在模拟深海高压环境中人工破损涂层的电化学阻抗谱响应特征

在深海环境中,海水的压力、温度和含氧量等因素会影响有机涂层的使用寿命.本文研究模拟深海环境对涂层带有人工破损时,涂覆以改性厚浆环氧防锈涂层的907A钢试样在天然海水中的电化学阻抗谱响应特征和涂层耐蚀性能变化.结果表明,在相同破损率和相同浸泡时间条件下,与常压下试样相比,处于2.5 MPa的压力下试样的阻抗幅值显著变小,而且随浸泡时间延长,试样的涂层电容呈增加趋势,极化电阻不断减小,证实了海水压力加速了涂层的失效过程.同时表明,在模拟深海环境中运用电化学交流阻抗对研究有机涂层失效过程是可行的.     

有机涂层在深海环境中的失效行为研究

用电化学阻抗测量和浸泡实验在高压釜中模拟300m(3.0 MPa)深海环境研究Intershield 300 ENA301有机涂层在3.5%NaCl溶液中的失效行为,并与常压环境中涂层的失效行为对比分析.结果表明:压力加速了涂层的破坏,高压和常压环境中涂层的失效行为不同,压力环境中涂层失效表现为起泡,涂层下的金属未发生腐蚀,常压环境中涂层的失效表现为涂层下金属的腐蚀,而涂层未发生起泡.     

循环压力对环氧涂层在模拟深海环境中失效行为的影响

在模拟深海环境下,利用电化学阻抗技术并结合重量法,研究了循环压力对纯环氧涂层在3.5mass%NaCl溶液中失效行为的影响。结果表明,循环压力条件下,涂层的阻抗行为呈周期性变化规律:在高压条件下浸泡时,有机涂层电容较高、涂层电阻较低;而常压条件下两者都较高。循环压力增大,腐蚀介质更容易扩散到涂层内部,使得涂层吸水量增加,涂层电阻降低,涂层防护性能恶化。     

改性环氧防腐涂层在模拟深海高压环境的失效行为

采用海水压力罐模拟深海高压环境,利用电化学阻抗谱(EIS)、三维视频显微镜和扫描电子显微镜(SEM)等手段,对比研究了改性环氧防腐涂层在常压海水环境和模拟深海高压环境(6 MPa海水压力)下的失效行为。结果表明,试样在深海高压环境下浸泡30 d后,涂层阻抗已降低到105Ω·cm~2;而常压环境下,涂层阻抗仅降低到108Ω·cm~2,深海高压环境促使涂层更快地吸水达到饱和状态,高压环境导致涂层下的金属腐蚀活性面积不断增大,基体金属腐蚀速率不断增加。SEM观察表明,高压导致环氧防腐涂层中的颜填料发生脱附,使涂层/金属基体界面弱化,腐蚀活性表面积增大,从而导致涂层破损和基体腐蚀。     

SOM人工神经网络与阻抗谱方法结合研究涂层的失效过程

    分析了干湿循环条件下有机涂层的电化学阻抗谱特征后选取了阻抗变化率参数作为一维自组织特征映射(self-organizing feature map,SOM)神经网络的训练样本,每个样本对输出层神经元都会产生一定的激发水平,根据该神经网络的特性,输出神经元激发水平的变化趋势便可以反映涂层的降解过程.结合涂层阻抗谱的变化特征,可以把干湿循环条件下涂层的失效过程分为三个阶段,即介质渗入涂层过程,介质到达金属表面诱发金属腐蚀过程和腐蚀扩展涂层剥离过程.     

高静水压力对水在环氧涂层中传输行为的影响

利用传统增重法和电化学阻抗测量技术研究了常压和深海高静水压力条件下水在环氧涂层中的传输行为。计算出了不同环境下水的扩散系数,并分析了静水压力对水在涂层中吸水动力学的影响。结果表明,高静水压力加速了水在涂层中的传输过程,使其扩散机制由常压下的理想Fick扩散行为变为S吸收型的非理想Fick扩散行为;扩散动力学参数,包括扩散速度、饱和时间和饱和吸水率均发生了明显变化;与涂层阻滞性能密切相关的涂层电容、涂层电阻和特征频率等参数随浸泡时间的变化在高压下也更为显著,涂层提前发生失效。     

