涂层与防护杂志

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浅谈金属腐蚀与防护方式论文

关于浅谈金属腐蚀与防护方式论文

无论是在学校还是在社会中，大家都写过论文，肯定对各类论文都很熟悉吧，论文是对某些学术问题进行研究的手段。你所见过的论文是什么样的呢？以下是我整理的关于浅谈金属腐蚀与防护方式论文，仅供参考，欢迎大家阅读。

摘要： 本文简单阐述了金属腐蚀的类别与影响因素，对于腐蚀的防护方式与必要性展开了具体的探究，并同时指明了部分经常使用的化学涂料，对于它们的原理与功能展开了简单的阐释。此外还论证了金属腐蚀的防护方式并非单一的，它是具有多样性的。最终对防护领域进行了忠告，尽可能的降低由于金属腐蚀的因素而引发的恶劣后果。

关键词： 金属腐蚀；因素；防护方式

化学工业、石油化工、原子能等领域中，因为材料腐蚀导致的跑、冒、滴、漏，不但会让社会承受重大的损失，还会导致大量的有害物质甚至是放射性物质外泄对环境造成不可恢复的伤害，继而对人们的身体健康造成威胁，一些物质在短时间内不会消失，会长时间内对环境以及人身造成威胁；同时因为金属腐蚀所引发的灾难性事故会危及人民的生命财产安全，例如氢脆和应力腐蚀断裂等类型的失效事故，一般会导致爆炸、火灾等重大的事故，使人们的生命财产承受巨大的损失。

1、金属腐蚀的类别

金属的腐蚀的发生主要是在环境的影响下所导致的破坏和变质。根据腐蚀过程来划分，主要包含化学腐蚀与电化学腐蚀；根据金属腐蚀破坏的状态与腐蚀区的布局，重点包含全面腐蚀与局部腐蚀；此外根据腐蚀的条件来划分。重点包含高温腐蚀与常温腐蚀；干腐蚀与湿腐蚀等。

2、影响金属腐蚀的因素

①空气相对湿度与金属腐蚀的临界相对湿度。空气内的氧气总是比较充足的，腐蚀反应的速率重点是基于水分的产生，假如到达或者超越特定的相对湿度，锈蚀就会以较快的速度出现和恶化，通常而言，钢铁的临界相对湿度大概是75%。

②空气中污染性物质的影响。通常能够见到的为SO2，CO2，Cl-，灰尘等，多数皆为酸性气体。

③温度。环境温度和变化规律影响金属表面水份凝聚及电化学腐蚀反应速率。

④酸碱盐。重点体现在影响水膜电解质浓度与H+浓度，进而加快腐蚀的速度。

3、防护方式

金属腐蚀的防护方式具有多样性，重点对象为金属本质，将被保护金属和腐蚀介质进行隔离，或者对金属的表面进行操作，改变腐蚀条件和电化学保护等。

3.1改善金属本质

按照差异性的用途采取差异性的材料构成耐蚀合金，或者于金属内加入合金元素，提升它的耐腐蚀性，能够预防或者降低金属腐蚀的速度。比方，于钢内融入镍制成不锈钢能够强化防腐蚀等级。

3.2构成保护层

于金属表面设置各类保护层，将被保护的对象和腐蚀性介质进行隔离，此为预防金属腐蚀的最佳方式。

3.2.1金属的磷化处理

在钢铁制品去油、除锈操作之后，添加一定组成的磷酸盐溶液中浸泡，就能够在金属表面产生一层不溶于水的磷酸盐薄膜，此类过程即为磷化操作。磷化膜表现为暗灰色到黑灰色，厚度通常是5至20μm之间，于空气内具备较强的耐腐蚀能力。

3.2.2金属的氧化处理

把钢铁制品融入至NaOH的混合溶液内，加热，在它的'表面就能够产生一层厚是0.5～1.5μm的蓝色氧化膜（主要组分是Fe3O4），来实现钢铁防腐蚀的目标，这个过程就叫做发蓝处理。此类氧化膜具备较强的弹性与润滑度，不会对零件的精度产生任何负面的作用。因此精密仪器与光学元件等通常选择这种操作。

