摘要

以E44型環氧(yang)(yang)樹(shu)脂(zhi) （EP） 為填充(chong)材(cai)料，制備(bei)了環氧(yang)(yang)樹(shu)脂(zhi)填充(chong)重結晶碳(tan)化(hua)硅(gui) （EP/RSiC） 復合(he)材(cai)料。通過對表面形貌、動態電位極化(hua)曲線、電化(hua)學阻抗圖譜、腐蝕(shi)速率進行分(fen)析，研究了EP/RSiC在靜態室溫條(tiao)件下2 mol/LH2SO4溶液和4 mol/L NaOH溶液中的腐蝕行為。結果表明：EP/RSiC復合材料結構致密，具有較低的腐蝕電流密度和較高的自腐蝕電位，抗腐蝕性良好。EP/RSiC復合材料的腐蝕由SiC的活性溶解造成，因此EP/RSiC復合材料更容易受到堿性溶液的腐蝕，并且其腐蝕行為受電荷傳遞控制；EP/RSiC復合材料的腐蝕速率隨EP填充量的增加而減少。15% （體積分數） EP/RSiC的抗腐蝕性最佳，在2 mol/L H2SO4溶液中的腐蝕速率為152 mg/（dm2·d），在4 mol/L NaOH溶液中的腐蝕速率為310 mg/（dm2·d），與RSiC相比其腐蝕保護效率分別達到90.5%和93.7%。

關(guan)鍵詞： 重結晶碳化硅； 環氧樹脂； 復合材料； 腐(fu)蝕； 電(dian)化學

自(zi)從人類使(shi)用材(cai)料(liao)以來，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)就一直是一種造成材(cai)料(liao)性(xing)能(neng)退化的(de)不可逆轉自(zi)然現象，材(cai)料(liao)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)會引起設備、機(ji)械、管(guan)道等破壞[1,2]，且高(gao)溫、高(gao)壓、強酸或強堿的(de)工作環(huan)境對材(cai)料(liao)提出了更高(gao)的(de)要(yao)求。在(zai)陶瓷材(cai)料(liao)中，重(zhong)結晶碳(tan)化硅 （RSiC） 具(ju)有純度(du)高(gao)、硬度(du)高(gao)、耐磨損、熱膨脹系數小、化學性(xing)質穩定和(he)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)等優(you)點，可用于強腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)環(huan)境中[3,4,5,6]。但是由于自(zi)身(shen)在(zai)燒結過程中不產(chan)生收縮的(de)特(te)征使(shi)得(de)其(qi)致密度(du)不高(gao)，易產(chan)生氣(qi)(qi)孔且氣(qi)(qi)孔基本為開(kai)口連通(tong)結構[7]，這使(shi)得(de)RSiC與腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)介質的(de)實際接觸面積遠大于RSiC的(de)表(biao)面積，導致其(qi)抗酸堿腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)下降。研究(jiu)[8,9,10]表(biao)明，RSiC在(zai)酸性(xing)和(he)堿性(xing)溶(rong)液中會發生腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。Weidenmann等[11]研究(jiu)表(biao)明，RSiC因為其(qi)本身(shen)具(ju)有較高(gao)的(de)氣(qi)(qi)孔率，所以更容易受到腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。Kim等[12]和(he)Cook等[13]研究(jiu)表(biao)明，潮(chao)濕氛圍能(neng)加速SiC顆粒的(de)溶(rong)解。

研(yan)究[14,15,16]認(ren)為，E44型(xing)(xing)環(huan)氧樹(shu)脂具(ju)有良(liang)好的粘結性與密封性，能(neng)(neng)耐酸堿(jian)和(he)其他介質的腐(fu)蝕，是一種常用(yong)的防(fang)腐(fu)材料(liao)。如果采用(yong)E44型(xing)(xing)環(huan)氧樹(shu)脂填充RSiC，制備成環(huan)氧樹(shu)脂/重結晶碳化硅復合材料(liao) （EP/RSiC），就可(ke)以降低RSiC與腐(fu)蝕介質的接觸(chu)面積，有可(ke)能(neng)(neng)提(ti)高RSiC的抗酸堿(jian)腐(fu)蝕性。目前，對于EP/RSiC在(zai)強酸、強堿(jian)溶液中腐(fu)蝕的研(yan)究較(jiao)少。

