如何评估有机涂层防腐性能？

本文介绍了评估有机涂层的防腐性能的两种电化学试验方法根据使用的测试条件，观察到不同的劣化模式。通过扫描电子显微镜(SEIVI)/ x射线分析(EDX)方法研究降解和腐蚀。与海洋和工业试验场地的外部暴露数据进行了简单的比较。在单独的实验中，通过使用交流阻抗和电化学噪声监测技术，获得了保护涂层在完全浸没条件下(0.6 MNaCl)的电化学数据。阻抗数据可以进行机械解释，而电压和电流噪声信号清楚地表明了涂层的状态。

由于金属腐蚀是一种电化学现象，相信电化学测试方法将为涂层评估工作提供定量性能数据来源。例如，交流阻抗法已被广泛研究用于此目的，并报道了相当大的进展。由于这个原因，交流阻抗已被用于目前的工作中，以获得有关防腐底漆性能的信息。还研究了一种利用电化学噪声监测的相对较新的方法。电化学噪声工作的方法和定量在别处有更详细的描述。为了完整起见，本文还简要介绍了这些技术的细节。

涂层腐蚀测试电化学测试评估涂层防腐性能

本研究中使用了两种电化学测试方法。它们是:第一，交流阻抗；第二，在自由腐蚀试验条件下，在完整油漆下发生的电压和电流噪声瞬态分析。所用的实验测试程序已在别处详细描述。

对于这两种技术，使用的测试电极是表面积为24 cm2或40cm2的涂覆低碳钢(SAE 1010)测试板。将有机玻璃电池附着在这些面板上，面板中填充有0.6 M NaCl作为电解质。测试期间使用环境通风。

交流阻抗:所有的交流阻抗测量值都是使用Solartron 1250频率响应分析仪（FRA）在微机控制下运行的(HP 85)。FRA通过Thompson 251稳压器与电化学电池相连。相对来说。在低阻抗系统中，使用标准恒电位三电极配置，涂层(工作)电极保持在测量的自由腐蚀电位。对于阻抗相对较高的系统，使用两个电极配置与FRA一起使用，FRA在其振幅压缩模式下运行。在10 kHz- 10 mHz的标称频率范围内，施加的信号在20-50 mV的范围内。表3给出了底漆涂层的代表性复平面数据。

电化学噪声分析:对于电化学噪声监测实验，制备前述电化学电池并组装成三电极排列，其中两个电极是涂覆的钢基板，制备成标称上相同。这两个耦合电极通过琼脂盐桥电解连接，并允许在大约2000小时的时间内自由腐蚀。在每种情况下，组件中的第三个电极是Ag/AgCl参比。

在测试期间，一个低噪音的零电阻电流表(ZRA)连接在每个耦合的电极对之间。两个灵敏的数字电压表(DVI)同时测量每个电池电流(通过ZRA)和每个耦合对电极电势。该实验是在微机控制(HP 85)下进行的，使用8个独立的多路复用通道和一个市售的IEEE可编程开关。

收集数据作为每对涂层电极的耦合电流和电势的时间记录。通过应用前面讨论的欧姆定律类比，从潜在噪声信号的标准偏差与电流噪声信号的标准偏差的简单比值，即Rp ~ σV/σi中获得了每个涂层电极对的近似极化电阻参数(Rp)的导出值。

应该注意的是，这个导出的电阻参数包括涂层以及电荷转移和扩散过程的影响。对于涂层电极，这些影响不能被分离出来。这里给出了表4中描述的四种涂层系统的代表性数据。

电化学测试方法结果

交流阻抗:图7显示了表3中描述的氯乙烯底漆的阻抗响应数据。对于在0.6M氯化钠中浸泡的第一个216小时，获得了几乎纯电容响应。由于在此期间几乎没有观察到明显的变化，这表明薄膜中相对较少的水吸收。实际上，底漆的功能就好像它是一个完整的涂膜。该涂层也在大约2000小时的浸泡后进行了测试，当时的响应模式非常不同，如图7的插图所示。

至少在试验的前216小时，系统总阻抗的近似估计值将为109 ohm cm2，这支持了涂层在此期间作为相当完整的屏障的建议。这一估计值与Strivens和Taylor公布的可比数据一致，他们将这一降解阶段描述为初始或被动期。在此期间，获得的阻抗响应仅归因于涂层，很少或没有由电感应(腐蚀)引起的附加效应

浸泡2000小时后，可以观察到两个频率相关的阻抗成分。较高频率分量(＞1hz)可能是由于涂层造成的，而在较低频率下，接近45°的直线表明腐蚀过程是由估计的扩散效应控制的。

此时系统阻抗的匹配表明，它的价值已经下降了到6 104欧姆平方厘米。响应成分的频率分离也表明涂层在2000小时浸泡后已经降解。此时，在24 cm2的电极表面上出现许多气泡(直径1-4 mm ),其中两个通过油漆显示出明显的生锈迹象。

通过与氯乙烯的例子进行比较，图8显示了表 3中所述醇酸底漆浸泡后第一个24小时内获得的阻抗响应。在这种情况下，在浸入时，获得了清晰的半圆。(图8中仅显示了高频部分。)该结果表明该底漆显示出固有的多孔性。该涂层的总浸入阻抗估计约为1.5×107欧姆平方厘米。更重要的是，从图8可以看出，阻抗响应的频率相关分离仅在1.5小时后发生。在24小时测试后，可以从以下事实推断出该涂层中的主要缺陷，即总阻抗的评估值已经减小到1×10 > ohms cm2的数量级，这与浸入时获得的值相比是显著的减小。

这些结果表明了交流阻抗法在监测防腐底漆涂层降解特性时的潜在敏感性。此外，交流阻抗数据可以提供关于腐蚀保护过程的信息，这些信息可以进行机械解释。

电化学噪声分析:从电位和电流噪声标准偏差时间记录得出的低频阻抗数据如图9所示。如前所述，获得的Rp值由四种涂层中每一种的σV/σi比计算得出表4中列出的系统。

从显示的数据来看，有几个趋势是明显的。首先，这里研究的所有涂层在2000小时的浸泡测试期间都显示了Rp值下降的趋势。这将是预期的结果，因为涂层确实在逐渐降解。然而，在所谓的较好的涂层和预期的较差的涂层之间可以做出明确的区分。

例如，环氧聚酰胺底漆的预期良好性能特征反映在这样一个事实中，即在大约1×109欧姆/平方厘米的浸泡试验期间，其获得的Rp值保持相对较高。试验结束时，环氧聚酰胺底漆看起来状况良好，电极表面没有起泡或生锈的痕迹。

尽管在测试的前300小时，聚氨酯阻隔涂层表现出与环氧聚酰胺涂层相似的Rp趋势，但是此后，该参数明显有所降低，在大约2000小时的浸泡后，降低到107欧姆cm2的数量级。与这种趋势相关的是在电极表面形成小的油漆气泡。

在另一个性能极限，多孔醇酸树脂涂层的所得Rp值从测试开始时的约5×106欧姆·平方厘米逐渐减小到测试结束时的约5×104欧姆·平方厘米。这清楚地表明，这种底漆预期比上述环氧-聚酰胺底漆表现出更差的防腐蚀性能。

从图9中可以看出，从隔离醇酸树脂涂层中获得了一个特别有趣的结果，在浸泡的前40小时，获得的Rp值保持相对较高(在108-109欧姆平方厘米之间)。然而，此后，观察到Rp相对快速的下降，这与涂层下起泡和生锈开始的目视观察有很好的相关性。这表明这种特殊涂层的阻隔性能在大约40小时的侵蚀后变得无效。