耐腐蝕性評估儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及耐腐蝕性評估儀，其適于在加速比率下用于經(jīng)涂覆的金屬基底例如汽車車身的腐蝕測試。耐腐蝕性評估儀設(shè)有包含電解質(zhì)的腔室，使涂覆有待測試的保護性涂層的陽極和陰極暴露于所述電解質(zhì)。這些涂層設(shè)有預(yù)定的以及標準化的缺陷例如微孔，從而以可預(yù)測和可重復的方式加速下方金屬基底的腐蝕。經(jīng)涂覆的陰極/陽極對經(jīng)歷啟動期，隨后經(jīng)受一系列調(diào)制為三角形、截頭三角形或梯形方式的預(yù)設(shè)直流電壓持續(xù)被恢復期間隔的預(yù)設(shè)時段。然后使用收集的阻抗數(shù)據(jù)以獲得施用于陰極/陽極對之上的涂層的耐腐蝕性能。前述評估儀基本上將測試腐蝕所需的時間從多天(多于40天)減少至幾天(約兩天)。
【專利說明】耐腐蝕性評估儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適于評估多層涂覆和單層涂覆的金屬基底的耐腐蝕性的耐腐蝕性評估儀，并且更具體地涉及在加速比率下評估多層涂覆和單層涂覆的金屬基底耐腐蝕性的耐腐蝕性評估儀以及在其中使用的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，不存在短期(小于2天)的測試方法來評估由來自涂料組合物的保護性涂層提供的長期防腐蝕，例如施用于金屬基底例如機動車車身之上的機動車OEM或機動車修補涂料組合物。目前的標準測試方法主要依賴于環(huán)境艙暴露，隨后是對具有保護性涂層的金屬進行目視和機械測試。這種測試時間長(至多40天或更長暴露時間)，具有主觀性，高度依賴于暴露幾何形狀，并且依賴于進行評估的人員。因此，這些方法不易再現(xiàn)。耐腐蝕性數(shù)據(jù)為定性的，因此可接受的涂層的相對性能不能被容易確定。任何新的測試方法必須和傳統(tǒng)的、可接受的標準環(huán)境艙測試方法關(guān)聯(lián)良好，必須可再現(xiàn)，并且必須提供未知的直接金屬(DTM)的耐腐蝕涂層的定性和定量的評級。
[0003]已經(jīng)報告了實驗性的減少測試時間的腐蝕測試方法。這些方法主要利用電化學阻抗譜(EIS)或交流阻抗技術(shù)。由于這些基于交流阻抗的方法通常僅提供對檢測暴露時間的早期階段的腐蝕更敏感的工具，腐蝕過程本身并未被這些方法加速。因此，這些方法在取得有意義的數(shù)據(jù)之前仍然需要相對長的暴露時間。獲得有意義腐蝕數(shù)據(jù)所需的時間長度接近于標準方法的時間長度。更重要地，通過這些方法獲得的耐腐蝕性數(shù)據(jù)，尤其是在初始暴露時間，主要由涂層的本征缺陷來指明。一般在涂覆樣品制備之前產(chǎn)生的這些本征缺陷不一定與涂層的實際性能相關(guān)。如果數(shù)據(jù)沒有被正確分析，可能得到誤導性的信息。因此，標準的常規(guī)方法仍然受青睞。因此，仍存在對以下裝置和方法的需要，所述裝置和方法不僅加速保護性涂覆的金屬基底的腐蝕，而且模擬通常在工作環(huán)境中可見的腐蝕，例如機動車車身使用期間經(jīng)歷的那些。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明涉及耐腐蝕性評估儀，其包括:
[0005]⑴在其中保持電解質(zhì)的腔室；
[0006](ii)位于所述腔室上以用于測試施用于陽極表面之上的陽極涂層的耐腐蝕性的陽極夾持器，使得當所述陽極密封地置于所述陽極夾持器中時，所述陽極涂層的一部分暴露于所述電解質(zhì)，所述陽極涂層的所述部分在其上具有陽極缺陷；
[0007](iii)位于所述腔室上以用于測試施用于陰極表面之上的陰極涂層的耐腐蝕性的陰極夾持器，使得當所述陰極密封地置于所述陰極夾持器中時，所述陰極涂層的一部分暴露于所述電解質(zhì)，所述陰極涂層的所述部分在其上具有陰極缺陷；
[0008](iii)具有直流輸出引線的可變功率直流發(fā)電機，所述引線連接至所述陰極和所述陽極以用于跨所述陰極、所述電解質(zhì)和所述陽極施加期望的直流電壓持續(xù)期望的時段；[0009](iv)用于測量跨所述陰極、所述電解質(zhì)和所述陽極的直流電壓的直流測量裝置；
[0010](V)具有交流輸出引線的可變功率交流發(fā)電機，所述引線連接至所述陰極和陽極以用于跨所述陰極、所述電解質(zhì)和所述陽極以可變頻率施加期望的交流電壓持續(xù)期望的時段；
[0011](vi)用于測量跨所述陰極、所述電解質(zhì)和所述陽極的阻抗的阻抗測量裝置；
