烷基磷酸酯缓蚀膜的水相自组装方法和对铁基体的腐蚀防护性能研究

发布时间：2017-10-22 15:32

  本文关键词：烷基磷酸酯缓蚀膜的水相自组装方法和对铁基体的腐蚀防护性能研究

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【摘要】：铁及其合金是我们生活和生产中不可或缺的一部分。铁的最大用途是用于炼钢,也大量用来制造铸铁和煅铁。随着社会经济的发展,钢铁作为经济发展的重要指标,越来越突显出它的地位和作用。但是铁制品极易受到腐蚀,据报道,我国每年由于腐蚀而造成的钢铁损失约占年产量的10～20%。因此,加强对铁制品的腐蚀防护刻不容缓。目前,国内外文献也报道了大量有关铁制品腐蚀与防护的方法。烷基磷酸酯是一种双亲性分子,其亲水性的头部可以作为吸附中心吸附在铁基底表面,而疏水性的尾部可以将附着于铁基底表面的亲水性物质排开。因此,从理论上讲,烷基磷酸酯可以作为一种成膜物质吸附在铁表面。目前已有一些关于烷基磷酸酯在金属及非金属氧化物表面成膜的报道,但很不系统。本文主要研究了烷基磷酸酯自组装薄膜对铁基底的保护作用,分析了影响其保护作用的因素：如浸泡时间和磷酸酯的浓度,以及酸性环境对烷基磷酸酯在铁基底表面成膜的影响。主要研究内容分为以下两个部分：(1)正丁基磷酸单酯和正己基磷酸单醋在铁表面的自组装成膜及其耐腐蚀性能的表征首先,通过酯化反应,直接利用P205与不同碳链的脂肪醇合成了正丁基磷酸单酯和正己基磷酸单酯,然后,把提纯所得的烷基磷酸酯用超纯水稀释,配制成不同质量分数的水溶液。将抛光至镜面的铁电极浸入到稀释后的溶液中,浸泡一段时间,使烷基磷酸酯分子吸附在铁基底表面成膜。通过红外光谱、X射线光电子能谱等表面元素分析方法对保护膜进行表面分析。研究发现,烷基磷酸酯保护膜可以通过静电作用力吸附在铁的表面。通过电化学阻抗谱和极化曲线对保护膜的保护性能进行了研究,电化学阻抗谱的结果显示,烷基磷酸酯修饰过的铁电极的高频容抗弧明显增大,Warburg阻抗几乎消失；极化曲线结果显示,铁电极表面覆盖了烷基磷酸酯之后,其腐蚀电流密度明显减小。这说明,烷基磷酸酯保护膜对铁表面的腐蚀起到了显著的抑制作用。对电化学阻抗谱及极化曲线进行了拟合,并通过拟合数据计算出了两种烷基磷酸酯保护膜对铁基底的保护效率,比较发现,长碳链的正己基磷酸酯薄膜的保护效率并不比短碳链的正丁基磷酸酯薄膜的保护效率高。最后,我们利用了接触角对烷基磷酸酯保护膜的疏水性能进行了评价,发现正己基磷酸酯保护膜与正丁基磷酸酯保护膜的疏水性相差不大。在多种表征的基础上,提出了两种烷基磷酸酯保护膜在铁表面的成膜机理。(2)二(2-乙基己基)磷酸醋于不同腐蚀介质中对铁基底的保护作用首先,把二(2-乙基己基)磷酸酯溶解到乙醇溶液中,配制成一定质量分数的乙醇溶液,将抛光至镜面的铁电极浸入到稀释后的溶液中,浸泡一段时间,使烷基磷酸酯分子吸附在铁基底表面成膜。利用电化学阻抗普和极化曲线研究了该磷酸酯保护膜在0.5 M硫酸中的保护作用。研究发现,该烷基磷酸酯保护膜在硫酸中能够对铁基底的腐蚀进行有效的保护,然而在中性腐蚀介质(3.5%　NaCl)中,该缓蚀膜的腐蚀保护作用微乎其微。为此,我们利用X光电子能谱和能谱分析对该薄膜进行了表面分析。分析结果显示,经过酸性物质的作用后,吸附于铁表面的二(2-乙基己基)磷酸酯分子明显增多,导致薄膜的保护效果显著增强。
【关键词】：烷基磷酸酯缓蚀膜 铁 腐蚀 EIS 极化曲线
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要10-12
• Abstract12-15
• 符号缩写说明15-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 铁的概述16-17
• 1.1.1 铁的基本性质16
• 1.1.2 铁的腐蚀16-17
• 1.2 铁及其合金的腐蚀防护17-20
• 1.2.1 缓蚀剂的使用18-19
• 1.2.2 涂敷涂层19
• 1.2.3 自组装单层分子膜19-20
• 1.3 磷酸酯简介20-22
• 1.3.1 磷酸酯的结构20-21
• 1.3.2 磷酸酯的合成方法21-22
• 1.3.3 磷酸酯的应用22
• 1.4 磷酸酯在金属防腐方面的应用22-24
• 1.5 本论文的选题目的及研究思路24-26
• 1.5.1 本论文的选题目的24-25
• 1.5.2 本论文的研究思路25-26
• 参考文献26-32
• 第二章 实验材料及研究方法32-38
• 2.1 实验材料的合成与电极的制备32-33
• 2.1.1 正丁基磷酸酯与正己基磷酸酯的合成及其水溶液的制备32-33
• 2.1.2 铁电极的制备33
• 2.2 实验仪器及试剂33-34
• 2.3 实验部分34-35
• 2.3.1 实验装置34
• 2.3.2 磷酸酯自组装缓蚀膜的制备34-35
• 2.4 研究方法35-37
• 2.4.1 表面成分及结构分析35-36
• 2.4.2 保护膜形成后的铁表面疏水性分析36
• 2.4.3 烷基磷酸酯水溶液的表面张力测试36
• 2.4.4 电化学表征36-37
• 参考文献37-38
• 第三章 正丁基磷酸单酯和正己基磷酸单酯在铁表面的自组装成膜及其耐腐蚀性能的表征38-63
• 3.1 引言38-39
• 3.2 烷基磷酸酯防腐液及保护膜表面分析39-47
• 3.2.1 表面张力39-40
• 3.2.2 红外光谱40-41
• 3.2.3 能谱分析41-42
• 3.2.4 X光电子能谱42-45
• 3.2.5 接触角45-47
• 3.3 电化学表征47-57
• 3.3.1 电化学阻抗谱47-51
• 3.3.2 稳态极化曲线51-57
• 3.4 本章小结57-58
• 参考文献58-63
• 第四章 二(2-乙基己基)磷酸酯自组装缓蚀膜在不同腐蚀介质中对铁腐蚀的抑制作用63-78
• 4.1 引言63
• 4.2 结果分析与讨论63-70
• 4.2.1 二(2-乙基己基)磷酸酯缓蚀膜在酸性腐蚀介质中的缓蚀作用63-67
• 4.2.2 二(2-乙基己基)磷酸酯保护膜在中性腐蚀介质中的缓蚀作用67-70
• 4.3 表面分析70-74
• 4.3.1 能谱分析70-72
• 4.3.2 X射线光电子能谱72-74
• 4.4 本章小结74-76
• 参考文献76-78
• 本文的主要结论及创新点78-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士期间发表的论文80-81
• 附件81

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