论文总字数：21852字

摘 要

利用失重法和电化学阻抗法测定苯并三氮唑和癸二酸以及两者复配溶液对碳钢的缓蚀效果。首先利用失重法分别测定碳钢在不同浓度的苯并三氮唑和癸二酸的溶液中的缓蚀率并得出缓蚀效果随缓蚀剂浓度变化的关系曲线图，根据曲线图，确定合适的浓度，将两种缓蚀剂进行复配，测定不同复配比时的缓蚀率，绘出缓蚀效果随复配比变化的关系曲线图，找出最佳复配比。再用电化学方法研究缓蚀剂的缓蚀机理，并与失重法得出的结论进行验证。所有缓蚀溶液中均加NaCl使得Cl^-浓度均为50ppm，且调节pH为8.5。实验结果显示，苯并三氮唑对碳钢的缓蚀效果不明显，癸二酸可以有效抑制碳钢的腐蚀，两者复配时未能表现出协同缓蚀效应。

关键词：缓蚀 苯并三氮唑 癸二酸 复配 失重法 电化学阻抗法

Abstract

This article mainly researched whether benzotriazole and sebacic acid solutions can inhibit corrosion of carbon steel. All results were based on electrochemical impedance spectroscopy and weight loss method. First, corrosion inhibition rates at different concentrations were measured by weight loss methed. Then drew the corrosion inhibition rates-concentrations relation chart. Acording to this chart, found the concentration where benzotriazole and sebacic acid both showed high corrosion inhibition rates. At this concentration, got benzotriazole and sebacic acid mixed, and measured the corrosion inhibition rates at different ratio. Then drew the relation chart as in the previous. We can find the best ratio from the chart. Then researched the corrosion inhibition mechanism of inhibitors by electrochemical method, and verified the conclusion obtained by weight loss measurement. NaCl was added to all corrosion solutions to make the concentration of Cl^- was 50 ppm, and the pH was adjusted to 8.5. Experimental results showed that the corrosion inhibition effect of benzotriazole on carbon steel was not obvious, sebacic acid can effectively inhibit the corrosion of carbon steel, while the two inhibitors failed to show the complex synergistic inhibition effect.

Key Words: corrosion inhibition；benzotriazole；sebacic acid；combination； weight-loss measurement；electrochemical impedance spectroscopy (EIS)

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1金属的腐蚀 1

1.1.1金属腐蚀的机理 1

1.1.2金属腐蚀的危害 1

1.1.3金属腐蚀的分类 2

1.2溶液中Cl-对金属腐蚀的影响 2

1.3 pH、温度对金属腐蚀的影响 3

1.4金属防腐蚀的方法 3

1.5 缓蚀剂 4

1.5.1 脂肪酸的缓蚀作用 4

1.5.2 苯并三氮唑的缓蚀作用 6

1.5.3 癸二酸的缓蚀作用 6

1.5.4 不同缓蚀剂复配的协同作用 7

第二章 理论部分 8

2.1 腐蚀速度 8

2.2 缓蚀速率 8

2.2.1 失重法测缓蚀率 9

2.2.2 电化学极化曲线测缓蚀率 9

第三章 实验部分 10

3.1 实验原理 10

3.2实验试剂及器材 11

3.3 实验操作规范 12

3.3.1 挂片的预处理 12

3.3.2 溶液配制 12

3.3.3 挂片腐蚀后处理 13

3.3.4 电极预处理 14

3.3.5 电化学工作站的调试 14

3.4 挂片实验 14

3.4.1 不同浓度的苯并三氮唑对碳钢腐蚀抑制作用的研究 14

3.4.2 不同浓度的癸二酸对碳钢腐蚀抑制作用的研究 15

3.4.3 苯并三氮唑和癸二酸不同复配比时对碳钢腐蚀抑制作用的研究 15

3.4.4 苯并三氮和癸二酸在纯水溶液中对碳钢腐蚀抑制作用的研究 15

3.5电化学实验 15

第四章 数据处理与实验结论 16

4.1数据处理 16

4.1.1挂片实验数据处理 16

4.1.2电化学实验数据处理 22

4.2实验结论 23

参考文献 25

致谢 28

第一章 文献综述

1.1金属的腐蚀

金属发生腐蚀是由于金属和周围的介质接触时发生了化学或电化学作用，金属腐蚀是一种自发进行的冶金的逆过程。^[1]金属原子的自由能处于相对比较高的状态，热力学不稳定，一定的条件下，金属单质易转化为化合物态，致使金属发生腐蚀。

