Page 146 - 2025年7月防腐蚀专辑

冷昕阳等：石墨烯包覆空心玻璃微球改性水性环氧富锌防腐涂料

进行模拟电路分析，引入等效电路表征涂层结构和 中显示 1 个容抗弧，即 1 个时间常数，且部分涂层
渗透颗粒的影响如图 8 所示。为了适应不完美的电 Nyquist 图的容抗弧不完整，说明此时仅有少部分腐
容响应，使用恒相位元件（CPE）表征涂层界面处的电 蚀介质渗透到涂层中，离子通道还未完全形成，但由
容响应。在这个模型中，R 是溶液电阻。采用双层恒 于 RGO-HGM 的导电性，在 Bode 图中，实验涂层阻抗
s
相位元件（Q ）和界面电荷转移电阻（R）的平行组合 值低于空白样，最终根据阻抗谱图特征建立如图8（a）
dl t
表征锌颗粒的腐蚀界面。采用恒相位元件（Q）对涂 的等效电路。随着浸泡时间延长，到达涂层防腐中
c
层的聚合物基体进行建模，并用涂层电阻（R）表征涂 期阴极保护阶段，在此阶段 RGO-HGM 的添加，石墨
c
层的渗透结构。低频端阻抗谱的形状与 Warburg 阻 烯不仅在涂层中的屏蔽作用，同时完善导电通道，在
抗相似，可以归因于腐蚀界面处的扩散控制过程。 Bode图中体现为阻抗模值均有所下降，但大部分高于
因此，引入 Warburg 阻抗（Z ）来表征通过牺牲颗粒腐 空白样品，同时 Nyquist图由单容抗弧变为双容弧，即
w
蚀界面的扩散过程。 2 个时间常数，则采用图 8（b）等效电路进行拟合。浸
由图 7 可知，在初始屏蔽活化阶段，在 Nyquist 图 泡末期，即涂层失效期，可采用图8（c）的等效电路。

2
1 D 2 1 D 1 D
2 1
1
2 2 D
D
2 2 2 :
D
（a）—浸泡初期（24 h） （b）—浸泡中期（144 h） （c）—浸泡后期（528 h）
图8 电化学阻抗谱的等效电路
Fig. 8 Equivalent circuit of electrochemical impedance spectroscopy
结合图 7 中数据和图 8 模型，模拟得出的各个阶 的锌腐蚀产物对于其导电性的屏蔽并不明显因此下

段涂层电阻和电荷转移电阻如表 2 所示。浸泡 24 h 降程度大。
时，涂层电阻 R 由大到小排列时，RGO-HGM 添加量 为了进一步研究 RGO-HGM 对锌在涂层中的分
c
分别是 0、4%、2%、6% 和 8%。纯环氧富锌涂层电阻 布和性能的影响，根据线路最小电阻规则对锌的分
比添加 RGO-HGM 的涂层高，是因为 RGO-HGM 的引 布和分类进行简化排序，按锌与涂层的内界面接触
入，涂层整体的导电性提高，锌颗粒与铁基体之间的 和与涂层的外界面接触，分为孤立锌和界面锌，建立
电连接会得到不同程度的增加，造成涂层电阻下降。 相应的传输线模型 。利用 Matlab 软件对电化学阻
[5]
而 RGO-HGM 含量为 4% 的涂层电阻高于 2% 含量 抗谱进行拟合，得到传输线模型各参数，R 、R 、R 分
pz
z
zs
的，是因为随着 RGO-HGM 添加量的提高，HGM 增加 别代表锌电阻、锌与界面接触电阻和渗透锌电阻。
物理屏蔽作用，增大渗透阻力，当 HGM排列到一定程 C 、C 、C 表示锌颗粒之间的电容、锌颗粒与界面的电
zz zs c
度后，继续添加并不会提高屏蔽效果，而 RGO 的增加 容、涂层内外界面的电容。定义界面锌和孤立锌的
会使涂层导电性提高，造成涂层电阻下降。随着时 总量为 1，其中界面锌的比例为 θ，则孤立锌的比例为
间增长，对于电荷转移电阻 Rt而言而，随着 RGO的增 1-θ。并根据文献 中公式计算得到 θ，具体结果如
[5]
加，锌颗粒的腐蚀速率均呈上升的趋势。添加 4% 表3所示。
RGO-HGM 的涂层其添加量在一个合理的范围，产生 由表 3 可知，在锌含量相同的情况下，石墨烯的

表2 各涂层试样不同阶段模拟得到的涂层电阻和电荷转移电阻
Table 2 Coating resistance and charge transfer resistance simulated at different stages of each coating sample
RGO-HGM 含量/%
项目 浸泡时间/h
0 2 4 6 8
24 2. 9×10 8 4. 8×10 7 7. 4×10 7 2. 0×10 7 2. 3×10 6
R /（Ω·cm）
2
c 7 6 5 5 5
144 1. 2×10 4. 6×10 6. 5×10 4. 6×10 3. 0×10
24 2. 8×10 7 3. 3×10 8 5. 5×10 8 8. 7×10 6
R /（Ω·cm）
2
t 8 7 7 6 6
144 2. 3×10 1. 3×10 4. 5×10 7. 4×10 1. 1×10
141