本文采(cai)用E44型環(huan)(huan)氧(yang)樹脂(zhi)(zhi)對RSiC進(jin)行(xing)填充，制(zhi)備出不同填充量的(de)EP/RSiC，并對其表面(mian)形貌、動態電位極化(hua)曲線、電化(hua)學(xue)阻抗圖(tu)譜、腐蝕速率進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)測(ce)試(shi)，探(tan)究(jiu)(jiu)了E44型環(huan)(huan)氧(yang)樹脂(zhi)(zhi)填充量對RSiC抗酸堿腐蝕性能的(de)影響(xiang)，以期為RSiC的(de)研究(jiu)(jiu)提供基礎數(shu)據。

1 實驗方法

1.1 實驗原料(liao)及實驗設備

RSiC為實驗室自制，平均氣孔率約15%~17%。實驗所用濃H2SO4，NaOH，無水乙醇(chun)，1，3丁二烯(xi)均為分析(xi)純(chun)；環氧樹脂 （E44型） 為工業級。

采用(yong)NEXUS 470型Fourier變換(huan)紅(hong)外光譜儀(yi) （FT-IR） 對(dui)試樣(yang)進(jin)行(xing)測(ce)試，測(ce)試使用(yong)波數(shu)范(fan)圍500~4000 cm-1。采用(yong)JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡 （SEM） 觀察試樣(yang)腐蝕前后表面及斷面形貌。采用(yong)SHIMAD-ZU XRD-6000型X射線衍射儀(yi) （XRD） 對(dui)材料相組成(cheng)進(jin)行(xing)分析，實(shi)驗參數(shu)為：CuKα （λ=0.15418 nm），電壓35 kV，電流30 mA，掃描范(fan)圍5~50°，掃描歩寬0.02，每步時(shi)間10 s。

1.2 試樣(yang)處理

把RSiC切(qie)成(cheng)10 mm×10 mm×6 mm立(li)方體，然后(hou)(hou)進(jin)行拋光處(chu)理，用無(wu)水乙醇(chun)溶液(ye)(ye)清洗(xi)干(gan)凈(jing)后(hou)(hou)備用。稱取(qu)一(yi)定量E44-環氧(yang)樹(shu)脂在75 ℃下(xia)預熱30 min，待其具有較好流(liu)動(dong)性后(hou)(hou)取(qu)出，再(zai)加入固(gu)化(hua)劑(ji)混(hun)(hun)合(he)均勻 （環氧(yang)樹(shu)脂與固(gu)化(hua)劑(ji)的(de)比例為9∶1）。然后(hou)(hou)將RSiC浸入環氧(yang)樹(shu)脂與固(gu)化(hua)劑(ji)的(de)混(hun)(hun)合(he)液(ye)(ye)中，進(jin)行抽真空(kong)處(chu)理，之后(hou)(hou)在120 ℃下(xia)固(gu)化(hua)180 min，清除(chu)掉表面殘(can)留物后(hou)(hou)可得到EP/RSiC。最后(hou)(hou)對(dui)EP/RSiC進(jin)行拋光處(chu)理，用無(wu)水乙醇(chun)溶液(ye)(ye)超聲(sheng)波清洗(xi)干(gan)凈(jing)后(hou)(hou)烘干(gan)，保存待用。

1.3 環氧樹脂填充(chong)量(liang)

通(tong)過(guo)調(diao)整(zheng)環氧樹脂(zhi)與(yu)固化(hua)劑的比例(li)與(yu)抽真空處理的時間，本實驗(yan)制備了環氧樹脂(zhi)填充量分別(bie)為8% （體積分數(shu)），10%，15%的EP/RSiC，下文分別(bie)用8%EP/RSiC，10%EP/RSiC，15%EP/RSiC表示。根(gen)據下式(shi)計算出環氧樹脂(zhi)的填充量W:

