卢桃丽等：FeSiAl电磁屏蔽涂层的腐蚀行为对吸波性能的影响 ·1325. KEY WORDS FeSiAl;absorbing coating;corrosion resistance;electromagnetic shielding;absorbing properties 对于海洋环境中作业的舰艇等军事装备，吸波 度高的特点，且不含贵重金属，作为一种高性价比软 涂层既能够保证装备有效隐身，同时能够提升装备 磁合金为近年来研究较多的一种微波吸波材料，通 自身的腐蚀防护能力.一般的吸波涂层主要由黏结 常将其制成微粉，与树脂等粘结剂混合制成复合材 剂和吸收剂组成，粘结剂是涂料的成膜物质，是使涂 料使用)，目前的研究大多集中在吸波机理和吸波 层牢固黏附于被涂物表面形成连续膜的主要物质， 剂的改进上.王涛等2]研究了片形FeSiAl磁粉复 目前应用的粘结剂一般有橡胶型和树脂型，橡胶型 合材料的吸波机理，得出片状FeSiAl的吸波机理是 柔性、弹性好，但黏附性差，所以目前主要采用树脂 1/4波长相消的损耗机制.张永清等)曾研究了 型作为粘结剂：而具有特定电磁参数的吸收剂是吸 FeSiAl微波衰减涂层的电磁特性，发现FeSiAl涂层 波涂料的关键，它决定了吸波涂料的吸波性能). 对微波衰减损耗属于以磁衰减为主，伴有少量电衰 吸波涂层在严酷的海洋环境中服役时，容易出现腐 减的复合衰减类型.孙俊等4)将与石墨混合的不 蚀及吸收剂性质变化等情况，装备表面的吸波涂层 规则形状的FeSiAl合金粉末球磨24h得到片状Fe- 一旦发生腐蚀，不仅其腐蚀防护作用失效，其吸波性 SiAl/石墨复合材料，与原始FeSiAl和研磨的FeSiAl 能也可能会受到影响，这将会给武器装备的安全性 吸收剂相比，研磨后的薄片状FeSiA/石墨复合材料 带来威胁与隐患.大多数研究人员在研究吸波涂层 具有更高的吸波频率范围，因此可以成为潜在的微 的过程中，更多地关注吸收剂颗粒对吸波性能的影 波吸收剂. 响，而忽略在添加吸收剂颗粒后，吸波涂层腐蚀屏蔽 另外，根据磁荷观点，在导磁介质未磁化时磁偶 性能变化对其吸波性能的影响，因此开展这方面研 极分子（磁介质的最小单元）取向是杂乱无章的，磁 究对于海洋武器装备表面吸波涂层的选择具有重要 矩相互抵消，磁介质不显磁性：当存在外磁场时，在 意义. 磁化场的力矩作用下，各磁偶极分子在一定程度上 对于填料颗粒对涂层腐蚀屏蔽性能的影响， 沿着磁场的方向整齐地排列起来，磁介质被磁 Wang等2)]发现具有填料颗粒的涂料体系具有更好 化s].王强等16研究Al-Si合金凝固控制方法时 的防腐蚀保护，并且板状填料颗粒在增强涂层抗腐 蚀性能方面是最好的.Dhoke等[)通过添加纳米 发现，A-Si合金在有磁场的位置凝固时受到磁化 Z0颗粒改善了涂层的耐腐蚀性、抗紫外线性和机 力作用，共晶硅架密度分布均匀化.Goc等)用锶 械性能.Tong等的研究[4表明较低含量的石墨和 铁氧体作为填料来研究固化前流体中填料颗粒分布 石墨烯填料让聚氨酯涂层具有更好的抗腐蚀性能， 的演变，发现在外部水平磁场的作用下，液态环氧树 含量较高时反而加快金属腐蚀.而Yang等s)则认 脂里的磁性铁氧体形成了链状或更复杂的结构 为氟化石墨烯填料增强了聚乙烯醇缩丁醛涂层的防 Lee等u]在加有铁粉的磁流变弹性体硫化过程中施 腐性能.