Page 154 - 2025年7月防腐蚀专辑

思成等：环氧涂层在深海环境下的适用性评价

C 表现为单一容抗 ，说明电解液尚未渗透至涂 涂层别下降了 95. 6%、48. 6%、94. 0% 和 96. 8%；在深
层/底材界面，其等效电路为图 1（a），而涂层 A 和 D 的 水压浸泡至 28 d，A、B、C、D 4 种涂层在 0. 01 Hz 的阻
Nyquist图中显现了 2个容抗 的特征，说明已有少量 抗模值分别为 8. 08×10 ·cm 、9. 09×10 ·cm 、
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电解液到达涂层/金属界面处，形成了腐蚀微电池，其 2. 40×10 ·cm 、1. 08×10 ·cm ，较常压浸泡 28 d
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等效电路为图 1（b）。常压下浸泡至 28 d 后，A、B、C、 的涂层阻抗模值下降了 99. 6%、99. 2%、94. 8% 和
D 4 种涂层在 0. 01 Hz 的阻抗模值均下降了 1 个数量 97. 2%，100 kHz 的相位角分别为 75. 8 ° 、74. 0 ° 、
级以上 ，分别下降了 91. 3%、98. 4%、97. 7% 和 75. 6 °和 79. 8 °，可见 4 种涂层在所模拟深水环境下
90. 4%，各涂层的 Nyquist图均显现了 2个容抗 的特 均不能保持很好的抗渗透性。主要是由于深水压
征，且各涂层在 1 Hz 至 100 kHz 的相位角明显减小。 下海水对涂层系统的渗透速率显著增加，涂层吸水
这是因为常压条件下随着浸泡时间的增加，海水对 率的增加导致涂层阻抗减小；涂层在深水压作用下
涂层的渗透程度增加，电解液 达金属底材并形成 的物质溶出为电解液扩散提供了通道，导致涂层的
腐蚀微环境，同时涂层阻抗中的电阻成分占比减小， 抗渗透性进一步恶化。
部分测试电流可通过涂层形成回路的占比增加，表 2. 3 表面
现为相位角减小 。在深水压下浸泡 2 d 时，A、B、C、 图 6 分别列 了 4 种涂层初始表面形貌和经过
[11]
D 4 种涂层在 0. 01 Hz 的阻抗模值较常压浸泡 2 d 的 深水模拟实验后的表面形貌的 50倍放大照片。

（a）—涂层A （b）—涂层B （c）—涂层C （d）—涂层D
图6 深水实验前（ ）、后（ ）涂层试样的表面形貌
Fig. 6 Surface morphology of the coatings before（left） and after（right）deep-sea test

由图 6可见，4种涂层的初始表面形貌均致密，且 其附着力仅发生轻微变化，阴极剥离显著增加但依
无可见针孔等缺陷，但在深水压模拟实验后均出现 然符合常规涂层技术规范的要求，涂层的基本性能
了点状锈蚀。由表 1 可知，4 种涂料的体积固体含量 也均合格；但是涂层的吸水率显著增加、低频阻抗显
均低于90%，喷涂后湿膜中的溶剂挥发在涂层中留下 著下降，高频区阻抗的相位角显著下降，这表明涂层
微小通道，虽然多道（2 道）喷涂工艺可有效减少溶剂 受深水压作用致使涂层绝缘电阻、抗渗透性能显著
挥发的影响，但深水压的作用加速了海水在涂层中 下降。对深海防腐系统而言，涂层抗渗透性的下降
的渗透，海水沿溶剂挥发通道传播并最终到达金属 将显著影响阴极保护所需的电流密度和总电容量。
底材形成腐蚀环境。 这种情况下，适用于常规环境的阴保设计规范未必
2. 4 涂层对 护的影响 满足深水条件的使用要求，阴极保护所采用的涂层
破损率（涂装钢表面与裸钢表面的极化电流密度之
深水设施的防腐系统由防腐涂层和 阳极的
比）需要予以相应调整。
阴极保护 2 个部分组成。在防腐层完整且涂层绝缘
常见的阴极保护规范 DNV-RP-B401-2021 对涂
电阻较高的情况下，涂层保护起主导作用，受保护结
层破损率的计算方法进行了详细 述，且对 4类涂层
构物所需的极化电流密度较低， 阳极的消耗速 在 0~30 m 水深和>30 m 水深时的初始涂层破损率 a
率较慢，阴极保护系统的使用寿命较长。当涂层破 和年增长率b分别有所推荐，如表3所示 。
[12]
损或者绝缘电阻较低时，受保护结构物所需的极化 由表 3 可见，该规范对 4 类涂层在不同水深条件
电流密度较大， 阳极消耗速率增加，阳极使用寿
下所规定的初始涂层破损率 a基本一致；但考虑在 0~
命缩短。即，涂层的完整性和涂层阻抗不仅决定了 30 m 水深条件下海浪以及结构物清洗维护对涂层的
涂层自身的防腐效果，还影响阴极保护用 阳极 损伤，推荐了比>30 m 水深环境更大的破损率年增长
的消耗速率。因此，水下环境用防腐涂层的评价应 系数 b。可见，该标准的涂层破损率推荐值并未考虑
至少考虑 2 个方面：抗渗透性和耐阴极剥离性 。 深水条件对涂层阻抗的影响，不适用于本文所研究
[11]
本文所研究的 4 种涂层系统经深海模拟试验后， 环氧涂层在深水环境下的性能变化趋势。

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