Q235鋼表面不同高分子涂層耐蝕性對(duì)比

王瑞環(huán)，陳明安

(中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)

Q235鋼表面不同高分子涂層耐蝕性對(duì)比

王瑞環(huán)，陳明安

(中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)

對(duì)Q235碳鋼進(jìn)行表面處理，涂覆環(huán)氧樹脂(EP)和聚乙烯(PE)涂層來提高其耐腐蝕性能。采用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線能譜儀(EDS)分析了涂層的形貌結(jié)構(gòu)及其組成，通過電化學(xué)測(cè)試研究了涂層/Q235碳鋼體系在3.5% NaCl溶液中的腐蝕電化學(xué)行為。結(jié)果表明，高分子涂層能有效提高碳鋼的耐腐蝕性能，且PE涂層比EP涂層對(duì)碳鋼的保護(hù)性能更好。

Q235碳鋼；環(huán)氧樹脂；聚乙烯涂料；耐蝕性

Q235碳鋼指的是屈服極限為235MP的碳素結(jié)構(gòu)鋼，由于其含碳量適中，綜合性能好，強(qiáng)度塑性優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于管道、房屋、車輛、船舶等建筑及工程結(jié)構(gòu)中[1-2]。然而碳鋼在潮濕環(huán)境中，易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，一旦鋼鐵設(shè)施腐蝕報(bào)廢，就會(huì)造成巨大損失，甚至引發(fā)安全事故[3-5]。為了減少碳鋼的腐蝕損失，人們采取了許多措施，但迄今為止仍以有機(jī)涂層最有效、最經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用也最為普遍[6-7]。EP涂料具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能和防腐蝕性能，由于環(huán)氧樹脂分子中含有羥基、醚鍵等極性基團(tuán)，因此對(duì)金屬等材料有著優(yōu)良的附著力，使其更好的附著在金屬表面起到保護(hù)基體的作用[8-9]。PE烯粉末涂料具有耐腐蝕性能好、耐候性優(yōu)良、裝飾效果好、無污染等優(yōu)點(diǎn)，也被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備保護(hù)[10-11]。

然而目前涂層的腐蝕機(jī)理及對(duì)Q235保護(hù)作用的優(yōu)劣研究較少。因此，本文以貴州華興管業(yè)生產(chǎn)的Q235鋼/高分子涂層復(fù)合管道為研究對(duì)象，研究了EP、PE兩種涂層對(duì)Q235鋼腐蝕性能的影響，為鋼管涂層的選擇提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

所用試樣為Q235碳鋼，主要成分為C(0.18%)、Mn (0.65 %)、Si(0.3 %)、S(0.45 %)、P(0.04 %)，其余為Fe。將碳鋼切成50×140mm2的鋼板，經(jīng)過脫脂、除銹、磷化、堿洗前處理后，分別涂覆EP粉末涂料(億歐塑化公司)和PE粉末涂料(揚(yáng)州柏立粉末涂料有限公司)，在215℃溫度下固化20min，制得分別涂覆了EP和PE膜的Q235鋼板樣品。

采用Sirion200掃描電鏡(荷蘭Philips公司)對(duì)涂層/Q235鋼樣品表面形貌進(jìn)行觀察，用X射線能譜儀對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)成分分析。樣品腐蝕行為通過20℃、3.5% NaCl溶液中電化學(xué)測(cè)試(CHI660E電化學(xué)工作站，上海晨華儀器公司)表征。電化學(xué)測(cè)試包括動(dòng)電位極化與交流阻抗測(cè)試，工作站采用三電極體系：飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑電極為輔助電極，涂層/碳鋼樣品為工作電極。極化曲線測(cè)試掃描速率為2mV/s，交流阻抗在穩(wěn)定開路電位下測(cè)試，正弦擾動(dòng)電壓幅值為10 mV，頻率范圍10-2～105Hz。

2 結(jié)果與討論

2.1 Q235鋼板上高分子涂層的結(jié)構(gòu)

圖 1所示為Q235鋼板涂覆EP、PE膜后的表面、截面形貌圖。從圖中可以看出，兩種膜都均勻覆在基體表面，EP膜表面和內(nèi)部均存在較多的孔隙和缺陷，PE膜則較為完整致密。這是由于EP涂層屬于熱固性樹脂，在固化過程中固化劑分布不均勻和固化速度不同而在涂層表面及內(nèi)部留下微孔和縫隙[7]。PE涂層屬于熱塑性樹脂，固化過程相對(duì)簡單，形成的PE膜較為完整致密。通過EDS對(duì)A、B區(qū)域進(jìn)行成分分析可以得到，EP膜以C(56.25 %)、O(6.63 %)為主，還存在Ca、Ba、Mg等元素，主要來自EP粉末涂料中添加的填料、添加劑(如CaCO3、BaSO4等)。PE膜則主要含C元素，含量超過了94.79 %。