W=VV0×100%  （1）

其中，V為填充環(huan)氧樹(shu)脂(zhi)體(ti)積(ji)，cm3；V0為RSiC體(ti)積(ji)，cm3。

1.4 腐蝕速率測(ce)試

將試樣(yang)分別浸(jin)入2 mol/L H2SO4溶液和(he)4 mol/L NaOH溶液中，密(mi)封后室溫下(xia)保存。每(mei)(mei)隔24 h取出試(shi)樣，用流(liu)動清水(shui)沖洗30 min，再用無(wu)水(shui)乙醇溶液超聲波清洗，烘(hong)干后稱重。每(mei)(mei)個(ge)試(shi)樣稱量5次求平(ping)均值，每(mei)(mei)組(zu)3個(ge)平(ping)行試(shi)樣。實驗采(cai)用失重法，根據下(xia)式計(ji)算(suan)出試(shi)樣分別在(zai)2 mol/L H2SO4溶(rong)液和4 mol/L NaOH溶(rong)液中的(de)腐蝕速(su)率K:

K=W0?W1St  （2）

其中(zhong)，W1為(wei)(wei)腐(fu)蝕(shi)后試樣(yang)(yang)質(zhi)量，mg；W0為(wei)(wei)試樣(yang)(yang)原始質(zhi)量，mg；S為(wei)(wei)試樣(yang)(yang)表面積，dm2；t為(wei)(wei)試樣(yang)(yang)腐(fu)蝕(shi)時間，d。

1.5 電(dian)化學測試

用(yong)導電膏將絕(jue)緣銅(tong)線粘到試(shi)(shi)(shi)樣(yang)表(biao)面后(hou)，在銅(tong)線與試(shi)(shi)(shi)樣(yang)相連(lian)處涂上(shang)樹(shu)脂，防(fang)止(zhi)縫(feng)隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)發(fa)生。再將固(gu)定(ding)好的(de)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)浸入腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)介質(zhi) （電解質(zhi)） 中，待自腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位穩定(ding)后(hou)進行(xing)測(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)。電化(hua)學測(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)使用(yong)PGSTAT302N 型Autolab電化(hua)學工(gong)作站。實驗采用(yong)經典(dian)三電極(ji)體系，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)介質(zhi)為(wei)2 mol/L H2SO4溶(rong)液(ye)時(shi)，參比(bi)電(dian)(dian)(dian)極為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)Hg2SO4電(dian)(dian)(dian)極，輔助電(dian)(dian)(dian)極為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)Pt電(dian)(dian)(dian)極，研究(jiu)試樣(yang)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)工(gong)作(zuo)電(dian)(dian)(dian)極；腐蝕介質(zhi)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)4 mol/L NaOH溶(rong)液(ye)時(shi)，參比(bi)電(dian)(dian)(dian)極為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)Hg-HgO電(dian)(dian)(dian)極，輔助電(dian)(dian)(dian)極為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)Pt電(dian)(dian)(dian)極，研究(jiu)試樣(yang)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)工(gong)作(zuo)電(dian)(dian)(dian)極。電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)測(ce)試在室溫下進行，極化(hua)曲線的(de)掃描(miao)速率(lv)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)20 mV/s，開始電(dian)(dian)(dian)位為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)-1 V/s，掃描(miao)結(jie)束(shu)電(dian)(dian)(dian)位為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)2.5 V/s。電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)阻抗使(shi)用電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)工(gong)作(zuo)站EIS軟(ruan)件測(ce)量(liang)，測(ce)試的(de)振幅為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)105~10-2 Hz，取50個測(ce)試點(dian)。

