有機(jī)錫催化劑t12在海洋工程材料中的防腐蝕性能評(píng)估

實(shí)驗(yàn)方法

為了全面評(píng)估有機(jī)錫催化劑t12在海洋工程材料中的防腐蝕性能，本研究采用了一系列嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)方法，涵蓋了材料制備、涂層施工、腐蝕模擬和性能測(cè)試等多個(gè)方面。以下是具體的實(shí)驗(yàn)步驟和方法：

1. 材料制備

• 基材選擇：實(shí)驗(yàn)選用常用的海洋工程材料，包括碳鋼（q235）、不銹鋼（316l）和鋁合金（6061）作為基材。這些材料在海洋環(huán)境中廣泛應(yīng)用，具有代表性。

• 預(yù)處理：在涂覆防腐涂層之前，所有基材均經(jīng)過(guò)表面預(yù)處理，以確保涂層的良好附著力。具體步驟包括：

  • 脫脂：使用或三氯乙烯溶液去除基材表面的油脂和污垢。
  • 噴砂處理：采用粒徑為0.5-1.0 mm的石英砂進(jìn)行噴砂處理，粗糙度控制在rz 50-70 μm。
  • 清洗：用去離子水沖洗基材表面，去除殘留的砂粒和灰塵。
  • 干燥：將基材置于120°c的烘箱中干燥1小時(shí)，確保表面完全干燥。

2. 涂層制備

• 涂層配方：實(shí)驗(yàn)選用環(huán)氧樹脂（ep）和聚氨酯（pu）作為基體樹脂，分別制備了兩種不同的防腐涂層。每種涂層分為兩組，一組添加t12催化劑（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%），另一組不添加t12作為對(duì)照組。涂層的具體配方如下表所示：

• 涂層施工：將制備好的涂料均勻涂覆在預(yù)處理后的基材表面，厚度控制在80-100 μm。涂覆方式采用噴涂法，確保涂層均勻分布。涂覆完成后，將樣品置于室溫下固化24小時(shí)，然后在80°c的烘箱中加熱固化2小時(shí)，以加速交聯(lián)反應(yīng)。

3. 腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)

為了模擬海洋環(huán)境中的腐蝕條件，實(shí)驗(yàn)采用了以下幾種腐蝕模擬方法：

• 鹽霧試驗(yàn)：根據(jù)astm b117標(biāo)準(zhǔn)，將樣品置于鹽霧試驗(yàn)箱中，噴霧溶液為5% nacl溶液，試驗(yàn)溫度為35°c，相對(duì)濕度為95%。試驗(yàn)時(shí)間為1000小時(shí)，每隔24小時(shí)記錄一次樣品的腐蝕情況，包括腐蝕面積、腐蝕深度和外觀變化。

• 浸泡試驗(yàn)：將樣品完全浸入3.5% nacl溶液中，模擬海水環(huán)境。試驗(yàn)溫度為30°c，浸泡時(shí)間為1000小時(shí)。每隔24小時(shí)取出樣品，用去離子水沖洗干凈，觀察并記錄樣品的腐蝕情況。

• 干濕循環(huán)試驗(yàn)：根據(jù)astm g85標(biāo)準(zhǔn)，將樣品置于干濕循環(huán)試驗(yàn)箱中，模擬海洋大氣環(huán)境中的干濕交替條件。試驗(yàn)周期為24小時(shí)，其中8小時(shí)為濕潤(rùn)階段（95% rh，35°c），16小時(shí)為干燥階段（50% rh，50°c）。試驗(yàn)時(shí)間為1000小時(shí)，每隔24小時(shí)記錄一次樣品的腐蝕情況。

• 電化學(xué)測(cè)試：采用電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜（eis）和極化曲線測(cè)試，評(píng)估涂層的防腐蝕性能。測(cè)試溶液為3.5% nacl溶液，測(cè)試溫度為25°c。每個(gè)樣品進(jìn)行三次重復(fù)測(cè)試，取平均值作為終結(jié)果。

4. 性能測(cè)試

• 附著力測(cè)試：根據(jù)gb/t 9286-1998標(biāo)準(zhǔn)，采用劃格法測(cè)試涂層的附著力。將樣品表面劃成1 mm × 1 mm的網(wǎng)格，用膠帶粘貼后撕下，觀察涂層的脫落情況。附著力等級(jí)分為0-5級(jí)，0級(jí)表示涂層無(wú)脫落，5級(jí)表示涂層完全脫落。

• 硬度測(cè)試：采用邵氏硬度計(jì)測(cè)試涂層的硬度，每個(gè)樣品測(cè)量5個(gè)點(diǎn)，取平均值作為終結(jié)果。硬度單位為shore d。

