NaCl介質(zhì)中鎂及鎂合金緩蝕劑的研究.pdf

1、鎂及其合金具有密度低,比強(qiáng)度、比剛度、比彈性模量高且易于回收等諸多優(yōu)點(diǎn)而被稱(chēng)為最重要的輕質(zhì)工程材料。然而鎂合金耐蝕性很差,在工業(yè)大氣和海洋大氣環(huán)境中不加防護(hù)都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕,使其應(yīng)用受到嚴(yán)重制約。雖然在溶液體系中應(yīng)用緩蝕劑技術(shù)是最簡(jiǎn)單有效的抑制金屬腐蝕的方法之一,但是由于鎂及其合金的高活潑性,目前對(duì)鎂合金真正有效的緩蝕劑相對(duì)較少。本論文結(jié)合緩蝕劑的作用機(jī)理和鎂的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(d軌道能量高,難與吸附型緩蝕劑作用)及鎂本身所特有的化學(xué)性質(zhì):

2、設(shè)計(jì)了幾組適合于鎂合金的沉淀型緩蝕劑體系,采用動(dòng)電位極化、電化學(xué)阻抗等電化學(xué)測(cè)試方法、失重實(shí)驗(yàn)并結(jié)合表面分析方法對(duì)所篩選緩蝕劑的緩蝕性能和緩蝕機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。主要的研究工作和結(jié)果如下:
　　1.研究了有機(jī)硅酸鹽和無(wú)機(jī)鋅鹽在 ASTMD1384-87溶液(165g/LNaCl,148 g/LNa2SO4,138g/LNaHCO3,pH=8.2)中對(duì)稀土鎂合金Mg-10Gd-3Y-0.5Zr(GW103)的腐蝕抑制行為。結(jié)果表明

3、,單一的有機(jī)硅酸鹽在ASTMD1384-87溶液中可以為GW103鎂合金提供一定的保護(hù)作用,緩蝕效率隨著硅酸鹽濃度的升高而增加;無(wú)機(jī)鋅鹽由于Zn2+在水溶液中發(fā)生水解而使溶液的pH值降低,所以無(wú)機(jī)鋅鹽只有在較低濃度下才能為鎂合金能提供一定的保護(hù)作用。當(dāng)有機(jī)硅酸鹽與無(wú)機(jī)鋅鹽復(fù)配使用時(shí),尤其是當(dāng)有機(jī)硅酸鹽濃度略高于無(wú)機(jī)鋅鹽濃度時(shí):兩種緩蝕劑具有顯著的協(xié)同效應(yīng),其緩蝕效率可達(dá)到95％。
　　2.葉綠素(鎂卟啉)是天然植物中大量存在的化合

4、物,該物質(zhì)難溶于水,基于這一特點(diǎn),本文合成了5,10,15,20-四苯基卟吩(TPP)化合物,作為沉淀型緩蝕劑使其在鎂合金表面與鎂離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成難溶的鎂卟啉沉淀膜。量子化學(xué)模擬計(jì)算結(jié)果表明:卟吩與鎂離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成鎂卟啉在熱力學(xué)上是可行的。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試和失重等實(shí)驗(yàn)研究在NaCl溶液中TPP在對(duì)純鎂和AZ91D鎂合金具有優(yōu)異的緩蝕作用。同時(shí),TPP可以有效的降低鎂合金與碳鋼X80及鎂合金與銅之間的電偶腐蝕。傅里葉紅外、紫外-可

5、見(jiàn)光譜和熒光光譜等光譜學(xué)檢測(cè)技術(shù)及XPS分析結(jié)果證明鎂及其合金表面有鎂卟啉化合物的生成。TPP對(duì)鎂及其合金優(yōu)異的保護(hù)作用源于鎂及其合金表面生成的鎂卟啉絡(luò)合物與氫氧化鎂膜層共同作用的結(jié)果。
　　3.研究了2-羥基-4-甲氧基-苯乙酮(丹皮酚)與2-羥基苯乙酮兩種化合物作為緩蝕劑對(duì)鎂合金在NaCl溶液中的腐蝕抑制行為。電化學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)及失重測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:丹皮酚與2-羥基苯乙酮對(duì)鎂合金在NaCl溶液中的腐蝕都有較好的抑制作用,隨著緩蝕

6、劑濃度的升高其緩蝕效率先增大后減小,當(dāng)緩蝕劑濃度為50ppm時(shí),達(dá)到最佳的緩蝕效果。在相同濃度下丹皮酚緩蝕效率要高于2-羥基苯乙酮相應(yīng)濃度下的緩蝕效率。分子結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果表明:鎂離子與丹皮酚反應(yīng)能生成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定六元環(huán)絡(luò)合物。紫外-可見(jiàn)光譜分析結(jié)果表明每平方厘米的鎂合金表面大約消耗掉5ppm的丹皮酚緩蝕劑。傅里葉紅外光譜證明了在鎂合金表面有鎂與丹皮酚所形成的絡(luò)合物存在。緩蝕劑與鎂離子反應(yīng)生成的絡(luò)合物和鎂本身所生成的氫氧化鎂膜層共同抑制了鎂合金