2 結果與討(tao)論

2.1 EP/RSiC復合材(cai)料的紅外光譜(pu)

圖1為(wei)(wei)E44-環氧樹(shu)脂(zhi)(zhi)和(he)EP/RSiC復(fu)合(he)材料(liao)的(de)(de)(de)紅外光(guang)譜。與標準環氧樹(shu)脂(zhi)(zhi)紅外光(guang)譜對照[17]，可判定EP/RSiC復(fu)合(he)材料(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)聚合(he)物僅為(wei)(wei)環氧樹(shu)脂(zhi)(zhi)。波數在(zai)830 cm-1處(chu)(chu)(chu)為(wei)(wei)對位取代苯環H的(de)(de)(de)面外彎曲(qu)振(zhen)(zhen)動(dong)；在(zai)915 cm-1處(chu)(chu)(chu)為(wei)(wei)環氧基團的(de)(de)(de)特征(zheng)(zheng)吸收峰(feng)；在(zai)1250 cm-1處(chu)(chu)(chu)為(wei)(wei)苯醚(mi)伸縮(suo)振(zhen)(zhen)動(dong)；在(zai)1362 cm-1處(chu)(chu)(chu)為(wei)(wei)雙酚A中(zhong)雙甲(jia)基對稱(cheng)彎曲(qu)振(zhen)(zhen)動(dong)；在(zai)1610 cm-1處(chu)(chu)(chu)為(wei)(wei)芳環C—H伸縮(suo)振(zhen)(zhen)動(dong)；2853和(he)2928 cm-1分(fen)別(bie)為(wei)(wei)甲(jia)基和(he)亞甲(jia)基的(de)(de)(de)C—H伸縮(suo)振(zhen)(zhen)動(dong)；3380 cm-1處(chu)(chu)(chu)為(wei)(wei)OH伸縮(suo)振(zhen)(zhen)動(dong)。EP/RSiC復(fu)合(he)材料(liao)的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)特征(zheng)(zheng)吸收峰(feng)與E44-環氧樹(shu)脂(zhi)(zhi)基本一致，部分(fen)吸收峰(feng)向(xiang)低波數方向(xiang)移動(dong)，這說明環氧樹(shu)脂(zhi)(zhi)填充了RSiC的(de)(de)(de)結構空隙(xi)，并且環氧樹(shu)脂(zhi)(zhi)和(he)碳化硅顆粒(li)之間(jian)存(cun)在(zai)類(lei)似氫(qing)鍵的(de)(de)(de)物理粘結作用[18]。

圖1   E44-環氧樹(shu)脂和EP/RSiC復合材料的紅外光(guang)譜圖

2.2 EP/RSiC復合材料的XRD譜(pu)

圖2為(wei)(wei)RSiC、E44-環(huan)(huan)(huan)氧(yang)(yang)樹(shu)脂和(he)EP/RSiC復合材(cai)料的(de)(de)XRD譜。可以看出(chu)，RSiC在2θ為(wei)(wei)34°，35°，38°，41°，45°，54°，59°和(he)65°處(chu)有(you)尖銳的(de)(de)衍(yan)射峰(feng)(feng)出(chu)現，這些(xie)衍(yan)射峰(feng)(feng)分(fen)別對(dui)應 （101），（106），（103），（104），（105），（107），（108） 和(he) （109） 晶(jing)面，表明RSiC具有(you)較好的(de)(de)晶(jing)體(ti)結構；E44-環(huan)(huan)(huan)氧(yang)(yang)樹(shu)脂在2θ為(wei)(wei)15°和(he)25°之間出(chu)現了寬散的(de)(de)衍(yan)射峰(feng)(feng)，這說(shuo)明E44-環(huan)(huan)(huan)氧(yang)(yang)樹(shu)脂為(wei)(wei)無定(ding)型(xing)結構的(de)(de)非晶(jing)體(ti)。對(dui)于EP/RSiC復合材(cai)料來說(shuo)，其(qi)同(tong)時具有(you)RSiC和(he)E44-環(huan)(huan)(huan)氧(yang)(yang)樹(shu)脂的(de)(de)衍(yan)射峰(feng)(feng)特征，這說(shuo)明RSiC和(he)E44-環(huan)(huan)(huan)氧(yang)(yang)樹(shu)脂的(de)(de)結晶(jing)狀(zhuang)態沒有(you)改變，環(huan)(huan)(huan)氧(yang)(yang)樹(shu)脂和(he)碳化(hua)硅(gui)顆粒是通過物理粘(zhan)結作用(yong)結合在一(yi)起，這與從紅外光譜得到的(de)(de)結果相一(yi)致。

