有機錫催化劑T12在海洋工程材料中的防腐蝕性能評估

實驗方法

為了全面評估有機錫催化劑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)格的實驗方法，涵蓋了材料制備、涂層施工、腐蝕模擬和性能測試等多個方面。以下是具體的實驗步驟和方法：

1. 材料制備

• 基材選擇：實驗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，確保表面完全干燥。

2. 涂層制備

• 涂層配方：實驗選用環(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，然后在80°C的烘箱中加熱固化2小時，以加速交聯(lián)反應(yīng)。

3. 腐蝕模擬實驗

為了模擬海洋環(huán)境中的腐蝕條件，實驗采用了以下幾種腐蝕模擬方法：

• 鹽霧試驗：根據(jù)ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)，將樣品置于鹽霧試驗箱中，噴霧溶液為5% NaCl溶液，試驗溫度為35°C，相對濕度為95%。試驗時間為1000小時，每隔24小時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：將樣品完全浸入3.5% NaCl溶液中，模擬海水環(huán)境。試驗溫度為30°C，浸泡時間為1000小時。每隔24小時取出樣品，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：根據(jù)ASTM G85標(biāo)準(zhǔn)，將樣品置于干濕循環(huán)試驗箱中，模擬海洋大氣環(huán)境中的干濕交替條件。試驗周期為24小時，其中8小時為濕潤階段（95% RH，35°C），16小時為干燥階段（50% RH，50°C）。試驗時間為1000小時，每隔24小時記錄一次樣品的腐蝕情況。

• 電化學(xué)測試：采用電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜（EIS）和極化曲線測試，評估涂層的防腐蝕性能。測試溶液為3.5% NaCl溶液，測試溫度為25°C。每個樣品進(jìn)行三次重復(fù)測試，取平均值作為終結(jié)果。

4. 性能測試

• 附著力測試：根據(jù)GB/T 9286-1998標(biāo)準(zhǔn)，采用劃格法測試涂層的附著力。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。附著力等級分為0-5級，0級表示涂層無脫落，5級表示涂層完全脫落。

• 硬度測試：采用邵氏硬度計測試涂層的硬度，每個樣品測量5個點，取平均值作為終結(jié)果。硬度單位為Shore D。

• 耐磨性測試：根據(jù)ASTM D4060標(biāo)準(zhǔn)，采用Taber磨損試驗機測試涂層的耐磨性。試驗轉(zhuǎn)速為60 rpm，負(fù)荷為1000 g，磨輪為CS-17，試驗時間為1000轉(zhuǎn)。記錄涂層的失重情況，計算磨損率。

• 耐化學(xué)性測試：將樣品分別浸泡在（H?SO?，10%）、堿（NaOH，10%）和有機溶劑（甲、）中，浸泡時間為7天。取出樣品后，觀察涂層的外觀變化，評估其耐化學(xué)腐蝕性能。

實驗結(jié)果與討論

通過對有機錫催化劑T12在海洋工程材料中的防腐蝕性能進(jìn)行全面測試，實驗結(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。以下是具體的實驗結(jié)果與討論：

1. 鹽霧試驗結(jié)果

鹽霧試驗是評估涂層耐腐蝕性能的經(jīng)典方法之一。經(jīng)過1000小時的鹽霧試驗，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中的腐蝕面積和腐蝕深度明顯低于未添加T12的對照組。特別是EP-T12樣品，經(jīng)過1000小時的鹽霧試驗后，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. 浸泡試驗結(jié)果

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

浸泡試驗的結(jié)果與鹽霧試驗類似，添加T12催化劑的涂層在浸泡試驗中的腐蝕面積和腐蝕深度均顯著低于對照組。特別是EP-T12樣品，經(jīng)過1000小時的浸泡試驗后，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)試驗結(jié)果

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

干濕循環(huán)試驗的結(jié)果進(jìn)一步驗證了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)試驗中的腐蝕面積和腐蝕深度均顯著低于對照組，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)測試結(jié)果

電化學(xué)測試是評估涂層防腐蝕性能的重要手段之一。通過電化學(xué)阻抗譜（EIS）和極化曲線測試，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)測試中的阻抗值顯著高于對照組，表明其具有更好的阻隔性能。同時，T12催化的涂層自腐蝕電位更高，自腐蝕電流密度更低，說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價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。特別是EP-T12樣品，其附著力達(dá)到了0級，硬度為75 Shore D，磨損率為1.2 mg/1000轉(zhuǎn)，顯示出優(yōu)異的機械性能。相比之下，EP-Control樣品的附著力為2級，硬度為68 Shore D，磨損率為3.5 mg/1000轉(zhuǎn)，表明其機械性能較差。

6. 耐化學(xué)性測試結(jié)果

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

從表6可以看出，添加T12催化劑的涂層在、堿和有機溶劑中的耐化學(xué)性表現(xiàn)優(yōu)異，經(jīng)過7天的浸泡后，樣品表面未出現(xiàn)明顯變化。相比之下，對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

通過對有機錫催化劑T12在海洋工程材料中的防腐蝕性能進(jìn)行全面評估，實驗結(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。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。實驗結(jié)果顯示，添加T12的涂層在鹽霧試驗、浸泡試驗和干濕循環(huán)試驗中的腐蝕面積和腐蝕深度均顯著低于未添加T12的對照組。

2. 良好的機械性能：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。實驗結(jié)果表明，T12催化的涂層附著力達(dá)到0級，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、堿和有機溶劑中的耐化學(xué)性表現(xiàn)優(yōu)異，經(jīng)過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中的錫元素可能對水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的環(huán)境影響，因此在實際應(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)境下的長期穩(wěn)定性仍有待進(jìn)一步研究。

未來的研究方向可以集中在以下幾個方面：

1. 開發(fā)新型環(huán)保型有機錫催化劑：通過優(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的防腐蝕機理：通過先進(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。未來應(yīng)進(jìn)一步拓展T12的應(yīng)用范圍，推動其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

總之，有機錫催化劑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，有望成為未來海洋防腐蝕技術(shù)的重要組成部分。