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常用有机防腐层性能的研究方法
来源:http://www.dashengfangfu.com/ | 作者:dashengfangfu | 发布时间: 2013-01-22 | 89 次浏览 | 分享到:
 有机防腐层防腐是目前金属防腐应用最广泛、最有效和经济的方法。防腐层性能评价是防腐层开发研究及生产应用的重要环节,随着新的测试技术不断引入,评价方法不断丰富,以复杂仪器评价技术为特征,有机防腐层性能评价技术取得了很大的进步。但是,

 有机防腐层防腐是目前金属防腐应用最广泛、最有效和经济的方法。防腐层性能评价是防腐层开发研究及生产应用的重要环节,随着新的测试技术不断引入,评价方法不断丰富,以复杂仪器评价技术为特征,有机防腐层性能评价技术取得了很大的进步。但是,各种评价方法各有其特点和局限,不同方法的结合使用可以形成互为补充的关系,从而得出更切合实际的结果。

1)常规方法

常规方法是指把防腐层试件放置于腐蚀环境中,经过一定试验时间之后,将试件取出。观察防腐层发生变化的方法。试验方法包括:浸泡试验、耐盐雾试验、耐湿热试验等,观察项目包括:基材是否产生腐蚀,防腐层光泽、颜色的改变,防腐层是否起泡、脱落、开裂、膨胀等。

浸泡试验  根据防腐层使用环境,选择一定的腐蚀性溶液,如盐水、污水、酸或碱溶液、有机溶剂或其他化学介质溶液,将防腐层试件放入其中浸泡,在试验期间,观察防腐层的变化,记录防腐层开始失效的时间;或在试验周期结束之后,检查防腐层的变化。

这种试验简单、直观,能够比较真实地反映防腐层耐蚀性能,也是管道防腐层性能评价经常采用的试验方法。

耐盐雾试验  先将防腐层试件划出规定形状的伤痕,然后置于盐雾试验箱中,试验箱内控制一定的温度条件,用一定浓度的盐水进行喷雾,经过设定时间试验之后,取出试件,按浸泡试验结果检查同样的方法进行检测。试验条件可以有很多种选择,如可以将盐雾、干燥、湿热三种条件进行综合和循环,达到试验目的。这种方法应用也很广,但与实际使用环境的差别比较大,对海洋大气环境的应用评价意义更大,对埋地管道防腐并没有太多实际意义。

耐湿热试验  将防腐层试件置于湿热试验箱中,按规定控制试验箱内温度条件、湿度条件,经过设定时间试验之后,取出试件,采用和浸泡试验相同的结果检查方式进行检测。湿热试验条件在很多情况下与实际条件接近或相符,对潮湿环境中的钢结构比浸水试验更说明问题,也适用于对加热输送管道的防腐层评价。

常规试验方法还有一些,这些方法虽然有前面提到的优点,但试验结果一般都属于定性描述的范畴,试验周期长,结果分散性大、重现性差,对腐蚀动力学和防腐层失效机理的研究还远远不够。

2)电化学方法

防腐层保护下的金属腐蚀实际是一个电化学过程,因此,测量腐蚀过程中电化学信号的变化,就可以解译防腐层失效和金属腐蚀的过程。电化学测量方法很多,常用的有直流电化学法、电化学阻抗法、电化学噪声法和氢渗透电流法。

直流电化学法  这种方法一般需要对被测试体系施加一定强度的扰动信号,而可能使得体系偏离原有腐蚀进程,所以无法实现真实原位检测。因此,这种方法一般作为辅助试验手段,而很少单独使用。方法包括电位/时间法、直流电阻法、极化曲线法、极化电阻法和阴极剥离试验等,其中电位/时间法不用外加信号。这些方法中,只有阴极剥离成为管道防腐层的常规检验项目。

电化学阻抗法(electrochemical impedance spectroscopyEIS  此法是向被测试体系施加小振幅正弦交变信号进行扰动,测试系统的阻抗谱或导纳谱,采用等效电路模型进行分析,获取试验体系的电化学过程信息。EIS法能够在不同频率范围内分别获得溶液和防腐层的电阻,防腐层电容】界面反应电阻、界面双电层电容等信息,实时反映防腐层的性能变化和破坏过程。EIS法还无法给出腐蚀机理的充分解释,这是其不足之处。

