多环境因素耦合下涂层/碳钢界面微观剥离与腐蚀萌生的交互作用机制

We study the failure behavior of the protective coating/carbon steel system with different attachment mechanisms (chemical bond attachment, Van der Waals' force attachment), under the salt spray-xenon which simulatesthe coupling effect of multi-environmental factors ( media, radiation, temperature, water,). Through the combination of SIET analysis and freeze-cutting microanalysis, the micro-environment (pH, ion concentration, oxygen state, corrosion products) and the evolution process of metal corrosion under coating was understood. Using the XPS, AFM, SAM technologies, microscopic Stripping on Coating/Carbon Steel Interface and the influence by the micro-environmental factors was analysed at the level of chemical bond energy and molecular group. By using the localized electrochemical techniques (LEIS, SKP, SECM), we compared the influences of micro-environmental and multi-factors to the micro-area electrochemical corrosion of the penetration defect coating. The initial conditions of electrochemical corrosion under the film was revealed. and the multi-factor interaction mechanism between microscopic stripping on coating/metal interface and initiation of corrosion was obtained by analysing the correlation of the data from localized electrochemical scans and the micro-failure morphology (ESPI, SAM) on coating.

针对不同附着（化学键附着、范德华力附着）作用的防护涂层/碳钢体系，开展盐雾-氙灯（腐蚀介质、光、水、温度、冷热交替）多环境因素耦合下涂层/金属界面失效行为的研究，通过SIET分析和冷冻切割微量分析技术结合，探明涂层膜下金属腐蚀微环境情况（pH、离子、含氧、腐蚀产物）及演变过程，结合XPS、AFM、SAM等分析，在化学键能、分子基团层面上分析涂层/金属界面的微观剥离机制及环境因素耦合的协同作用；利用微区电化学（LEIS、SKP、SECM）技术，对比分析微环境因素和多因素耦合对膜下电化学腐蚀信息的分布影响规律，揭示膜下金属电化学腐蚀萌生的电初始条件；利用数学典型相关分析方法将微区电化学扫描数据与膜下界面失效形貌（SAM、ESPI）数据相关联，分析多环境因素耦合下涂层/金属界面微观剥离与腐蚀萌生的交互作用机制。

本研究基于海洋大气环境，以物理吸附（范德华力）附着涂膜/金属体系和化学结合附着涂膜/金属体系为研究对象，针对涂层/金属失效的关键科学问题——涂层/金属界面微观剥离、膜下腐蚀电化学发生条件及它们的交互作用机制，开展了海洋大气多因素耦合环境下涂层失效行为研究：首先通过海洋大气环境试验和一般加速试验（盐雾、紫外、循环）下涂层老化行为相关性研究和海洋大气环境因子关联性研究，设计了多因素耦合加速谱和耦合加速试验箱，建立了多因素耦合加速试验方法，研究了耦合加速环境下涂层老化失效行为，进一步验证了该方法的科学性和可行性；基于耦合加速环境下涂层鼓泡行为及泡下微环境分析设计了模拟不同膜下金属腐蚀阶段的梯度微环境腐蚀模拟液；进而在在耦合加速环境和膜下模拟液环境，研究了微环境介质对涂层/金属界面微观剥离行为演变的影响规律及多因素耦合的协同作用，从化学键能、分子基团层面上阐明了涂层/金属界面微观剥离的机制；基于微环境腐蚀模拟液、多因素耦合环境下膜下金属的局部交流阻抗谱（LEIS）、扫描Kelvin电位（SKP）、扫描电化学显微镜（SECM）等微区电化学行为演变规律，结合金属腐蚀热力学、动力学基本原理，阐述了膜下金属腐蚀的电化学初始条件。基于高分子涂层化学基团与金属界面的化学物理作用，结合膜下金属腐蚀发生的初始条件，阐述了多环境因素耦合下涂层/金属界面微观剥离与膜下金属腐蚀萌生的交互作用机制。..多因素耦合加速试验方法的建立为海洋大气环境下防护涂层的安全服役、寿命评估、选材和规范标准的制定奠定了基础，制定了关于《建筑材料及构件盐雾/干/湿/光老化耦合循环暴露加速试验方法》的行业标准。基于涂层/金属界面微观剥离与腐蚀萌生的交互作用机制，开发了新型防护涂层技术，为海洋大气环境下涂层防护工程提供了借鉴。