Q235表面聚吡咯的电化学制备及其耐腐蚀性能研究

发布时间：2017-07-05 06:02

  本文关键词：Q235表面聚吡咯的电化学制备及其耐腐蚀性能研究

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【摘要】：随着工业化的发展,大量的金属被应用于机械设备制造和道路桥梁建设等领域。但是由于很难做到对金属腐蚀的有效防护,因而导致金属腐蚀现象以及由此引起的灾害事故日趋严峻。传统的对金属的保护主要是在金属表面涂覆含有甲醛的油漆,此方法低效且对环境伤害较大；或者电镀铝锌等贵金属,但成本较高；也有些是采用铬酸盐使金属表面钝化,然而工艺复杂且会严重污染环境。导电聚合物由于其导电,良好的吸附性,环境友好,结构适应性以及具有氧化还原性能等在金属耐腐蚀保护中的应用前途无量。Q235钢筋由于具有良好的延展性,适度的强度及硬度而被大量应用于桥梁、厂房、化工设备等。本文针对在其表面涂覆导电聚合物以改善防蚀性能而展开。首先,以草酸为电解质溶液,冰浴且搅拌条件下采用恒电位电化学沉积方法在Q235表面沉积PPy膜层,改变沉积电位制备得到PPy-Q235系列样品。PPy膜层的生成主要分为三个阶段——钢铁的溶解,钢铁表面钝化膜的形成,Fe2C2O4·2H2O溶解后毗咯在铁基体表面生长沉积。然后对以上样品进行红外表征表征,发现在0.75～0.95 V电位范围内均可以在Q235表面沉积得到掺杂有C2O42-的PPy膜层。采用扫描电镜进一步对PPy膜层表面的微观形貌观察,发现相对其他电位下沉积得到的样品,在0.95 V电位下制备的样品的膜层表面颗粒更均匀、堆砌更致密,膜层中C2042-的掺杂量也最多。在35wt.%NaCl溶液中进行电化学腐蚀测试时,结果表明,0.95 V电位下制备的样品的耐腐蚀性能最好,腐蚀电位从裸Q235的-0.693 mV提高至-0.066 mV,在腐蚀电位得到较大提高的情况下,腐蚀速率也从0.412 mm/yr降低至0.040mm/yr,减小了约10倍。确定沉积电位为0.95 V后,又对温度、搅拌等因素对PPy膜层耐腐蚀性能进行了研究。研究表明电化学合成时降低合成温度以及进行磁力搅拌均可以提高膜层的耐腐蚀性能,其中降低温度对改善膜层的耐腐蚀性能更显著。根据上述研究的结果,确定了电化学条件为恒电位电化学沉积,且电压为0.95 V,化学条件为搅拌且冰浴。然后在沉积PPy膜层过程中在草酸电解质溶液中添加了不同浓度的磷酸钠缓蚀剂,通过进行红外表征,确定膜层中均成功掺杂了磷酸根离子。又进行了电化学腐蚀测试,得出结论如下：掺杂有磷酸根离子的样品的腐蚀电位Ecorr、腐蚀电流Icorr和腐蚀速率均高于未掺杂时的样品,且Ecrr越高对应的Icorr和腐蚀速率越大。从热力学的角度来看,样品PPy/P/Q235-3耐腐蚀性能相对较优,对应的Ecorr和腐蚀速率分别为0.009 mV和1.090mm/yr。以样品PPy/P/Q235-3对应的条件,又制备了Q235钢筋长试件放于混凝土中进行实验。放置于恒温度28℃,恒湿度90%rh的条件下28天后,通过宏观观察钢筋的锈蚀情况,得出混凝土中Q235钢筋耐腐蚀性能优劣情况依次为：打磨后电沉积PPy膜层的Q235、未处理电沉积PPy膜的Q235、打磨处理的Q235、未处理的Q235。而后采用磷酸钠与钼酸钠进行复配,红外的结果表明,膜层中亦成功掺杂了钼酸根离子。又在3.5wt.%NaCl、1 mol/L H2SO4和0.1mol/L NaOH溶液中对上述制备的样品进行了电化学腐蚀测试研究,结果表明：在NaCl溶液中,样品PPy/P/Q235-3相对样品PPy/Mo/Q235有较高的Ecorr,但Icorr也相对较大,样品PPy/P-Mo/Q235的Ecorr和Icorr介于两者之间；在H2SO4和NaOH溶液中,样品PPy/P-Mo/Q235的耐腐蚀性能均为最优。文章的最后采用多巴胺对Q235表面进行了修饰,并对其表面进行了红外表征,发现在室温下,通过将Q235浸泡在多巴胺溶液中静置即可在Q235表面成功生长多巴胺聚合物。电化学腐蚀测试结果表明采用多巴胺修饰Q235表面,耐腐蚀性能会有一定的改善。然后又在多巴胺修饰后的Q235表面电化学沉积PPy膜层,采用扫描电镜对膜层表面进行了观察,发现相较于未采用多巴胺修饰Q235表面就电沉积的PPy膜层,多巴胺修饰后沉积得到的PPy膜层颗粒更小,粒径均值分别为651μm和45μm,堆砌更致密。最后又采用电化学方法对上述样品进行了腐蚀测试,结果表明：对于未掺杂的PPy膜和钼酸钠掺杂的PPy膜,采用多巴胺修饰Q235表面后电沉积PPy膜样品的Ecorr有所提高,而Icorr和腐蚀速率有所增大；对于磷酸钠掺杂的PPy膜,采用多巴胺修饰Q235表面后电沉积PPy膜样品的Ecorr有所降低,而Icorr和腐蚀速率有所减小。
