锌黄色聚丙烯涂铝铝合金电化学阻抗研究

抽象的

使用电化学阻抗光谱（EIS）研究了加速降解试验期间锌黄色聚丙烯涂覆的铝合金7b04的性能。已经发现，在加速试验之前，锌黄色聚丙烯涂料几乎没有缺陷并且作为纯电容。336小时接触测试后，阻抗光谱显示两个时间常数，水已经达到铝合金/涂料界面并形成腐蚀性微孔。对于刮擦样品，金属腐蚀的反应和锌黄离子的水解可以同时发生。阻抗光谱表明在接触测试1008小时后的电感，但在1344小时曝光后，电感消失，钝化膜具有蚀腐蚀。

1.介绍

多年来，有机涂层已广泛应用于控制飞机腐蚀[1那2]．有机涂层的性能，一般涉及抵抗水，氧和离子的阻挡性能特征以及它们与底物障碍分层的良好粘附性，严重影响它们对金属基材的保护效率[3.那4.]．然而，有机涂料在不同的使用条件下都会降解，并且由于受到湿度、热影响、紫外线辐射、盐雾、污染物等多种因素的影响，涂料的降解过程比较复杂），低温疲劳和其他异国情调（如粉尘）[5.那6.]．降解评估可以是视觉，机械，电化学等。使用电化学技术与加速试验结合导致有关腐蚀环境中有机涂层的降解机制的新信息[7.那8.]．特别地，电化学阻抗光谱（EIS）已被证明是研究抗腐蚀性引物性能的非常有用的技术[9.那10.]．

锌黄色聚丙烯底漆已广泛用于航空工业，其EIS研究已经进行。但该研究主要关注浸入某些溶液之后的暴露时间的阻抗测量，例如NaCl溶液[11.那12.，并且在模拟使用条件下进行加速试验后的失效特性尚未进行研究。

在本作工作中，使用EIS研究了在加速试验期间飞机中使用的飞机中使用的锌黄色聚丙烯涂层铝合金7B04的电化学阻抗品种，并使用EIS研究了用于模拟其服务条件的。还研究了有机涂层的腐蚀性衰竭的特性。这将提供预测其使用寿命的有用信息。

2.实验

2．1.样品制备

表中列出了测试7B04铝合金的化学成分1．将7B04铝合金切成100毫米  50 mm  2 mm shaped sheets, polished and then cleaned by ethanol. Then the samples are electrochemically anodized according to HB/Z 233-93 [13.]在被涂漆之前。在阳极氧化后24小时施用锌黄色聚丙烯引物，以确保有机涂层和基材之间的良好粘合。厚度约为40 m。通过用伸向金属基板的手工切割器刮擦涂层来获得人工缺陷。标本与划痕的代表性外观如图所示1．

2.2。加速降解测试

众所周知，有机涂层的劣化不仅通过紫外线辐射，温度和湿度确定，而且是通过污染物确定。荧光UVA-340灯模拟阳光的破坏性效果。选择加速降解测试的方法列于表中2．盐雾试验和紫外线辐射分别在Q-面板公司的CCT Q-Fog室和Quv / Spray室中进行。

2.3。EIS测量

使用EIS确定涂料的电化学性质。典型的三电极电池用于电化学测量：工作电极，具有10的暴露区域 ，饱和的Calomel参考（SCE）和铂辅助电极。测试溶液为0.5M NaCl。使用例如耦合的频率响应检测器与EG＆G 283电位托管耦合的EG＆G 1025频率响应检测器在静止电位（与SCE）处获得阻抗光谱。两种设备都是使用PowerSuite软件控制的计算机。阻抗测量在100kHz至10MHz的频率范围内进行。与开路电位相结合的20mV（与SCE）的正弦交流扰动应用于完整的涂料和5 mV（与SCE）进行划伤的样品。所有测量都在室温下进行（）。阻抗数据配有使用Zsimpwin软件的电力等效电路模型。

3.结果与讨论

3.1。EIS测量样品的结果没有划痕

数字2在加速降解试验之前，显示涂层样品的EIS BODE图。据说，相位角在宽频率范围内几乎90度，阻抗高达．该引物具有高欧姆电阻，因此可以当作纯电容处理。说明该底漆缺陷少，具有良好的防护性能，能有效地保护金属基体不受腐蚀。包覆样品加速降解试验前的等效电路如图所示3.．在这个模型中，是溶液电阻;和分别为涂料电容和涂层电阻。根据等效电路计算，加速试验前的镀层电容很低，约为．

