craig

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    续检测1.现有的涂料实验室检验主要从破坏性试验和环境模拟试验来评估涂
料的防腐蚀性能，尚没有无损检测方法。我公司有一台美国Princeton Applied
Research（PAR ，普林斯顿应用公司）的2273电化学工作站。因其昂贵而复杂，
某博士走了之后公司为了其应用而头疼，因此去年底我配合涂料开发提出此计划。
今年初新来一位搞缓蚀剂的硕士，擅长的正是电化学仪器和阻抗谱，因此事情好
办了。

    PAR 2273满足ISO 16773-2007" 色漆和清漆- 关于高阻抗涂层样品的电化学
阻抗谱（EIS ）" 的要求，可以用于涂层的防腐蚀性能评价。EIS 是用小幅度的
正弦交流电来扰动涂层- 金属- 电解质溶液组成的电化学体系，测试响应信号而
计算涂层的电阻、电容等参数，并通过参数随腐蚀时间的变化来评估涂层的防腐
蚀性能。

    2273的控制程序Powersuite基于windows 平台，有良好的人机界面。其下包
含5 个操作软件，分别是用于腐蚀测试的PowerCorr ，循环伏安法PowerCV ，电
势阶跃和脉冲技术PowerPulse，计时电量法PowerSTEP 和PowerSine ，Sine就是
三角正弦函数符号，即交流阻抗。这一部分，2273另配有一个Zsimpwin数据处理
软件，用于EIS 的数据处理。

    我们知道由于电阻的存在，电流与电压是成比例的，但这只适用于直流电的
简单体系。在交流电下，不仅有电阻阻碍电流的通过，还有电容和电感抵抗交流
电的" 电流" 和" 交流".假设你是一个电子，要从阴极流向阳极形成电流，电阻
是路途艰难的阻碍；电容则是车匪路霸，你要绕行或者强力通关；电感则是感应
出某种神力（电场）使马路反相移动，好比你在水路逆流而上。总之，这些阻碍
和抵抗电流的东西统称为阻抗（其倒数称为容纳）。在电化学体系中，没有电感，
因此阻抗就是电阻和电容构成，严格的说，是电解质溶液的电阻，反应的电阻，
涂料的电阻，金属的电阻，各种界面之间的电容所构成。

    三角函数与复数、平面向量都等价于二维直角坐标系中的点。当用复数来表
示上述正弦交流电，电阻和电抗将有一个统一的表达方式，并且便于运算。通过
变化交流电的频率w ，可以得到体系中电压与电流的变化趋势图，从而分析得到
体系各部分的电阻和电容值，进而分析体系的电化学性能和应用性能。

    随着阻抗测量技术的发展，电化学阻抗谱测量的应用日益广泛。自1989年开
始，每三年开始举行一届国际电化学阻抗谱学术会议。第一届会议上有论文150
篇，其中同腐蚀与防护有关的就有50篇，可见腐蚀科学是电化学阻抗谱应用的一
个重要领域。

    EIS 在腐蚀科学中主要应用有测量腐蚀速度、缓蚀剂效率、涂层性能等三个
方面。1 ：测量极化电阻，分析金属在介质中的腐蚀行为。2 ，测量界面电容，
可以研究缓蚀剂的吸附情况等。3 ，通过涂层电阻研究涂层与涂层的破坏性能等。

    在腐蚀系统中，金属阳极被氧化为金属离子或金属氧化物，它释放的电子被
氧气或者氢离子获得称为阴极反应，电子在阴阳极间的流动形成腐蚀电流。腐蚀
电流的大小代表了腐蚀速度。腐蚀电流受到金属的极化电阻，金属- 溶液间的界
面电容和溶液电阻大小的控制。因此用EIS 测得极化电阻和界面电容，就可以计
算腐蚀速度。这也正是一些腐蚀速度测量仪[6] 和在线腐蚀监测系统[7] 的原理。

    涂层是防止金属腐蚀的一种主要的防护手段。在金属- 溶液体系中，EIS 测
量金属的极化电阻和接界电容。在金属- 缓蚀剂- 溶液体系中，通过测量电容值
的变化而计算缓蚀效率。在金属- 涂层- 溶液体系中，金属不再与溶液接触，因
此考虑的是涂层本身的电阻和涂层的电容。由于涂料种类（和施工）的差异，溶
液或多或少、或早或迟会穿过涂料接触钢铁，因此还需考虑腐蚀产物膜电阻，溶
液电阻等，随着时间的变化组成不同的等效电路。

    电化学阻抗谱用于涂层测试有以下优点：1 ，采用小幅度的正弦波扰动信号，
不会使涂层- 金属体系在测量过程中发生大的改变，是一种无损检测方法。而其
他检测耐冲击性、柔韧性等方法都是破坏性试验。

    2 ，直接测量涂层的电阻值，这是一部分涂料（油罐防静电涂料等）的标准
要求，也可以揭示一般防腐蚀涂料的防腐机理和使用寿命；而普通方法都是检测
柔韧性、附着力等多个指标才能综合评定涂料性能。

    3 ，每次试验都可以得到客观的数据和谱图，分析过程减少人为因素和误差，
同时可以以电子文档或者纸质的形式保存；而传统方法试验后只有作废的试板，
不便保留和交流。

    中国矿大材料系的张婷等[8]用电化学阻抗谱研究了无机硅富锌涂料的防腐
蚀性能。无机富锌涂料是一种广泛使用的钢铁重防腐底漆，但是耐磨损性能差；
在填料中加入一定量的氧化铝粉体可以改善耐磨损性能，但是对于防腐蚀性能的
影响之前没文献报道。使用电化学阻抗分别分析盐水浸泡后的普通富锌涂料与添
加氧化铝后的富锌涂料，实验结果发现：从浸泡5 天到60天的两种涂料的电阻随
着浸泡时间的变化基本相同。在浸泡初期涂层电阻急剧下降，因为锌粉作为导电
颗粒，随着电解质的逐渐渗入必定会使电阻减小。随着电阻值开始回升并在随后
达到稳定，说明电解质对涂层的渗透在某时刻达到饱和，同时腐蚀产物增加填充
了涂层的空隙。而比较两种涂料的涂层电阻这个特征参数，可以看出添加氧化铝
前后电阻变化不大，而随浸泡时间增加添加氧化铝后耐蚀性略优。因此得到结论
氧化铝对富锌涂料的耐蚀性有正向的影响。