有机涂层防护性能快速评测系统的设计开发及其在富镁涂层中的应用
有机涂层是保护金属设备及结构件免受腐蚀的重要手段之一。但是侵蚀性环境会对涂层造成破坏，缩短装备服役寿命。若能够及时准确掌握涂层的失效状况，有利于对涂层进行及时维护，并极大地降低成本。为了解决该问题，本文设计并开发了涂层防护性能快速检测与寿命预测系统。同时，采用电化学交流阻抗、电位监测等方法研究了AZ91D镁合金表面富镁涂层及石墨烯改性富镁涂层在3.5％NaCl和0.05％NaCl+0.35％(NH4)25O4两种溶液中的失效过程和电化学行为，以进一步完善系统中不同涂层的评价准则。论文得出以下主要结论: (1)全面设计了涂层防护性能快速检测评价及寿命预测系统。包括三个主要功能:①数据维护功能，实现了现场涂料数据、实验室涂料标准数据等的管理、查询和维护;②现场涂层快速检测及性能评价功能，可以让用户直观地了解工程设备各部位的涂层防护体系的服役状态;③寿命预测功能，通过将现场所测数据与实验室相关标准数据进行对比，实现了在役涂层剩余寿命的预测。该软件界面友好、操作简便，与便携式阻抗系统结合使用，实现了对金属装备表面有机涂层的服役状态的有效管理。 (2)涂层防护性能快速检测评价及寿命预测系统利用了课题组提出的利用特定频率下的相位角来对涂层防护性能进行快速检测;并且依据该相位角值的大小，对涂层性能进行分级评价，分别为优异、良好、一般、较差和失效五等级。根据实验室标准数据库中收录的一百多套涂层阻抗数据（为课题组多年积累的加速腐蚀试验所得的结果）中相同涂层体系在类似腐蚀环境中的曲线进行比对，实现对现场涂层体系的寿命预测。 (3)环氧富镁涂层可以对镁合金提供很好的保护作用。将适量石墨烯加入环氧富镁涂层对其改性，可增强涂层的屏蔽性能，并延长富镁涂层的阴极保护作用时间。研究发现，添加0.5wt.％石墨烯(0.5％Gr)可有效降低富镁涂层的孔隙率，并将涂层在3.5％NaCl溶液中的阴极保护作用时间延长一倍。涂层中的水扩散系数计算结果表明，相对于纯富镁涂层，水在石墨烯(0.5％Gr)改性富镁涂层中的渗透速度较慢。 (4)石墨烯改性富镁涂层的保护作用可分为三个阶段:第一阶段，涂层主要起屏蔽作用，溶液向涂层内部开始渗透;第二阶段，镁粉颗粒被浸润发生溶解，为镁合金基体提供阴极保护作用;第三阶段，镁粉的腐蚀产物(Mg(OH)2)堵塞涂层中的孔隙，提高涂层屏蔽性能。四种富镁涂层在3.5％NaCl溶液的防护性能排序:0.5％石墨烯改性富镁涂层＞纯富镁涂层＞含10％石墨烯富镁涂层＞双层涂层（上层为0.5％石墨烯改性富镁涂层+下层为纯富镁涂层）。 (5)对于纯富镁涂层及石墨烯改性富镁涂层，特定频率下的相位角随时间的变化与低频阻抗（|Z|0.01Hz）值随时间的变化具有相似性，因此可以利用特定频率下的相位角变化来快速评价富镁涂层的失效程度。但是两种富镁涂层的失效评价准则与普通有机涂层不同，当涂层试样在3.5％NaCl溶液中的|Z|0.01Hz降至107Ω·cm2时涂层发生失效。
镁合金;富镁涂层;石墨烯改性;防护性能;寿命预测
北京化工大学
硕士
材料工程
唐聿明;杨振波
2020
中文
TG174.44
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）