【專題】鏽蝕終結劑塗層的轉化過程及其電化學行為

07-03

鏽蝕終結劑塗層的轉化過程及其電化學行為

席發臣1，鄒冠馳2，宋軼黎2，李志寶1，雍興躍2

（1.中昊北方塗料研究設計院有限公司，蘭州 730020； 2.北京化工大學，北京 100029）

摘要：採用掃描電鏡對鏽蝕終結劑塗層的表面形貌進行分析，採用原子力顯微鏡技術研究了鏽蝕終結劑塗層的轉化過程。同時，利用電化學方法，研究了鏽蝕終結劑塗層在腐蝕介質中的電化學行為。結果表明，在含鏽蝕終結劑的塗層中，確實在發生一些化學反應，反應結果使得鏽蝕終結劑塗層最終融為一體，成為均勻相。隨著浸泡時間的延長，鏽蝕終結劑塗層在開始階段，其電化學反應阻抗隨著浸泡時間增加而增大，當其浸泡超過48 h之後，隨著浸泡時間的增加，電化學反應阻抗隨著浸泡時間減小，耐蝕性降低。表明鏽蝕終結劑在還原性環境中有更好的抗腐蝕作用，且需要配套防腐塗層才能具有很好的耐蝕性。

關鍵詞：鏽蝕終結劑；轉化過程；電化學行為； SEM表面分析； AFM形貌；交流阻抗譜

0 引言

鏽蝕終結劑是利用活性有效成分，將鋼鐵表面上多孔的活潑銹層予以封閉、鈍化和轉化，使其與鋼鐵結構牢固地附著在一起；或將活潑有害的鐵化合物經鈍化或轉化，變成穩定的無害物質存在於漆膜之中，從而達到不除銹也能防鏽的目的。因此，開發新型鏽蝕終結劑，研究其銹轉化能力與機制，包括研究轉化膜的電化學行為是十分必要的。本文將研究鏽蝕終結劑膜的轉化過程，同時，研究鏽蝕終結劑塗層的電化學行為。

1 試驗材料與方法使用 5%NaCl 和 5%NaCl 0.25%Na2S2O3 溶液分別模擬海洋及工業大氣環境。將鏽蝕終結劑均勻塗覆在自然生鏽的碳鋼試板上，採用 SEM 和 AFM 技術研究其轉化過程。採用三電極系統，進行電化學極化和交流阻抗譜測試。其中，參比電極為飽和氯化甘汞電極，輔助電極為鉑電極。極化電位掃描速度為 60 mV/min，電化學阻抗譜的電壓振幅為 10 mV，頻率為 100 ~ 0.01 Hz。2 結果與討論2.1 SEM 表面分析採用掃描電鏡對鏽蝕終結劑塗層的表面形貌分析如圖 1 所示。

如圖 1（a）可見，鋼板表面的鏽蝕層呈疏鬆、多簇狀。當銹層上刷塗鏽蝕終結劑放置 24 h，表面有許多灰白色顆粒狀，見圖 1（b）。圖 1（c）是塗刷鏽蝕終結劑 48h 的 SEM 形貌圖，終結劑塗層中的顆粒周圍黑色膜溶解，使顆粒成為孤立的點。最後，當鏽蝕終結劑塗層經過 72 h 後，表面灰白色的顆粒消失，整個鏽蝕終結劑塗層成為一體，如圖 1（d）。對比圖 1 中（b）（c）（d）可以看出，隨著時間的延長，鏽蝕終結劑塗層中的反應一直在不斷進行，灰白色顆粒隨著反應進行漸漸消失，並且與周圍溶合為一體。SEM 形貌分析表明，隨著時間的延長，鏽蝕終結劑塗層中的反應一直在不斷進行，並且這些反應一般在 72 h 內才可基本完成。

2.2 AFM 表面分析為了進一步研究鏽蝕終結劑塗層的轉化過程，採用 AFM 技術進行了分析，結果見圖 2。

由圖 2（a）可知，鏽蝕終結劑塗刷在鏽蝕層表面上24 h 後，鏽蝕終結劑塗層中存在明顯的兩相，表面粗糙度為 131.44 nm。從圖 2（b）可知，鏽蝕終結劑塗層在經過 72 h 後，隨著反應的進行，兩相漸漸變為了一相，此時鏽蝕終結劑塗層表面的粗糙度已經降低為 29.94 nm。表明鏽蝕終結劑塗層在鏽蝕表面上確實發生了一些化學反應，反應結果使得鏽蝕終結劑塗層最終融為一體，成為均勻相，並且表面粗糙度很低。

2.3 鏽蝕終結劑塗層的阻抗譜鏽蝕終結劑塗層在模擬海洋環境中和模擬工業環境下的電化學阻抗譜如圖 3 所示。

由圖3（a）可知，在模擬海洋大氣環境中，鏽蝕終結劑塗層的阻抗譜為單一容抗弧。隨著浸泡時間延長，電化學反應阻抗增大。當浸泡達到48 h後，電化學反應阻抗隨著浸泡時間的延長逐漸減小。從圖3（b）可見，在模擬工業大氣環境中，當鏽蝕終結劑塗層剛浸泡在介質中，其阻抗譜是由2個容抗弧構成。隨著浸泡時間的增加，電化學反應阻抗增大，電化學反應減小，其耐蝕性增強。當塗層浸泡達到48 h後，容抗弧減小，電化學反應增大，表明鏽蝕終結劑塗層具有一定的耐蝕性。隨著長時間的介質浸泡，腐蝕介質將穿過塗層到達基材表面引起腐蝕。由此，需要與防腐塗層配套使用。

3　結語

　　將鏽蝕終結劑塗層在鏽蝕表面上，鏽蝕終結劑中的活性物質將發生一些化學反應，形成與銹融為一體的蝕終結劑塗層。鏽蝕終結劑塗層具有一定的耐蝕性，隨著長時間的介質浸泡，腐蝕介質將穿過塗層到達基材表面引起腐蝕，由此，需要與防腐塗層配套使用。