1.1.1金属腐蚀的机理

导致金属发生腐蚀的主要原因是由于发生了化学反应和电化学作用，少数情况下为机械、物理或生物作用。^[2]金属发生化学腐蚀时，金属表面的原子直接与反应物(氧化剂，比如氧气、水、酸)分子发生反应，金属被氧化和氧化剂被还原的两个反应同时发生，金属原子的电子直接转移到了接受体（氧化剂）上，并非是在空间和时间上分开进行的两步化学反应。电化学腐蚀发生时，在金属基体表面同时进行着两个反应（阳极反应和阴极反应），两者反应的速度相等，这种现象就被称做为电极反应的耦合，相互耦合的两个反应叫做共轭反应，阳极过程为金属原子失电子后转移到溶液中，在水溶液中形成水合金属离子或者溶剂化金属离子，阴极反应过程是溶液中的电子接受体（或去极化剂）接受金属基体内的过量的电子而发生还原反应，电化学腐蚀实则为金属在阳极区发生溶解，阴极反应不发生腐蚀。^[3-4]

1.1.2金属腐蚀的危害

被腐蚀后，金属在外形、色泽特别是力学性能等方面都会发生明显的变化，由此非常容易造成设备被破坏而致生产活动不能正常进行、管道泄漏使得产品污染或者毒气泄漏威胁我们的生命安全，更甚至会酿成爆炸、火灾等恶性事故，危及人身安全的同时还会造成资源和能源的浪费，国民经济遭受巨大损失。有统计报道，全世界每一年因为金属腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值3.5%～4.2%。我国作为全世界钢铁产量最多的国家，每年被腐蚀的钢铁占很大比重。因此，加强对金属的腐蚀的研究，掌握其腐蚀机理，具有针对性地采取适当的防护措施，对经济建设和科技发展都有着非常重大的意义。^[5]

1.1.3金属腐蚀的分类

按金属的腐蚀形态分类，可分为以下几种：

1. 均匀腐蚀：整个金属表面都发生了腐蚀，而且分布非常均匀。金属逐渐变薄，危害不大。
2. 点蚀：是一种面积小，通常为局部腐蚀的一种腐蚀形态，腐蚀部位呈点状或空穴类状，小而深的腐蚀孔点极易造成金属板穿孔，危害性大。
3. 缝隙腐蚀：金属表面存在着很窄的缝隙，缝隙中的溶液对流不畅，氯化物溶度增加，促进了金属的溶解。
4. 应力腐蚀开裂：金属（或合金）由于发生了腐蚀，外加拉应力的共同作用而产生破裂，破坏性大。
5. 选择性腐蚀：是指从固体金属中除去某种元素的腐蚀。
6. 磨损腐蚀：由于溶液具有腐蚀性或溶液中含有具有研磨作用的固体颗粒，溶液流动时会破坏金属表面的保护膜，从而使金属发生腐蚀。
7. 晶间腐蚀：由于金属（或合金）晶界区的存在，从而发生并会发展的腐蚀。这种腐蚀形态只有在显微镜下才能看得出来。这种腐蚀会会严重破坏设备以及构件，破坏性比较大。此类腐蚀更容易发生在合金中。
8. 氢脆：金属由于吸收了氢原子，性质发生该变（易变脆）的现象叫氢脆。
9. 丝状腐蚀：在水分含量很高的大气中，表面涂有保护膜（油漆等）的金属表面容易发生腐蚀，腐蚀产物呈网状。大气中的水分是发生丝状腐蚀的最主要原因，其腐蚀的机理是由于氧浓差电池的作用。
10. 腐蚀疲劳：金属的强度在高变应力和腐蚀介质两者共同作用下而下降的现象称为腐蚀疲劳。

1.2溶液中Cl-对金属腐蚀的影响

水溶液中阴离子的种类和浓度对金属腐蚀的速度都有很大的影响。溶液中所含的Cl^-、Br^-、I^-、SO₄^2-等活性阴离子能对碳钢，不锈钢以及铝等金属或合金表面的钝化膜造成很大的破坏，易造成金属的局部腐蚀。

溶液中的Cl^-浓度越大，不仅仅增强了溶液的导电能力，而且腐蚀产物难以形成保护膜，所以Cl^-的存在促进了金属的腐蚀，不过均匀腐蚀对Cl^-浓度并不是很敏感。^[6]余菲等人研究发现，在碱性水溶液中OH^-与Cl^-在碳钢表面会发生竞争吸附，Cl^-浓度较低时，OH^-可以抑制碳钢电极的腐蚀；Cl^-浓度很大时，Cl^-的对金属表面的侵蚀作用强于OH^-对电极表面的保护作用，会加快碳钢的腐蚀。^[7]

1.3 pH、温度对金属腐蚀的影响

溶液的pH值会对金属的腐蚀速度产生影响，这与该金属的氧化物在水中的溶解度对pH值的依赖程度有很大关系，如果某一金属的氧化物易溶于酸性水溶液而不溶于碱性水溶液（比如铁，镍，镁等），那么该金属更容易在pH值较低的溶液中发生腐蚀，而在高pH值水溶液中腐蚀较为缓慢，陈惠玲等人的研究也验证了这一结论。^[8]

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