DOL:10.13374/h.issn1001-053x.2011.05.008 第33卷第5期 北京科技大学学报 Vol.33 No.5 2011年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2011 海水温度对深海用环氧涂层防护性能的影响 孙晓华12)高瑾)区 郭为民2》程文华)李晓刚” 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)洛阳船舶材料研究所青岛分部海洋腐蚀与防护国防科技重点实验室，青岛266101 ☒通信作者，E-mail:gaojin(@usth.cdu.cn 摘要采用电化学阻抗谱(E$)技术，研究了环氧重防腐涂层在不同温度海水中的腐蚀电化学行为.结果表明，随着海水温 度的升高，涂层体系的涂层电容值的升高和涂层电阻值的降低均加快，说明海水温度的升高，加速了涂层防护性能的下降，加 快了基体金属的腐蚀.浸泡初期，在不同温度的海水中，水在涂层中的扩散均符合Fk扩散第二定律，扩散活化能为49.7kJ· ml.随着海水温度的升高，涂层中水的扩散系数增大，涂层吸水达到饱和的时间缩短，但饱和吸水量变化不大. 关键词海水腐蚀：环氧树脂：涂层：温度；扩散；电化学阻抗谱 分类号TG174.46 Seawater temperature on the protection properties of epoxy coatings used in deep sea SUN Xiao-hua2),GA0Jiny☒，CU0Wei-min,CHENG Wen-hua2,LI Xiao-gang” 1)School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Laboratory for Marine Corrosion and Protection,Qingdao Branch of Luoyang Ship Materials Research Institute,Qingdao 266101,China Corresponding author,E-mail:gaojin@ustb.edu.cn ABSTRACT The electrochemical corrosion behavior of epoxy heavy-duty coatings immersed in seawater at different temperatures was investigated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS).The results show that the increase in capacitance and the decrease in resistance of the coatings both change faster with rising temperature,indicating that higher seawater temperatures accelerate degradation of the coatings.At the initial immersed period,the diffusion process of seawater through the coatings follows the second Fick diffusion law at any seawater temperature and the diffusion activation energy is 49.7 kJmol-.The diffusion coefficient of seawater across the coatings increases as the seawater temperature rises,and the time for the coatings to reach the maximum water absorption capacity shortens,but the saturated capacity for water absorption of the coatings changes little. KEY WORDS seawater corrosion:epoxy resins;coatings;temperature:diffusion:electrochemical impedance spectroscopy (EIS) 在海洋中有着丰富的海底石油和天然气、锰结 和自由体积，从而使水分子更容易通过涂层而进 核、富钻结壳、磷钙石、海绿石以及天然气水合物 入基底，同时若有氧气等物质存在，则金属将很快 等，但海洋环境又是一个腐蚀性很强的灾害环 发生腐蚀).对有机涂层失效问题的研究主要是 境.环氧涂层因其耐蚀性好，在海洋环境中得到广 对大气环境和常温条件下的失效研究，温度对有 泛应用.与浅海环境相比，深海环境对材料性能的 机涂层失效问题的影响研究主要是针对工业介质 影响受到越来越多的关注，随着海水深度的增加， 环境.王震宇等采用静态浸泡法研究了高温对 海水温度、溶解氧、盐度、pH值和氧化还原电位等 水及碱性介质中环氧涂层的耐介质渗透能力的影 环境因素都会变化回.温度变化对水在有机涂层 响.Miszczyk等的采用电化学阻抗谱(EIS)技术研 中渗透速率影响很大，温度升高，高分子及其链段 究发现交变温度使浸泡在(0.3gL1NaCl+0.7g· 的热运动能随之增大，使涂层中出现更多的孔隙 L-1 NazSO.)溶液中的环氧涂层防护性能下降. 