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酸性介质中缓蚀剂对碳钢耐腐蚀性能作用的电化学研究

作　者: 聂金艳
导　师: 司云森
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: A3钢缓蚀剂 H2SO4 电化学量子化学
分类号: TG174.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

腐蚀是现代工业中一种极为严重的破坏因素。缓蚀已成为防腐蚀技术中应用最广泛的方法之一。在腐蚀介质中添加缓蚀剂是解决金属腐蚀问题的简单有效的方法。有机缓蚀剂具有用量少、高效、易降解等优点,具有广阔的应用发展前景。A3钢是普通碳素结构钢,作为一种重要的常用的金属材料在工业环境中特别容易遭受腐蚀。研究A3钢在酸性介质中的腐蚀特点以及加入缓蚀剂后对A3钢的腐蚀进程的影响具有重要的意义,可以为实际生产中选用缓蚀剂的可行性研究提供理论指导和依据。本文主要采用浸泡实验、动电位扫描(Tafel曲线)、交流阻抗技术和量子化学计算这四种方法研究了在H2SO4介质中添加不同缓蚀剂(邻磺酰苯甲酰亚胺、硫脲、N,N—二苯基硫脲、十二烷基磺酸钠、脲、二苯氨基脲)通过改变实验温度和缓蚀剂浓度对A3钢的腐蚀过程的影响。作者通过动电位扫描法得出缓蚀剂的腐蚀电流密度icorr’进而计算出缓蚀效率η%。并根据Tafel曲线移动方向判断出邻磺酰苯甲酰亚胺、硫脲和N,N-—二苯基硫脲是混合型缓蚀剂,脲和二苯氨基脲是阳极型缓蚀剂。改变实验的温度,根据相应条件下的缓蚀效率结合Arrhenius方程,线性拟合可得活化能E0和指前因子A值。改变添加缓蚀剂的浓度,根据相应条件下的缓蚀效率,线性拟合得到了缓蚀的吸附模型和相应的热力学数据,直观反映出吸附的难易程度。综合得出在5%H2S04中对A3钢的缓蚀效果N,N-—二苯基硫脲最优、依次为邻磺酰苯甲酰亚胺、硫脲、二苯氨基脲、脲。交流阻抗是对动电位扫描法的验证和深入。本实验通过对交流阻抗图谱中的Nyquist图叠加,直观地反映出缓蚀效率随浓度的变化规律,Nyquist图中的圆半径越大,表明缓蚀剂的缓蚀效果越显著。同时用ZSimpWin软件对相应的Nyquist图进行模拟,得出体系的动力学参数和相应等效电路。运用Gaussian03Revision-B03软件通过DFT-B3LYP/6-311g量子化学计算法计算上述缓蚀剂相应的EHOMO和ELUMO值。从缓蚀剂内部结构的量子化学数值上判断缓蚀剂的性能。四种方法结合,深入地研究所选用缓蚀剂的作用机理和模型,为实践提供理论依据,达到了实验的目的和效果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第一章绪论  10-22
  1.1 金属腐蚀概述  10
  1.2 金属腐蚀的分类  10-12
    1.2.1 腐蚀反应的作用  10-11
    1.2.2 腐蚀反应的环境介质  11
    1.2.3 腐蚀反应的形态  11-12
    1.2.4 腐蚀反应的力学作用  12
  1.3 金属防腐方法和技术  12-13
    1.3.1 合理选择耐腐蚀材料  12
    1.3.2 复盖层保护  12
    1.3.3 电化学保护  12
    1.3.4 处理介质保护法  12-13
  1.4 腐蚀电化学概述  13-16
    1.4.1 阴极保护  13-14
    1.4.2 阳极保护  14-16
  1.5 腐蚀电化学测试技术  16
  1.6 缓蚀剂  16-20
    1.6.1 缓蚀剂定义  16-17
    1.6.2 缓蚀效率  17
    1.6.3 缓蚀剂分类  17-18
    1.6.4 缓蚀剂保护机理  18
    1.6.5 缓蚀剂机理模型  18-19
    1.6.6 缓蚀作用的影响因素  19
    1.6.7 缓蚀剂的协同效应  19-20
  1.7 有机缓蚀剂的量子化学研究进展  20-21
  1.8 本课题研究的意义和内容  21-22
