羟基亚乙基二膦酸对20SiMn钢在含Cl - 混凝土模拟孔隙液中的缓蚀行为

发布时间：2021-01-30 10:58

　　采用电化学技术（动电位极化曲线、自腐蚀电位、EIS以及Mott-Schottky曲线）和表面分析方法（SEM、XPS）研究了羟基亚乙基二膦酸（HEDP）对空冷20SiMn低合金钢在含Cl-的高碱性混凝土模拟孔隙液中的缓蚀作用及机理。结果表明,HEDP对20SiMn钢在含1 mol/L NaCl饱和Ca（OH）2溶液中的缓蚀效果随HEDP浓度的升高存在极值,最佳浓度为1.441×10-4mol/L。在此浓度下HEDP将20SiMn钢的钝性保持时间从6 h延长至9 h,缓蚀效率达到46.45%～59.78%。在发生点蚀的情况下,HEDP对点蚀的发展亦有显著的抑制作用,缓蚀效率超过93%。电化学和表面分析结果表明,HEDP优先吸附在钝化膜表面,通过竞争吸附机制屏蔽了侵蚀性Cl-向钝化膜表面的附着,从而对其产生保护作用。 

【文章来源】：金属学报. 2020,56(06)北大核心

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

20SiMn钢在1 mol/L NaCl饱和Ca(OH)2中添加不同浓度羟基亚乙基二磷酸(HEDP)时的动电位极化曲线

图3所示为电极在空白体系中浸泡不同时间后工作电极的EIS。空白体系中EIS的特征可分为2个阶段：钝化阶段和点蚀阶段。在钝化阶段，Nyquist图由2个相互叠加的大容抗弧组成(图3a)，高频区容抗表示电解质溶液与钝化膜之间界面的电容性质，而低频区容抗则代表钝化膜与金属基体之间电化学反应的电荷转移以及双电层行为。Bode模值图显示低频模值高达105Ω·cm2数量级(图3b),Bode相位角图则表明至少有2个时间常数(图3c)，意味着样品表面钝化膜的形成。在点蚀阶段，低频模值急剧降低至104Ω·cm2以下(图3b)。在浸泡时间为9 h时，Nyquist图依然呈半圆状，未出现感抗；随着时间的延长(24 h),Nyquist图演化为由高频容抗弧与低频感抗弧组成的形状特征，低频相位角出现负值(图3c)。在缓蚀剂体系，EIS形状特征与空白体系相似，同样分为钝化阶段和点蚀阶段：钝化阶段Nyquist图由2个相互叠加的大容抗弧组成(图4a)，低频模值高达105Ω·cm2(图4b),Bode相位角图表明至少有2个时间常数(图4c)。点蚀阶段(24 h)Nyquist图仍然呈现半圆状，但是模值急剧降低1个数量级，低频相位角大于零，未出现感抗。不同于空白体系的是，缓蚀剂的加入一方面延长了钝化阶段的持续时间，另一方面显著增大了钝化阶段和点蚀阶段的阻抗，具体表现为圆弧半径更大、低频模值更高。图3 20SiMn钢在1 mol/L NaCl饱和Ca(OH)2溶液中的EIS

图2 20SiMn钢在1 mol/L NaCl饱和Ca(OH)2中添加不同浓度HEDP时的EIS一般来说，除高频相移外，Bode相位角图中表现出来的峰个数对应着时间常数的个数。因此根据图3和4中的结果，分别选用如图5a～c所示的等效电路对钝化阶段、点蚀阶段无感抗以及点蚀阶段出现感抗的EIS进行拟合，并将结果列于表1中。考虑到电极表面不均匀所导致的容抗行为对理想电容的偏离，用常相位角元件Q代替纯电容C,n为表征电极表面不均匀程度的弥散系数。Rs为溶液电阻，Rf和Qf分别为膜层电阻和代表膜层电容的常相位角元件，Rct和Qct则分别是双电层电荷转移电阻和代表双电层电容的常相位角元件，等效电阻(RL)与等效电感(L)分别代表点蚀发生部位的电阻元件和电感元件。数据拟合后的统计方差(χ2)均在10-4量级，说明拟合精度较高，所选电路合适。另外，为了更直观地分析HEDP对20SiMn钢耐蚀性的影响，将空白体系和缓蚀剂体系中样品表面Rf和Rct随着浸泡时间的变化曲线绘于图6中。

【参考文献】：
期刊论文
[1]20SiMn钢在恒定pH值的碳酸盐溶液中的腐蚀行为[J]. 曹凤婷,魏洁,董俊华,柯伟.  金属学报. 2014(06)
[2]酸性介质中硫脲及衍生物在纯铁上的吸附作用[J]. 董俊华,宋光铃,林海潮,曹楚南.  物理化学学报. 1996(01)



本文编号：3008780