圖2   RSiC、E44-環氧(yang)樹脂和EP/RSiC復合材(cai)料的XRD譜

2.3 EP/RSiC復(fu)合材料的表面形貌

圖(tu)3為RSiC和EP/RSiC在腐(fu)蝕(shi)(shi)前后(hou)的(de)SEM像。對(dui)比圖(tu)3a和b可(ke)以看出，RSiC發生(sheng)較為嚴重的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)，經(jing)腐(fu)蝕(shi)(shi)后(hou)SiC小顆粒消失，一部分SiC大(da)顆粒開始(shi)溶(rong)解，腐(fu)蝕(shi)(shi)現象明(ming)顯(xian)。結(jie)合圖(tu)3c和d可(ke)知，對(dui)于(yu)EP/RSiC來說，浸入的(de)環(huan)氧(yang)樹脂(zhi)填(tian)充了(le)RSiC的(de)結(jie)構空(kong)隙，減少了(le)氣孔率，經(jing)腐(fu)蝕(shi)(shi)后(hou)有(you)少量的(de)環(huan)氧(yang)樹脂(zhi)脫落，SiC大(da)顆粒受到輕(qing)微(wei)腐(fu)蝕(shi)(shi)，抗(kang)腐(fu)蝕(shi)(shi)性相對(dui)于(yu)RSiC有(you)顯(xian)著提(ti)高(gao)。

圖3   腐蝕前后(hou)的RSiC和EP/RSiC的SEM像

2.4 EP/RSiC復合材料的(de)極化(hua)曲(qu)線

圖4是RSiC和EP/RSiC在(zai)2 mol/L H2SO4溶液(ye)和4 mol/L NaOH溶液(ye)中(zhong)的(de)(de)極(ji)(ji)化(hua)(hua)曲線。從圖4a可以看(kan)出，在陽(yang)極(ji)(ji)區(qu)間(jian)內，RSiC與(yu)EP/RSiC都表(biao)(biao)現出明顯的(de)(de)由活化(hua)(hua)向(xiang)鈍化(hua)(hua)轉變(bian)的(de)(de)特征。對于RSiC來說(shuo)，陽(yang)極(ji)(ji)極(ji)(ji)化(hua)(hua)開始后，電(dian)流(liu)密度隨電(dian)壓增加而(er)明顯增加，表(biao)(biao)現為(wei)陽(yang)極(ji)(ji)活性溶解(jie)，這(zhe)是由于Si和C等發生了快速溶解(jie)。極(ji)(ji)化(hua)(hua)曲線保持一(yi)段時間(jian)的(de)(de)穩定之(zhi)后，腐蝕電(dian)流(liu)密度迅速減小，RSiC在0.64~1.00 V區(qu)間(jian)內形成穩定的(de)(de)鈍化(hua)(hua)膜(mo)，表(biao)(biao)現為(wei)穩定鈍化(hua)(hua)狀態(tai)。這(zhe)歸因于試(shi)樣在表(biao)(biao)面(mian)形成了致密的(de)(de)鈍化(hua)(hua)膜(mo)，鈍化(hua)(hua)膜(mo)使得試(shi)樣表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)陽(yang)極(ji)(ji)活性溶解(jie)受(shou)到抑制。在2 mol/L H2SO4溶(rong)液中，EP/RSiC的(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)區間(jian)(jian) （-0.14~0.17 V） 與RSiC的(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)區間(jian)(jian)寬度相似，且(qie)EP/RSiC的(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)電流(liu)密(mi)度比(bi)(bi)RSiC的(de)(de)(de)更小，因此EP/RSiC比(bi)(bi)RSiC擁有更好的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)。從圖4b可(ke)以看(kan)出，RSiC和EP/RSiC在(zai)4 mol/L NaOH溶(rong)液中無明(ming)顯鈍(dun)化(hua)區存(cun)在(zai)；EP/RSiC的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕電流(liu)密(mi)度比(bi)(bi)RSiC的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕電流(liu)密(mi)度減少了一個數量級(ji)，同時腐(fu)(fu)蝕電位(wei)明(ming)顯地向正向偏移，這表明(ming)EP/RSiC具(ju)有更好的(de)(de)(de)抗腐(fu)(fu)蝕性(xing)。

圖4   RSiC和(he)EP/RSiC在2 mol/L H2SO4溶(rong)液和4 mol/L NaOH溶(rong)液中(zhong)的極(ji)化(hua)曲線(xian)

SiC在酸性和堿性環境中(zhong)的陽極反應如(ru)下[19]:

在酸(suan)性溶液中：

C+2H2O （l）→CO2 （g）+4H+ （aq）+4e?（3）

SiC+2H2O （l）→SiO2 （s）+C（s）+4H+（aq）+4e?（4）

在堿(jian)性溶(rong)液(ye)中：

SiC+6OH? （aq）→SiO32?+C （s）+3H2O+4e?  （5）

通過建(jian)立(li)的電化學(xue)腐蝕反應可以看出，在堿性溶液(ye)中，SiC溶解形成C和(he)SiO32-，而(er)在2 mol/L H2SO4溶(rong)液中則形成C和SiO2層。在酸性溶(rong)液中，SiC與H2O反(fan)應形成SiO2層，導致腐蝕電流密度的強烈降(jiang)低(di)和開(kai)路電位的正向移動。

對極化曲線進行擬合(he)，得到的腐蝕電位 （Ecorr） 和腐蝕電流密度 （Icorr） 列于表1。根據下式計算出試樣(yang)分別(bie)在2 mol/L H2SO4溶(rong)液和(he)4 mol/L NaOH溶(rong)液中的保護效率：

η=I0corr?IcorrI0corr×100%  （6）

其中，η為保護效(xiao)率；I0corr為RSiC的(de)腐蝕電流密(mi)度，？A/cm2；Icorr為EP/RSiC的(de)腐蝕電流密(mi)度，？A/cm2。

表1   由極化曲線(xian)得(de)到的電化學(xue)參(can)數

結合表1中的電(dian)化學參數可(ke)以看出，無(wu)論是(shi)在(zai)2 mol/L H2SO4溶液中還(huan)是(shi)4 mol/L NaOH溶液中，與RSiC相比，EP/RSiC腐蝕(shi)電(dian)(dian)位均發生(sheng)正向移動，腐蝕(shi)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)(du)下降，這說明RSiC的腐蝕(shi)傾向高于EP/RSiC的。因為腐蝕(shi)電(dian)(dian)位越低，材料越早開(kai)始在特(te)定(ding)(ding)環境(jing)中腐蝕(shi)，反(fan)之(zhi)亦然[20]。腐蝕(shi)速(su)(su)率由(you)腐蝕(shi)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)(du)決定(ding)(ding)，腐蝕(shi)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)(du)越大(da)(da)，腐蝕(shi)速(su)(su)率越快(kuai)[20]，所(suo)以RSiC的腐蝕(shi)速(su)(su)率大(da)(da)于EP/RSiC的。

2.5 EP/RSiC復合材(cai)料的電化(hua)學(xue)阻抗譜

圖5為RSiC和EP/RSiC在2 mol/L H2SO4溶液(ye)中的(de)Nyquist和Bode圖。從Nyquist圖中可以看出，RSiC在2 mol/L H2SO4溶(rong)(rong)液中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)阻抗(kang)(kang)(kang)(kang)譜(pu)僅(jin)存在(zai)一(yi)(yi)個高(gao)-低頻(pin)(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)容(rong)抗(kang)(kang)(kang)(kang)弧，這表明在(zai)測試(shi)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率范圍內，RSiC的(de)(de)(de)電極(ji)反應(ying)(ying)由(you)電荷傳遞控制(zhi)，所以(yi)其Bode圖中(zhong)(zhong)應(ying)(ying)存在(zai)一(yi)(yi)個容(rong)抗(kang)(kang)(kang)(kang)弧，如圖5b所示。對于EP/RSiC來說，其在(zai)酸性(xing)溶(rong)(rong)液中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)阻抗(kang)(kang)(kang)(kang)譜(pu)由(you)一(yi)(yi)個高(gao)-中(zhong)(zhong)頻(pin)(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)容(rong)抗(kang)(kang)(kang)(kang)弧和一(yi)(yi)個中(zhong)(zhong)-低頻(pin)(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)容(rong)抗(kang)(kang)(kang)(kang)弧共同組成。高(gao)-中(zhong)(zhong)頻(pin)(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)容(rong)抗(kang)(kang)(kang)(kang)弧主要是(shi)受到鈍化膜的(de)(de)(de)影(ying)響，中(zhong)(zhong)-低頻(pin)(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)感抗(kang)(kang)(kang)(kang)弧是(shi)試(shi)樣表面(mian)的(de)(de)(de)電子轉移造成的(de)(de)(de)。通常認為，Nyquist圖的(de)(de)(de)直徑越大(da)，即電荷轉移電阻越大(da)，意味著材(cai)料具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)阻抗(kang)(kang)(kang)(kang)和較(jiao)低的(de)(de)(de)容(rong)抗(kang)(kang)(kang)(kang)，其抗(kang)(kang)(kang)(kang)腐蝕能力就越強[21,22]。結合(he)圖5a可知，15%EP/RSiC在(zai)2 mol/L H2SO4溶液中(zhong)抗(kang)腐蝕性略優(you)于10%EP/RSiC和(he)8%EP/RSiC，但遠勝(sheng)過RSiC。由圖5b可(ke)以看(kan)出，與RSiC相(xiang)比，EP/RSiC的相(xiang)位角曲線(xian)顯著(zhu)上升，且在更(geng)(geng)寬的范圍內接近(jin)-90°，這說明(ming)了EP/RSiC復合材料擁有更(geng)(geng)小(xiao)的電容(rong)以及更(geng)(geng)大的電阻，抗(kang)腐蝕性顯著(zhu)提高。