深海交变压力对水在环氧涂层中传输行为的影响

目的深入了解有机涂层在深海交变压力环境下的失效机制,为涂层服役寿命的预测提供指导。方法利用增重法和电化学阻抗测量技术,研究常压和深海交变压力条件下水在环氧涂层中的传输行为,计算不同环境下水的扩散系数,并分析交变压力对水在涂层中吸水动力学的影响。结果交变压力加速了水在涂层中的传输过程,使其扩散机制由常压下的理想Fick扩散行为变为非Fick扩散,延长了饱和时间,增大了涂层饱和吸水率。微观形貌观测发现,涂层内部填料/基料界面产生了大量裂痕,是导致水在涂层中扩散机制发生改变的主要原因。结论交变压力通过压力对水的推动作用及对涂层结构的破坏,加速了水在涂层中的传输。     

BI@ZIF-8/EP涂层的制备及在深海压力下的防护性能研究

目的 制备负载苯并咪唑(BI)的BI@ZIF-8粒子,研究BI@ZIF-8/EP涂层在2种静水压力下的失效行为。方法 制备并表征BI@ZIF-8粒子。制备BI@ZIF-8/EP涂层,在常压(0.1 MPa)和模拟深海压力(6 MPa)开展浸泡实验。通过微观形貌、失光率、色差、附着力、红外光谱、电化学阻抗谱等手段进行涂层失效行为对比分析。结果 成功制备了BI@ZIF-8粒子;在相同压力条件下,BI@ZIF-8/EP涂层具有更高的附着力和阻抗值;同种涂层在6 MPa下退化更加严重,附着力和阻抗值下降速率增大;随着浸泡时间的延长,6 MPa下BI@ZIF-8/EP涂层中的BI特征峰强度明显减弱,2种涂层的主要特征峰强度均有下降。结论 ZIF-8粒子中的咪唑基,能增加环氧涂层交联密度,降低侵蚀性粒子渗透速率;高静水压能显著加速侵蚀性粒子向涂层内部的扩散,并加速有机涂层失效进程;BI分子和2-Melm分子中N原子的孤电子对与Fe原子的空轨道能在金属基体表面形成吸附膜,并且Zn²⁺和OH⁻能在金属基体表面形成沉积膜,有效减缓了金属腐蚀。此外,2种涂层的退化机制不受静水压力升高的影响。     

高速电弧喷涂铝涂层在模拟深水下的腐蚀行为

目的探究高速电弧喷涂铝涂层在深水压力环境下的腐蚀行为。方法利用电化学阻抗谱、扫描电镜微观形貌观察、物相衍射和红外光谱等锈层分析手段,分析高速电弧喷涂铝涂层在不同实验条件下的腐蚀行为,并对实验结果进行了对比研究。结果 3 MPa高压浸泡72 h的铝涂层表面腐蚀产物呈现疏松粉状,并出现了腐蚀坑洞,铝涂层快速失效。常压浸泡72 h后的铝涂层表面腐蚀较轻,常压浸泡720 h后的铝涂层表面则已被腐蚀产物完全覆盖。经XRD分析,三种条件下的铝涂层腐蚀产物基本一致。进一步利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析可知,3 MPa高压条件下,压力加速了碱式氯化铝水合物Al9Cl6(OH)21·18H_2O、Al5Cl3(OH)12·4H_2O等腐蚀产物的形成。这些腐蚀产物在高压下不能有效结合,且易于流失,致使涂层耐蚀性能快速下降。结论铝涂层在高压条件下形成的腐蚀产物不能有效覆盖在涂层表面阻止腐蚀介质侵入,导致铝涂层的耐蚀性能下降。     

Al-Ti-Si-RE涂层在模拟深海压力下的耐蚀机理

通过电化学测试技术与微观分析等手段研究了高速电弧喷涂Al-Ti-Si-RE涂层在模拟深海压力下的耐蚀机理。结果表明:Al-Ti-Si-RE涂层在静水压力条件下具有良好的耐蚀性能。电化学分析表明,在3 MPa浸泡480 h后动电位极化曲线阳极区上出现了1个类似钝化区间的"平台",主要是由于腐蚀产物阻塞腐蚀通道的原因;电化学阻抗谱(EIS)分析则表明,在高压下涂层Al钝化膜在浸泡6 h左右后已溶解,12 h后逐步趋于稳定,300~480 h区间几乎无变化;电化学噪声(EN)测试对比了涂层在常压和高压条件下0~64 ks的腐蚀情况,定量描述了涂层"钝化膜溶解-腐蚀产物快速形成-进入稳定阶段"的腐蚀过程。最后通过微观形貌观察和XRD等测试手段分析,Al-Ti-Si-RE涂层中的富Ti相(主要成分为TiAl、TiAl3等金属间化合物)具有良好的耐蚀特性,且呈现为多孔结构,Al在高压下快速腐蚀溶解填充富Ti相"骨架"孔隙,形成的涂层表面致密,其结构能够有效阻塞腐蚀通道,抑制腐蚀进行。     

