專利名稱：一種利用分子離子譜評(píng)價(jià)涂料耐腐蝕性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)非接觸檢測(cè)分子離子譜，評(píng)價(jià)涂料耐腐蝕性的方法，屬于電化學(xué)技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
涂料是涂于物體表面能形成具有保護(hù)、裝飾或特殊性能(如絕緣、防腐、標(biāo)志等)的固態(tài) 涂膜的一類液體或固體材料，被廣泛地應(yīng)用于家用電器、儀器儀表、金屬家具、建筑五金、 石油化工管道等領(lǐng)域起防腐作用。以金屬材料為例，金屬及其合金是最重要的結(jié)構(gòu)材料，其 應(yīng)用遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年因金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失約為7000 億美元，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2-4%，約為地震等自然災(zāi)害造成損失的6 倍。所以涂料的耐腐蝕性對(duì)金屬材料的有效應(yīng)用具有重大意義。隨著涂料在各領(lǐng)域中深入應(yīng) 用，相應(yīng)對(duì)其耐腐蝕性的評(píng)價(jià)是決定涂料能否有效應(yīng)用的關(guān)鍵。文獻(xiàn)報(bào)道的研究涂料耐腐蝕 性的方法和技術(shù)有電化學(xué)法、光譜學(xué)法和表面成分分析法等。然而由于利用這些方法研究涂 料耐腐蝕性的過(guò)程中，人為造成的試樣材料損傷大，只能得到定性的測(cè)試結(jié)果，所以取得的 測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)法真實(shí)反映涂料的被腐蝕狀況，對(duì)涂料耐腐蝕性的評(píng)價(jià)可靠性差，且存在研究效 率低，工作量大，需要工作人員多，成本高等缺點(diǎn)。
離子/分子選擇電極是一種電化學(xué)傳感器，可以配合掃描選擇電極技術(shù)以不接觸被測(cè)材料 的非損傷方式測(cè)量進(jìn)出被測(cè)材料信息，得到分子離子譜。掃描電極技術(shù)用于局部腐蝕有突出 的優(yōu)勢(shì)，解決了以前電化學(xué)測(cè)試手段只能獲得整體平均信息的弊端。近年來(lái)，隨著離子/分子 選擇電極種類的不斷增多，電子線路技術(shù)和計(jì)算機(jī)硬件軟件技術(shù)的巨大發(fā)展，顯微鏡技術(shù)、 成像技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并與自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合，給非接觸微測(cè)技術(shù)提供了 一個(gè)良好的平臺(tái)。但是，利用非接觸自動(dòng)化微測(cè)原理得到的分子離子譜評(píng)價(jià)涂料耐腐蝕性的 技術(shù)還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種通過(guò)非接觸檢測(cè)分子離子譜，評(píng)價(jià)涂料耐腐蝕性的方法。該方法在不接 觸處于應(yīng)用環(huán)境中的涂料的前提下，采用多種離子/分子電極，以手動(dòng)或編程的方式按照研究 人員的設(shè)定方便、快捷、三維地實(shí)時(shí)測(cè)量進(jìn)出涂料表面且與涂料耐腐蝕性相關(guān)的離子/分子種 類、絕對(duì)濃度及三維運(yùn)動(dòng)方向等大量信息，從而得到與涂料耐腐蝕性相關(guān)的分子離子譜。該 方法對(duì)涂料無(wú)損傷，分析速度快，分析可靠性高，能大大降低研究成本。
本發(fā)明的主要技術(shù)方案 一種利用分子離子譜評(píng)價(jià)涂料耐腐蝕性的方法，該技術(shù)系統(tǒng)包
括離子/分子信息檢測(cè)電極單元l、數(shù)據(jù)采集/放大系統(tǒng)2、顯微成像系統(tǒng)3、可編程三維運(yùn)動(dòng) 系統(tǒng)4以及自動(dòng)控制/數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5，其特征在于單個(gè)或多個(gè)具有選擇性或特異性的離子
/分子電極置于應(yīng)用環(huán)境中的涂料表面近距離處，采集其反饋的電壓或電流信號(hào)等去噪、放大
