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现代检测技术在涂层性能中的应用

夏胜（应化0901班26号）

摘要

介绍了研究涂层性能的电化学阻抗谱（EIS）实验方法以及该方

法在研究、评价有机涂层方面的应用。由于涂层的种类很多,每种涂

层的防护机制各不相同,其EIS的数学物理模型也各不相同,本文共建

立了6种模型(等效电路)来分别处理不同有机涂层体系的电化学阻抗

谱。介绍了EIS数据处理的快速方法一一特殊频率法。

关键词

电化学阻抗谱有机涂层

前言

随着阻抗测量仪器的发展及电化学阻抗谱（EIS）方法在电化学

研究中的应用,在80年代国际上开始广泛用该方法来研究涂层与涂层

的破坏过程。由于用EIS可以在很宽的频率范围对涂层体系进行测量,

因而可以在不同的频率段分别得到涂层电容、微孔电阻以及涂层下基

底腐蚀反应电阻、双电层电容等与涂层性能及涂层破坏过程有关的信

息。同时,由于该方法采用小振幅的正弦波扰动信号,不会使涂层体系

在测量过程中发生大的改变,故可以对其进行反复多次的测量,适用于

研究涂层破坏的动力学过程。因此成为研究涂层性能与涂层破坏过程

的一种主要的电化学方法,并在80年代末90年代初成为国际腐蚀电

化学界的一个热点。1992年在美国加州召开的第二届国际学术会议

上,有1/3的论文与用EIS研究涂层有关。在国内也有很多这方面的工

作。在美国,用EIS方法评价涂层性能已有ASTM标准。

涂层是防止金属腐蚀的一种主要的防护手段。涂层的种类很多,

每种涂层的防护机制也不完全相同。因此,在用研究涂层与涂层的破

坏过程时,需要建立不同的模型来分别处理各种不同的涂层体系。由

于有机涂悬是最主要的涂层体系,用EIS研究有机涂层的工作也比较

多,我们在这儿主要介绍用EIS对有机涂层及有机涂层破坏过程的研

究。

正文

1研究涂层性能的EIS实验方法

在用EIS方法研究涂层性能时,一般将涂层覆盖的金属电极样品

浸泡于3.5%的氯化钠溶液中。阻抗测试采用由有机玻璃圆桶特制的

电解池,如图1所示。

阻抗测量可在室温敞开条件下进行。测量的频率范围为

5-2-3

10~10Hz,在有些情况下,低频可至10Hz。测量信号为幅值20mV的

正弦波。这个幅值比一般EIS测量所用的幅值要高,这是因为有机覆

复盖层可以看成是一个线性元件,故涂层覆盖的金属电极的线性响应

区比裸露的金属电极要宽。幅值高一些可避免或减小因测量时腐蚀电

位漂移所带来的误差,也可以提高测量的信噪比。采用微机控制的阻

抗测量仪器,测量数据可用微机储存,以供分析。由于涂层覆盖电极往

往是一个高阻抗体系,测量时高频部分的阻抗与低频部分的阻抗可以

相差好几个数量级,因此阻抗测量中流经电解池及输入仪器的电流也

会有几个数量级的差别。故对涂层体系的阻抗测量中要改变取样电阻

以使量程保持一个合理的范围。在现有的阻抗测量系统中,有些可以

自动调节电流量程,有些却需要手动或分步设置取样电阻。

实验试样的制备可采用一般的涂装工艺,最根本的要求是涂装均

匀,使样品各处的厚度及物理化学性质基本一致。为了避免施工不良

带来的影响,有人采用集束电极的方法或对图1中的电解池进行改进。

改进的办法是减小有机玻璃圆桶的直径,增加上下支架所夹的圆桶的

个数,使所测试样从一个大圆分为若干个小圆。测量中,既可对每个小

圆分别进行测量,也可对这几个小圆一并进行总的测量,由测量结果,

分析样品的均匀情况。

将试验样品载入电解池后,向电解池加为其容量2/3的氯化钠溶

液。将电解池中的参比电极、工作电极、辅助电极与仪器接通,监测

研究电极的腐蚀电位。浸泡约30min左右,待研究电极的腐蚀电位趋

稳定,即可开始阻抗测量。

为了研究涂层性能及涂层破坏过程,要对试验样品进行长时间、

反复的测量。在浸泡初期,为了更好地了解电解质溶液渗入涂层的情

况,每次测量的时间间隔要短一些,可以一天测量两次。当渗入涂层的

溶液已经饱和之后,涂层结构的变化相当缓慢,每次测量的时间间隔就

可以长一些,可以几天甚至十几天测量一次。长期浸泡中,由于腐蚀产

物的影响及溶液中水分的挥发,会改变溶液