收稿日期：2010-09-07 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.51071027):科技部国家科技基础条件平台建设项目(No.2005DKA10400)第 33 卷 第 5 期 2011 年 5 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 5 May 2011 海水温度对深海用环氧涂层防护性能的影响 孙晓华1，2) 高 瑾1) 郭为民2) 程文华2) 李晓刚1) 1) 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 2) 洛阳船舶材料研究所青岛分部海洋腐蚀与防护国防科技重点实验室，青岛 266101 通信作者，E-mail: gaojin@ ustb． edu． cn 摘 要 采用电化学阻抗谱( EIS) 技术，研究了环氧重防腐涂层在不同温度海水中的腐蚀电化学行为． 结果表明，随着海水温 度的升高，涂层体系的涂层电容值的升高和涂层电阻值的降低均加快，说明海水温度的升高，加速了涂层防护性能的下降，加 快了基体金属的腐蚀． 浸泡初期，在不同温度的海水中，水在涂层中的扩散均符合 Fick 扩散第二定律，扩散活化能为 49. 7 kJ· mol － 1 ． 随着海水温度的升高，涂层中水的扩散系数增大，涂层吸水达到饱和的时间缩短，但饱和吸水量变化不大． 关键词 海水腐蚀; 环氧树脂; 涂层; 温度; 扩散; 电化学阻抗谱 分类号 TG174. 46 Seawater temperature on the protection properties of epoxy coatings used in deep sea SUN Xiao-hua1，2) ，GAO Jin1) ，GUO Wei-min2) ，CHENG Wen-hua2) ，LI Xiao-gang1) 1) School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) State Key Laboratory for Marine Corrosion and Protection，Qingdao Branch of Luoyang Ship Materials Research Institute，Qingdao 266101，China Corresponding author，E-mail: gaojin@ ustb． edu． cn ABSTRACT The electrochemical corrosion behavior of epoxy heavy-duty coatings immersed in seawater at different temperatures was investigated by electrochemical impedance spectroscopy ( EIS) ． The results show that the increase in capacitance and the decrease in resistance of the coatings both change faster with rising temperature，indicating that higher seawater temperatures accelerate degradation of the coatings． At the initial immersed period，the diffusion process of seawater through the coatings follows the second Fick diffusion law at any seawater temperature and the diffusion activation energy is 49. 7 kJ·mol － 1 ． The diffusion coefficient of seawater across the coatings increases as the seawater temperature rises，and the time for the coatings to reach the maximum water absorption capacity shortens，but the saturated capacity for water absorption of the coatings changes little． KEY WORDS seawater corrosion; epoxy resins; coatings; temperature; diffusion; electrochemical impedance spectroscopy ( EIS) 收稿日期: 2010--09--07 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( No． 51071027) ; 科技部国家科技基础条件平台建设项目( No． 2005DKA10400) 在海洋中有着丰富的海底石油和天然气、锰结 核、富钻结壳、磷钙石、海绿石以及天然气水合物 等［1］，但海洋环境又是一个腐蚀性很强的灾害环 境． 环氧涂层因其耐蚀性好，在海洋环境中得到广 泛应用． 与浅海环境相比，深海环境对材料性能的 影响受到越来越多的关注，随着海水深度的增加， 海水温度、溶解氧、盐度、pH 值和氧化还原电位等 环境因素都会变化［2］． 温度变化对水在有机涂层 中渗透速率影响很大，温度升高，高分子及其链段 的热运动能随之增大，使涂层中出现更多的孔隙 和自由体积，从而使水分子更容易通过涂层而进 入基底，同时若有氧气等物质存在，则金属将很快 发生腐蚀［3］． 对有机涂层失效问题的研究主要是 对大气环境和常温条件下的失效研究，温度对有 机涂层失效问题的影响研究主要是针对工业介质 环境． 王震宇等［4］采用静态浸泡法研究了高温对 水及碱性介质中环氧涂层的耐介质渗透能力的影 响． Miszczyk 等［5］采用电化学阻抗谱( EIS) 技术研 究发现交变温度使浸泡在( 0. 3 g·L － 1 NaCl + 0. 7 g· L － 1 Na2 SO4 ) 溶液中的环氧涂层防护性能下降． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.05.008