后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件分析得到進(jìn)出涂料1-3的多種離子/分子的絕對(duì)濃度、運(yùn)動(dòng)速率及三維運(yùn) 動(dòng)方向等參數(shù)。根據(jù)測(cè)定的多種離子/分子的不同，相應(yīng)的多個(gè)離子/分子選擇電極卜2固定 在三維歩進(jìn)電機(jī)4-2的機(jī)械臂上，自動(dòng)控制/數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5連接并控制電極運(yùn)動(dòng)控制器4-1， 電極運(yùn)動(dòng)控制器4-1連接并控制三維歩進(jìn)電機(jī)4-2，從而帶動(dòng)多個(gè)離子/分子選擇電極1-2在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中進(jìn)行三維的非接觸測(cè)量，多個(gè)離子/分子選擇電極1-2的引線與數(shù)據(jù)采集/放 大系統(tǒng)2連接，各個(gè)離子/分子檢測(cè)信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集/放大系統(tǒng)輸出到自動(dòng)控制/數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 5，自動(dòng)控制/數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5還與顯微成像系統(tǒng)3連接，電極運(yùn)動(dòng)控制器4-1還與顯微成像 系統(tǒng)3的顯微鏡3-1連接。
上述的離子/分子活性檢測(cè)單元1包括參比電極、離子/分子選擇電極、被測(cè)材料、液體 介質(zhì)及檢測(cè)容器。
上述的離子/分子選擇電極l-2根據(jù)測(cè)定的離子/分子來(lái)選定、添加，可以是玻璃電極、 金屬電極、碳絲電極、光纖電極、其他選擇性電極或特異性電極。
上述的涂料可以是熱塑性涂料，其主要的成膜物質(zhì)有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰 胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯和含氟樹(shù)脂熱塑性聚酯等；也可以是熱固性涂料，其主要的成膜物 質(zhì)有環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和醇酸樹(shù)脂等。
涂料被涂于材料表面后形成的固態(tài)涂膜對(duì)材料起到防護(hù)作用，包括物理與化學(xué)兩方面的 防護(hù)效應(yīng)。而在其的應(yīng)用環(huán)境中，能對(duì)所涂料產(chǎn)生腐蝕作用的介質(zhì)有水、海水、大氣、酸、 堿和鹽等。
上述的涂料對(duì)材料有物理與化學(xué)兩方面的防護(hù)效應(yīng)，以金屬材料為例，包括對(duì)腐蝕性介 質(zhì)的物理屏蔽作用、漆膜的電阻效應(yīng)、顏料的緩蝕與鈍化作用和陰極保護(hù)作用等。涂料涂層 可以阻止或抑制水、氧、電解質(zhì)離子等透過(guò)，對(duì)腐蝕介質(zhì)起到有效的機(jī)械屏蔽作用，使腐蝕 介質(zhì)與金屬隔離，防止形成腐蝕電池或抑制其腐蝕活動(dòng)；涂料涂層大多數(shù)為絕緣性好的高分 子有機(jī)化合物，其高電阻妨礙了陽(yáng)極或陰極與溶液間的離子移動(dòng)，達(dá)到減小腐蝕電流從而降 低腐蝕速率的作用；涂料中的活性顏料通過(guò)與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成鈍化膜，改變金 屬表面性能，降低腐蝕電池的電化學(xué)反應(yīng)速率從而對(duì)金屬的腐蝕起到有效的緩蝕與鈍化作用； 涂料涂層的電極電位較其保護(hù)的金屬更負(fù)，使基體金屬作為陰極得到保護(hù)。
上述的涂料在應(yīng)用環(huán)境中介質(zhì)對(duì)其的腐蝕作用，以金屬材料為例，包括電化學(xué)腐蝕、化 學(xué)腐蝕及生物腐蝕等。金屬在含有電解質(zhì)的水溶液或在潮濕的環(huán)境下形成腐蝕電池，產(chǎn)生腐 蝕電流，電化學(xué)腐蝕是金屬腐蝕的最主要類型；金屬在高溫高壓或在非電解質(zhì)或干燥氣體中 與腐蝕介質(zhì)可能直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即為干蝕； 一定環(huán)境中微生物的活動(dòng)對(duì)金屬也有腐蝕作 用。
本發(fā)明測(cè)試中將表面涂有涂料的試樣放入水、海水、大氣、酸、堿和鹽等介質(zhì)中，用離 子/分子選擇電極實(shí)時(shí)測(cè)量進(jìn)出涂料涂層表面離子/分子的種類、絕對(duì)濃度及三維運(yùn)動(dòng)方向等 參數(shù)，從而得到與涂料耐腐蝕性相關(guān)的分子離子譜。這些譜圖直接反映涂料在應(yīng)用環(huán)境中發(fā) 生水、氧、電解質(zhì)離子等透過(guò)、電化學(xué)腐蝕電流變化和電化學(xué)腐蝕反應(yīng)等過(guò)程的有效信息， 通過(guò)計(jì)算機(jī)處理這些信息得出腐蝕機(jī)理來(lái)評(píng)價(jià)涂料耐腐蝕性。
