Эволюция электрохимических свойств и цифровое моделирование композиционных полимерных защитных покрытий в агрессивных средах

Рассмотрены вопросы эволюции электрохимических свойств многослойных полимерных композиционных покрытий и составляющих их грунтовочных и инертных изолирующих слоев на различных металлических подложках в хлоридных средах. Показано, что электрохимические модели для типичных функциональных слоев покрытия (изолирующего и грунтовочного) могут претерпевать существенные изменения в процессе экспозиции в агрессивных средах. Наименьшие изменения наблюдаются для изолирующего слоя с инертной полимерной основой и с инертными наполнителями, нанесенного на инертную (Pt) подложку: цифровая модель описывается простейшей эквивалентной схемой (ЭС) с одним характеристическим процессом релаксации во всем диапазоне времен экспозиции. Для того же покрытия на корродирующей стальной подложке подобная модель корректна только на начальной стадии экспозиции. В дальнейшем, по мере развития подпленочной коррозии, ЭС эволюционирует в систему с двумя релаксационными процессами. В грунтовочных покрытиях с коррозионно- активным металлическим наполнителем (Zn) ситуация усложняется и два релаксационных процесса фиксируются с начального периода экспозиции.
Для многослойных композиционных покрытий, содержащих пространственно разделенные слои с активными и инертными наполнителями, на корродирующей стальной подложке идентифицируются три характеристических времени релаксации. Это согласуется с моделью многофазных послойных объемно-наполненных полимерных композитов и обосновывает использование аддитивных ЭС Войта.
В рамках данного подхода были предложены цифровые модели эволюции электрохимических свойств для исследованных систем, включая инертные слои на стали и платине, тонкие и многослойные Zn–наполненные грунтовочные слои и многослойные покрытия из перечисленных материалов при разных температурах в хлоридных средах. Полученные результаты позволяют предложить методику неразрушающего EIS контроля физико-химических и коррозионных процессов в композиционных полимерных защитных покрытиях на разных стадиях экспозиции в агрессивных средах.

1. ISO 12944-5. ЛАКИ И КРАСКИ. Защита от коррозии стальных конструкций системами защитных покрытий. Часть 5: Комбинации защитных красок.

2. V.A. Golovin and S.A. Dobriyan, Effects of adaptation and self-healing of protective polymer coatings in corrosive media, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2022, 11, no. 2, 705–726. doi: 10.17675/2305-6894-2022-11-2-18 3. V.A. Golovin, S.A. Dobriyan and A.K. Buryak, Polymer coatings’ long-term adaptation and self-healing effects in corrosive media, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2022, 11, no. 3, 1172–1190. doi: 10.17675/2305-6894-2022-11-3-16

3. J.H.W. de Wit, D.H. van der Weijde, G. Ferrari, Organic coatings of corrosion mechanisms in theory and practice, second edition, Marcel, Dekker, 2002, 19, 768 р. doi: 10.1201/9780203909188 5. Т.Н. Останина, Электрохимическое поведение и физико-химические свойства металлонаполненных покрытий, диссертация на соискание степени д.х.н. по специальности 02.00.05 – электрохимия, Екатеринбург, 2003, 226 с.

4. V.A. Golovin., S.A. Dobriyan, V.A. Shchelkov and A.I. Shcherbakov, Electrochemical properties of Zn-rich primers and composite coatings on various metal substrates, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2020, 6, no. 4, 56–73. doi: 10.17675/2305-6894-2020-9-1-4

5. A. Meroufela and S. Touzain, EIS characterization of new Zinc-rich powder coatings. Prog. Org. Coat., 2007, 59, no. 3, 197–205. doi: 10.1016/j.porgcoat.2006.09.005

6. J.R. Vilche, E.C. Bucharsky and C.A. Giudice, Application of EIS and SEM to evaluate the influence of pigment shape and content in ZRP formulations on the corrosion prevention of naval steel, Corros. Sci., 2002, 44, no. 6, 1287–1309. doi: https://doi.org/10.1016/S0010-938X(01)00144-5

7. K.T. Ulrich and S.D. Eppinger, Product Design and Development, Irwin Mc Graw-Hill, 2000, 358p.

8. Е.И. Яблочников и Д.Д. Куликов, Моделирование приборов, систем и производственных процессов, ИТМО, Санкт-Петербург, 2008, 153 с.

9. X. Liu, J. Xiong, Y. Lv and Y. Zuo, Study on corrosion electrochemical behavior of several different coating systems by EIS, Prog. Org. Coat., 2009, 64, no. 4, 497–503. doi: 10.1016/j.porgcoat.2008.08.012

10. S. Shreepathi, A.K. Guin, S.M. Naik and M.R. Vattipalli, Service life prediction of organic coatings: electrochemical impedance spectroscopy vs actual service life, J. Coat. Technol. Res., 2011, 8, no. 2, 191–200. doi: 10.1007/s11998-010-9299-5

11. F. Brambilla, E. Campazzi, D. Sinolli, P-J Lathiere, etc. Accelerated corrosion testing: a predictive tool, Theses of The Annual Congress of the European Federation of Corrosion EUROCORR, Cracow, Poland, 120935, 2018.

12. Н.А. Поклонский и Н.И. Горбачук, Основы импедансной спектроскопии композитов, Мн.: БГУ, 2005, 130 с.

13. ISO 16773(1–4), Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on high – impedance coated specimens, 2009. doi: 10.3403/BSENISO16773

14. V.A. Golovin, S.A. Dobriyan and V.E. Kasatkin, Spectroscopy of electrochemical impedance (EIS) of composite polymer coatings on metal substrates, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2018, 7, no. 4, 697–709. doi: 10.17675/2305-6894-2018-7-4-15

15. F. Mansfeld, Use of electrochemical impedance spectroscopy for the study of corrosion protection by polymer coating, J. Appl. Electrochem., 1995, 25, 187–202.

16. Р. Vertuest, Anti-corrosion properties оf zinc powder paints using nano zinc metal powder, China Coatings Journal, 2009, July, 24–36.

17. V.A. Golovin, A.B. Il’in, A.D. Aliev and V.A. Rabinkov, Mass transfer of phosphoruscontaining corrosion inhibitors in epoxy protective coatings. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2019, 55, no. 7, 1–7. doi: 10.1134/S2070205119070050

18. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: Справочник: В 2 т. Т. 2, Под ред. А.А. Герасименко, М.: Машиностроение, 1987, 784 с.