[0012](vii)位于計算機內(nèi)的計算機可用存儲介質(zhì)，所述計算機與所述可變功率直流發(fā)電機、所述直流測量裝置、所述可變功率交流發(fā)電機以及所述阻抗測量裝置連通，其中計算機可讀程序代碼工具駐留在所述計算機可用存儲介質(zhì)內(nèi)，所述計算機可讀程序代碼工具包括:
[0013](a)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機使所述陽極涂層的所述部分和所述陰極涂層的所述部分經(jīng)歷啟動期；
[0014](b)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機操控所述阻抗測量裝置以預(yù)設(shè)間隔測量所述啟動期期間的阻抗A，以產(chǎn)生所述阻抗A的nl組，所述阻抗在預(yù)設(shè)的100000Hz至10-6Hz的交流電頻率下測量，所述交流電由所述可變功率交流發(fā)電機提供并具有IOmV至50mV的振幅；
[0015](c)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機對于所述nl組中的每個所述阻抗A生成A阻抗奈奎斯特圖；
[0016](d)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過以下步驟確定啟動溶液電阻staIUnl):
[0017]1.測量所述A阻抗奈奎斯特圖中X軸上的零點與所述A阻抗奈奎斯特圖中所述X軸上的某點之間的距離，在該點處所述A阻抗奈奎斯特圖中指向高啟動溶液頻率的阻抗曲線或外推阻抗曲線與所述X軸相交，以獲得所述阻抗A在所述高啟動溶液頻率下的實部；以及
[0018]2.對于所述nl組中的每個所述阻抗A，重復所述步驟(d) (I)；
[0019](e)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過以下步驟確定啟動電阻(staRsta.nl):
[0020]1.測量所述A阻抗奈奎斯特圖中X軸上的零點與所述A阻抗奈奎斯特圖中所述X軸上的某點之間的距離，在該點處所述A阻抗奈奎斯特圖中指向低啟動電阻頻率的阻抗曲線或外推阻抗曲線與所述X軸相交，以獲得所述阻抗A在所述低啟動電阻頻率下的實部；以及
[0021]2.對于所述nl組中的每個所述阻抗A，重復所述步驟(e) (I)；
[0022](f)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機操控所述可變功率直流發(fā)電機以三角形、截頭三角形或梯形方式施加預(yù)設(shè)直流電壓Vl持續(xù)預(yù)設(shè)時段Tl，其中與所述計算機連通并連接至所述陰極和陽極的所述直流測量裝置用于測量所述預(yù)設(shè)直流電壓，并且其中所述預(yù)設(shè)直流電壓Vl的范圍為0.1毫伏至10伏，并且所述預(yù)設(shè)時段Tl的范圍為半小時至100小時；
[0023](g)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機操控所述阻抗測量裝置在每個所述預(yù)設(shè)時段的終點，在所述可變功率交流發(fā)電機提供的交流電的所述預(yù)設(shè)頻率下測量阻抗B，以產(chǎn)生所述阻抗B的n2組；[0024](h)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機對于所述n2組中的每個所述阻抗B生成B阻抗奈奎斯特圖；
[0025](i)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過以下步驟確定三角形、截頭三角形或梯形溶液電阻(ftaRin2):
[0026]1.測量所述B阻抗奈奎斯特圖中X軸上的零點與所述B阻抗奈奎斯特圖中所述X軸上的某點之間的距離，在該點處所述B阻抗奈奎斯特圖中指向高三角形、截頭三角形或梯形溶液頻率的阻抗曲線或外推阻抗曲線與所述X軸相交，以獲得所述阻抗B在所述高三角形、截頭三角形或梯形溶液頻率下的實部；
[0027]2.對于所述n2組中的每個所述阻抗B，重復所述步驟(i) (I)；
[0028](j)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過以下步驟確定三角形、截頭三角形或梯形電阻(ftaRTra.n2):
[0029]1.測量所述B阻抗奈奎斯特圖中X軸上的零點與所述B阻抗奈奎斯特圖中所述X軸上的某點之間的距離，在該點處所述B阻抗奈奎斯特圖中指向低三角形、截頭三角形或梯形電阻頻率的阻抗曲線或外推阻抗曲線與所述X軸相交，以獲得所述阻抗B在所述低三角形、截頭三角形或梯形電阻頻率下的實部；以及
[0030]2.對于所述n2組中的每個所述阻抗B，重復所述步驟(j) (I)；