本發(fā)明的測(cè)量分子離子譜的方法可以用于評(píng)價(jià)涂料在應(yīng)用環(huán)境中的耐腐蝕性。 本發(fā)明的效果(1)方便、快捷、三維地實(shí)時(shí)測(cè)量涂料在水、海水、大氣、酸、堿和鹽 等應(yīng)用環(huán)境中發(fā)生的與其耐腐蝕性相關(guān)的信息，如水、氧、電解質(zhì)離子等透過(guò)、電化學(xué)腐蝕 電流變化和電化學(xué)腐蝕反應(yīng)等過(guò)程的有效信息；(2)測(cè)試信息能夠與涂料在應(yīng)用環(huán)境中宏觀 性能變化相關(guān)聯(lián)，如涂料的點(diǎn)蝕、剝落等；(3)對(duì)涂料涂層無(wú)損傷，分析速度快，分析可靠 性高，能大大降低研究成本。


4圖1為分子離子譜技術(shù)系統(tǒng)的組成示意圖。
圖2為一種導(dǎo)電高分子涂料在鋁合金上的H+分布圖(A)為鋁合金上導(dǎo)電涂料被腐蝕形貌照片，(B)為1. 17 h時(shí)的H+分布圖，(C)為23 h時(shí)的H+分布圖。
圖3為B+C， SiC和ALO3加固的鋁合金6092表面涂料在海水介質(zhì)環(huán)境下的H+譜圖。
具體實(shí)施例方式
下面用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一歩說(shuō)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1:
涂料在金屬材料表面的PH值變化能夠從一個(gè)方面反映涂料在應(yīng)用環(huán)境中被腐蝕的狀況。
本實(shí)施例利用H'分布譜圖表征涂料在金屬材料表面的pH值變化與其被腐蝕狀況的關(guān)聯(lián)性。
研究了置于鹽溶液中的一系列導(dǎo)電高分子涂料在鋁合金上被腐蝕的狀況，如圖2所示。由鋁合金上導(dǎo)電涂料被腐蝕形貌照片(圖2(A))看出，該導(dǎo)電涂料在鹽溶液中不是被均勻腐蝕的，而是先被腐蝕局部，然后腐蝕再向整個(gè)涂料涂層擴(kuò)大。研究FT分布譜圖發(fā)現(xiàn)在腐蝕初期，未被導(dǎo)電涂料覆蓋的金屬表面呈現(xiàn)出很低的pH值，此pH隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增長(zhǎng)；相反，被導(dǎo)電涂料覆蓋的金屬表面初期則出現(xiàn)相對(duì)較高的pH,但此值隨時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。此結(jié)果表明導(dǎo)電涂料促進(jìn)了金屬的鈍化過(guò)程，該涂料被腐蝕是先加速后減速的過(guò)程，該涂料具有較強(qiáng)的耐腐蝕性。
實(shí)施例2:
電化學(xué)腐蝕是涂料在應(yīng)用環(huán)境中發(fā)生的主要腐蝕行為。本實(shí)施例利用H+譜圖，表征了 B《，SiC和AL(X加固的鋁合金6092表面涂料在海水介質(zhì)環(huán)境下電化學(xué)腐蝕的機(jī)制。
通過(guò)對(duì)H+譜圖(如圖3)的分析，該涂料的腐蝕陰陽(yáng)極隨時(shí)間的延續(xù)而交換位置，腐蝕陽(yáng)極呈酸性，腐蝕陰極呈堿性。此結(jié)果表明該涂料涂層的高電阻能妨礙陽(yáng)極或陰極與溶液間的離子移動(dòng)，且涂料中的活性成分能與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變涂料的表面性能，使其腐蝕陰陽(yáng)極隨時(shí)間呈現(xiàn)交替現(xiàn)象，而這種交替現(xiàn)象對(duì)該合金材料的腐蝕起到有效的緩蝕作用，說(shuō)明所選涂料的耐腐蝕性很適合該合金材料。
權(quán)利要求
1.一種利用分子離子譜評(píng)價(jià)涂料耐腐蝕性的方法，該技術(shù)系統(tǒng)包括離子/分子信息檢測(cè)電極單元(1)、數(shù)據(jù)采集/放大系統(tǒng)(2)、顯微成像系統(tǒng)(3)、可編程三維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(4)以及自動(dòng)控制/數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)，其特征在于單個(gè)或多個(gè)具有選擇性或特異性的離子/分子電極置于應(yīng)用環(huán)境中的涂料表面近距離處，采集其反饋的電壓或電流信號(hào)，去噪、放大后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件分析得到進(jìn)出涂料(1-3)的多種離子/分子的絕對(duì)濃度、運(yùn)動(dòng)速率及三維運(yùn)動(dòng)方向等參數(shù)，根據(jù)測(cè)定的離子/分子的不同，相應(yīng)的多個(gè)離子/分子選擇電極(1-2)固定在三維步進(jìn)電機(jī)(4-2)的機(jī)械臂上，自動(dòng)控制/數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)連接并控制電極運(yùn)動(