电偶腐蚀对石墨烯环氧富锌涂层阴极保护作用的影响

【作者】 白炜琛； 李瑛；

【机构】 中国科学院金属研究所腐蚀基础与前沿研究部； 中国科学技术大学材料科学与工程学院； 东北大学沈阳材料科学国家研究中心；

【摘要】 环氧富锌涂层能够给结构钢带来长期有效的防护作用,常常作为重防腐涂层被广泛应用在海洋环境[1]。环氧富锌涂层对基体的防护作用包括使役初期的阴极保护作用和使役后期的阻滞作用。然而,为了实现涂层对基体的阴保作用,涂层需要高锌含量以维持锌粉与基体间的电连接,但涂层的使役过程中,锌粉不导电的蚀产物隔绝了锌和基体间的电接触,剩余的锌粉不能起到对基体的阴保作用,涂层的阴保寿命远未达到其应有的长度。为了改善环氧富锌涂层存在的使役性能的缺陷,研究人员采用一系列导电性填料来维持和增强涂层中锌粉间的电连接,其中石墨烯由于具有高导电性、高比表面积等优点,能够改善环氧富锌涂层的阴保作用,同时增强涂层的阻滞作用[2, 3]。但是,石墨烯可与涂层中的锌粉形成腐蚀电偶,作为阴极使得作为阳极的锌粉腐蚀速率明显加快。因此,石墨烯与锌粉的电偶腐蚀作用可能会显著影响环氧富锌涂层的防腐作用,但目前相关的研究尚未见报道。因此,本工作选取80wt%锌含量的环氧富锌涂层为研究对象,选取一个宽泛的石墨烯添加量范围,对石墨烯环氧富锌涂层的阴保作用进行了系统研究。首先明确对于改善环氧富锌涂层的阴保作用和阻滞作用是否存在一个最佳石墨烯添加量;在此基础上,进一步探讨了环氧富锌涂层中石墨烯和锌粉的电偶腐蚀行为规律以及电偶腐蚀行为对环氧富锌涂层使役性能的影响,并剖析了相关的微观作用机制。本文制备了不同石墨烯含量的环氧富锌涂层,采用开路电位和电化学阻抗谱等电化学测试方法,评价了石墨烯环氧富锌涂层在3.5wt%NaCl溶液中锌粉对Q235基体的阴保作用;通过压汞法测量了涂层干膜的孔隙率、通过排水集气法测量涂层在相同的使役时间后剩余的锌粉含量后,进一步分析了电偶腐蚀对改性涂层的影响机制。研究发现石墨烯对环氧富锌涂层阴极保护性能存在最佳值,低于最佳值,其影响机制为石墨烯通过降低涂层的孔隙率,增强了涂层的阻滞作用,同时减缓了锌粉的腐蚀,延长了涂层阴保作用的持续时间;高于最佳值,石墨烯与锌粉间存在的电偶腐蚀占主导地位,石墨烯的添加加快了锌粉的腐蚀,提高涂层对基体的保护电位,缩短涂层的阴保作用持续时间。更多还原