碳钢用气相防锈膜的制备与性能研究

发布时间：2020-11-12 08:39

　　 金属腐蚀给国民经济和人身财产安全带来巨大损失,金属材料的防腐问题一直是人们关注的焦点。气相缓蚀是一种现代绝佳的防腐手段,可以有效地延缓金属的锈蚀速率,气相缓蚀离子易于挥发到达金属表面,形成稳定的钝化膜,具有极佳的防锈效果。然而现有的气相缓蚀剂挥发性大,挥发出的气体气味大、有毒性,且缓蚀效率基本低于90%,缓蚀效率有待提高。针对上述实际问题,为了制备一种高效、持久的绿色环保型气相缓蚀薄膜,本文以无毒或低毒的钨酸钠(ST)、柠檬酸钠(SC)、已二胺四叉甲基膦酸(HDTMP)和硫酸锌(ZS)为基础材料,以应用广泛的Q235钢为金属基体,通过四元复配制备一种防腐性和应用性良好的四元气相缓蚀剂配方,然后通过涂覆的方式,制备出了气相防锈膜,防锈效果高于部分市售的防锈产品。电化学测试和交流阻抗测试结果表明,当ST、SC、HTDMP和ZS的质量浓度分别为24、32、0.3和2g/L时,由于各单组分气相缓蚀剂之间的协同作用,2#四元气相缓蚀剂的缓蚀效果最佳,阻抗谱半径大,极化电阻(Rp)数值也相对较大,缓蚀率为98.9%;随着温度的升高,该四元气相缓蚀剂的缓蚀率呈缓慢下降趋势,阻抗谱半径变小,RP数值也在变小,但缓蚀率仍高于96.4%;当腐蚀介质PH在3～11之间变化时,缓蚀剂的缓蚀率均高于90%,与在碱性环境下相比,在酸性环境下的缓蚀效果更好,阻抗谱半径更大。用筛选的2#四元气相缓蚀剂制备了气相防锈薄膜和防锈纸,通过对Q235钢、45#钢进行湿热实验和暴晒实验测试,结果显示其防锈能力均高于部分市售气相防锈产品。用拉曼光谱、扫描电镜与EDS能谱对Q235钢、45#钢表面的腐蚀产物、缓蚀剂离子与金属表面生成的络合物结构进行分析,探讨了该防锈材料的防锈机理。为研究新型绿色环保的气相防锈材料具有很好的参考价值。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TG174.4
【部分图文】：

从κ保??醒踉?拥牟斡耄???崾固几直?层膜越来越保如果抑制氧气的参与量，氧原子的参与量会大大减少，会减弱还原反应速度，就可以抑制整个腐蚀速率进程了。在湿热的环境下，碳钢表面会形成一层液膜，空气中的氧气也易到达液膜表面，发生金属的吸氧腐蚀。此过程会导致碳钢逐渐溶解，毁坏掉碳钢表面，通过电子的阴阳极转移变换，从而达到碳钢腐蚀过程的循环流通[16,17]。这一过程包括一系列步骤：（1）O2透过气/液膜层；（2）O2通过电解液的带动，慢慢到达金属上部；（3）O2随着化学反应的进行，慢慢到达阴极区表面；图1-1碳钢表面腐蚀原理图Fig.1-1Principleofcorrosiononcarbonsteelsurface1.1.3影响碳钢大气腐蚀的主要因素碳钢大气腐蚀的程度与其所处的大气环境有很大的联系，其中大气的温度、大气的湿度、大气中的CO2、SO2等具有腐蚀性的气体[18-20]，都是造成碳钢锈蚀的主要原因。针对现实中的大气环境条件，列举了以下几点重要影响因素：（1）温度温度是造成碳钢大气锈蚀的一个关键因素，通常情况下，温度越高，碳钢锈蚀的越快。然而升高温度，也会加快碳钢表面电解液的挥发，使其相对湿度降低，减缓了大气腐蚀的速率[21]。杜翠薇等通过电化学极化曲线测试，得到了温度对Q235钢的腐蚀电流密度数值、线性极化电阻Rp以及电荷转移电阻Rp的影响规律，与前者（腐蚀电流密度）成正比例关系，与后者成反比例关系[22]。（2）湿度在自然环境条件下，大量的水分子漂浮在空气中，使空气中的湿度较高，水蒸汽遇到碳钢金属，很容易附着在上面，形成一层电解质液膜，这层液膜为电化学锈蚀提供了反应空间。无论碳钢表面液膜的厚薄程度如何，影响最大的因子就是大气湿度，液膜具体的情况会决定碳钢的腐蚀速度及程度[23]。通过控制空气的湿度，抑制