表面渗硼对新型β-钛合金耐腐蚀性能的影响

目的通过制备渗硼涂层,提高新型β-钛合金的耐腐蚀性能。方法采用固体粉末包埋法,在空气及氮气气氛中,选取不同的渗硼温度,在Ti-33Nb-4Sn(简称334钛合金)表面渗硼。对比分析涂层的表面、断面形貌,总结渗硼涂层的生长规律。利用电化学测试方法,测定334钛合金制备渗硼涂层前后,在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀性能。结果在不同的制备条件下,都能在新型β-钛合金表面形成一层致密、连续的渗硼层。该涂层为双层结构,由致密的外涂层和针须状的过渡层组成。在相同气氛下制备的涂层,随着渗硼温度的升高,致密外涂层厚度增加。在氮气气氛下制备的涂层致密外涂层的厚度,大于同温度下在空气中制备的涂层。基体经过不同条件渗硼处理后,开路电位都明显提高。334钛合金基体的自腐蚀电位为0.6692 V,腐蚀电流密度为2.356μA/cm^2。在空气中经过900、950、1000℃温度渗硼后,自腐蚀电位分别为1.0993、0.7221、0.7639 V,腐蚀电流密度分别为3.377、2.274、1.584μA/cm^2。在氮气中经过900、950、1000℃温度渗硼后,自腐蚀电位分别为0.8617、0.6804、0.8143 V,腐蚀电流密度分别为1.358、1.445、1.525μA/cm^2。结论渗硼涂层可提高334钛合金的耐腐蚀性能,氮气气氛下制备涂层的耐腐蚀性能明显优于空气气氛。     

海洋大气区钢结构涂层体系及性能评价

目的评价自主开发的聚氨酯配套体系性能。方法概述了海洋大气环境下钢结构涂层性能的评价方法,通过NORSOK M-501循环腐蚀实验来探讨聚氨酯涂料与富锌类底漆、环氧类底漆的配套性,通过QUV加速老化实验来对比自主开发的聚氨酯涂料与国外同类产品的抗老化性能。结果聚氨酯涂料与富锌类底漆的配套体系的抗腐蚀蔓延性优于与环氧类底漆的配套体系。自主开发的聚氨酯涂料体系经4200 h循环老化后,划线处腐蚀蔓延5.56 mm,腐蚀蔓延小于NORSOK M-501标准规定的8 mm,附着力从12.26 MPa衰减到9.83 MPa,附着力衰减幅度为19.8%,附着力衰减幅度小于NORSOK M-501标准规定的50%。自主开发的聚氨酯涂料在紫外光照射下老化3000 h后,60°光泽度从81.5降低到66.5,光泽保持率为82.94%。结论自主开发的聚氨酯涂料体系的耐海洋大气环境性能优良,耐循环老化和耐紫外光加速老化性能与国外同类产品相当。     

静水压对X80表面铈转化膜腐蚀行为的影响

铈转化膜作为一种环境友好的转化膜,有利提高材料的耐腐蚀性能。采用电化学沉积方法在X80表面制备了铈转化膜,研究了其在0.1和20 MPa静水压3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为。通过高温高压在线电化学测试反应釜对开路电位、交流阻抗、线性极化电阻、极化曲线等进行测试,利用扫描电镜、能谱仪及接触角测试仪对腐蚀前后的表面形貌、元素及表面亲水性进行分析。结果表明,X80表面铈转化膜显著提高X80在浅海0.1 MPa静水压中的腐蚀电化学性质,但在深海20 MPa静水压中X80表面铈转化膜的开路电位、线性极化电阻、交流阻抗明显降低,且腐蚀电流密度明显增加;X80表面铈转化膜在深海20 MPa静水压中腐蚀后表面膜存在大量的裂纹,而在浅海0.1 MPa静水压中腐蚀后表面无明显缺陷;X80表面铈转化膜腐蚀前表面表现出亲水性,而腐蚀后表面接触角明显增大,表现为疏水性。     

304不锈钢表面冷喷涂TC4钛合金涂层性能研究

采用冷喷涂技术在304不锈钢表面制备了TC4钛合金涂层,通过扫描电子显微镜观察了涂层的形貌、组织结构,并利用电化学方法研究了涂层的腐蚀电化学特征。研究结果表明,冷喷涂制备的TC4钛合金涂层致密性存在较为明显的梯度现象,靠近基体的涂层密度明显高于表面;涂层喷涂过程没有出现明显氧化现象,与基体的结合强度可达20 MPa左右;涂层的耐腐蚀性能优于304不锈钢,可大大提升不锈钢材料在海洋环境中的耐点蚀性能。     

