基于曲线的军用车辆有机涂层防护性能研究(3)

2）耐紫外线试验，1个辐照周期为47.4 h。试验条件：辐照度为(60±10) W/m2，温度为(50±3) ℃。

3）耐中性盐雾试验，1个耐受周期为92.4 h。试验条件：温度为(35±2) ℃，每小时盐雾沉降速率为1~2 mL/80 cm2，NaCl溶液的质量分数为5%。

4）耐酸性盐雾试验，1个耐受周期为75.6 h。试验条件：温度为(35±2) ℃，每小时盐雾沉降速率为1~2 mL/80 cm2，NaCl溶液的质量分数为5%。

以上为1个周期的试验内容。

图1 涂层多因子综合环境加速腐蚀试验流程Fig.1 Accelerated corrosion experiment process of coating multi-factor comprehensive environment

2 结果及分析

2.1 电化学噪声频域分析

灰色有机涂层H的谱噪声函数频域谱如图2所示。通过对谱噪声函数频域谱求极限，可以得到谱噪声电阻[10]。灰色有机涂层H和金属漆涂层J的谱噪声电阻随试验周期的变化规律如图3所示。由图3可得，两种涂层在试验初期的保护性能最好，谱噪声电阻分别为9.55×108Ω/cm2和1.8×109Ω/cm2。经过1个循环之后，涂层H降至5.17×107Ω/cm2，涂层J降至8.8×108Ω/cm2。需要注意的是，在第4周期之后，两种涂层的谱噪声电阻都有了一定的增长，灰色有机涂层增长至7.5×107Ω/cm2，金属漆涂层增长至6.01×108Ω/cm2。除去客观因素的影响，灰色有机涂层可能是由于漆膜与基体金属接触的部分生成了大量的腐蚀产物，包括金属与H+反应析出的H2以及氧化生成的固体腐蚀产物[11]；金属漆涂层则是由于生成了一定厚度的致密氧化膜，阻止了腐蚀反应的进行[12]。经过9个周期的腐蚀试验之后，灰色有机涂层的谱噪声电阻下降了2个数量级，为1.3×106Ω/cm2，已经完全失去了对基底金属的保护作用；而金属漆涂层由于后期氧化膜对金属基体的二层防护作用，只下降了1个数量级，为3.62×108Ω/cm2，仍然具有一定的防护作用[13]。

图2 灰色有机涂层H谱噪声函数频域谱Fig.2 Frequency domain spectrum of spectrum noise function of gray organic coating H

图3 两种涂层谱噪声电阻随周期的变化规律Fig.3 Variation of spectrum noise resistance of two coatings with period: a) gray organic coating; b) metallic paint coating

2.2 通过线性拟合PSD图谱评价涂层防护性能

文中利用Hanning窗函数去除直流趋势的电化学噪声信号作快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform, FFT），得到电流功率谱密度曲线，如图4所示。Zhang Tao和Li Liu等分别研究了AZ91D镁合金和奥氏体不锈钢的腐蚀行为，利用式（3）对电流噪声进行了研究。

(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。

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