中文摘要：

提高金属设施的服役寿命的重要理论基础是防护涂层失效研究，有机涂层老化、介质渗透扩散和涂层下腐蚀产物生长行为是涂层失效的三个关键环节；由于现今表面分析技术、电化学分析在涂层失效研究的局限性，涂层下金属腐蚀产物的萌生、长大行为以及对界面电化学腐蚀的作用这一关键科学问题没有得到解决。本申请基于激光散斑干涉技术(ESPI)的全场、非接触、无损、高精度、实时动态的特点，选择环氧/碳钢和丙烯酸聚氨酯/碳钢防护体系，对涂层失效过程进行实时动态ESPI监测，开展典型腐蚀环境下涂层失效过程锈蚀萌生、长大以及起泡、缺陷剥离发展过程的可视化研究，研究涂层下腐蚀产物萌生、长大行为及其动力学规律；结合电化学（EIS、LEIS、SKP）分析、腐蚀产物分析，重点研究并得到涂层下金属腐蚀产物扩展行为对涂层下腐蚀电化学行为的作用机制，为提高涂层保护设施的服役寿命提供理论基础，同时也促进腐蚀与防护新研究方法的发展。

结论摘要：

以环氧/碳钢和丙烯酸聚氨酯/碳钢涂层为研究对象,基于激光电子散斑干涉技术（ESPI）,进行涂层失效过程的可视化研究,涂层/金属界面腐蚀产物萌生、扩展行为研究;并结合电化学（EIS、SECM、SKP）、XPS光谱分析,针对涂层防护中亟待解决的科学问题——涂层失效界面腐蚀产物的扩展规律及对膜下金属腐蚀电化学的作用机制进行了探讨;为提高涂层保护设施的服役寿命提供新的理论基础。首先基于激光散斑干涉原理,对激光路、试样浸泡装置、图谱处理软件进行设计和优化,首次建立了具有全场、非接触、无损、高灵敏度特征的实时、动态、原位ESPI涂层失效过程分析方法;得到反映环氧涂层（3.5%NaCl浸泡）失效过程原位、动态图像;并结合XPS光谱跟踪分析了浸泡过程中膜下腐蚀产物,证实了ESPI涂层失效分析方法的有效性；同时得到了丙烯酸聚氨酯涂层失效早期腐蚀产物萌生、扩展的动力学过程。在此基础上,首次设计并搭建了涂层失效过程的实时ESPI与EIS联合原位观测方法;实现了涂层下腐蚀产物萌生、扩展与界面电化学行为的联合测试,得到了涂层失效过程的ESPI图像与EIS电化学参数的对应关系;由此分析涂层失效过程分为三阶段:初期ESPI无变化,EIS为单容抗弧特性;中期ESPI出现模糊斑点,EIS为两个时间常数;后期ESPI出现大斑点,EIS出现扩散弧;这在证实ESPI涂层失效分析方法的科学有效性同时,揭示了涂层失效过程的演变机制。采用扫描电化学显微镜（SECM）技术进一步研究了丙烯酸聚氨酯涂层（3.5%NaCl浸泡）失效早期界面微区电化学行为,浸泡过程中涂层表面电流密度逐渐降低,与ESPI观察的图像相对应,从电化学腐蚀机制上证实了ESPI方法观察涂层早期失效的锈蚀萌生、起泡是科学有效的;完整环氧涂层（3.5%NaCl浸泡）SKP腐蚀电位先下降又上升,说明了膜下腐蚀产物萌生、扩展对界面微区电化学行为的影响;对不同缺陷涂层分别在盐雾、周浸、浸泡腐蚀环境下的微区电化学分析均表明在浸泡开始时,缺陷处为阳极区,金属发生阳极溶解,缺陷边缘涂层下为阴极,涂层发生阴极剥离;当锈蚀覆盖缺陷处金属表面后,缺陷处变为阴极区,锈蚀发生还原反应,剥离涂层下变为了阳极区,膜下腐蚀不断扩展.与涂层失效过程ESPI分析相结合,阐述了膜下腐蚀产物萌生、扩展行为对界面腐蚀电化学行为的作用机制与涂层失效机制。