另外，L等[6)在研究半导体填料对涂层下 加1.5T和2T的磁场，磁流变弹性体的力学性能增 金属腐蚀行为的影响时发现，Ti0,和Fe,0,能够加速 强.Zhu等I]通过在磁性复合抛光体(magnetic in- 金属基板的腐蚀，C山，0填料对金属腐蚀几乎没有 telligent compounds,MAGIC)磁性铁磁流体冷却过程 影响. 中施加磁场来控制磁性颗粒(MP)和非磁性颗粒 而作为雷达隐身应用领域优先选择的一类吸收 (AP)的分布，结果发现强磁场、小尺寸磁性颗粒能 剂填料-】，铁磁性材料具有良好的磁导特性、较大 够诱导更均匀的非磁性颗粒分布 的磁损耗角正切和多样的耗散电磁波能量形式，以 如果将FeSiAl填料中的每一个磁颗粒看成磁 及可以依靠磁滞损耗、畴壁共振、磁后效应、磁共振 介质中的一个磁偶极分子，在涂层固化过程中施加 等进行电磁波能量耗散的优点.Schelkunoff电磁屏 外磁场，使磁颗粒排列发生变化，但这种变化对涂层 蔽理论)认为，电磁波传播到屏蔽材料表面时，通 保护性能的影响尚不清晰.鉴于此，本文主要选用 常有3种不同机理进行衰减：(1)未被反射而进入 了含有FeSiAl这种铁磁性材料的吸波涂层作为研 屏蔽体的吸收损耗：(2)在入射表面的反射损耗： 究对象，通过改变涂层固化时的环境，研究磁场对其 (3)在屏蔽体内部的多重反射损耗.而作为含磁性 微观形貌以及电化学行为的影响，另外，对吸波涂层 填料FeSiAl的涂层，吸收是屏蔽的主要作用[io] 进行室内加速老化试验，研究涂层盐雾加速环境对 FeSiAl合金具有初始磁导率高，饱和磁感应强 吸波性能的影响：同时，对经不同周期盐雾加速实验卢桃丽等: FeSiAl 电磁屏蔽涂层的腐蚀行为对吸波性能的影响 KEY WORDS FeSiAl; absorbing coating; corrosion resistance; electromagnetic shielding; absorbing properties 对于海洋环境中作业的舰艇等军事装备,吸波 涂层既能够保证装备有效隐身,同时能够提升装备 自身的腐蚀防护能力. 一般的吸波涂层主要由黏结 剂和吸收剂组成,粘结剂是涂料的成膜物质,是使涂 层牢固黏附于被涂物表面形成连续膜的主要物质, 目前应用的粘结剂一般有橡胶型和树脂型,橡胶型 柔性、弹性好,但黏附性差,所以目前主要采用树脂 型作为粘结剂;而具有特定电磁参数的吸收剂是吸 波涂料的关键,它决定了吸波涂料的吸波性能[1] . 吸波涂层在严酷的海洋环境中服役时,容易出现腐 蚀及吸收剂性质变化等情况,装备表面的吸波涂层 一旦发生腐蚀,不仅其腐蚀防护作用失效,其吸波性 能也可能会受到影响,这将会给武器装备的安全性 带来威胁与隐患. 大多数研究人员在研究吸波涂层 的过程中,更多地关注吸收剂颗粒对吸波性能的影 响,而忽略在添加吸收剂颗粒后,吸波涂层腐蚀屏蔽 性能变化对其吸波性能的影响,因此开展这方面研 究对于海洋武器装备表面吸波涂层的选择具有重要 意义. 对于填料颗粒对涂层腐蚀屏蔽性能的影响, Wang 等[2]发现具有填料颗粒的涂料体系具有更好 的防腐蚀保护,并且板状填料颗粒在增强涂层抗腐 蚀性能方面是最好的. Dhoke 等[3] 通过添加纳米 ZnO 颗粒改善了涂层的耐腐蚀性、抗紫外线性和机 械性能. Tong 等的研究[4] 表明较低含量的石墨和 石墨烯填料让聚氨酯涂层具有更好的抗腐蚀性能, 含量较高时反而加快金属腐蚀. 而 Yang 等[5] 则认 为氟化石墨烯填料增强了聚乙烯醇缩丁醛涂层的防 腐性能. 