西安理工大学硕士学位论文102.4实验仪器此次课题研究，进行了许多实验测试，多半是防腐效果评价测试，测试周期长，实验过程较为复杂，主要使用的仪器和材料如表2-2所示：表2-2主要的实验仪器Tab.2-2Themainexperimentalinstruments实验仪器设备型号生产地点电化学工作站CS150H武汉科思特股份有限公司恒温恒湿箱PYX-250H-A广东科力发展有限公司烘箱YHG-9053A280北京科伟永兴仪器有限公司数显电子天平YG020常州第一纺织设备有限公司砂纸240#800#1200#台州市顺成磨料五金有限公司冷场发射扫描电子显微镜Quanta200FEI公司偏光显微镜XP-148PLTNanBei公司超声振动清洗仪PS-1020合肥攀升超声波科技有限公司气相防锈复合原纸安徽马钢防锈材料科技有限公司手压式塑料封口机SG-300型上海中廣办公设备有限公司数显恒温水浴锅HH-2邦西仪器科技（上海）有限公司2.5实验测试方法2.5.1气相快速甄别实验气相甄别法就是在高温高湿环境下，快速评价气相缓蚀剂对金属材料的气相防锈能力。将选择的每种气相缓蚀剂粉末溶于蒸馏水中，各超声分散20min，然后将四种气相缓蚀剂溶液分别倒入试管中，体积不超过试管的1/3；把Q235钢用铁丝悬挂在试管中，上面用塞子密封，置于试管的2/3处，然后放入40℃的水浴锅中，加热8小时，冷却16小时，24小时为一个周期，进行七个周期，如图2-1。图2-1气相快速甄别试验Fig.2-1Vaporcorrosioninhibitorrapidscreeningtest

西安理工大学硕士学位论文12②配置质量分数为3.5%氯化钠溶液，作为基础实验溶液。图2-2电化学实验电解槽接线图Fig.2-2ThepictureofElectrochemicalexperimentselectrodewiring详细实验内容如下：实验电极的处理方法：取400#、800#及1200#砂纸若干，依次对Q235钢表面打磨，直至平整光亮，然后再用去离子水和酒精，对碳钢试样表面进行简单预处理，每次实验前必须重复此步骤。①实验操作方式如下：A、鼠标双击安装在电脑桌面的CS150H型电化学工作站快捷方式；B、安装电极时，先分别用绿色夹头夹金属电极（工作电极），红色夹头夹铂电极（辅助电极），黄色夹头夹甘汞电极（参比电极），然后等线连好后，将电解质溶液倒入到电解槽内，最后将三电极放入到电解质溶液中；C、测定开路电位。选中菜单里面的“测试方法”，接着选择“稳态极化”选项，便可以看到“开路电位”选项，根据实际需要进行数据修改，并进行数据保存处理，随后进行实验；D、等开路电位稳定后，线条上下波动不大时，开始测试极化曲线。采用恒电位法进行测试，选择了里面的“Tafel”曲线，进行了拟合测验。根据实际效果，选用的扫描电压范围是-0.5V-0.5V，扫描速度设为“0.01V/s”。E、利用CS150H自带的软件，塔菲尔曲线自动拟合，就可得自腐蚀电流密度，手动记录实验数据。②按①操作步骤，依次进行实验，在含有VCI的NaCl电解质溶液中，测定出Q235钢的“塔菲尔极化曲线”，并进行曲线拟合，记录数据结果。③将获得的数据结果，通过计算公式（2-1），就能获得Q235钢的缓蚀效率。2.5.5湿热实验为了进一步说明制备的防锈材料对多类型碳钢的防腐效果，在实验中，不仅做了Q235钢的试验，也做了45#钢的防腐试验。此试验是在数显恒温水浴锅内进行的，通过创造出高温、高湿的环境?
【参考文献】

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本文编号：2880528