圖1 不同高分子膜樣品掃描電鏡照片(a)EP膜樣品；(B)PE膜樣品

2.2 動(dòng)電位極化曲線

圖2 Q235基體與覆高分子涂層樣品在3.5%NaCl溶液中的極化曲線

圖2為Q235鋼基體與EP、PE膜樣品在3.5% NaCl溶液中的極化曲線，表1所示為相應(yīng)的電化學(xué)參數(shù)擬合結(jié)果。從中可以看出，Q235鋼基體的自腐蝕電位Ecorr為-0.9V，自腐蝕電流Icorr為6.60×10-6A·cm-2。涂覆高分子涂層后， EP樣品的Icorr降低了1個(gè)數(shù)量級(jí)，PE樣品的Icorr降低了2個(gè)數(shù)量級(jí)。這是由于高分子涂層具有較高的極化電阻(RP)，EP膜樣品的RP比Q235基體高出1個(gè)數(shù)量級(jí)，PE膜樣品的RP比Q235基體高出2個(gè)數(shù)量級(jí)。這表明，在Q235鋼表面涂覆EP膜和PE膜后，均能有效阻隔腐蝕介質(zhì)與基體接觸，提高基體的耐腐蝕性能，且PE膜對(duì)基體的保護(hù)比EP膜更好。

表1 圖2極化數(shù)據(jù)擬合結(jié)果

2.3 電化學(xué)阻抗分析

圖3給出了EP、PE膜樣品在3.5% NaCl溶液中不同浸泡時(shí)間的交流阻抗譜圖。從圖3a可以看到，在浸泡初期 EP膜試樣的低頻(10-2Hz)阻抗模值為4.47×107Ω·cm-2，PE膜樣品為108Ω·cm-2以上，比EP膜樣品高出1個(gè)數(shù)量級(jí)，這與極化數(shù)據(jù)中PE膜具有更高的極化電阻對(duì)應(yīng)。隨著浸泡時(shí)間延長略微下降。這是由于腐蝕介質(zhì)的浸入，兩種膜的阻抗模值均降低。浸泡中期，低頻區(qū)阻抗模值先上升后下降，這可能是因?yàn)殡S著腐蝕介質(zhì)浸入EP膜， 涂層發(fā)生膨脹，EP膜本身存在的孔隙、裂紋相對(duì)縮小，使腐蝕介質(zhì)透過膜的阻礙增大，因此阻抗值增大。在浸泡后期，低頻阻抗模值降到了106Ω·cm-2以下，此時(shí)PE膜樣品的阻抗值仍比EP樣品高出1個(gè)數(shù)量級(jí)，但比浸泡初期降低了3個(gè)數(shù)量級(jí)，表明腐蝕介質(zhì)已經(jīng)到達(dá)基體表面并與之發(fā)生反應(yīng)。隨著腐蝕繼續(xù)進(jìn)行，涂層與基體的結(jié)合被破壞，導(dǎo)致EP涂層局部失粘并起泡，PE涂層出現(xiàn)了肉眼可見的腐蝕點(diǎn)。

圖3 EP、PE膜樣品在3.5%NaCl溶液中的阻抗譜圖 (a) EP膜樣品

圖3 EP、PE膜樣品在3.5%NaCl溶液中的阻抗譜圖(b) PE膜樣品

3 結(jié)論

(1)在Q235鋼表面涂覆高分子涂層能有效提高其耐腐蝕性能。高分子涂層能有效阻隔腐蝕介質(zhì)，涂層的極化電阻比基體高出2個(gè)數(shù)量級(jí)左右，從鹽水浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果能看出，涂層能大大延長其Q235鋼的使用壽命。

(2)PE涂層對(duì)Q235鋼的保護(hù)性能比EP涂層具有更優(yōu)良。EP膜測(cè)得的極化電流密度比PE膜高1個(gè)數(shù)量級(jí)，交流阻抗電阻比PE膜約低1個(gè)數(shù)量級(jí)，且鹽水浸泡中EP涂層失效時(shí)間比PE涂層早近1000h。

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(本文文獻(xiàn)格式：王瑞環(huán)，陳明安.Q235鋼表面不同高分子涂層耐蝕性對(duì)比[J].山東化工，2016，45(08)：82-84.)

Corrosion Resistance of Q235 Steel Treated with Different Coatings

Wang Ruihuan,Chen Mingan

( 410083,China)

The Q235 steel was treated by epoxy resin and polyethylene coating, separately. The structure of the samples with polymer coating was investigated by a scanning electron microscope (SEM) and an energy dispersed X-ray spectroscope (EDS), and the corrosion resistance of the polymer coated samples was investigated by electrochemical techniques. The results show that the polymer coatings remarkably improve the corrosion resistance of the Q235 steel. The corrosion resistance of the PE coating is better than that of EP coating.

Q235 Steel；epoxy resin; polyethylene coating; corrosion resistance

2016-03-11

王瑞環(huán)(1991—)，湖南益陽人，在讀碩士研究生，主要從事表面防腐蝕涂層研究。

TG174.42

B

1008-021X(2016)08-0082-03