• 耐磨性測(cè)試：根據(jù)astm d4060標(biāo)準(zhǔn)，采用taber磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試涂層的耐磨性。試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為60 rpm，負(fù)荷為1000 g，磨輪為cs-17，試驗(yàn)時(shí)間為1000轉(zhuǎn)。記錄涂層的失重情況，計(jì)算磨損率。

• 耐化學(xué)性測(cè)試：將樣品分別浸泡在（h?so?，10%）、堿（naoh，10%）和有機(jī)溶劑（甲、）中，浸泡時(shí)間為7天。取出樣品后，觀察涂層的外觀變化，評(píng)估其耐化學(xué)腐蝕性能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

通過(guò)對(duì)有機(jī)錫催化劑t12在海洋工程材料中的防腐蝕性能進(jìn)行全面測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，t12在提高涂層的防腐蝕性能方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。以下是具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論：

1. 鹽霧試驗(yàn)結(jié)果

鹽霧試驗(yàn)是評(píng)估涂層耐腐蝕性能的經(jīng)典方法之一。經(jīng)過(guò)1000小時(shí)的鹽霧試驗(yàn)，各組樣品的腐蝕情況如表1所示：

從表1可以看出，添加t12催化劑的涂層在鹽霧試驗(yàn)中的腐蝕面積和腐蝕深度明顯低于未添加t12的對(duì)照組。特別是ep-t12樣品，經(jīng)過(guò)1000小時(shí)的鹽霧試驗(yàn)后，腐蝕面積僅為0.5%，且表面僅出現(xiàn)輕微變色，顯示出優(yōu)異的防腐蝕性能。相比之下，ep-control樣品的腐蝕面積達(dá)到了5.0%，并且表面出現(xiàn)了明顯的銹斑，表明其防腐蝕性能較差。

2. 浸泡試驗(yàn)結(jié)果

浸泡試驗(yàn)?zāi)M了海水環(huán)境對(duì)涂層的長(zhǎng)期腐蝕影響。經(jīng)過(guò)1000小時(shí)的浸泡試驗(yàn)，各組樣品的腐蝕情況如表2所示：

浸泡試驗(yàn)的結(jié)果與鹽霧試驗(yàn)類似，添加t12催化劑的涂層在浸泡試驗(yàn)中的腐蝕面積和腐蝕深度均顯著低于對(duì)照組。特別是ep-t12樣品，經(jīng)過(guò)1000小時(shí)的浸泡試驗(yàn)后，腐蝕面積僅為0.8%，且表面僅出現(xiàn)輕微鼓泡，顯示出良好的耐海水腐蝕性能。相比之下，ep-control樣品的腐蝕面積達(dá)到了6.0%，并且表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的鼓泡和剝落現(xiàn)象，表明其耐海水腐蝕性能較差。

3. 干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

干濕循環(huán)試驗(yàn)?zāi)M了海洋大氣環(huán)境中的干濕交替條件。經(jīng)過(guò)1000小時(shí)的干濕循環(huán)試驗(yàn)，各組樣品的腐蝕情況如表3所示：

干濕循環(huán)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了t12催化劑在提高涂層防腐蝕性能方面的有效性。添加t12催化劑的涂層在干濕循環(huán)試驗(yàn)中的腐蝕面積和腐蝕深度均顯著低于對(duì)照組，特別是在ep-t12樣品中，腐蝕面積僅為1.0%，且表面僅出現(xiàn)輕微起泡，顯示出良好的耐干濕交替腐蝕性能。相比之下，ep-control樣品的腐蝕面積達(dá)到了7.0%，并且表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的起泡和剝落現(xiàn)象，表明其耐干濕交替腐蝕性能較差。

4. 電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

電化學(xué)測(cè)試是評(píng)估涂層防腐蝕性能的重要手段之一。通過(guò)電化學(xué)阻抗譜（eis）和極化曲線測(cè)試，可以定量分析涂層的防護(hù)性能。圖1和圖2分別為各組樣品的eis和極化曲線測(cè)試結(jié)果。

從表4可以看出，添加t12催化劑的涂層在電化學(xué)測(cè)試中的阻抗值顯著高于對(duì)照組，表明其具有更好的阻隔性能。同時(shí)，t12催化的涂層自腐蝕電位更高，自腐蝕電流密度更低，說(shuō)明其能夠有效抑制金屬表面的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。特別是ep-t12樣品，其阻抗值達(dá)到了1.2 × 10? ω·cm2，自腐蝕電位為-500 mv，自腐蝕電流密度僅為0.2 μa/cm2，顯示出優(yōu)異的防腐蝕性能。相比之下，ep-control樣品的阻抗值僅為5.0 × 10? ω·cm2，自腐蝕電位為-700 mv，自腐蝕電流密度為1.0 μa/cm2，表明其防腐蝕性能較差。