3.2.3非金属涂层

通过非金属比如油漆、喷漆、沥青等涂抹于金属表层产生保护层，叫做非金属涂层，亦能够实现防腐蚀的目标。比如船身、车厢、水桶等通常选择油漆，车辆的表面经常喷漆等。

3.2.4金属保护层

其为将一类耐腐蚀能力较大的金属或者合金镀于保护对象的表层上所产生的保护镀层。此镀层的产生，不仅可以通过电镀、化学镀实现，还能够通过热浸镀、渗镀、真空镀等方式实现。

3.3改善腐蚀条件

改善条件对于降低与避免腐蚀具有必要性。比如，能够选择在腐蚀介质内融入可以减小腐蚀速度的物质，也就是缓冲剂，来降低与避免腐蚀的发生。缓冲剂属于一类化学物质，将其适量的融入至腐蚀介质内，即能够大幅度降低金属腐蚀的速度。因为缓冲剂的用量较小，便捷和廉价，因此这也是一类十分重要的防腐蚀方式。

3.4电化学保护法

此类方式为以电化学原理为基础的，于金属设备上进行操作，让其变成腐蚀电池中的阴极，进而成为预防或者减缓金属腐蚀的方式。

3.4.1阴极保护

此外通过外加电源来保护金属。将保护的对象接于负极，变成阴极防止腐蚀的产生。同时选择部分铁块接于正极，让其变成阳极，使其腐蚀，也就是说牺牲阳极。此类方式重点应用于化工厂的部分酸性溶液贮槽或者管道，地下水管、输油管等。

4、结语

不管是在社会中的哪个领域，金属腐蚀工作皆具有十分重要的意义，对环境、经济、安全皆会产生严重的影响。石油化工设施比方新建油库、管道、大型石化生产设备等，应当采取防腐措施。但防腐蚀的方式具备多样性，其形成的因素也是多种多样的，这对于这个领域中的所有人员都是一个巨大的挑战，值得所有人员做出相应的努力。

介质浓度对纳米氧化锌改性聚氨酯复合涂层抗介质渗透能力影响研究

杨立红1，2　刘福春2　韩恩厚2　任玉林1　李宗田1

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国科学院金属研究所，沈阳110016）

摘要 依据前期工作，遴选盐基比（P/B）为0.3的纳米氧化锌改性聚氨酯涂层，探讨了介质浓度对涂层抗介质渗透能力的影响规律。结果表明，纳米氧化锌改性聚氨酯涂层的寿命随着腐蚀性介质浓度的升高而降低，溶液浓度越高，电阻下降越快。而在浸泡一定时间后，高浓度溶液中的涂层电容反而较低，原因是扩散进入涂层中的离子与水形成宏观水簇，降低了水的活度，同时也降低了涂层的防护性能。

关键词 电化学阻抗谱 纳米氧化锌复合涂层 介质浓度

Determination of the Effect of Solution Concentration on the Water Uptake and Coatings Lifetime by EIS

YANG Li-hong1，2，LIU Fu-chun2，HAN En-hou2，REN Yu-lin1，LI Zong-tian1

（ation ＆ Production Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing100083；ute of Metal Research，Chinese Academy of Science，Shenyang110016）

Abstract The protective properties of polyurethane coatings were studied using the impedance spectroscopy effects of solution concentration were results obtained can be summarized as follows：（1）the lifetime increases with decreasing the NaCl concentration；（2）The presence of Cl-ion can slightly increase the diffusion coefficient of water during the initial stage of immersion，however，inhibits the absorption of water at the following stage，which is mainly due to water clustering with the absorbed ions more easily than that with resin，leading to microscopic clusters and decreasing the activity of water.

