摘要
在钢材表面喷涂防腐涂层是目前钢结构腐蚀控制的主要方法之一。在诸多涂料中，环氧富锌涂料具有优异的耐蚀性能，可以为基体提供长效的保护，从而备受青睐。然而，环氧富锌涂层的高锌含量特点使得其内部存在较多孔隙，导致涂层与基体结合能力差、锌粉利用率低，限制了环氧富锌涂层的广泛应用。研究表明，二维纳米材料石墨烯和MXene具有优异的电学和力学性能，将其添加进环氧富锌涂层，能够提高涂层的阻滞效果，显著增强涂层的力学性能、耐紫外老化性能以及耐腐蚀性能。因此，本文以石墨烯、MXene（Ti3C2Tx）作为防腐填料加入环氧富锌涂料中，采用空气喷涂法制备了石墨烯改性环氧富锌涂层及Ti3C2Tx改性环氧富锌涂层，分别研究了石墨烯、Ti3C2Tx添加量对环氧富锌涂层的力学性能、耐紫外老化性能及耐盐雾腐蚀性能的影响，并通过电化学阻抗谱、塔菲尔曲线进一步研究了涂层的电化学腐蚀特性，并对腐蚀产物进行了表征，探讨了涂层的耐盐雾腐蚀机理。具体研究内容如下： （1）为优化环氧富锌基料的成分配比，本文开展了正交试验，以涂层的力学性能、耐紫外老化性能及耐盐雾腐蚀性能作为指标，对环氧树脂及固化剂种类、锌粉粒径及颜基比进行成分优化，最后将极差分析与加权综合评分法结合，得到影响涂层综合性能的主次因素，并通过实验进行验证，研究发现，影响涂层综合性能的主次因素顺序为固化剂种类＞环氧树脂种类＞颜基比＞锌粉粒径，这主要是因为固化剂与环氧树脂相互作用时，能使环氧树脂中的环氧基开环发生交联固化，极大影响涂层的性能。之后通过实验验证从而确定了综合性能优异的环氧富锌基料配方为：环氧树脂E20与聚酰胺固化剂650作为涂层的成膜物质，600目球状锌粉作为颜填料，颜基比为4.5:1。 （2）为改善环氧富锌涂层的综合性能，将不同含量的石墨烯加入环氧富锌涂层，研究发现，随着石墨烯的添加量增大，涂层的力学性能、耐紫外老化性能和耐盐雾腐蚀性能均呈现先增高后降低的趋势，由于石墨烯的团聚效应，过量添加石墨烯的涂层性能较差，但与纯环氧富锌涂层相比，性能仍有显著提高，其中石墨烯添加量为0.8wt.%的涂层性能最优异。进一步对石墨烯改性涂层的耐盐雾腐蚀机制分析发现，涂层的腐蚀过程可分为两个阶段，第一阶段，基体受石墨烯和环氧树脂对腐蚀介质的屏蔽作用以及锌粉的阴极保护作用，腐蚀介质难以与基体直接接触；第二阶段，腐蚀介质侵入基体，ZnO、Zn(OH)2、Zn5(OH)8Cl等腐蚀产物与石墨烯产生协同作用，使涂层维持较好的耐腐蚀能力，整个过程中，涂层|Z|0.01Hz由5.175×105Ω·cm2下降至1.388×104Ω·cm2，Ecorr由-0.48V负移至-0.576V，Icorr由2.19×10-8A·cm-2增大至1.66×10-6A·cm-2。 （3）为进一步提高环氧富锌涂层的综合性能，在涂层中添加了不同含量的Ti3C2Tx，研究发现，随着Ti3C2Tx的添加，涂层的力学性能、耐紫外老化性能和耐盐雾腐蚀性能均呈现出先增高后降低的趋势，与石墨烯改性环氧富锌涂层相比，性能均有不同程度的提高，其中Ti3C2Tx添加量为0.6wt.%的涂层性能最优异。进一步对Ti3C2Tx改性涂层的耐盐雾腐蚀机制分析发现，涂层的腐蚀过程与石墨烯改性涂层相似，但Ti3C2Tx表面-F、-O、-OH等基团均能与环氧富锌涂层内部的环氧基团形成稳定的局部交联结构，-O基团还可以增强涂层的导电性，促进三维导电网络的构成，使Ti3C2Tx改性环氧富锌涂层的耐腐蚀性能优于石墨烯改性涂层，整个过程中，涂层|Z|0.01Hz由1.699×106Ω·cm2降低到1.45×104Ω·cm2，Ecorr由-0.458V负移至-0.592V，Icorr由7.59×10-8A·cm-2增大至1.03×10-6A·cm-2。
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