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摘 要

聚吡咯 (PPy) 是一种常见的导电聚合物，被广泛应用于金属及其合金的防腐蚀材料。但是，PPy 涂层在实际应用中仍存在表面不均匀、孔隙多、长时间受到腐蚀后保护效果下降等问题。

为了改进 PPy 涂层的防腐蚀性能，本实验将碳黑作为掺杂剂加入 PPy 中，提高涂层的致密性。采用循环伏安法制备得到PPy 涂层和掺杂碳黑的 PPy 涂层样品。利用SEM、TEM、FTIR等技术方法对涂层进行结构和形貌表征，发现掺杂碳黑后涂层更加均匀、光滑。采用电化学阻抗谱（EIS）、动电位极化曲线（PP）考察涂层在0.1 mol/L的硫酸溶液中对Q235钢的腐蚀防护效果。结果表明，掺杂碳黑的 PPy 涂层的防腐蚀性能明显优于 PPy 涂层。聚吡咯膜层的腐蚀保护机理与涂层的物理阻隔作用、自我修复作用等有关。

关键词：腐蚀 聚吡咯 掺杂 电化学阻抗谱

Electrochemical Synthesis of Doped Polypyrrole

and Its Corrosion Resistance to Stainless Steel

Abstract

Polypyrrole (PPy) is a kind of common conductive polymer which is widely used as the anti-corrosion materials for metals and their alloys. However, there are still many problems in the practical application of PPy coatings, such as uneven surface, large quantities of pore and poor protection effect after long-time corrosion.

In order to improve the anti-corrosive performance of PPy coating, cabot vulcan XC-72 was added as dopant to PPy to improve the density of the coating. PPy coating and cabot vulcan XC-72 doped PPy coating samples were prepared by cyclic voltammetry. The surface and structure of the coating were obtained by SEM, TEM, FTIR and other methods. It was found that the coating was more uniform and smooth after doping with cabot vulcan XC-72. The corrosion protection effect of the coating on Q235 steel in 0.1 mol/L sulfuric acid solution was studied by using EIS and polarization curve. The results indicated that the corrosion resistance of PPy coatings doped with cabot vulcan XC-72 was significantly better than that of PPy coatings. The corrosion protection mechanism of the polypyrrole film layer was related to the physical barrier effect of the coating and self-repairing.

Keywords: Corrosion; Polypyrrole; Doping; EIS

目 录

摘要 Ⅱ

Abstract Ⅲ

第一章 绪言 1

1.1金属腐蚀及其危害 1

1.2金属腐蚀的原理及防护方法 1

1.2.1金属腐蚀的原理 1

1.2.2金属腐蚀的防护方法 2

1.3导电聚合物概述 2

1.3.1聚苯胺 (PANI) 2

1.3.2聚噻吩 (PTh) 3

1.3.3聚吡咯 (PPy) 4

1.4导电聚合物制备方法 4

1.4.1化学氧化法 4

1.4.2电化学聚合 5

1.5本课题研究的内容 5

第二章 实验部分 7

2.1仪器与试剂 7

2.2实验内容 7

2.2.1 Q235电极的制备 7

2.2.2 PPy涂层的制备 7

2.2.3形貌结构表征 8

2.2.4腐蚀性能测试 8

第三章 实验结果与讨论 9

3. 1碳黑的透射电镜图 9

3.2 PPy涂层的制备 9

3.3 PPy和PPy/C涂层的红外光谱图 10

3.4 PPy和PPy/C涂层的扫描电镜图 11

3.5腐蚀防护性能测试 11

3.5.1电化学交流阻抗谱图 11

3.5.2极化曲线测试结果及分析 12

3.6腐蚀防护机理 13

第四章 结论与展望 14

4.1结论 14

4.2展望 14

参考文献 15

致 谢 18

第一章 绪言

1.1金属腐蚀的危害

金属腐蚀带来的损坏将造成金属材料本身的性质和功效大幅度下降，金属构件的几何外形遭到破坏，也就会导致设备的运行寿命降低，甚至会造成火灾、爆炸等灾难性事故的发生。

据估计，工业世界每年生产的钢材中因发生金属腐蚀而导致报废的钢材总量可达到其年产量的1/3左右。我国每年因腐蚀造成的直接损失高达 7000 多亿元，占国民经济总产值的 5%^[1]。除此之外，腐蚀还会造成更加广泛和严重的间接破坏，甚至会使人民的生命安全遇到危险。

1.2金属腐蚀的原理及防护措施

1.2.1金属腐蚀的原理

金属腐蚀一般按照腐蚀反应原理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类，而两类腐蚀实质上都是金属发生氧化反应从原子转化成阳离子的过程^[2]。

化学腐蚀主要是金属表面直接和空气中某些具有氧化能力的干燥气体或非电解质溶液接触而发生氧化还原反应引起的。

电化学腐蚀是金属材料与电解质溶液接触导致金属被氧化，引起的金属损耗。电化学腐蚀的阳极过程全部都是金属的溶解，但阴极过程则根据腐蚀环境的不同而有所变化，因此最常见的有析氢腐蚀和吸氧腐蚀。在酸性介质中，金属受到腐蚀的同时析出氢气，其电极反应如下：

阳极（Fe）：

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