玻璃纤维和硫脲缓蚀剂对涂层缓蚀行为的影响

2016-12-05 11:11:55 作者：赵霞来源：腐蚀与防护分享至：

涂层是金属防腐常用手段，但涂层会因外力的冲击失效，所以我们选择在涂层中添加缓蚀剂。由于含有缓释剂的涂层浸泡到溶液中时，缓蚀剂会随着浸泡时间的延长被释放出来，防护性能迅速降低。因此，缓蚀剂在涂层中的长期稳定性对于延长涂层的防护性能非常重要。

玻璃纤维属于无机非金属材料，具有耐腐蚀、强度高、电绝缘性及拉伸性能高等优点，其化学性质稳定，弹性模量高。涂层中添加玻璃纤维后的抗拉、抗氧化等性能已经得到验证，然而对其耐腐蚀性能的研究却很少。

本文将研究玻璃纤维和缓蚀剂共同添加到聚合物涂层中时，缓蚀剂在玻璃纤维上的附着情况。

1 实验方法

试验材料：Q235碳钢

试验涂层：底漆为无机富锌底漆，中间漆为环氧云铁中间漆，面漆为聚氨酯面漆。

试验仪器：Solartron 1287 Electrochemical Interface 联用 1260 Impedence/Gain-Phase Analyzer 电化学工作站，Hitachi S3400N（SEM）和Noran system 7能谱分析（EDS）。

2 结果与讨论

2.1 玻璃纤维形貌表征

由图1可知，浸泡40天后，添加量为0.6wt.%和0.9 wt.%的硫脲仍可完整地吸附在玻璃纤维表面（图1 c, d）。而当硫脲缓蚀剂的添加量为0.1wt.%时（图1 b）时，玻璃纤维上附着的硫脲缓蚀剂已经很少。

图1 0.3wt.%玻璃纤维添加不同含量的硫脲涂层表面SEM图

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

2.2 电化学阻抗谱

2.2.1 0.3wt.%玻璃纤维涂层添加不同含量硫脲的阻抗谱变化

由图2可知，添加0.3wt.%玻璃纤维外加0.6wt.%硫脲缓蚀剂后，碳钢的腐蚀防护效果最佳。

图2 0.3wt.%玻璃纤维添加不同含量的硫脲涂层/金属体系在3.5wt.%NaCl溶液中浸泡不同时间的EIS图

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

2.2.2 等效电路拟合

为了定量分析不同含量玻璃纤维及不同含量硫脲缓蚀剂对环氧涂层耐蚀性能的影响，采用等效电路（图3）对不同浸泡时间的交流阻抗谱进行拟合。在等效电路中，Q表示常相位角元件，其中Qc代表涂层电容，Qdl代表碳钢电极表面与溶液间的双电层电容，Rs为溶液电阻，Rc为涂层电阻，Rct为碳钢腐蚀反应的电荷转移电阻。

图4和图5分别表示不同添加物的涂层体系中，根据等效电路拟合得到的涂层电阻Rc和涂层电容Qc随浸泡时间的变化。当涂层中添加0.3wt.%玻璃纤维和0.6wt.%硫脲时，涂层电阻可以保持很好的连续性，到第40天时，其值比只添加玻璃纤维的涂层电阻高约3倍，是所有涂层中阻抗最大的涂层。

图3图4

2.3 涂层表面形貌

图6为碳钢基体涂层表面腐蚀形貌照片。相对于含有玻璃纤维和缓蚀剂的涂层而言，由于空白涂层在浸泡阶段存在快速的氧还原反应过程，阴极区的涂层剥离速率较慢，阳极反应被局限在一个很小的范围内，导致腐蚀速率过快。因此可以说明，涂层中添加一定量的玻璃纤维和缓蚀剂可增强涂层对碳钢的保护功能。

图6 涂层表面腐蚀形貌照片：空白涂层（A）；玻璃纤维硫脲涂层（B）

（1） 1d, （2） 10d, （3） 20d, （4） 40d

2.4 玻璃纤维缓蚀剂复合涂层表征EDS分析

为了阐明最终的腐蚀产物，对40天试验结束后样品的腐蚀产物组成进行了EDS分析。表1所示为不同涂层表面缺陷处的EDS分析，结果显示缺陷处的表面元素主要由Fe，O和Cl等组成。其中Fe是涂层的Q235钢基体，而Cl和O则来源于电解质溶液。Si和S元素的存在可以说明玻璃纤维和硫脲依然可以存在于涂层中。这说明缓蚀剂吸附在玻璃纤维表面，当涂层发生破坏时，可以通过玻璃纤维的迅速释放扩散到被破坏处，对碳钢与溶液离子介质具有屏障作用。

表1 涂层表面元素分布EDS分析