基于曲线的军用车辆有机涂层防护性能研究(2)

(3)

式中：Ai为电流噪声强度；Si为功率谱密度曲线高频段斜率。Ai与工作电极的腐蚀速率有关，Si与噪声暂态峰寿命有关，能够描述腐蚀过程中金属的钝化及再钝化信息[14]。

图4 两种涂层各个周期的电流功率谱密度（PSD）曲线Fig.4 Current power spectral density (PSD) curves of the two coatings in each cycle: a) gray organic coating; b) metallic paint coating

为了更好地分析两种涂层的PSD曲线，利用式（3）对每个试验周期之后的电流噪声PSD曲线进行拟合，得到相应的参数Ai和Si[15]，见表1。

表1 灰色有机涂层和金属漆涂层谱的PSD曲线拟合结果Tab. 1 PSD curve fitting results of gray organic coating and metallic paint coating spectrum周期灰色有机涂层金属漆涂层 噪声强度曲线斜率噪声强度曲线斜率 C0?21.290 86?0.009 06?22.949 530.102 61 C1?17.298 32?0.219 38?20.705 35?0.461 25 C2?16.816 86?1.253 51?19.580 11?1.265 54 C3?20.429 95?0.908 25?21.122 67?1.1521 C4?19.780 650.315 91?20.256 71?0.155 38 C5?21.837 59?0.643 74?21.833 63?0.518 58 C6?19.138 81?0.623 39?21.166 14?0.713 63 C7?20..273 57?19.164 18?0.938 72 C8?19.370 92?0.033 67?20.586 57?0.224 12 C9?20.184 99?0.544 26?21.237 76?0.276 99

噪声强度Ai的值可以反映出腐蚀强度的大小，Ai越大，表示涂层腐蚀速率越快[16]。从表1中可以看出，灰色有机涂层的电流噪声度明显高于金属漆涂层，说明金属漆涂层的防护性能优于灰色有机涂层，腐蚀性粒子Cl?在灰色有机涂层的渗透速度快于金属漆涂层[17]。在第1、2周期之后，两种涂层的Ai值都呈现减小趋势。由于金属漆涂层可以生成致密的钝化膜[18]，在第3、5、6周期，防护性能都有小幅度提升。灰色有机涂层在3、5、7周期的噪声强度变小，可能与其腐蚀产物堵塞离子通道有关[19]。曲线斜率Si的变化趋势与噪声强度相反，在腐蚀速率快的时候，斜率变小，表现在图像上为直线更陡；相反地，腐蚀速率慢的时候斜率变大，曲线变得更为平缓[20]。

3 结论

1）金属漆涂层的变化规律说明，钝化膜在减缓涂层腐蚀失效过程中起到了重要作用。

2）通过拟合电流功率谱密度图谱，得到了噪声强度Ai和高频段斜率Si。两种涂层的噪声强度都在第2、3周期的时候达到最大值，金属漆涂层的噪声强度明显小于灰色有机涂层；曲线斜率Si的变化趋势与噪声强度相反。

目前，在有机涂层腐蚀研究领域，绝大多数的测量方法都是在工作电极的表面施加某一电压、电流信号，进而测量参比电极和辅助电极上的电流电压信号，通过分析根据这些信号得到的响应函数，来研究电极反应的速率、影响因素和状态机理[1]。在工作电极的表面施加扰动信号以后，或多或少都会影响到腐蚀反应的电位电流信息，因此，腐蚀防护领域一直在寻找一种无损无干扰的直接测量技术。电化学噪声便是这样一种测量方法。电化学噪声（Electrochemical Noise, EN），是指电化学反应进行过程中，反应系统的电化学参量（如电极电位、外测电流等）随时间发生的非平衡态随机波动现象[2]。

为了将电流、电位噪声谱联系起来，Xiao H，Mansfeld F等人定义了谱噪声函数Rsn(f)[3]，如式（1）所示。

(1)

式中：VFFT(f)和IFFT(f)分别为经过快速傅里叶变换得到的电位和电流噪声函数；VPSD(f)和IPSD(f)分别为电位和电流功率谱密度[4]。谱噪声电阻为谱噪声函数的低频极限值[5]，即：

(2)

H. Xiao等人[6]发现，金属铁在各种介质中发生腐蚀现象的时候，极化电阻Rp、噪声电阻Rn和谱噪声电阻具有良好的一致性。刘继慧[7]对某型涂层在浓度为0.05 mol/L的NaCl溶液中的浸泡过程进行了研究，发现谱噪声电阻与噪声电阻Rn在试验过程中的变化趋势大致相同，但是的值小于Rn。张睿[8]设计进行了军用车辆有机涂层在盐雾喷淋条件下的加速腐蚀试验，发现涂层谱噪声电阻要略大于噪声电阻Rn，但是两者变化趋势大致相同，都可以作为评价其防护性能的有效参数。

1 试验

1.1 试样

试验所用试样取自现役车辆装备两种涂层，分别为灰色有机涂层和金属漆涂层。基板材料为Q/BQB403/ST14冷轧低碳钢板，规格为60 mm× 60 mm×1 mm。

1.2 加速腐蚀试验及测试流程

本加速腐蚀试验共9个循环，每个循环参数设置如图1所示。相关参数设置以我国南部沿海地区的平均气候参数为基准，并参考了美空军F-18飞机涂层加速腐蚀试验标准（CASS）和国军标[9]。

1）耐湿热试验，1个周期为168 h。试验条件：相对湿度为95%~100%，温度为43 ℃。

文章来源：《腐蚀科学与防护技术》 网址: http://www.fskxyfhjszz.cn/qikandaodu/2021/0617/820.html