Key words EIS nano-ZnO/polyurethane coating Solution concentration

有机涂层对金属基体的保护是一个复杂的过程，通常是通过阻挡机制、电化学机制以及黏结机制起作用［1，2］。腐蚀性介质（离子、水、氧等）通过吸附和传输进入有机涂层中，从而影响了涂层/金属体系的腐蚀特性。对涂层/金属体系的界面行为已经有了广泛的探讨，但对环境因素的影响还缺少深入的研究。

随着电化学技术在涂层领域内的深入应用，许多电化学测试方法已成功地应用于涂层分析中，电化学阻抗谱（EIS）是一种无损检测技术，通过阻抗谱测定可获得涂层防护性能的许多信息，因此已经被广泛地应用于涂层的检测以及腐蚀机理研究［3～7］。本文主要应用EIS方法研究聚氨酯涂层的防护特性，重点探讨水及离子在纳米复合聚氨酯涂层中的传输行为。

1 实验方法

1.1 涂层的制备

以聚氨酯为基料，纳米ZnO为颜料，配成颜基比为0.3的4种样品（图1），基底金属为45＃钢板，经机械抛光，丙酮除油无水乙醇除水处理后涂装，涂层干膜厚度为（30±5）μm。涂装完成后，在80℃下固化10h。

图1 颜基比为0.3的纳米氧化锌改性聚氨酯复合涂层的透射电镜形貌

1.2 电化学阻抗测量

电化学阻抗测试采用美国EG＆G公司M263恒电位仪和5210锁向放大器组成的M398交流阻抗测量系统，测试频率范围为：10-2～105Hz，正弦波信号的振幅为20mV，测试采用三电极体系，辅助电极为不锈钢，参比电极为饱和甘汞电极，以基体金属为研究电极，阻抗数据经计算机采集后，用EQUIVCRT软件解析。腐蚀介质为一次蒸馏水配制的浓度分别为0和3.5%的NaCl溶液，NaCl为分析纯试剂。将待测涂层试样安装在电解池中，于不同的浸泡时间测量体系的电化学阻抗谱。

2 结果与讨论

2.1 纳米氧化锌改性聚氨酯复合涂层在不同浓度溶液中的电化学阻抗谱特征

纳米氧化锌改性聚氨酯涂层在3.5%NaCl溶液浸泡过程中，涂层的电阻逐渐降低，相位角逐渐向高频方向移动，说明涂层中的缺陷随着浸泡时间的延长而逐渐增加（图2）。当浸泡到180h时，电阻已经低于108Ω·cm2。而涂层电阻是体现涂层抗介质渗透能力的一个重要参数，通常来说涂层电阻越低，抗介质渗透能力越差，当电阻达到107Ω·cm2时，涂层已经失去了应有的保护作用。

图2 纳米氧化锌改性聚氨酯复合涂层在蒸馏水中浸泡的波特图

图3为颜基比为0.3的纳米氧化锌复合聚氨酯涂层在蒸馏水中浸泡的阻抗谱，从图中可以看出，在整个浸泡过程中，阻抗谱一直维持一个时间常数，涂层的电阻较稳定，且一直处于较高水平。这说明涂层的防护性能良好，在浸泡过程中，电解质溶液没有通过渗透到达涂层/基体界面，基底金属没有发生腐蚀。

图3 纳米氧化锌改性聚氨酯复合涂层在蒸馏水中浸泡的波特图

与图3的结果相比较，当颜基比为0.3的纳米氧化锌改性聚氨酯涂层在3.5%NaCl溶液中浸泡时，涂层的电阻下降较快，在浸泡到100h时，电化学阻抗谱即出现了第二个时间常数，此时基体金属已经发生了腐蚀，如果将第二个时间常数出现的时间定为涂层的寿命，那么纳米氧化锌改性聚氨酯涂料在蒸馏水中浸泡时涂层的寿命远远高于在3.5%NaCl溶液中浸泡时涂层的寿命。

