石墨烯锌与环氧富锌防护机理的本质差异

石墨烯锌与环氧富锌防护机理有着本质的不同，石墨烯锌是物理屏蔽先期发挥主导作用，且屏蔽和阴极保护交替协同，而环氧富锌是阴极防护优先发挥主导作用。

机理差异：

通过对石墨烯锌和传统环氧富锌涂层的电化学对比研究，对腐蚀防护机理的差异性有了更清楚的认识。

石墨烯锌与环氧富锌防护机理有着本质的不同，石墨烯锌是物理屏蔽在前期发挥主导作用，后续阴极保护作用，并且交替协同，而环氧富锌是阴极防护优先发挥主导作用。

苏州格瑞丰(SZGraphene)与中国科学院苏州纳米所(SINANO)合作，利用电化学测试方法，揭示了石墨烯片层阻隔和阴极防护是如何协同作用，协同过程体现在前期持续长久的物理阻隔主导，过渡到后续稳定长久的阴极防护，以及实现了对两种贡献程度的控制[1]。

图1.石墨烯锌、环氧富锌涂层在加速腐蚀中开路电位(OCP)、低频阻抗随腐蚀时间变化曲线。其中，OCP 比铁的腐蚀电位(-0.78 V)更正的为屏蔽保护阶段，OCP在其下的区域为阴极保护阶段。

高质量石墨烯锌涂层的OCP在较短时间内移至-0.78 V以上，涂层先进入一段长久(1500h) 的物理屏蔽作用主导阶段，随着腐蚀时间的增加，石墨烯锌涂层的OCP逐渐降低至-0.78 V以下，腐蚀介质与石墨烯活化的锌粉发生腐蚀电偶反应，涂层进入阴极防护主导作用阶段。

涂层的低频阻抗模量是评估涂层性能的一个重要指标，低频阻抗模量越高，说明涂层的阻隔性能越好。含高质量薄层石墨烯的涂层和不含石墨烯涂层的低频阻抗值变化曲线趋势不同，含薄层石墨烯的涂层的低频阻抗值比不含薄层石墨烯的涂层高2个数量级，说明含石墨烯涂层在测试时间内一直发挥良好的屏蔽性能。

在优先机制方面，环氧富锌涂层锌粉含量高，抗渗透性差，防护机制通常次序先是阴极防护主导，然后是腐蚀产物增强的物理屏蔽。石墨烯锌物理屏蔽优先主导，与阴极保护交替防护作用。

在主导机制方面，环氧富锌涂层如果锌粉含量高或活性高的，阴极防护主导时间更长，如果锌粉活性低，涂层很快失去阴极防护，涂层物理屏蔽作用占主导。而石墨烯锌物理屏蔽和阴极防护均可实现长久保护机制，可以通过石墨烯与锌粉比例控制主导机制。

在防护程度方面，环氧富锌其锌粉缺少活化，导致其不能提供持久稳定的阴极防护，其锌盐产物屏蔽通常起防护的作用，也难以持久，并无长效防腐机制。而石墨烯锌的物理屏蔽和阴极保护交替防护，协同作用提供耐久保障。

总结：

1. 石墨烯锌与环氧富锌防护机理有本质差异，石墨烯锌优先长久的片层阻隔主导，过渡到后续稳定长久的阴极防护。
2. 高质量薄层石墨烯的涂层具有优异腐蚀防护的原因，在于其能同时能提供稳定持久的物理阻隔和阴极防护功能。协同作用超过了单一的主导作用。
3. 即使少量锌粉，也可以通过添加适量石墨烯增强物理阻隔和活化锌粉，也能实现稳定持久的腐蚀防护。

参考文献：

1.张迎飞，李奇，危春阳，刘立伟，高质量薄层石墨烯改性环氧含锌涂层的腐蚀防护机理研究，涂料工业，50(12), 38-45，2020.