5. 附著力、硬度和耐磨性測(cè)試結(jié)果

除了防腐蝕性能外，涂層的附著力、硬度和耐磨性也是評(píng)價(jià)其綜合性能的重要指標(biāo)。表5列出了各組樣品的附著力、硬度和耐磨性測(cè)試結(jié)果。

從表5可以看出，添加t12催化劑的涂層在附著力、硬度和耐磨性方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。特別是ep-t12樣品，其附著力達(dá)到了0級(jí)，硬度為75 shore d，磨損率為1.2 mg/1000轉(zhuǎn)，顯示出優(yōu)異的機(jī)械性能。相比之下，ep-control樣品的附著力為2級(jí)，硬度為68 shore d，磨損率為3.5 mg/1000轉(zhuǎn)，表明其機(jī)械性能較差。

6. 耐化學(xué)性測(cè)試結(jié)果

耐化學(xué)性是評(píng)估涂層在復(fù)雜海洋環(huán)境中長(zhǎng)期使用的重要指標(biāo)。表6列出了各組樣品在、堿和有機(jī)溶劑中的耐化學(xué)性測(cè)試結(jié)果。

從表6可以看出，添加t12催化劑的涂層在、堿和有機(jī)溶劑中的耐化學(xué)性表現(xiàn)優(yōu)異，經(jīng)過(guò)7天的浸泡后，樣品表面未出現(xiàn)明顯變化。相比之下，對(duì)照組樣品在相同條件下出現(xiàn)了輕微鼓泡現(xiàn)象，表明其耐化學(xué)性較差。

結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)有機(jī)錫催化劑t12在海洋工程材料中的防腐蝕性能進(jìn)行全面評(píng)估，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，t12在提高涂層的防腐蝕性能方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。具體結(jié)論如下：

1. 優(yōu)異的防腐蝕性能：t12催化劑能夠顯著提高涂層的交聯(lián)密度，形成致密的保護(hù)膜，抑制腐蝕電化學(xué)反應(yīng)，從而有效提高涂層的防腐蝕性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，添加t12的涂層在鹽霧試驗(yàn)、浸泡試驗(yàn)和干濕循環(huán)試驗(yàn)中的腐蝕面積和腐蝕深度均顯著低于未添加t12的對(duì)照組。

2. 良好的機(jī)械性能：t12催化的涂層在附著力、硬度和耐磨性方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，t12催化的涂層附著力達(dá)到0級(jí)，硬度達(dá)到75 shore d，磨損率僅為1.2 mg/1000轉(zhuǎn)，顯示出良好的機(jī)械穩(wěn)定性。

3. 優(yōu)異的耐化學(xué)性：t12催化的涂層在、堿和有機(jī)溶劑中的耐化學(xué)性表現(xiàn)優(yōu)異，經(jīng)過(guò)7天的浸泡后，樣品表面未出現(xiàn)明顯變化，表明其具有良好的耐化學(xué)腐蝕性能。

4. 電化學(xué)防護(hù)性能：電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，t12催化的涂層具有更高的阻抗值、更高的自腐蝕電位和更低的自腐蝕電流密度，能夠有效抑制金屬表面的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。

盡管t12在海洋工程材料的防腐蝕應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但仍存在一些挑戰(zhàn)和改進(jìn)空間。例如，t12中的錫元素可能對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的環(huán)境影響，因此在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)嚴(yán)格控制其使用量，并采取相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施。此外，t12在極端環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍有待進(jìn)一步研究。

未來(lái)的研究方向可以集中在以下幾個(gè)方面：

1. 開發(fā)新型環(huán)保型有機(jī)錫催化劑：通過(guò)優(yōu)化t12的化學(xué)結(jié)構(gòu)，開發(fā)具有更高催化活性和更低環(huán)境影響的新型有機(jī)錫催化劑，以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。

2. 探索t12與其他防腐蝕添加劑的協(xié)同作用：研究t12與其他防腐蝕添加劑（如緩蝕劑、防霉劑等）的協(xié)同作用，開發(fā)更加高效的復(fù)合防腐蝕體系。

3. 深入研究t12的防腐蝕機(jī)理：通過(guò)先進(jìn)的表征技術(shù)和理論模擬，進(jìn)一步揭示t12在涂層中的防腐蝕機(jī)理，為優(yōu)化其應(yīng)用提供理論依據(jù)。

4. 拓展t12的應(yīng)用領(lǐng)域：除海洋工程材料外，t12還可應(yīng)用于其他領(lǐng)域的防腐蝕處理，如航空航天、化工設(shè)備、橋梁建筑等。未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步拓展t12的應(yīng)用范圍，推動(dòng)其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

總之，有機(jī)錫催化劑t12在海洋工程材料的防腐蝕應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大的潛力，有望成為未來(lái)海洋防腐蝕技術(shù)的重要組成部分。