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钢铁在大气环境下存在自动催化腐蚀机理的研究

作　者: 黄长靓
导　师: 魏雨
学　校: 河北师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 大气腐蚀 Fe（OH）2 自动催化 γ-FeOOH α-FeOOH 机理
分类号: TG171
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

钢铁的大气腐蚀是一个严重的问题,有关钢铁的大气腐蚀研究一直备受关注。但就目前而言,大多数学者使用大气腐蚀暴露实验、大气模拟实验和电化学的方法来分析大气腐蚀过程中生成的锈层产物的物相和组成,探讨各种因素的影响,并由此角度来达到研究钢铁腐蚀机理的目的。而从Fe→Fe²⁺→γ-FeOOH,α-FeOOH,Fe₃O₄的形成过程出发来研究钢铁腐蚀过程虽有许多文献报道,但有关钢铁腐蚀过程中可能会存在自动催化机理还从未见报道。本文通过在近中性低温环境下空气氧化Fe（OH）₂悬浮液来模拟乡村环境下钢铁腐蚀过程,提出Fe²⁺在该过程中的自动催化机理,并将此机理运用到模拟乡村大气,工业大气和海洋大气腐蚀过程以及各种金属离子对腐蚀产物影响研究中,研究结果对认识和了解钢铁腐蚀过程有着重要意义。本论文的研究内容:1.研究了在近中性条件下（pH=6,7,8）空气氧化Fe（OH）₂悬浮液的氧化产物以及不同滴加方式对氧化速率的影响。结果表明,在近中性条件下,空气氧化Fe（OH）₂悬浮液的氧化产物为α-FeOOH和γ-FeOOH,且采用同时滴加法的氧化速率较慢,这与乡村环境下的钢铁腐蚀的真实环境比较相似。2.研究了Ferrihydrite的捕捉过程。结果表明,往空气氧化Fe（OH）₂悬浮液的过程中添加一定的磷酸盐能捕捉到Ferrihydrite的存在,而且磷酸盐的添加量对Ferrihydrite的捕捉有一定的影响。Ferrihydrite成功捕捉,为本文提出Fe²⁺在空气氧化Fe（OH）₂悬浮液中存在自动催化机理提供了有利的佐证,同时进一步将此机理延伸到钢铁的大气腐蚀机理的解释中。3.研究了乡村大气、工业大气、海洋大气这三种不同环境下的钢铁的大气腐蚀模拟过程,结果发现在不同环境下,腐蚀产物有所不同,但腐蚀产物中都含有γ-FeOOH或α-FeOOH,说明γ-FeOOH和α-FeOOH是铁的主要腐蚀产物。该结果与本文在近中性条件下经空气氧化Fe（OH）₂悬浮液生成的腐蚀产物是一致的。结合三种大气环境下提出的腐蚀机理,可以认为Fe²⁺在碳钢大气腐蚀过程中起着催化作用,而Fe²⁺来源于钢铁本身,也就是说钢铁在大气环境下存在自动催化腐蚀机理。4.研究了在pH=7和pH=8的条件下,空气氧化Fe（OH）₂悬浮液的过程中添加不同含量的Cu²⁺,Ni²⁺,Cr³⁺,Mn²⁺,来模拟含有合金的碳钢的腐蚀过程。结果发现,各种金属离子的阻碍作用与pH环境有关。四种金属离子对α-FeOOH和γ-FeOOH的生成都有一定的抑制作用。金属离子的加入,不仅延长了反应时间,抑制了氧化过程,而且还阻碍了Fe²⁺的自动催化作用。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-18
  1 大气腐蚀的研究现状  11-13
    1.1 大气腐蚀的传统研究方法  11-12
    1.2 大气腐蚀的电化学研究方法  12-13
  2 模拟大气腐蚀实验的研究现状  13-14
  3 钢铁大气腐蚀锈层的研究进展  14-15
  4 选题意义及研究内容  15-18
    4.1 本实验室前期工作及选题意义  15-16
    4.2 目前钢铁大气腐蚀机理研究存在的问题  16
    4.3 本论文需要解决的问题  16-17
    4.4 本论文的总体思路  17-18
第二章钢铁大气腐蚀产物铁氧化物的结构  18-22
  1 引言  18
  2 Fe(OH)_2的结构  18
  3 Ferrihydrite的结构  18-19
  4 α-FeOOH的结构  19-20
  5 γ-FeOOH的结构  20
  6 β-FeOOH的结构  20-22
第三章空气氧化Fe(OH)_2悬浮液中Fe~(2+)自动催化机理研究  22-36
  1 引言  22
  2 实验部分  22-25
    2.1 仪器与试剂  23
    2.2 实验装置图  23
    2.3 溶液的配制及标定  23-24
    2.4 实验方法  24
    2.5 产物的处理  24
    2.6 表征  24-25
  3 结果讨论  25-34
    3.1 空气氧化氢氧化亚铁悬浮液过程的研究  25-28
    3.2 氧化过程中中间产物Ferrihydrite的捕捉  28-34
  4 结论  34-36
第四章各种大气腐蚀模拟环境下的腐蚀机理的研究  36-46
  1 引言  36
  2 实验部分  36-38
    2.1 实验仪器和药品  36
    2.2 实验内容  36-38
  3 实验结果及讨论  38-45
    3.1 乡村大气腐蚀模拟试验实验结果及讨论  38-39
    3.2 乡村大气环境下碳钢的腐蚀机理  39-40
    3.3 工业大气腐蚀模拟实验结果及讨论  40-41
    3.4 工业大气的碳钢腐蚀机理  41-43
    3.5 海洋大气腐蚀模拟实验结果及其讨论  43-44
    3.6 海洋大气腐蚀环境下碳钢的腐蚀机理  44-45
  4 小结  45-46
第五章添加各种金属离子对空气氧化Fe(OH)_2悬浮液影响的研究  46-65
  1 引言  46
  2 实验部分  46-47
    2.1 主要仪器和药品  46-47
    2.2 实验过程  47
  3 实验结果与讨论  47-64
    3.1 添加不同含量的Cr_2(SO_4)_3对氧化过程的影响  47-52
    3.2 添加不同含量的NiSO_4对氧化过程的影响  52-56
    3.3 添加含量不同的CuSO_4对整个氧化过程的影响  56-60
    3.4 添加含量不同的MnSO_4对整个氧化过程的影响  60-64
  4 小结  64-65
第六章结论  65-67
参考文献  67-75
致谢  75-76
攻读学位期间取得的科研成果清单  76

钢铁在大气环境下存在自动催化腐蚀机理的研究

内容摘要

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