    1.8.1 研究意义  21
    1.8.2 研究内容  21
    1.8.3 课题创新点  21-22
第二章实验的基础理论  22-34
  2.1 浸泡实验  22-23
    2.1.1 全浸泡实验  22
    2.1.2 半浸泡实验  22-23
    2.1.3 间浸泡实验  23
  2.2 电化学极化  23-26
    2.2.1 极化曲线外延法  23-25
    2.2.2 线性极化法  25
    2.2.3 三点法  25-26
  2.3 交流阻抗法  26-31
    2.3.1 阻抗概念  26-28
    2.3.2 电化学体系的等效电路  28-29
    2.3.3 电化学阻抗图谱  29-31
  2.4 缓蚀剂吸附等温式  31-33
    2.4.1 覆盖机理  31-33
    2.4.2 统计观点  33
  2.5 本章小结  33-34
第三章实验技术与方法  34-38
  3.1 实验仪器及试剂  34-35
    3.1.1 实验仪器  34
    3.1.2 实验试剂  34-35
  3.2 实验方案  35-36
  3.3 实验内容  36-37
    3.3.1 电极制备及预处理  36
    3.3.2 浸泡实验  36
    3.3.3 电化学装置及测试  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章实验结果分析与讨论  38-86
  4.1 纯腐蚀介质对A3钢的腐蚀影响  38-42
    4.1.1 介质对A3钢的腐蚀影响  38-39
    4.1.2 不同H_2SO_4浓度对A3钢的腐蚀  39-40
    4.1.3 温度对H_2SO_4中A3钢腐蚀影响  40-42
  4.2 邻磺酰苯甲酰亚胺(benzosulfimide)对A3钢的腐蚀  42-52
    4.2.1 浸泡腐蚀实验  42-43
    4.2.2 不同浓度糖精对A3钢的腐蚀影响  43-45
    4.2.3 温度对添加糖精的5%H_2SO_4中A3钢腐蚀影响  45-47
    4.2.4 糖精对A3钢的吸附行为  47-49
    4.2.5 交流阻抗实验  49-52
    4.2.6 量子化学计算  52
  4.3 硫脲和N,N—二苯基硫脲对A3钢的腐蚀  52-67
    4.3.1 不同浓度的缓蚀剂对A3钢的腐蚀影响  53-58
    4.3.2 温度对添加TU和DPH-TU的5%H_2SO_4中A3钢腐蚀影响  58-60
    4.3.3 TU和DPH-TU对A3钢的吸附行为  60-62
    4.3.4 TU和DPH-TU的交流阻抗实验  62-66
    4.3.5 量子化学计算  66-67
  4.4 硫脲和N,N—二苯基硫脲和十二烷基磺酸钠的协同缓蚀效应  67-77
    4.4.1 不同浓度复配缓蚀剂对A3钢的腐蚀影响  67-70
    4.4.2 不同复配缓蚀剂协同效应缓蚀率的对比  70-72
    4.4.3 温度对添加DPH-TU与SDS复配缓蚀剂的5%H_2SO_4中A3钢腐蚀影响  72-73
    4.4.4 DPH-TU/SDS复配缓蚀剂在5%H_2SO_4中A3钢表面的吸附行为  73-74
    4.4.5 DPH-TU/SDS复配缓蚀剂在5%H_2SO_4中A3钢的交流阻抗谱  74-77
    4.4.6 量子化学计算  77
  4.5 脲和氨基脲对A3钢的腐蚀  77-84
    4.5.1 不同浓度的脲和二苯氨基脲对A3钢的腐蚀影响  77-80
    4.5.2 不同浓度的脲和二苯氨基脲的吸附行为  80-84
  4.6 本章小结  84-86
第五章实验结论  86-88
参考文献  88-92
致谢  92-93
附录  93

酸性介质中缓蚀剂对碳钢耐腐蚀性能作用的电化学研究

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