电化学噪声法(electrochemical noise methodENM  此法通过测量工作电极和参比电极之间,或者两个相同电极之间产生的自发电流以及(或者)电位的波动,从而进行金属腐蚀的分析。ENM法不用施加外界扰动信号,是一种“原位”、“无损”的金属腐蚀测量技术,也不用建立模拟试验模型,可通过数据处理得到腐蚀数据和腐蚀机理信息;对仪器的要求不高,测试方法相对简单。近十多年来,随着计算机数据采集、信号处理与分析技术的快速发展,ENM法在防腐层耐蚀性的研究方面得到更多应用,并开始用于现场腐蚀检测,显示了良好的应用前景。

氢渗透电流法  氢是防腐层下阴极过程的还原产物,对氢的渗透进行定量测量、确定其变化规律,就能够揭示防腐层下金属腐蚀进程,评价防腐层的耐蚀性。这种方法适用于酸性和中性环境中的防腐层体系研究,能够在实际工况条件下进行防腐层防腐效果、防腐层/金属界面电化学行为等的研究。

毋庸置疑,电化学分析将会在防腐层性能评价方面得到越来越多的应用,由于实验仪器,如EIS所用的电化学阻抗谱仪价格昂贵,试验、数据分析和处理均需要相当的专门知识,因此,如果学校、科研院所将电化学分析研究技术更多地应用和深入到管道防腐层研究领域,将会有力地推动管道防腐层性能评价技术的发展。

3)光谱学方法

红外光谱法  各种物质都有特定的红外光谱吸收峰,用红外光谱仪(如傅里叶变换红外光谱仪)可以对物质进行定量测量并跟踪物质浓度的变化,从而揭示防腐层的化学变化和各种生产物的情况,这对于防腐层的耐蚀性研究、防腐层防腐机理研究非常便利。此法简单,结果的重现性也好,已广泛应用于涂料的研究。

红外显微技术  这种技术将高通量的干涉红外线聚焦到微小样品区域上,可以在pg级的微小颗粒或微米级的微小区域得到高质量的红外光谱,灵敏度非常高,具有极精确的对物质进行定位和定性的能力,如曾被用于研究硫酸根离子在环氧防腐层中的传播规律。这种技术非常适用于防腐层防腐性能和防腐机理的研究。

激光拉曼光谱法  此法的技术原理为:利用可见光范围内的拉曼散射效应,测定分子的振动光谱,揭示分子的组成和结构。这种方法容易实现以电化学调制的原位测试,对防腐层下金属腐蚀机理、防腐层耐蚀性能研究很有帮助,近20年中,尤其是在金属腐蚀研究领域发展迅速。

然而,在我国极难见到应用光谱学法研究管道防腐层方面的报道。

4)表面分析技术

电子显微技术、如扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)能够获得防腐层微观结构、防腐层/金属界面结合状况等信息。其中,扫描电镜利用二次电子和背散射电子成像,可以得到20万倍的放大倍数;扫描透射电镜的分辨率已经达到0.2~0.5mm,仪器配套的电子衍射和能量色散X射线分析仪还能够进行微观结构和微区成分的分析。扫描隧道显微镜、原子力显微镜能够直接给出表面三维立体图像;X电子能谱、俄歇电子能谱、离子散射能谱等可以给出化学组成信息,定量分析效果好。这方面的技术和方法非常多,不一一列举。这类技术能够给出防腐层的微观组织结构、化学组成等众多信息,对防腐层性能、性质变化的研究非常有用。

以上介绍的有机防腐层防腐性能测试和评价方法与技术,能够对防腐层的防腐作用,包括隔离作用、对金属表面的钝化和缓蚀作用、对腐蚀电化学反应的遏制作用等进行和评价,揭示防腐层和被保护金属体系非常复杂、防腐层微观结构的变化、化学和电化学的过程和变化、机理和规律,进而科学地评价防腐层的防腐性能。这需要科研工作者做大量的工作,尤其是地下管道防腐层体系非常复杂,这方面的研究工作进行得非常少,离管道防腐层系统评价的需要相距甚远;而且,这些方法有不少对管道防腐层的原位监测具有重要意义,在不远的将来可能得到更多的应用。