圖5   RSiC和EP/RSiC在2 mol/L H2SO4溶液(ye)中的Nyquist和Bode圖

圖(tu)6為RSiC和(he)EP/RSiC在(zai)4 mol/L NaOH溶液中的(de)Nyquist和(he)Bode圖(tu)。可(ke)(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，RSiC和(he)EP/RSiC在(zai)4 mol/L NaOH溶液中的(de)阻抗(kang)譜為一(yi)(yi)個高(gao)-低頻的(de)容(rong)抗(kang)弧，說明在(zai)測試(shi)頻率范圍內電(dian)極反(fan)應由(you)電(dian)荷傳遞控制(zhi)。根據容(rong)抗(kang)弧半徑(jing)的(de)大小(xiao)，可(ke)(ke)以(yi)判斷出(chu)試(shi)樣在(zai)堿性溶液中的(de)抗(kang)腐蝕(shi)性排序(xu)為：15%EP/RSiC＞10%EP/RSiC＞8%EP/RSiC＞RSiC。由(you)圖(tu)6b可(ke)(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，添加E-44環氧(yang)樹脂后曲線向(xiang)高(gao)頻方向(xiang)移動，表明在(zai)同一(yi)(yi)頻率下EP/RSiC的(de)阻抗(kang)值(zhi)更(geng)高(gao)，耐腐蝕(shi)性更(geng)好(hao)，這與從(cong)Nyquist圖(tu)得到的(de)結論相(xiang)一(yi)(yi)致。

圖6   RSiC和 EP/RSiC在4 mol/L NaOH溶液中的(de)Nyquist和Bode圖

對RSiC和EP/RSiC在(zai)2 mol/L H2SO4和4 mol/L NaOH溶(rong)液(ye)中(zhong)的EIS圖進行擬合[19,21]，擬合采用等效電(dian)路圖如圖7所示(shi)，獲得(de)的相(xiang)應電(dian)化(hua)學(xue)參(can)數在表2中(zhong)列出。其中(zhong)，Rs為(wei)溶(rong)液(ye)電(dian)阻(zu)，Rt為(wei)電(dian)荷(he)轉(zhuan)移(yi)電(dian)阻(zu)，CPEt為(wei)試樣(yang)(yang)表面(mian)形成(cheng)的雙電(dian)層電(dian)容(rong)，Rf為(wei)鈍化(hua)膜引起的電(dian)阻(zu)，CPEf是(shi)由鈍化(hua)膜產生(sheng)的容(rong)抗。由表2可以(yi)看出，Rf與CPEf保持穩定，說明EP/RSiC在酸(suan)性(xing)溶(rong)液(ye)中(zhong)的腐蝕主要受電(dian)荷(he)轉(zhuan)移(yi)控制。Rt顯著提高，CPEt顯著下降(jiang)，這(zhe)使得(de)電(dian)荷(he)轉(zhuan)移(yi)時將(jiang)受到更(geng)大的阻(zu)礙作用，因此試樣(yang)(yang)的抗腐蝕性(xing)更(geng)強[21,23]。所以(yi)EP/RSiC在酸(suan)性(xing)溶(rong)液(ye)和堿(jian)性(xing)溶(rong)液(ye)中(zhong)的抗腐蝕性(xing)優于RSiC的，這(zhe)與從極化(hua)曲線得(de)到的結果相(xiang)一致(zhi)。