[0031](k)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機使所述陽極涂層的所述部分和所述陰極涂層的 所述部分在各個所述預(yù)設(shè)時段Tl之間經(jīng)歷預(yù)設(shè)恢復期T2 ；
[0032](I)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機操控所述阻抗測量裝置在每個所述預(yù)設(shè)恢復期T2的終點，在所述可變功率交流發(fā)電機提供的交流電的所述預(yù)設(shè)頻率下測量阻抗C，以產(chǎn)生所述阻抗C的n3組；
[0033](m)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機對于所述n3組中的每個所述阻抗C生成C阻抗奈奎斯特圖；
[0034](η)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過以下步驟確定恢復溶液電阻dS()1.n3):
[0035]1.測量所述C阻抗奈奎斯特圖中X軸上的零點與所述C阻抗奈奎斯特圖中所述X軸上的某點之間的距離，在該點處所述C阻抗奈奎斯特圖中指向高恢復溶液頻率的阻抗曲線或外推阻抗曲線與所述X軸相交，以獲得所述阻抗C在所述高恢復溶液頻率下的實部；
[0036]2.對于所述n3組中的每個所述阻抗C，重復所述步驟(η) (I)；
[0037](ο)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過以下步驟確定恢復電阻(EeCREec.n3)
[0038]1.測量所述C阻抗奈奎斯特圖中X軸上的零點與所述C阻抗奈奎斯特圖中所述X軸上的某點之間的距離，在該點處所述C阻抗奈奎斯特圖中指向低恢復電阻頻率的阻抗曲線或外推阻抗曲線與所述X軸相交，以獲得所述阻抗C在所述低恢復電阻頻率下的實部；以及
[0039]2.對于所述n3組中的每個所述阻抗C，重復所述步驟(O) (I)；
[0040](P)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過使用以下等式計算所述陽極和所述陰極對的耐腐蝕性能(Rp?f):
[0041]Rperf = [ Σ stafnl (staRst,nl-staRso1.nl)]/nl+[ Σ Trafn2 (TraRTra.n2-TraRSol.n2) I /
【權(quán)利要求】
1.耐腐蝕性評估儀，包括: (i)在其中保持電解質(zhì)的腔室； (ii)陽極夾持器，所述陽極夾持器位于所述腔室上以用于測試施用于陽極表面之上的陽極涂層的耐腐蝕性，使得當所述陽極密封地置于所述陽極夾持器中時，所述陽極涂層的一部分暴露于所述電解質(zhì)，所述陽極涂層的所述部分在其上具有陽極缺陷； (iii)陰極夾持器，所述陰極夾持器位于所述腔室上以用于測試施用于陰極表面之上的陰極涂層的耐腐蝕性，使得當所述陰極密封地置于所述陰極夾持器中時，所述陰極涂層的一部分暴露于所述電解質(zhì)，所述陰極涂層的所述部分在其上具有陰極缺陷； (iii)具有直流輸出引線的可變功率直流發(fā)電機，所述引線連接至所述陰極和所述陽極以用于跨所述陰極、所述電解質(zhì)和所述陽極施加期望的直流電壓持續(xù)期望的時段； (iv)用于測量跨所述陰極、所述電解質(zhì)和所述陽極的直流電壓的直流測量裝置； (v)具有交流輸出引線的可變功率交流發(fā)電機，所述引線連接至所述陰極和陽極以用于跨所述陰極、所述電解質(zhì)和所述陽極以可變頻率施加期望的交流電壓持續(xù)期望的時段； (vi)用于測量跨所述陰極、所述電解質(zhì)和所述陽極的阻抗的阻抗測量裝置； (vii)位于計算機內(nèi)的計 算機可用存儲介質(zhì)，所述計算機與所述可變功率直流發(fā)電機、所述直流測量裝置、所述可變功率交流發(fā)電機以及所述阻抗測量裝置連通，其中計算機可讀程序代碼工具駐留在所述計算機可用存儲介質(zhì)內(nèi)，所述計算機可讀程序代碼工具包括: (a)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機使所述陽極涂層的所述部分和所述陰極涂層的所述部分經(jīng)歷啟動期； (b)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機操控所述阻抗測量裝置以預(yù)設(shè)間隔測量所述啟動期期間的阻抗A，以產(chǎn)生所述阻抗A的nl組，所述阻抗在預(yù)設(shè)的100000Hz至10_6Hz的交流電頻率下測量，所述交流電由所述可變功率交流發(fā)電機提供并具有IOmV至50mV的振幅； (c)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機對于所述nl組中的每個所述阻抗A生成A阻抗奈奎斯特圖； (d)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過以下步驟確定啟動溶液電阻(staRsol.nl): 1.