2.2 介质浓度对纳米氧化锌改性聚氨酯复合涂层阻抗参数的影响规律

对上述阻抗谱进行解析，得到两种溶液浸泡过程中涂层的电阻和电容随时间变化的曲线，结果如图4所示。

涂层在介质溶液中浸泡时发生吸水与离子传输，导致涂层电容值增大而涂层的孔隙电阻减小；当侵蚀性介质传输到达基体时，形成基体/溶液的电化学界面，引起基体金属的电化学腐蚀。涂层电阻是涂层抗介质渗透能力的反映，可用来对涂层防腐蚀性能进行评价。图4（a）给出了不同溶液中涂层的孔隙电阻随浸泡时间的变化，从图中可看到，在浸泡前期，涂层电阻有所下降，而且在高浓度溶液中浸泡时下降的速度较大，涂层电阻最小。图4（b）示出了涂层电容随浸泡时间的变化关系，涂层电容的变化与涂层的吸水量直接相关，电容变化越大，涂层的吸水率越高，电容和吸水率之间满足如下关系［8］：

Xv=100lg（CP/C0）/（lg80）

图4 纳米氧化锌改性聚氨酯复合涂层在不同溶液中浸泡时涂层参数随时间的变化

从图4中可见，电容的变化可以分为两个阶段，在浸泡初期，涂层电容逐渐升高，但浸泡到一段时间后，涂层电容趋于稳定，说明此时涂层的吸水量开始趋于饱和。对浸泡初期的电容-时间曲线进行线性拟合，结果如图5所示。

图5 浸泡初期阶段水在涂层中传输过程的线性拟合

从图5可以看出，在浸泡初期各曲线近似表现为线性关系。结合上述公式，由直线截距和斜率可计算出水在涂层中的扩散系数，计算结果表明，在3.5%NaCl介质中，水在涂层中的扩散系数为1.61×10-11cm2/s，在蒸馏水中，水在涂层中的扩散系数为1.76×10-11cm2/s。两种溶液中水分子的扩散系数相差不大，氯化钠溶液中水的扩散系数值比蒸馏水中稍有提高。然而从图中看到涂层的电容值却随NaCl含量增加而减小，即涂层的吸水速度下降，这种现象在浸泡中后期尤为明显，这与NaCl对水扩散系数值的影响规律完全相反，可见在浸泡的中后期，水的传输并不是以Fick扩散进行的。这是由于水和离子以不同的速率向涂层中扩散，离子在涂层中扩散速度较慢，最初阶段只是水在涂层中的传输，随着浸泡时间的延长，离子传输到达涂层中，由于水分子-聚合物之间的介电常数较低，且水分子与离子间存在一定的键合力，在涂层中均匀分布的水分子与离子相吸附，形成宏观水簇，降低了水的活度，进而抑制了水与涂层间的相互作用，因此在浸泡中后期，涂层电容随着NaCl浓度的增加而降低。此外，如果几个水-离子吸附形成的水簇相接触，就会形成一个可降低涂层电阻的通路，这样氯离子就可以通过此通路到达金属表面，形成点蚀。溶液浓度越大，这种离子水簇的量越多，越容易形成点蚀，因而涂层的寿命越短。

3 结论

（1）水在聚氨酯涂层中的传输初始阶段满足Fick第二扩散定律。初始阶段，氯离子的存在对水扩散系数的影响不大，而在浸泡一定时间后，高浓度溶液中的涂层电容反而较低，原因是离子的介电系数较高，扩散进入涂层中的离子优先与水形成宏观水簇，降低了水的活度。

（2）纳米氧化锌改性聚氨酯复合涂层的寿命随着腐蚀性介质浓度的升高而降低，溶液浓度越高，电阻下降越快。

参考文献

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装甲车的涂层防护是怎样的？

装甲车的涂层防护：人们针对中子弹的特点，在坦克内部镶上一层特殊的衬里，或在装甲中间加上特殊的夹层。4厘米厚的涂层就可以使坦克的防护能力提高到原来的4倍。即使采取措施，也难以将中子弹的辐射杀伤降低到原子弹的水平。