圖7   RSiC和EP/RSiC分別在2 mol/L H2SO4和4 mol/L NaOH溶液中EIS擬合(he)的(de)等(deng)效電路

表2   由EIS擬(ni)合(he)得到的電化學參數

2.6 EP/RSiC復合材料(liao)的腐蝕速率(lv)

圖8為RSiC和EP/RSiC分別在2 mol/L H2SO4溶(rong)液(ye)和(he)4 mol/L NaOH溶(rong)液(ye)中(zhong)的腐蝕速率。由圖(tu)8a可以看出，在(zai)2 mol/L H2SO4溶液中，EP/RSiC腐(fu)蝕(shi)(shi)速率隨環氧樹(shu)脂(zhi)填(tian)充(chong)量的增加而減少，且質量損失(shi)比RSiC更(geng)少，這是(shi)由于EP/RSiC中大量的氣孔(kong)被填(tian)充(chong)以(yi)及E44型(xing)環氧樹(shu)脂(zhi)本身(shen)具有良好的抗(kang)腐(fu)蝕(shi)(shi)性。同樣(yang)的，在4 mol/L NaOH溶液中，也可得到相同結論。經計算，在2 mol/L H2SO4溶液中(zhong)，RSiC腐(fu)蝕(shi)速率(lv)(lv)(lv)(lv)穩(wen)定(ding)在(zai)311 mg/（dm2·d），15%EP/RSiC的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速率(lv)(lv)(lv)(lv)穩(wen)定(ding)在(zai)152 mg/（dm2·d）；RSiC的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速率(lv)(lv)(lv)(lv)約為EP/RSiC的(de)(de)(de)(de)2.1倍(bei)。在(zai)4 mol/L NaOH溶液中(zhong)，RSiC的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速率(lv)(lv)(lv)(lv)穩(wen)定(ding)在(zai)585 mg/（dm2·d），15%EP/RSiC的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速率(lv)(lv)(lv)(lv)穩(wen)定(ding)在(zai)310 mg/（dm2·d），RSiC的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速率(lv)(lv)(lv)(lv)約為EP/RSiC的(de)(de)(de)(de)1.8倍(bei)。

圖8   RSiC和EP/RSiC分別在2 mol/L H2SO4溶液(ye)和4 mol/L NaOH溶液(ye)中的腐蝕速率(lv)

對比(bi)(bi)圖8a和b可以看出，與在(zai)4 mol/L NaOH溶液中的腐(fu)蝕速率比(bi)(bi)較，RSiC和EP/RSiC在(zai)2 mol/L H2SO4溶液中的腐蝕速率要低(di)許多(duo)。這是由于兩種材料在2 mol/L H2SO4溶液中都生成了SiO2保護層，SiO2保護層在減緩材料腐蝕的同時也減少了其質量變化，最終表現為腐蝕速率的減少。

3 結論

（1） 在EP/RSiC復合材料中，E44型環氧(yang)樹脂提高了重(zhong)結(jie)晶SiC的結(jie)構(gou)致(zhi)密(mi)性，且與SiC顆(ke)粒間結(jie)合良好，在空間結(jie)構(gou)上(shang)減少了SiC顆(ke)粒與腐(fu)蝕介(jie)質的接觸面積，起(qi)到阻隔作用。

（2） EP/RSiC復合材料(liao)腐蝕的主要(yao)原(yuan)因是(shi)SiC顆粒的溶解且腐蝕行為受電荷(he)傳遞控(kong)制(zhi)。增加環氧樹脂填(tian)充量可以(yi)提高EP/RSiC抗腐蝕性；其(qi)中，15%EP/RSiC的抗腐蝕性最佳，在2 mol/L H2SO4和(he)4 mol/L NaOH溶液中的腐(fu)蝕保護效(xiao)率分別達(da)到90.5%和(he)93.7%。