測量所述A阻抗奈奎斯特圖中X軸上的零點與所述A阻抗奈奎斯特圖中所述X軸上的某點之間的距離，在該點處所述A阻抗奈奎斯特圖中指向高啟動溶液頻率的阻抗曲線或外推阻抗曲線與所述X軸相交，以獲得所述阻抗A在所述高啟動溶液頻率下的實部；以及 2.對于所述nl組中的每個所述阻抗A，重復所述步驟(d)(I)； (e)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過以下步驟確定啟動電阻(staRsta.nl): 1.測量所述A阻抗奈奎斯特圖中X軸上的零點與所述A阻抗奈奎斯特圖中所述X軸上的某點之間的距離，在該點處所述A阻抗奈奎斯特圖中指向低啟動電阻頻率的阻抗曲線或外推阻抗曲線與所述X軸相交，以獲得所述阻抗A在所述低啟動電阻頻率下的實部；以及 2.對于所述nl組中的每個所述阻抗A，重復所述步驟(e)(I)； (f)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機操控所述可變功率直流發(fā)電機以三角形、截頭三角形或梯形方式施加預(yù)設(shè)直流電壓Vl持續(xù)預(yù)設(shè)時段Tl，其中與所述計算機連通并連接至所述陰極和所述陽極的所述直流測量裝置用于測量所述預(yù)設(shè)直流電壓，并且其中所述預(yù)設(shè)直流電壓Vl的范圍為0.1毫伏至10伏，并且所述預(yù)設(shè)時段Tl的范圍為半小時至100小時； (g)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機操控所述阻抗測量裝置在每個所述預(yù)設(shè)時段的終點，在所述可變功率交流發(fā)電機提供的交流電的所述預(yù)設(shè)頻率下測量阻抗B，以產(chǎn)生所述阻抗B的n2組； (h)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機對于所述n2組中的每個所述阻抗B生成B阻抗奈奎斯特圖； (i)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過以下步驟確定三角形、截頭三角形或梯形溶液電阻(ftaRin2): 1.測量所述B阻抗奈奎斯特圖中X軸上的零點與所述B阻抗奈奎斯特圖中所述X軸上的某點之間的距離，在該點處所述B阻抗奈奎斯特圖中指向高三角形、截頭三角形或梯形溶液頻率的阻抗曲線或外推阻抗曲線與所述X軸相交，以獲得所述阻抗B在所述高三角形、截頭三角形或梯形溶液頻率下的實部； 2.對于所述n2組中的每個所述阻抗B，重復所述步驟(i)(I)； (j)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過以下步驟確定三角形、截頭三角形或梯形電阻(ftaRTra.n2): ` 1.測量所述B阻抗奈奎斯特圖中X軸上的零點與所述B阻抗奈奎斯特圖中所述X軸上的某點之間的距離，在該點處所述B阻抗奈奎斯特圖中指向低三角形、截頭三角形或梯形電阻頻率的阻抗曲線或外推阻抗曲線與所述X軸相交，以獲得所述阻抗B在所述低三角形、截頭三角形或梯形電阻頻率下的實部；以及 ` 2.對于所述n2組中的每個所述阻抗B，重復所述步驟(j)(I)； (k)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機使所述陽極涂層的所述部分和所述陰極涂層的所述部分在各個所述預(yù)設(shè)時段Tl之間經(jīng)歷預(yù)設(shè)恢復期T2 ； (I)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機操控所述阻抗測量裝置在每個所述預(yù)設(shè)恢復期T2的終點，在所述可變功率交流發(fā)電機提供的交流電的所述預(yù)設(shè)頻率下測量阻抗C，以產(chǎn)生所述阻抗C的n3組； (m)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機對于所述n3組中的每個所述阻抗C生成C阻抗奈奎斯特圖； (n)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過以下步驟確定恢復溶液電阻(EecRsol.n3): `1.測量所述C阻抗奈奎斯特圖中X軸上的零點與所述C阻抗奈奎斯特圖中所述X軸上的某點之間的距離，在該點處所述C阻抗奈奎斯特圖中指向高恢復溶液頻率的阻抗曲線或外推阻抗曲線與所述X軸相交，以獲得所述阻抗C在所述高恢復溶液頻率下的實部； `2.對于所述n3組中的每個所述阻抗C，重復所述步驟(n)(1)； (ο)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過以下步驟確定恢復電阻(EecREec.n3): `1.測量所述C阻抗奈奎斯特圖中X軸上的零點與所述C阻抗奈奎斯特圖中所述X軸上的某點之間的距離，在該點處所述C阻抗奈奎斯特圖中指向低恢復電阻頻率的阻抗曲線或外推阻抗曲線與所述X軸相交，以獲得所述阻抗C在所述低恢復電阻頻率下的實部；以及
