表面涂覆有机涂层是保护碳钢在大气环境中发生腐蚀的一种有效方法。而涂层在大气环境中会发生老化失效,严重影响碳钢/涂层结构的服役寿命,大气的温度、湿度、可溶性大气污染物离子盐和金属表面的涂装工艺等多种因素对碳钢/涂层体系失效都有不可忽视的影响。因此对碳钢/涂层体系在不同大气环境中的劣化研究以及寿命预测,是合理减少腐蚀成本和及时维修维护的重要前提基础。本文针对环氧富锌底漆/环氧云铁双层涂层体系和环氧富锌底漆单层涂层在室温下的海洋大气、工业大气、海洋工业大气以及近海海洋工业大气4种典型大气环境模拟溶液和4种特殊大气环境模拟溶液中的失效过程进行了对比研究。采用电化学交流阻抗方法研究了碳钢/涂层体系在上述介质中的失效过程电化学行为,通过附着力测试、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜和X射线衍射分析等手段对涂层体系浸泡前后的物理化学变化、表面微观形貌和成分进行了对比研究,并利用Corrosion Master腐蚀仿真软件对涂层体系的失效行为进行了模拟和寿命预测。主要得出以下结论:(1)对于双层涂层体系在不同的大气环境模拟溶液中,涂层体系劣化影响排序为近海海洋工业大气模拟溶液>海洋大气模拟溶液>工业大气模拟溶液。大气腐蚀介质类型是影响有机涂层保护性能的主要因素,主要表现为腐蚀介质离子在涂层中渗透的快慢。渗透速度越快,腐蚀介质越容易渗透到涂层中与锌粉发生反应;而与锌粉反应生成的产物溶解度越低,越能延长锌粉的消耗时间,从而延长富锌涂层的阴极保护作用时间,涂层失效越慢。在同等条件下氯离子(Cl-)在涂层中的渗透速度大于硫酸根离子(SO42-)的渗透速度,因此腐蚀介质对涂层劣化的影响表现为NaCl溶液远远大于(NH4)2SO4溶液,因而近海海洋工业模拟溶液的涂层劣化最快。对于混合溶液(NaCl+(NH4)2SO4),单位体积内混合溶液中的Cl-微粒数量相对减少,离子渗透速度减慢,因此在其他因素相同条件下,对涂层影响快慢表现为NaCl溶液大于NaCl+(NH4)2SO4混合溶液。(2)对于在四种不同模拟溶液中的不同厚度的双层涂层体系试样,海洋工业大气模拟溶液中涂层劣化快慢排序略有不同。涂层中锌粉腐蚀产物的溶解度也会影响涂层劣化快慢。当溶液中的(NH4)+离子含量较多时,会进一步与锌粉腐蚀产物络合生成更难溶物质。涂层厚度不同时,渗透到锌粉/腐蚀介质界面中(NH4)+离子的相对含量不同,导致生成了不同的腐蚀产物,而产物溶解度会影响锌粉的进一步腐蚀,从而影响涂层劣化的快慢。(3)双层涂层体系在几种特殊大气腐蚀介质模拟溶液中,涂层体系劣化影响排序为NaHSO3+NaHCO3溶液>NaHSO3溶液>NaHSO3+NaNO3溶液。腐蚀性阴离子的体积和电导率决定了涂层中离子渗透快慢,进而影响涂层的保护性能。同时对比(NH4)2SO4溶液和NaHS03溶液的测试结果,再次确定了(NH4)+离子对锌腐蚀产物溶解度是加速涂层劣化的重要影响因素。酸雨大气环境模拟溶液(pH=3)会使涂层内部孔隙液电导率增加,离子渗透速度加快,涂层屏蔽性能降低,导致涂层过早发生失效。(4)三种典型大气模拟溶液对环氧富锌涂层的劣化排序为海洋大气模拟溶液>海洋工业大气模拟溶液>工业大气模拟溶液。FTIR结果显示,涂层在NaCI溶液中的降解程度要大于其他两种溶液,富锌涂层的失效形式主要表现为环氧树脂中醚键发生降解,失效形式与腐蚀介质种类关系不大。EIS结果发现,富锌涂层的低频阻抗(|Z|0.01Hz)低于1×106 Ω·cm2时,涂层仍然对碳钢基体具有良好的保护作用。因此,以|Z|0.01HZ降低到1× 106Ω·cm2以下作为涂层完全失效的判据不适用于含导电颗粒的富锌涂层。(5)利用Corrosion Master软件对涂层体系在几种不同大气腐蚀环境中的失效进行研究并对服役寿命进行预测。预测的涂层寿命排序与实验所得的涂层劣化排序相符,说明仿真模拟计算结果与实验结果具有较好的一致性。可以采用该仿真软件对较长服役寿命的碳钢/有机涂层在大气环境下的失效过程进行研究,并在一定程度上解决涂层寿命预测的问题。