王瑞环，陈明安

(中南大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410083)

Q235钢表面不同高分子涂层耐蚀性对比

王瑞环，陈明安

(中南大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410083)

对Q235碳钢进行表面处理，涂覆环氧树脂(EP)和聚乙烯(PE)涂层来提高其耐腐蚀性能。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)分析了涂层的形貌结构及其组成，通过电化学测试研究了涂层/Q235碳钢体系在3.5% NaCl溶液中的腐蚀电化学行为。结果表明，高分子涂层能有效提高碳钢的耐腐蚀性能，且PE涂层比EP涂层对碳钢的保护性能更好。

Q235碳钢；环氧树脂；聚乙烯涂料；耐蚀性

Q235碳钢指的是屈服极限为235MP的碳素结构钢，由于其含碳量适中，综合性能好，强度塑性优良，广泛应用于管道、房屋、车辆、船舶等建筑及工程结构中[1-2]。然而碳钢在潮湿环境中，易发生电化学腐蚀，一旦钢铁设施腐蚀报废，就会造成巨大损失，甚至引发安全事故[3-5]。为了减少碳钢的腐蚀损失，人们采取了许多措施，但迄今为止仍以有机涂层最有效、最经济，应用也最为普遍[6-7]。EP涂料具有优良的物理机械性能和防腐蚀性能，由于环氧树脂分子中含有羟基、醚键等极性基团，因此对金属等材料有着优良的附着力，使其更好的附着在金属表面起到保护基体的作用[8-9]。PE烯粉末涂料具有耐腐蚀性能好、耐候性优良、装饰效果好、无污染等优点，也被广泛应用于钢结构设备保护[10-11]。

然而目前涂层的腐蚀机理及对Q235保护作用的优劣研究较少。因此，本文以贵州华兴管业生产的Q235钢/高分子涂层复合管道为研究对象，研究了EP、PE两种涂层对Q235钢腐蚀性能的影响，为钢管涂层的选择提供参考。

1 实验

所用试样为Q235碳钢，主要成分为C(0.18%)、Mn (0.65 %)、Si(0.3 %)、S(0.45 %)、P(0.04 %)，其余为Fe。将碳钢切成50×140mm2的钢板，经过脱脂、除锈、磷化、碱洗前处理后，分别涂覆EP粉末涂料(亿欧塑化公司)和PE粉末涂料(扬州柏立粉末涂料有限公司)，在215℃温度下固化20min，制得分别涂覆了EP和PE膜的Q235钢板样品。

采用Sirion200扫描电镜(荷兰Philips公司)对涂层/Q235钢样品表面形貌进行观察，用X射线能谱仪对样品进行化学成分分析。样品腐蚀行为通过20℃、3.5% NaCl溶液中电化学测试(CHI660E电化学工作站，上海晨华仪器公司)表征。电化学测试包括动电位极化与交流阻抗测试，工作站采用三电极体系：饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂电极为辅助电极，涂层/碳钢样品为工作电极。极化曲线测试扫描速率为2mV/s，交流阻抗在稳定开路电位下测试，正弦扰动电压幅值为10 mV，频率范围10-2～105Hz。

2 结果与讨论

2.1 Q235钢板上高分子涂层的结构

图 1所示为Q235钢板涂覆EP、PE膜后的表面、截面形貌图。从图中可以看出，两种膜都均匀覆在基体表面，EP膜表面和内部均存在较多的孔隙和缺陷，PE膜则较为完整致密。这是由于EP涂层属于热固性树脂，在固化过程中固化剂分布不均匀和固化速度不同而在涂层表面及内部留下微孔和缝隙[7]。PE涂层属于热塑性树脂，固化过程相对简单，形成的PE膜较为完整致密。通过EDS对A、B区域进行成分分析可以得到，EP膜以C(56.25 %)、O(6.63 %)为主，还存在Ca、Ba、Mg等元素，主要来自EP粉末涂料中添加的填料、添加剂(如CaCO3、BaSO4等)。PE膜则主要含C元素，含量超过了94.79 %。

图1 不同高分子膜样品扫描电镜照片(a)EP膜样品；(B)PE膜样品

2.2 动电位极化曲线

图2 Q235基体与覆高分子涂层样品在3.5%NaCl溶液中的极化曲线

图2为Q235钢基体与EP、PE膜样品在3.5% NaCl溶液中的极化曲线，表1所示为相应的电化学参数拟合结果。从中可以看出，Q235钢基体的自腐蚀电位Ecorr为-0.9V，自腐蚀电流Icorr为6.60×10-6A·cm-2。涂覆高分子涂层后， EP样品的Icorr降低了1个数量级，PE样品的Icorr降低了2个数量级。这是由于高分子涂层具有较高的极化电阻(RP)，EP膜样品的RP比Q235基体高出1个数量级，PE膜样品的RP比Q235基体高出2个数量级。这表明，在Q235钢表面涂覆EP膜和PE膜后，均能有效阻隔腐蚀介质与基体接触，提高基体的耐腐蚀性能，且PE膜对基体的保护比EP膜更好。

表1 图2极化数据拟合结果

2.3 电化学阻抗分析

图3给出了EP、PE膜样品在3.5% NaCl溶液中不同浸泡时间的交流阻抗谱图。从图3a可以看到，在浸泡初期 EP膜试样的低频(10-2Hz)阻抗模值为4.47×107Ω·cm-2，PE膜样品为108Ω·cm-2以上，比EP膜样品高出1个数量级，这与极化数据中PE膜具有更高的极化电阻对应。随着浸泡时间延长略微下降。这是由于腐蚀介质的浸入，两种膜的阻抗模值均降低。浸泡中期，低频区阻抗模值先上升后下降，这可能是因为随着腐蚀介质浸入EP膜， 涂层发生膨胀，EP膜本身存在的孔隙、裂纹相对缩小，使腐蚀介质透过膜的阻碍增大，因此阻抗值增大。在浸泡后期，低频阻抗模值降到了106Ω·cm-2以下，此时PE膜样品的阻抗值仍比EP样品高出1个数量级，但比浸泡初期降低了3个数量级，表明腐蚀介质已经到达基体表面并与之发生反应。随着腐蚀继续进行，涂层与基体的结合被破坏，导致EP涂层局部失粘并起泡，PE涂层出现了肉眼可见的腐蚀点。

图3 EP、PE膜样品在3.5%NaCl溶液中的阻抗谱图 (a) EP膜样品

图3 EP、PE膜样品在3.5%NaCl溶液中的阻抗谱图(b) PE膜样品

3 结论

(1)在Q235钢表面涂覆高分子涂层能有效提高其耐腐蚀性能。高分子涂层能有效阻隔腐蚀介质，涂层的极化电阻比基体高出2个数量级左右，从盐水浸泡实验结果能看出，涂层能大大延长其Q235钢的使用寿命。

(2)PE涂层对Q235钢的保护性能比EP涂层具有更优良。EP膜测得的极化电流密度比PE膜高1个数量级，交流阻抗电阻比PE膜约低1个数量级，且盐水浸泡中EP涂层失效时间比PE涂层早近1000h。

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(本文文献格式：王瑞环，陈明安.Q235钢表面不同高分子涂层耐蚀性对比[J].山东化工，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

王瑞环(1991—)，湖南益阳人，在读硕士研究生，主要从事表面防腐蚀涂层研究。

TG174.42

B

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