2.對于所述n3組中的每個所述阻抗C，重復所述步驟(ο) (I)； (P)用于配置計算機可讀程序代碼裝置的工具，以使所述計算機通過使用以下等式計算所述陽極和所述陰極對的耐腐蝕性能(Rp?f):
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述陰極和所述陽極由鋼制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述陽極涂層和所述陰極涂層得自多層涂料組合物，所述多層涂料組合物包含機動車OEM漆、機動車修補漆、船舶漆、飛機漆、建筑漆、工業(yè)漆、橡膠化涂層、聚四氟乙烯涂層、或富鋅底漆。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述腔室被熱夾套包圍以將所述電解質(zhì)的溫度保持在0.5°C至99.5°C的期望溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕性評估儀，其中兩個或更多個所述腔室被熱夾套包圍以將每個所述腔室中的所述電解質(zhì)的溫度保持在0.5°C至99.5°C的期望溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述陽極涂層與所述陰極涂層相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述陽極缺陷與所述陰極缺陷相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述陽極缺陷包括設(shè)置在所述涂層上的多個圓形開口，所述開口使所述陽極的所述下方表面暴露于所述電解質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述陰極缺陷包括設(shè)置在所述涂層上的多個圓形開口，所述開口使所述陰極的所述下方表面暴露于所述電解質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述陰極或陽極缺陷包括圓形開口，所述圓形開口各自具有在5微米至5毫米范圍內(nèi)的直徑，各個所述圓形開口均勻地彼此分隔開所述圓形開口直徑的10至2000倍。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述陰極或陽極缺陷包括在所述陰極或陽極的每平方厘米上I至100個所述圓形開口，所述圓形開口均勻地彼此分隔開，并且其中所述圓形開口具有在5微米至5毫米范圍內(nèi)的直徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕性評估儀,其中所述電解質(zhì)包含: (a)以100重量份的水溶液計包含3重量份濃度的氯化鈉的水溶液， (b)模擬酸雨的水溶液，或者 (c)腐蝕性化學溶液。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述陽極夾持器和所述陰極夾持器各自形成倒置的‘Y’支架，以允許使用期間生成的任何氣體或安裝期間附著在涂覆的試樣片表面上的氣泡容易地逸出所述腔室。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述陽極夾持器和所述陰極夾持器定位于所述腔室相對的兩端，以允許使用期間生成的任何氣體容易地逸出所述腔室。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述啟動期的范圍為半小時至1000小時。
17.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的耐腐蝕性評估儀，其中所述預(yù)設(shè)間隔的范圍為半小時至10小時。
【文檔編號】G01N27/26GK103534574SQ201180068156
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月21日
【發(fā)明者】S.H.張, L.F.佩洛斯, R.C.納哈斯 申請人:涂層國外知識產(chǎn)權(quán)有限公司