Page 18 - 《摩擦学学报》2021年第4期

第 4 期 李桂花, 等: 聚酰胺酰亚胺/聚四氟乙烯复合涂层的制备及其摩擦学性能和耐腐蚀性能 461

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2.5 涂层耐腐蚀性能 低频阻抗模量值∣Z∣ 0.01 Hz 为2.24×10 Ω∙cm ，浸泡
电化学阻抗谱(EIS)是研究腐蚀过程的一种有效 240 h后，涂层低频阻抗模量值又呈现较大幅度降低，
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方法. 图7为涂层L0(a、b)、L3(c、d)、L5(e、f)和L6(g、h) 降至1.84×10 Ω∙cm ，这是因为过量的PTFE使得涂层
在质量分数为3.5% 的NaCl溶液中浸泡2、48、120和240 h- 中PAI含量相对减少，PTFE与PAI界面处的接触面积
后测得的电化学阻抗谱的Bode图和Nyquist曲线. 通 变小，PAI对PTFE的粘结性能减弱，进而导致它们之
常，0.01 Hz低频的阻抗模量是判断涂层阻隔能力的可 间的界面结合强度降低，涂层变得疏松多孔，虽然该
靠指标，从Bode图中可以看到，浸泡初期，纯PAI涂层 涂层表现出最大的水接触角，但是随着涂层在腐蚀介
L0表 现 出 最 低 的 低 频 阻 抗 模 量 值∣Z∣ 0.01 Hz ， 为 质中浸泡时间的增加，涂层表面还是很快被润湿，电
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1.83×10 Ω∙cm . 浸泡120 h后，低频阻抗模量迅速降 解质溶液会迅速沿着涂层内部的孔隙渗透到涂层/基
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低至7.84×10 Ω∙cm ，浸泡240 h后，该值又急剧降低到 材的界面处，发生腐蚀反应，因此涂层耐腐蚀性能又
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8.48×10 Ω∙cm ，涂层已失效. 这归因于PAI涂层本身 呈现降低的趋势. 另外从Nyquist图中也可以看到，浸
是亲水性的，而且在固化过程中由于溶剂的挥发涂层 泡初期，所有涂层都具有较大的容抗弧直径，且只有
内部有较多的缺陷和孔隙，对电解质溶液的阻隔性能 1个时间常数. 浸泡120 h后，纯PAI涂层在低频出现了
较差，导致阻抗模量降低较快；对于L3涂层，浸泡初 新的时间常数，这说明电解质溶液已经扩散到了涂层
期，低频阻抗模量值∣Z∣ 0.01 Hz 为2.15×10 Ω∙cm ，浸 与基材界面处，并发生了较严重的腐蚀反应. 浸泡240 h
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泡240 h后，它的低频阻抗模量值也有较明显的降低， 后，纯PAI涂层出现的新时间常数的容抗弧直径进一
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降至1.72×10 Ω∙cm ，这是由于添加少量的PTFE不足 步缩小，这归因于涂层与基底界面处腐蚀反应的加剧.
以发挥涂层的疏水特性，且涂层中PAI含量仍较多，依 对于L3和L6涂层，浸泡240 h也出现了新的时间常数，
然存在少量微孔；对于L5涂层，浸泡初期，低频阻抗模 这说明它们与基材的界面处也发生了腐蚀反应. 而在
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量值最大，为2.4×10 Ω∙cm ，浸泡240 h后，其低频阻 整个浸泡过程中，涂层L5没有出现新的时间常数，而
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抗模量值仍高达3.83×10 Ω∙cm ，显然该涂层对金属 且仍具有较大的容抗弧直径，这表明电解质溶液的扩
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基底具有较好的腐蚀防护性能，这是因为恰当的 散仍在涂层本体发生，未渗透至涂层/基材界面.
PTFE与PAI比例，使得PTFE与PAI之间表现出较好的 为了进一步研究腐蚀过程，通过电化学等效电路
界面结合，涂层内部更加致密，极大提高了涂层对电 来拟合EIS测量结果，如图8(a~b)所示. 部分拟合参数

解质溶液的阻隔性能，渗透到涂层中的电解质溶液减 (R ，R )随浸泡时间的变化如图9(a~b)所示. 拟合的等
c
ct
少，涂层阻抗模量变化较小；对于L6涂层，浸泡初期， 效电路元件包括R 、R 、R 、Q 和Q ，它们分别代表电
c
dl
s
c
ct
(a) 10 11 (b) 1.6 (c) 10 11 (d) 1.2
2 h 2 h 2 h 2 h
10 10 48 h 48 h 10 10 48 h 1.0 48 h
120 h 1.2 120 h 10 9 120 h 0.8 120 h
|Z|/(Ω·cm 2 ) 10 8 7 Z im /(10 10 Ω·cm 2 ) 0.8 8×10 5 |Z|/(Ω·cm 2 ) 10 8 7 Z im /(10 10 Ω·cm 2 ) 0.6 3×10 5
240 h
240 h
240 h
240 h
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Fitting curves
Fitting curves
Fitting curves
Fitting curves
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6×10 5
0.4
2×10 5
10
2×10 5
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10 6 5 0.4 4×10 5 0.0 10 6 5 0.2 1×10 5 0.0
10 4 0.0 0.0 0.5×10 6 1.0×10 6 1.5×10 6 10 4 0.0 0.0 2×10 5 4×10 5 6×10 5
10 −2 10 0 10 2 10 4 0 1 2 3 4 5 10 −2 10 0 10 2 10 4 0 0.8 1.6 2.4 3.2 4.0
Frequency/Hz Z re /(10 Ω·cm ) Frequency/Hz Z re /(10 Ω·cm ) 2
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(e) 10 11 (f) 3.0 (h)
2 h 2 h (g) 10 11 3.0
10 10 9 48 h 2.4 48 h 10 10 2 h 2.5 2 h
48 h
48 h
120 h
120 h
120 h
|Z|/(Ω·cm 2 ) 10 8 7 Fitting curves Z im /(10 10 Ω·cm 2 ) 1.8 |Z|/(Ω·cm 2 ) 10 9 8 7 240 h Z im /(10 10 Ω·cm 2 ) 2.0 1.2×10 8 Fitting curves
240 h
120 h
240 h
10
Fitting curves
240 h
Fitting curves
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1.5
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1.2
10
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0.5
10 6 5 0.6 10 6 5 1.0 0.8×10 8
0.4×10 8
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0.0 0.0
10 4 10 4 0.0 0.0 0.6×10 5 1.2×10 5 1.2×10 5
10 −2 10 0 10 2 10 4 0 0.3 0.6 0.9 1.2 10 −2 10 0 10 2 10 4 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8
Frequency/Hz Z re /(10 Ω·cm ) 2 Frequency/Hz Z re /(10 Ω·cm )
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Fig. 7 Bode impedance modulus curves and Dynamic Nyquist curves of composite coatings (a) and (b)L0，(c) and (d) L3，(e) and (f)
L5，(g) and (h) L6 immersed in 3.5% NaCl solution for 2 h，48 h，120 h and 240 h
图 7 复合涂层在质量分数为3.5% NaCl溶液中浸泡2 h、48 h、120 h和240 h后的Bode阻抗模量曲线和Nyquist曲线(a)和(b) L0，
(c)和(d) L3，(e)和(f) L5，(g)和(h) L6