dòng)控制器(4-1)，電極運(yùn)動(dòng)控制器(4-1)連接并控制三維步進(jìn)電機(jī)(4-2)，從而帶動(dòng)多個(gè)離子/分子選擇電極(1-2)在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中進(jìn)行三維的非接觸測(cè)量，多個(gè)離子/分子選擇電極(1-2)的引線與數(shù)據(jù)采集/放大系統(tǒng)(2)連接，各個(gè)離子/分子檢測(cè)信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集/放大系統(tǒng)輸出到自動(dòng)控制/數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)，自動(dòng)控制/數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)還與顯微成像系統(tǒng)(3)連接，電極運(yùn)動(dòng)控制器(4-1)還與顯微成像系統(tǒng)(3)的顯微鏡(3-1)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的技術(shù)系統(tǒng)，其特征在于所述的離子/分子活性檢測(cè)單元(l)包括參 比|—tl極、離子/分子選擇電極、被測(cè)材料、液體介質(zhì)及檢測(cè)容器，離子/分子選擇電極(l-2) 根據(jù)測(cè)定的離子/分子來(lái)選定、添加，可以是玻璃電極、金屬電極、碳絲電極、光纖電極、其 他選擇性電極或特異性電極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的涂料，其特征在于所述的涂料可以是熱塑性涂料，其主要的成膜物質(zhì)有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯和含氟樹(shù)脂熱塑性聚酯等； 也可以是熱固性涂料，其主要的成膜物質(zhì)有環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、 酚醛樹(shù)脂和醇酸樹(shù)脂等。
4. 根據(jù)權(quán)利要求L的涂料.，其特征在于能對(duì)所述的涂料產(chǎn)生腐蝕作用的介質(zhì)有水、海 水、大氣、酸、堿和鹽等。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的利用分子離子譜評(píng)價(jià)涂料耐腐蝕性的力法，其特征在于將表面涂 有涂料的試樣放入水、海水、大氣、酸、堿和鹽等介質(zhì)中，用離子/分子選擇電極實(shí)時(shí)測(cè)量進(jìn) 出涂料涂層表面離子/分子的種類、絕對(duì)濃度及三維運(yùn)動(dòng)方向等參數(shù)，從而得到與涂料耐腐蝕 性相關(guān)的分子離子譜，這些譜圖直接反映涂料在應(yīng)用環(huán)境中發(fā)生水、氧、電解質(zhì)離子等透過(guò)、 電化學(xué)腐蝕電流變化和電化學(xué)腐蝕反應(yīng)等過(guò)程的有效信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理這些信息得出腐 蝕機(jī)理來(lái)評(píng)價(jià)涂料耐腐蝕性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過(guò)非接觸檢測(cè)分子離子譜，評(píng)價(jià)涂料耐腐蝕性的方法。該技術(shù)系統(tǒng)包括離子/分子信息檢測(cè)電極單元(1)、數(shù)據(jù)采集/放大系統(tǒng)(2)、顯微成像系統(tǒng)(3)、可編程三維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(4)及自動(dòng)控制/數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)。該方法在不接觸處于應(yīng)用環(huán)境中涂料的前提下，采用多種離子/分子電極，以手動(dòng)或編程的方式按照研究人員的設(shè)定實(shí)時(shí)測(cè)量進(jìn)出涂料表面且與涂料耐腐蝕性相關(guān)的離子/分子種類、濃度及三維運(yùn)動(dòng)方向等大量信息，直接表征涂料在應(yīng)用環(huán)境中發(fā)生的與其耐腐蝕性相關(guān)的變化，如水、氧、電解質(zhì)離子透過(guò)，電化學(xué)腐蝕電流變化和電化學(xué)腐蝕反應(yīng)等過(guò)程的有效信息。該方法對(duì)涂料無(wú)損傷，分析速度快，可靠性高，能大大降低研究成本。
文檔編號(hào)G01N17/00GK101655446SQ20081011871
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
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