有机涂层防护性能与失效评价——微区电化学方法
2017-10-26 09:46:09
作者：本网整理 来源：腐蚀与防护
上一次小编带大家了解了宏观电化学测量。虽然这种方法能较快地评价涂层的整体防护性能，但是只能给出涂层平均特征，而不能表征涂层的局部缺陷（如针孔、起泡和夹杂等）特征，当涂层在微小区间发生性能变化时，则很难察觉，增加了测量的不确定性。
此外信息平均化会导致对涂层性能检测的滞后和迟钝，因此出现了能满足涂层／金属界面所发生的微异相反应所需的高空间解析度的微区电化学测量技术，来对涂层表面的不均匀性进行原位测量，并以三维方式呈现测试结果。
今天，我们大家就一起来看看微区电化学测量技术吧！
局部电化学阻抗
1 什么是局部电化学阻抗？
局部电化学阻抗（LEIS）技术是研究局部腐蚀的最新方法之一，主要是通过向被测电极施加微扰电压，从而感生交变电流，再使用两个铂微电极确定样品表面上局部溶液交流电流密度来反应局部阻抗变化。
2 发展历程
20世纪90年代 LILLARD等最先使用LEIS技术对涂装材料进行研究。
3 工作模式
LEIS技术有两种工作模式：局部电化学阻抗谱LEIS和局部电化学阻抗分布图LEIM，通过LEIS测量可以得到电流、电位的二维分布图像，以及阻抗、导纳的二维或三维图像，所以LEIS可以用来精确测定局部区域的固/液界面的阻抗行为及相应参数，以及涂层下局部腐蚀等微观变化。
扫描开尔文探针
1 什么是扫描开尔文探针？
扫描开尔文探针（SKP）技术是利用振动电容探针工作，在无损伤、不接触样品的情况下，能高分辨率绘制出涂层缺陷处表面电势分布图，检测出界面微小状态的变化，因而在涂层研究中得到较好应用。
2 发展历程
SKP技术最早是用来测量真空或空气中金属表面电子逸出功的，改进后用来测定表面接触电位差，直到上世纪80年代Stratmann将其引入到腐蚀研究领域，并从理论上证明了金属电极的腐蚀电位Ecorr和伏打电位差具有Ecorr=+C的简单关系，C为常数项。
扫描振动电极
1 什么是扫描振动电极？
SVEP是将样品浸泡在介质中，利用微小振动探针顶端沿垂直于试样表面方向振动感应样品表面氧化或还原反应产生的氧化或还原产物，测得由离子浓度差异引起的电位梯度变化，通过面扫描测量不同点的电势差，并将电位信号转化为相应的直流电信号，最终获得微观尺度表面的电流密度分布图。
2 发展历程
SVET技术最初是用来研究生物系统中离子流量和细胞外的电流，由ISAACS等将其引入到腐蚀研究领域。
扫描电化学显微镜
1 什么是扫描电化学显微镜？
扫描电化学显微镜（SECM）是由BARD教授提出，基于电化学原理和扫描隧道显微镜发展而来的一种具有高空间分辨率的电化学原位测试技术。
2 工作模式
工作模式包括反馈模式、产生/收集模式、穿透模式、电位测定模式、离子转移反馈模式等多种工作模式。
3 特点
SECM最大特点是利用三维移动的超微电极作为探头，插入电解质溶液体系中进行实时、现场、三维空间观察，能提供局部微区图像和电荷转移特征。
SECM利用微探针扫描基底电极时，形成的氧化还原电流能反馈溶液组分、微探针与基底表面距离、基底电极表面特性等相关信息。微探针扫描基底不同位置得到的法拉第电流图像既能反应基底表面形貌又可以体现其电化学活性。
原子力显微镜
原子力显微镜（AFM）是一种表面纳米结构检测工具，能分辨微观结构的形貌特征，通过探针和样品作用力来表征样品表面的三维形貌，可以准确的以数值形式反馈样品表面形貌，以及样品的表面粗糙度、平均梯度、颗粒度、孔结构以及孔径分布等。可以用AFM以3D形态来研究有机涂层微区腐蚀形貌变化，并了解点蚀的产生和扩张。
结语
鉴于涂层自身的多样性和复杂性，以及面对的环境的多变性，使得涂层性能评价变的困难和不确定，因此需要从多角度和多参数来分析涂层的性能变化。
不管是宏观电化学还是微区电化学测量技术，每种技术都具有其自身的优点和不足，实现各种测量方法的优势互补，从多角度、多参数和多尺度来研究涂层性和失效规律将成为未来涂层开发与评价的重要趋势。
此外，建立涂装防护质量与涂层老化失效状态的原位在线监测和寿命预测方法与装置，从而实现重要涂装设备的预防性维修，也是未来工程设备涂装质量管理的一个重要发展方向。
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