随着曝光时间的增加，EIS阻抗谱变化大大变化。数字4.显示336小时暴露于加速降解试验后涂布样品的EIS BODE图，等效电路和仿效果。它显示两个时间常数特性，并表示水已达到铝合金/涂料界面，以及腐蚀性的微小区形式。同样在低频区域，出现Warburg阻抗行为。

根据张[14.[Warburg阻抗通常出现在浸渍试验的后期阶段。众所周知，引物中的抗腐蚀颜料锌黄离子可以水解和反应产物，如,那,可以连接到腐蚀性有源区域并抑制腐蚀。所以Warburg阻抗在图中4.可能是由于水解产物，其等效电路如图4.．在图的模型中4.那溶液电阻，和是涂料电容和电阻，W.是锌黄色颜料水解产物的扩散阻抗，同时和是水解反应的电容和电阻。根据等效电路，计算的涂料电容是关于，抵抗约4213那扩散阻抗约为2.033E-5．

1680小时接触加速降解测试后，涂布样品的EIS奈奎斯特图，等效电路和仿效果如图所示5.．可以看出涂料阻抗减少。在该阶段，由于锌黄色颜料的水解反应逐渐降低的防腐效果，水解产物的扩散阻抗消失了。此外，考虑到水和氧分子达到基板表面，可以发生金属/涂料界面处的电化学反应，并且蚀刻蚀。所以图中所示的等效电路5.介绍适合实验数据，其中溶液电阻，和引物电容和电阻分别是和吗和是水解反应的电容和电阻，而和是金属/涂料界面的双层电容和反应性。

３．２．带有划痕的样品的EIS测量结果

当样品上有划痕时，金属的腐蚀反应和锌黄色颜料的水解反应在划痕上同时进行。数字6.显示EIS BODE和NYQUIST在试验前和336小时暴露于加速测试后的划痕。可以看出，奈奎斯特图是两种情况的全半圆形，336小时测试后半圆形的半径大于试验前的半径。原因是锌黄色颜料的水解产物可以使沿划痕的活性区域。336小时后刮擦样品的形态和1344小时接触的曝光率如图所示7.．结果表明，在图中所示的336小时曝光之后，沿着划痕没有腐蚀7.（一种）。

随着曝光时间，EIS变化大大变化。数字8.显示1008小时后刮伤的涂覆样品的EIS，接触到测试后刮伤的样品。它揭示了电感行为出现，并且在1008小时曝光测试后，低频存在正值。根据上述分析，锌黄色颜料的水解产物可以沿着划痕钝化有源区域，并且钝化膜仅在蚀腐蚀诱导阶段。但在1344小时的曝光测试之后，电感行为消失，表示钝化膜具有蚀腐蚀。并且存在腐蚀产品和凋亡（如图所示7.（b））在1344小时曝光测试后沿着划痕。

从结果中，可以看出，完整的引物可以在加速试验条件下迅速降解，尽管锌黄色聚丙烯底漆在试验之前几乎没有缺陷。原因是底漆的抗紫外线效应不是很好;因此，由于降解，水可以快速渗透到引物中。

在实践中，有机涂层中存在一些缺陷，并且具有划痕的标本可以模拟涂层的情况。将划痕样品的结果与未经抓获的样品进行比较，表明金属腐蚀和锌黄离子的水解反应可以在划痕上同时发生样品，而对于没有划痕的样品，电解质应该首先渗透到金属/涂料界面通过微孔后通过微孔经过一定的老化时间，然后可能发生基材的反应。

4。结论

应用了模拟其使用条件的加速试验的电化学技术应用于研究锌黄色聚丙烯涂层对7B04铝合金的失效。研究了完整和刮伤的样品。

在测试之前，完整的锌黄色聚丙烯涂层用作测试前的纯电容，并且相位角在宽频范围内几乎为90度，阻力高达．但经试验暴露后，水能迅速渗透到涂层中，防腐颜料锌黄离子的水解产物能使铝合金钝化。在336小时的测试后，阻抗谱显示了两个时间常数。

对于刮擦样品，金属腐蚀的反应和锌黄离子的水解反应可以同时发生，阻抗光谱表明1008小时暴露后的电感。锌黄色颜料的水解产物可以沿着划痕钝化活性区域，并且钝化膜仅在蚀腐蚀诱导阶段。但在1344小时的曝光测试之后，电感行为消失，表示钝化膜具有蚀腐蚀。在1344小时曝光测试后，沿划痕存在腐蚀产品和坑。

致谢

国防科技基金项目(no . H052006A006);武器装备预研基金项目(no . 51412060305HK5104)。由北京航空材料研究所的有机涂料实验室由Yu Xiong提供测试样品．

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