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溴冷机中碳钢、铜及其合金的腐蚀机理研究

黄乃宝  
【摘要】:溴化锂吸收式制冷机具有热效率高、热源广泛、能耗低和无污染等诸多优点,逐渐得到人类的青睐。为适应提高热效率、节约能源和溴冷机小型化的要求,开发三效或多效式新型溴冷机成为国内外溴冷机发展的主流。溴化锂溶液是很强的腐蚀介质,对碳钢、铜及其合金产生严重的腐蚀。在新型溴冷机中,由于溴化锂溶液浓度和操作温度都将提高,腐蚀更为严重,这些都成为开发新型溴冷机亟待解决的课题。 针对上述情况,本文用浸泡失重法和电化学测试技术,对55%LiBr~65%LiBr溶液中添加LiOH、Na_2MoO_4、LiNO_3和BTA等缓蚀剂对碳钢、铜和白铜耐蚀性能的影响进行研究。结果表明,对碳钢而言,55%LiBr+0.07mol/L LiOH+150mg/L Na_2MoO_4、60%LiBr+0.07mol/L LiOH+150mg/L Na_2MoO_4溶液中复配100mg/L BTA时,其腐蚀速率分别降至8.39μm/a、43.87μm/a,活性溶解得到有效抑制。55%LiBr溶液中碳钢表面形成Fe-BTA配合物保护膜,而在60%LiBr溶液中则形成Fe-BTA配合物、Fe_2O_3、Fe_3O_4、MoO_2和MoO_3的钝化膜,阻碍Br~-离子对碳钢的侵蚀。温度低于200℃时,对55%LiBr~65%LiBr溶液中添加0.07mol/L LiOH+150mg/L Na_2MoO_4+100mg/L LiNO_2或0.07mol/L LiOH+150mg/L Na_2MoO_4+100mg/L BTA对碳钢有较好的缓蚀效果,但缓蚀性能随LiBr浓度和沸腾温度的升高而降低。超过200℃后,除55%LiBr溶液外,碳钢溶解速度都急剧增大。BTA和Na_2MoO_4在碳钢表面的吸附都符合Langmuir等温吸附方程,吸附自由能分别为-45.07kJ/mol和-40.69kJ/mol,BTA在碳钢表面具有更高的亲合能。 沸腾55%LiBr~65%LiBr溶液中单独添加LiOH、Na_2MoO_4和BTA均能减缓铜、白铜的腐蚀,它们的缓蚀性能随LiBr溶液浓度和沸腾温度升高而降低。LiOH浓度变化对铜、白铜的影响规律相似,都是低浓度促进氧化膜形成,而高浓度加速氧化膜溶解,最佳浓度分别为0.10mol/L和0.15mol/L。而Na_2MoO_4、BTA则是在超过某一浓度后,铜、白铜腐蚀速率基本不再随它们的浓度而变化;LiNO_3无论单独添加还是与其它缓蚀剂复配,缓蚀效果都不甚理想。四种缓蚀剂对铜影响的显著程度为LiOH>BTA>Na_2MoO_4>LiNO_3而白铜则按BTA>Na_2MoO_4>LiOH>LiNO_3的顺序降低。 沸腾55%LiBr溶液中,Na_2MoO_4和BTA在铜表面的吸附遵循Langmuir等温吸附方程,吸附自由能分别为-41.15 kJ/mol和-44.93kJ/mol。 在实验结果的基础上,利用人工神经网络技术建立了碳钢、铜和白铜在操作温度、LiBr、LiOH、Na_2MoO_4、LiNO_3和BTA浓度影响下的腐蚀速率预测模型,腐蚀速率的预测结果和外推数据同实验结果基本吻合。该模型可用来预测添加不同缓蚀剂、不同浓度 大连理工大学博士论文 LIBr溶液中碳钢、铜和白铜的腐蚀速率,为在嗅冷机智能控制中金属材料腐蚀的现场 监测和控制奠定了一定的基础。 建立了室温条件下铜在55%LIBr溶液中的电位一PH图,对研究高温高浓度LIBr溶 液中铜合金的腐蚀有一定的指导作用。


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