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弱酸性NaCl溶液中A3钢的腐蚀与缓蚀行为研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 腐蚀与防护的概述

1.1.1 腐蚀的分类

1.1.2 输油管道的腐蚀分类

1.1.3 腐蚀的防护办法

1.2 腐蚀抑制剂的作用原理

1.3 缓蚀剂机理研究

1.4 本课题的研究背景和主要研究内容

第二章 实验方法

2.1 引言

2.2 实验材料

2.3 实验方法

2.3.1 失重实验分析

2.3.2 动电位极化曲线

2.3.3 电化学阻抗谱(EIS)

2.3.4 扫描电子显微镜(SEM)观察

2.3.5 傅立叶转换红外光谱(FTIR)

2.3.6 X射线光电子能谱(XPS)分析

2.3.7 原子力显微镜(AFM)观察

第三章 A3钢在不同pH值NaCl溶液中的腐蚀行为

3.1 前言

3.2 不同pH值的空白NaCl溶液中A3钢的腐蚀行为

3.2.1 动电位极化曲线

3.2.2 电化学阻抗谱

3.3 缓蚀剂咪唑啉季铵盐的表征

3.4 不同pH值的含缓蚀剂的NaCl溶液中A3钢的腐蚀行为

3.4.1 失重试验结果与讨论

3.4.2 动电位极化曲线

3.4.3 电化学阻抗谱

3.5 本章小结

第四章 A3钢在含缓蚀剂的酸性NaCl溶液中的腐蚀和缓蚀行为

4.1 前言

4.2 缓蚀剂浓度对A3钢缓蚀效应的影响

4.2.1 失重试验结果与讨论

4.2.2 动电位极化曲线

4.2.3 电化学阻抗谱

4.2.4 缓蚀剂在A3钢表面的吸附热力学行为

4.3 表面分析结果与讨论

4.3.1 表面形貌的扫描电镜(SEM)分析

4.3.2 表面形貌的原子力显微镜(AFM)分析

4.3.3 A3钢表面EDS分析

4.3.4 A3钢表面X射线光电子能谱(XPS)分析

4.4 缓蚀剂膜在A3钢表面生长和衰减规律

4.4.1 动电位极化曲线

4.4.2 电化学阻抗谱

4.5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果

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摘要

低碳合金钢是目前应用最广泛的金属材料,广泛地应用于交通运输、工业设备、石油管材、机械电器等行业。然而其抗腐蚀能力很差,每年因各种环境造成的腐蚀所导致的损失是很惊人的。为了提高钢铁材料的耐腐蚀性能,使钢材能够更好更有效地应用于各个行业中,国内外研究人员运用了各种方法对其进行有效的腐蚀防护。
   本文以A3钢为研究对象,主要采用失重法、极化曲线、电化学阻抗谱和表面分析等方法,系统地研究了A3钢在2.0% NaCl溶液中的腐蚀行为及腐蚀机理;咪唑啉缓蚀剂对A3钢的吸附和缓蚀行为,并探讨了其缓蚀作用机理。其主要的研究结果如下:
   2.0% NaCl溶液中A3钢的腐蚀行为依赖于溶液的pH值。随着溶液pH值的增大,电荷转移电阻Rct逐渐增大,双电层电容Cdl逐渐减小,A3钢的腐蚀速度逐渐增大。
   随含有缓蚀剂的溶液pH值的增加,缓蚀剂对A3钢的缓蚀效率增加。它可以同时抑制A3钢腐蚀的阴、阳极过程,但主要抑制A3钢腐蚀的阳极过程,可认为是以阳极抑制为主的混合型缓蚀剂。
   在2% NaCl溶液中缓蚀剂对A3钢的缓蚀性能优异。添加缓蚀剂后,自腐蚀电位均正移,腐蚀电流下降。在研究的浓度范围内,缓蚀效率随着添加缓蚀剂浓度增加而增大,当浓度为250 mg/L时,缓蚀率最高,达90%左右。缓蚀剂抑制A3钢腐蚀过程的原因是其在A3钢表面的强烈吸附成膜,有效阻挡了钢表面与水的接触。
   失重法、电化学法和XPS等表面分析研究表明,缓蚀剂的缓蚀性能与其分子结构有很大关系。咪唑啉型缓蚀剂在金属表面吸附的作用机理属于几何覆盖效应,其在A3钢表面的吸附作用符合Langmuir单分子等温吸附规律,计算出缓蚀吸附过程中的吸附平衡常数、吸附热和吸附自由能,可知其在A3钢电极表面的吸附既有化学吸附又有物理吸附。
   缓蚀剂在A3钢表面的吸附及缓蚀效率随缓蚀剂在A3钢表面作用时间的延长而发生变化。浸泡前期(96 h之前),随时间延长,电荷转移电阻Rct及双电层电容Cdl均下降,吸附缓蚀剂膜逐渐变得完整和致密,缓蚀效率增加,这说明在腐蚀反应前期,缓蚀剂在金属表面活性点不断吸附,吸附速率大于脱附速率,膜不断生长,变厚,属于膜生长控制机制;在96 h左右缓蚀剂的缓蚀效果达到最好,缓蚀效率可达95%左右;之后由于缓蚀剂分子的在A3钢表面的脱附,造成了缓蚀效率的降低,但在192 h后缓蚀剂对A3钢的缓蚀效率仍可达到80%左右。

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