【关键词】：Q235 腐蚀保护 电化学 聚吡咯 缓蚀剂 多巴胺
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-28
• 1.1 引言13
• 1.2 金属腐蚀的危害及隧道混凝土中的钢筋腐蚀13-17
• 1.2.1 金属腐蚀的危害13-15
• 1.2.2 隧道混凝土中的钢筋腐蚀15-17
• 1.3 金属腐蚀的原因及防护措施17-19
• 1.3.1 金属腐蚀的原因17-18
• 1.3.2 金属腐蚀的防护措施18-19
• 1.4 聚吡咯的电化学合成及其防蚀性能的影响因素19-22
• 1.4.1 电化学工作站用电极体系介绍19-20
• 1.4.2 聚吡咯的电化学合成20-21
• 1.4.3 电化学合成聚吡咯防蚀性能的影响因素21-22
• 1.5 缓蚀剂的应用22-25
• 1.5.1 缓蚀剂的定义及分类22-24
• 1.5.2 缓蚀剂在金属防蚀中的应用24-25
• 1.6 多巴胺的简介25-27
• 1.6.1 多巴胺的介绍25-26
• 1.6.2 多巴胺在材料表面修饰中的应用26-27
• 1.7 本课题研究的意义及内容27-28
• 第二章 Q235表面聚吡咯的电化学沉积及其影响因素28-43
• 2.1 前言28-29
• 2.2 实验部分29-31
• 2.2.1 实验原料29
• 2.2.2 实验设备29-30
• 2.2.3 聚吡咯在Q235钢表面的电化学聚合与沉积30
• 2.2.4 PPy-Q235样品的表征与腐蚀性能测试30-31
• 2.3 结果与讨论31-41
• 2.3.1 Q235表面聚吡咯膜层的表征31-34
• 2.3.2 不同电压下制备的PPy-Q235的防腐性能对比研究34-38
• 2.3.3 反应条件对PPy-Q235防腐性能的影响38-41
• 2.4 本章小结41-43
• 第三章 缓蚀剂掺杂聚吡咯膜的制备及其防腐蚀性能研究43-61
• 3.1 前言43
• 3.2 实验部分43-46
• 3.2.1 实验原料43-44
• 3.2.2 实验设备44-45
• 3.2.3 Q235电极的制备45
• 3.2.4 Q235表面PPy膜的电化学掺杂沉积45
• 3.2.5 样品形貌结构表征及性能测试45
• 3.2.6 混凝土试件制备45-46
• 3.3 结果与讨论46-60
• 3.3.1 磷酸钠掺杂PPy膜层的耐腐蚀性能研究46-52
• 3.3.2 电化学沉积有PPy膜的Q235在混凝土中的腐蚀情况52-53
• 3.3.3 钼酸钠以及钼酸钠与磷酸钠复配掺杂PPy膜层的耐腐蚀性能研究53-58
• 3.3.4 各掺杂剂掺杂PPy膜层的Q235样品在不同腐蚀性溶液中的耐蚀性能58-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第四章 多巴胺改性Q235表面后的聚吡咯电化学沉积及其防腐蚀性能研究61-71
• 4.1 前言61-63
• 4.2 实验部分63-64
• 4.2.1 实验原料63
• 4.2.2 实验设备63
• 4.2.3 Q235电极表面多巴胺修饰63-64
• 4.2.4 多巴胺修饰Q235表面后PPy的电化学沉积64
• 4.2.5 样品形貌结构表征及性能测试64
• 4.3 结果与讨论64-69
• 4.3.1 多巴胺膜层的红外光谱图64-65
• 4.3.2 多巴胺膜层的扫描电镜图65-66
• 4.3.3 多巴胺修饰对Q235耐蚀性能的影响66-67
• 4.3.4 多巴胺修饰后的Q235表面电化学沉积PPy膜层的扫描电镜图67-68
• 4.3.5 多巴胺修饰Q235表面后对沉积PPy膜耐蚀性能的影响68-69
• 4.4 本章小结69-71
• 结论71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文82

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本文编号：520708