微弧表面处理对AZ31B镁合金耐腐蚀及耐腐蚀疲劳性能的影响

采用微弧表面处理技术(微弧氧化MAO和微弧复合MCC)在AZ31B镁合金基体上制备出不同断面结构的防护涂层。通过电化学腐蚀及腐蚀疲劳测试方法,研究了MAO、MCC涂层的电化学腐蚀及腐蚀疲劳性能。结果表明,生长10 min的MAO涂层具有较好的耐电化学腐蚀性能。MAO涂层表面存在微孔和微裂纹,在应力条件下微孔和微裂纹作为疲劳断裂的裂纹萌生点,可加速裂纹的萌生与扩展,使其腐蚀疲劳寿命相较AZ31B合金基体降低了55%。而具有MCC涂层的AZ31B合金试样腐蚀疲劳极限为(64.0±5.4) MPa,比AZ31B合金基体提高了59%。在低应力载荷下(＜80 MPa),微弧复合涂层试样的腐蚀疲劳强度得到明显提高。     

Microstructure and Corrosion Resistance of Fe-Based Coatings Prepared by Twin Wires Arc Spraying Process

FeB, FeBSi, and FeNiCrBSiNbW coatings were prepared by twin wires arc spraying process on AISI 1045 steel substrate, and the microstructure and phases were characterized by scanning electron microscope, transmission electron microscope, and x-ray diffraction. The corrosion resistance was investigated by means of electrochemical tests. It was found that FeB coating and FeBSi coating were composed of α-Fe, FeO, and Fe₂O₃ phases. FeNiCrBSiNbW coating consisted of amorphous phase and α-(Fe, Cr) nanocrystalline phase, with porosity of 1.8%, hardness of 807 Hv_0.1 and tensile bonding strength of 52.1 MPa. Three kinds of electrochemical tests were employed to identify the corrosion resistance of the coatings. The results indicated that the FeNiCrBSiNbW coating had a superior corrosion resistance, much better than FeB and FeBSi coatings. It was attributed to the amorphous/nanocrystalline structure and the presence of corrosion-resistant element Cr.     

钛铝伪合金涂层在模拟深海压力下的腐蚀行为

通过电化学测试和微观组织分析等方法,研究了钛铝双丝高速电弧喷涂伪合金涂层在模拟深海压力条件下的腐蚀行为。结果表明:钛铝伪合金涂层在6 MPa高压静水条件下仍保持了较好的耐蚀性能,主要是由于涂层中富Ti相基本未被腐蚀,在涂层结构中起到了支撑骨架的作用,富Al相则起到了牺牲阳极保护的作用。同时腐蚀产物有效地填充了富Ti相的"骨架"结构,使之形成具有高度"自封闭"效果的涂层,强化了涂层的耐蚀效果。     

拉应力条件下微弧氧化膜对铝合金腐蚀及电化学行为的影响

为研究在拉应力条件下微弧氧化膜对铝合金腐蚀及电化学行为的影响,采用恒载荷应力环在3.5% NaCl溶液中研究了经微弧氧化（MAO）处理后的7050铝合金（AA7050）应力腐蚀行为。用原位电化学阻抗谱（EIS）的方法评价在拉应力条件下,膜层的腐蚀破坏随浸泡时间的变化,并建立了相应的等效电路模型。结果表明,在3.5% NaCl溶液中,微弧氧化膜在有无拉应力的条件下都可以提高AA7050的耐蚀性和减少AA7050的塑性损失。在400 MPa拉应力条件下,微弧氧化膜的阻抗在应力腐蚀的过程中呈现出先减小后增大,再减小最后趋于稳定的规律;另外,AA7050在有拉应力的条件下,拉应力会促进基体的点蚀形核,提高腐蚀速率,微弧氧化膜的疏松层在拉应力的作用下会失去对基体的保护作用。     

Corrosion behaviour of an aluminized nickel coating in a carbon dioxide capture process using aqueous monoethanolamine

Carbon steel A106 with an aluminized Ni coating was tested in a 5 mol/l (M) monoethanolamine (MEA) with a carbon loading of 0.2 mol/mol MEA at 80 °C using polarization resistance, Tafel, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques. Surface morphology and elemental line profile of the coating were examined before and after a 900 °C heat-treatment in atmosphere environment. X-ray diffraction (XRD) results showed that the coating surface constitutes transformed from Ni₂Al₃ to Al-rich NiAl after heat-treatment. The electrochemical results show that the heat-treated coating displays outstanding corrosion performance with the conditions tested.