另外,Li 等[6] 在研究半导体填料对涂层下 金属腐蚀行为的影响时发现,TiO2和 Fe2O3能够加速 金属基板的腐蚀,Cu2 O 填料对金属腐蚀几乎没有 影响. 而作为雷达隐身应用领域优先选择的一类吸收 剂填料[7鄄鄄8] ,铁磁性材料具有良好的磁导特性、较大 的磁损耗角正切和多样的耗散电磁波能量形式,以 及可以依靠磁滞损耗、畴壁共振、磁后效应、磁共振 等进行电磁波能量耗散的优点. Schelkunoff 电磁屏 蔽理论[9]认为,电磁波传播到屏蔽材料表面时,通 常有 3 种不同机理进行衰减:(1)未被反射而进入 屏蔽体的吸收损耗;(2) 在入射表面的反射损耗; (3)在屏蔽体内部的多重反射损耗. 而作为含磁性 填料 FeSiAl 的涂层,吸收是屏蔽的主要作用[10] . FeSiAl 合金具有初始磁导率高,饱和磁感应强 度高的特点,且不含贵重金属,作为一种高性价比软 磁合金为近年来研究较多的一种微波吸波材料,通 常将其制成微粉,与树脂等粘结剂混合制成复合材 料使用[11] ,目前的研究大多集中在吸波机理和吸波 剂的改进上. 王涛等[12] 研究了片形 FeSiAl 磁粉复 合材料的吸波机理,得出片状 FeSiAl 的吸波机理是 1 / 4 波长相消的损耗机制. 张永清等[13] 曾研究了 FeSiAl 微波衰减涂层的电磁特性,发现 FeSiAl 涂层 对微波衰减损耗属于以磁衰减为主,伴有少量电衰 减的复合衰减类型. 孙俊等[14] 将与石墨混合的不 规则形状的 FeSiAl 合金粉末球磨 24 h 得到片状 Fe鄄 SiAl / 石墨复合材料,与原始 FeSiAl 和研磨的 FeSiAl 吸收剂相比,研磨后的薄片状 FeSiAl / 石墨复合材料 具有更高的吸波频率范围,因此可以成为潜在的微 波吸收剂. 另外,根据磁荷观点,在导磁介质未磁化时磁偶 极分子(磁介质的最小单元)取向是杂乱无章的,磁 矩相互抵消,磁介质不显磁性;当存在外磁场时,在 磁化场的力矩作用下,各磁偶极分子在一定程度上 沿着磁场的方向整齐地排列起来, 磁介质被磁 化[15] . 王强等[16] 研究 Al鄄鄄 Si 合金凝固控制方法时 发现,Al鄄鄄 Si 合金在有磁场的位置凝固时受到磁化 力作用,共晶硅架密度分布均匀化. Goc 等[17] 用锶 铁氧体作为填料来研究固化前流体中填料颗粒分布 的演变,发现在外部水平磁场的作用下,液态环氧树 脂里的磁性铁氧体形成了链状或更复杂的结构. Lee 等[18]在加有铁粉的磁流变弹性体硫化过程中施 加 1郾 5 T 和 2 T 的磁场,磁流变弹性体的力学性能增 强. Zhu 等[19]通过在磁性复合抛光体(magnetic in鄄 telligent compounds,MAGIC)磁性铁磁流体冷却过程 中施加磁场来控制磁性颗粒(MP) 和非磁性颗粒 (AP)的分布,结果发现强磁场、小尺寸磁性颗粒能 够诱导更均匀的非磁性颗粒分布. 如果将 FeSiAl 填料中的每一个磁颗粒看成磁 介质中的一个磁偶极分子,在涂层固化过程中施加 外磁场,使磁颗粒排列发生变化,但这种变化对涂层 保护性能的影响尚不清晰. 鉴于此,本文主要选用 了含有 FeSiAl 这种铁磁性材料的吸波涂层作为研 究对象,通过改变涂层固化时的环境,研究磁场对其 微观形貌以及电化学行为的影响,另外,对吸波涂层 进行室内加速老化试验,研究涂层盐雾加速环境对 吸波性能的影响;同时,对经不同周期盐雾加速实验 ·1325·