等离子体改性船体钢表面及其对涂层结合力影响规律的研究
有机涂层因能在金属表面形成一层有机膜阻止腐蚀性介质的渗入而被广泛的应用于海洋环境金属构件的腐蚀防护中。然而，在涂层的使用过程中往往发生涂层从金属基体上剥落的现象，减弱了涂层对金属的这种防护性能。为提高涂层与金属基体的结合力，人们通常在涂装前进行基体表面的预处理，适宜的表面预处理技术可有效地清除金属基体表面的污染物、疏松层，增大基体表面的粗糙度、改善涂料在基体表面上的润湿性、提高基体表面自由能，从而增加涂层与金属基体间的结合力。
本论文利用大气压等离子体射流技术对船体钢表面进行改性，分别研究了大气压空气等离子射流技术对船体钢表面润湿性能、涂层体系结合力及涂层体系耐蚀性能的影响。取得的主要研究进展和成果如下：
(1)研究了大气压空气等离子射流技术对船体钢表面润湿性能的影响。经接触角测试后表明，大气压空气等离子体射流处理可以显著改善船体钢表面的润湿性能，提高船体钢表面自由能，并通过计算得知表面自由能的增加主要是由于极性分量(γsp)的显著增加所致。经SEM、AFM、EDAX、FTIR、XPS等分析测试手段对大气压空气等离子体射流提高船体钢表面润湿性能的机理进行了探索，结果表明空气等离子体对船体钢润湿性能的改变，主要是通过在材料表面引入了大量极性官能团及等离子体对材料表面的清洗作用来实现的。对处理工艺参数优化及时效性进行了研究，结果表明当放电电流I=3.5A，基体与喷头间的距离d=10mm，喷头移动速度V=400 mm/min时，改性效果最好。此外，适当地增加等离子体的处理时间，可以减弱处理效果的退化现象，提高保持度。
(2)研究了大气压等离子体射流对涂层体系结合力及海水浸泡下结合力保持度的影响。经结合力测试表明，在相同的处理条件下，适当的增加基体的温度及粗糙度，可提高涂层与基体的结合力。并由常压海水浸泡中结合力的变化曲线可知，在浸泡的80天期间，随浸泡时间的延长，经空气等离子体改性后的涂层体系结合力减小缓慢。浸泡到80天时，处理后的涂层结合力保持度维持在21％-30％，高于保持度只有13％左右的未处理试样。
(3)利用中性盐雾加速腐蚀实验及常压海水浸泡下的电化学阻抗(EIS)及动电位极化测试方法研究了大气压空气等离子体射流对涂层体系耐蚀性的影响。结果表明：经空气等离子体射流处理后制备的涂层体系具有相对较好的耐盐雾腐蚀性能，尤其是Aging time-10min试样，在盐雾浸泡的一个周期(1000 h)内，仅有一个样片出现了轻微的腐蚀现象，而未经处理的试样中在浸泡240 h后便有样片表面出现红锈；对于Untreated、Aging time-10min、Aging time-30min三种涂层体系的完好涂层(相对于人工划痕涂层)而言，在浸泡的220天中，三种涂层体系的电化学阻抗谱没有明显区别；对于浸泡24 h后的划痕(0.1 mm×10 mm)涂层体系而言，处理后的涂层体系的阻抗值明显高于未处理的，尤其是Agingtime-10min试样的阻抗值大约为未处理试样的10倍，经动电位极化曲线测试，结果表明Aging time-10min阳极电流密度明显低于未处理的，拟合后的极化电阻(31.46×105Ω·cm2)明显高于未处理的(5.57×105Ω·cm2)。
等离子体射流技术;表面改性;润湿性能;涂层结合力;船体钢;耐蚀性能;影响规律
中国海洋大学
硕士
海洋化学
王佳
2012
中文
TG174.44
85
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）