·572· 北京科技大学学报 第33卷 水分尚未到达涂层/金属界面.此时的ES用如 呈现出两个典型阶段：第1阶段为线性上升阶段，涂 图3(a)所示的等效电路来描述. 层电容随时间线性升高，说明水通过涂层微观缺陷 图2为H2-2涂层体系在不同温度海水中浸泡 进入涂层内部，导致了涂层电容的迅速增加：第2阶 110d的电化学交流阻抗谱图.不同温度下涂层体 段为平台阶段，涂层电容的升高趋向稳定，表明涂层 系的电化学阻抗谱Nyquist图出现了两个容抗弧. 吸水基本到达饱和状态.随着温度的升高，线性段 在图2(b)所示的Bode图上，相位角低频出现了第 的斜率逐渐变大，说明温度的升高加快了涂层的吸 2个峰值，对应于Nyquist图的第2个容抗弧，第2 水速率，加速了涂层防护性能的下降. 个容抗弧就是电解质溶液与金属基体接触形成的双 -10.05 电层电容的体现，涂层保护下的金属基体开始严重 0-5℃ -10.10 0-15℃ 腐蚀.此时的阻抗谱采用图3(b)所示的等效电路 -10.15 d-25℃ 拟合. 目-10.20 u-10.25 49 -10.30 -10.35 (a) b) -10.40 60012001800 2400 图3描述涂层/金属体系腐蚀的等效电路.(a)1d:(b)110d th Fig.3 Equivalent circuit to describe the corrosion of the coated 图4不同温度下H22涂层体系的1gC.-1曲线 steel:(a)1d:(b)110d Fig.4 IgC -t curves of H22 coating at different temperatures 图3为适合各浸泡时间段的等效电路模型.在 涂层电阻直接关系着涂层的保护性能.涂层电 浸泡初期，涂层对电解质溶液起良好的隔绝作用，涂 阻越大，说明涂层保护性能越好.图5为不同温度 层体系在复平面图表现为单容抗弧，相当于具有很 下涂层电阻随浸泡时间的变化曲线.从图5中可以 高值的电阻和很低值的电容并联构成的阻挡层，此 看出，浸泡初期涂层电阻R。随时间明显降低，之后 时的EIS用如图3(a)所示的等效电路来描述. 趋向稳定.涂层体系经过110d的浸泡实验后，5℃ 随着浸泡时间的延长，电解质溶液逐渐向涂层 和15℃两个温度下，涂层体系的涂层电阻均降低至 内部渗透到达金属界面，在界面区形成腐蚀微电池， 接近10MΩ·cm2,而25℃下涂层电阻已下降至接近 阻抗谱显示出两个时间常数的特征，与高频端对应 1M2·cm2,说明随着温度的升高，涂层的防护性能 的时间常数来自于涂层电容和涂层电阻的贡献，与 逐渐下降 低频端对应的时间常数则来自于界面双电层电容及 11 基底金属腐蚀反应电阻的贡献.此时的EIS用如 图3(b)所示的等效电路来描述.因为体系的非理 0-5℃ 10 0-15℃ 想性，所以实际过程中，C全部用Q来代替.以上等 6-25℃ 效电路中，各符号的意义分别为：R为溶液电阻；Q。 和R。分别为涂层电容和涂层电阻：Q为界面双电层 8 电容；R为电荷转移电阻. 2.2温度对涂层电阻和涂层电容的影响 涂层电容反应了涂层的吸水情况，涂层电容随 600 12001800 2400 时间增大越快，说明涂层吸水速率越快.通常用某 t/h 个固定高频率下的阻抗虚部值通过以下方程计算得 图5不同温度下H2-2涂层体系的lgR。-1曲线 到涂层的电容值可： Fig.5 IgR -t curves for H22 coating at different temperatures 1 Ce=2mfZ" (1) 结合图4、图5可以看出，温度的升高，加速了 式中，f为频率，Z"为阻抗的虚部值. 涂层电容的升高和涂层电阻的降低，说明温度越高， 图4为14kHz时的涂层电容C.随浸泡时间t的 涂层防护性能越低，浸泡环境对涂层的腐蚀破坏越 变化曲线。从图4中可以看到，不同温度下，曲线均 严重.