zhǎng)涂層的防護(hù)性能非常重要。

    玻璃纖維屬于無(wú)機(jī)非金屬材料，具有耐腐蝕、強(qiáng)度高、電絕緣性及拉伸性能高等優(yōu)點(diǎn)，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，彈性模量高。涂層中添加玻璃纖維后的抗拉、抗氧化等性能已經(jīng)得到驗(yàn)證，然而對(duì)其耐腐蝕性能的研究卻很少。

    本文將研究玻璃纖維和緩蝕劑共同添加到聚合物涂層中時(shí)，緩蝕劑在玻璃纖維上的附著情況。

    1  實(shí)驗(yàn)方法

    試驗(yàn)材料：Q235碳鋼

    試驗(yàn)涂層：底漆為無(wú)機(jī)富鋅底漆，中間漆為環(huán)氧云鐵中間漆，面漆為聚氨酯面漆。

    試驗(yàn)儀器：Solartron 1287 Electrochemical Interface 聯(lián)用 1260 Impedence/Gain-Phase Analyzer 電化學(xué)工作站，Hitachi S3400N（SEM）和Noran system 7能譜分析（EDS）。

    2 結(jié)果與討論

    2.1  玻璃纖維形貌表征

    由圖1可知，浸泡40天后，添加量為0.6wt.%和0.9 wt.%的硫脲仍可完整地吸附在玻璃纖維表面（圖1 c, d）。而當(dāng)硫脲緩蝕劑的添加量為0.1wt.%時(shí)（圖1 b）時(shí)，玻璃纖維上附著的硫脲緩蝕劑已經(jīng)很少。

    圖1  0.3wt.%玻璃纖維添加不同含量的硫脲涂層表面SEM圖

    （a） 0wt.%， （b） 0.1 wt.% ，（c） 0.6 wt.% ，（d） 0.9 wt.%

    2.2  電化學(xué)阻抗譜

    2.2.1 0.3wt.%玻璃纖維涂層添加不同含量硫脲的阻抗譜變化

    由圖2可知，添加0.3wt.%玻璃纖維外加0.6wt.%硫脲緩蝕劑后，碳鋼的腐蝕防護(hù)效果最佳。

    圖2  0.3wt.%玻璃纖維添加不同含量的硫脲涂層/金屬體系在3.5wt.%NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間的EIS圖

    （a） 0, （b） 0.1wt.%, （c） 0.4wt.%, （d） 0.6wt.%,（d） 0.9wt.%

    2.2.2 等效電路擬合

    為了定量分析不同含量玻璃纖維及不同含量硫脲緩蝕劑對(duì)環(huán)氧涂層耐蝕性能的影響，采用等效電路（圖3）對(duì)不同浸泡時(shí)間的交流阻抗譜進(jìn)行擬合。在等效電路中，Q表示常相位角元件，其中Qc代表涂層電容，Qdl代表碳鋼電極表面與溶液間的雙電層電容，Rs為溶液電阻，Rc為涂層電阻，Rct為碳鋼腐蝕反應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移電阻。

    圖4和圖5分別表示不同添加物的涂層體系中，根據(jù)等效電路擬合得到的涂層電阻Rc和涂層電容Qc隨浸泡時(shí)間的變化。當(dāng)涂層中添加0.3wt.%玻璃纖維和0.6wt.%硫脲時(shí)，涂層電阻可以保持很好的連續(xù)性，到第40天時(shí)，其值比只添加玻璃纖維的涂層電阻高約3倍，是所有涂層中阻抗最大的涂層。

    2.3 涂層表面形貌

    圖6為碳鋼基體涂層表面腐蝕形貌照片。相對(duì)于含有玻璃纖維和緩蝕劑的涂層而言， 由于空白涂層在浸泡階段存在快速的氧還原反應(yīng)過(guò)程， 陰極區(qū)的涂層剝離速率較慢， 陽(yáng)極反應(yīng)被局限在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，導(dǎo)致腐蝕速率過(guò)快。因此可以說(shuō)明，涂層中添加一定量的玻璃纖維和緩蝕劑可增強(qiáng)涂層對(duì)碳鋼的保護(hù)功能。

    圖6 涂層表面腐蝕形貌照片：空白涂層（A）；玻璃纖維硫脲涂層（B）

    （1） 1d, （2） 10d, （3） 20d, （4） 40d

    2.4  玻璃纖維緩蝕劑復(fù)合涂層表征EDS分析

    為了闡明最終的腐蝕產(chǎn)物，對(duì)40天試驗(yàn)結(jié)束后樣品的腐蝕產(chǎn)物組成進(jìn)行了EDS分析。表1所示為不同涂層表面缺陷處的EDS分析，結(jié)果顯示缺陷處的表面元素主要由Fe，O和Cl等組成。其中Fe是涂層的Q235鋼基體，而Cl和O則來(lái)源于電解質(zhì)溶液。Si和S元素的存在可以說(shuō)明玻璃纖維和硫脲依然可以存在于涂層中。這說(shuō)明緩蝕劑吸附在玻璃纖維表面，當(dāng)涂層發(fā)生破壞時(shí)，可以通過(guò)玻璃纖維的迅速釋放擴(kuò)散到被破壞處，對(duì)碳鋼與溶液離子介質(zhì)具有屏障作用。

    表1 涂層表面元素分布EDS分析

    3  結(jié)論

    本文通過(guò)在涂層中間漆添加不同含量的玻璃纖維和緩蝕劑制備不同含量的改性涂層，利用交流阻抗技術(shù)并結(jié)合SEM和EDS技術(shù)對(duì)比研究了玻璃纖維涂層在3.5wt.%NaCl溶液中對(duì)Q235碳鋼的防護(hù)性能。結(jié)果如下：

    （1）通過(guò)對(duì)玻璃纖維改性涂層進(jìn)行的預(yù)置劃孔損傷修復(fù)試驗(yàn)，表明玻璃纖維作為硫脲緩蝕劑的釋放途徑，在涂層受到損傷后可以有效的延長(zhǎng)其剝離過(guò)程。

    （2）涂層中間漆中添加玻璃纖維和緩蝕劑可以抑制腐蝕介質(zhì)在涂層內(nèi)部的擴(kuò)散，提高涂層的保護(hù)能力。當(dāng)玻璃纖維含量為0.3wt.%并結(jié)合0.6wt.%的緩蝕劑時(shí)，涂層對(duì)Q235碳鋼的防護(hù)性能最佳。

    （3） SEM和EDS結(jié)果表明玻璃纖維和硫脲可以長(zhǎng)期存在于涂層中，對(duì)Q235碳鋼有良好的保護(hù)效果。

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責(zé)任編輯：王元

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