北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 水分尚 未 到 达 涂 层/金 属 界 面． 此 时 的 EIS 用 如 图 3( a) 所示的等效电路来描述． 图 2 为 H2--2 涂层体系在不同温度海水中浸泡 110 d 的电化学交流阻抗谱图． 不同温度下涂层体 系的电化学阻抗谱 Nyquist 图出现了两个容抗弧． 在图 2( b) 所示的 Bode 图上，相位角低频出现了第 2 个峰值，对应于 Nyquist 图的第 2 个容抗弧，第 2 个容抗弧就是电解质溶液与金属基体接触形成的双 电层电容的体现，涂层保护下的金属基体开始严重 腐蚀． 此时的阻抗谱采用图 3( b) 所示的等效电路 拟合． 图 3 描述涂层/金属体系腐蚀的等效电路． ( a) 1 d; ( b) 110 d Fig． 3 Equivalent circuit to describe the corrosion of the coated steel: ( a) 1 d; ( b) 110 d 图 3 为适合各浸泡时间段的等效电路模型． 在 浸泡初期，涂层对电解质溶液起良好的隔绝作用，涂 层体系在复平面图表现为单容抗弧，相当于具有很 高值的电阻和很低值的电容并联构成的阻挡层，此 时的 EIS 用如图 3( a) 所示的等效电路来描述． 随着浸泡时间的延长，电解质溶液逐渐向涂层 内部渗透到达金属界面，在界面区形成腐蚀微电池， 阻抗谱显示出两个时间常数的特征，与高频端对应 的时间常数来自于涂层电容和涂层电阻的贡献，与 低频端对应的时间常数则来自于界面双电层电容及 基底金属腐蚀反应电阻的贡献． 此时的 EIS 用如 图 3( b) 所示的等效电路来描述． 因为体系的非理 想性，所以实际过程中，C 全部用 Q 来代替． 以上等 效电路中，各符号的意义分别为: Rs为溶液电阻; Qc 和 Rc分别为涂层电容和涂层电阻; Qdl为界面双电层 电容; Rt为电荷转移电阻． 2. 2 温度对涂层电阻和涂层电容的影响 涂层电容反应了涂层的吸水情况，涂层电容随 时间增大越快，说明涂层吸水速率越快． 通常用某 个固定高频率下的阻抗虚部值通过以下方程计算得 到涂层的电容值［9］: CC = 1 2πfZ″ ( 1) 式中，f 为频率，Z″为阻抗的虚部值． 图 4 为14 kHz 时的涂层电容 Cc随浸泡时间 t 的 变化曲线． 从图 4 中可以看到，不同温度下，曲线均 呈现出两个典型阶段: 第 1 阶段为线性上升阶段，涂 层电容随时间线性升高，说明水通过涂层微观缺陷 进入涂层内部，导致了涂层电容的迅速增加; 第 2 阶 段为平台阶段，涂层电容的升高趋向稳定，表明涂层 吸水基本到达饱和状态． 随着温度的升高，线性段 的斜率逐渐变大，说明温度的升高加快了涂层的吸 水速率，加速了涂层防护性能的下降． 图 4 不同温度下 H2--2 涂层体系的 lgCc"t 曲线 Fig． 4 lgCc － t curves of H2-2 coating at different temperatures 涂层电阻直接关系着涂层的保护性能． 涂层电 阻越大，说明涂层保护性能越好． 图 5 为不同温度 下涂层电阻随浸泡时间的变化曲线． 从图 5 中可以 看出，浸泡初期涂层电阻 Rc随时间明显降低，之后 趋向稳定． 涂层体系经过 110 d 的浸泡实验后，5 ℃ 和 15 ℃两个温度下，涂层体系的涂层电阻均降低至 接近 10 MΩ·cm2 ，而 25 ℃下涂层电阻已下降至接近 1 MΩ·cm2 ，说明随着温度的升高，涂层的防护性能 逐渐下降． 图 5 不同温度下 H2--2 涂层体系的 lgRc － t 曲线 Fig． 5 lgRc － t curves for H2-2 coating at different temperatures 结合图 4、图 5 可以看出，温度的升高，加速了 涂层电容的升高和涂层电阻的降低，说明温度越高， 涂层防护性能越低，浸泡环境对涂层的腐蚀破坏越 严重． ·572·