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适用于镁合金的高效缓蚀剂的研究

高慧  
【摘要】:作为一种替代铝合金的理想材料,镁合金具有比强度,比刚度高、切削加工性能好、电磁屏蔽好、回收率高等优点,正在被广泛应用于汽车工业、航空航天以及电子产品等领域。然而,由于内部多相组织的存在,镁合金的化学性质非常活泼,相间的电势差异导致镁合金极易被腐蚀,这成为镁合金发展中的瓶颈,大大地限制了镁合金的实际应用。在众多的镁合金的表面防护技术中,应用缓蚀剂减缓镁合金的腐蚀是一种行之有效的简便方法。 众所周知,有机化合物中杂原子N、S和O的存在可以对铁、铜和铝合金的腐蚀起到抑制作用。杂原子提供腐蚀保护的主要机理是:在金属表面晶界处形成不溶性的沉淀物,阻止局部pH增加,从而减缓腐蚀。根据这一原理及前人对8-羟基喹啉缓蚀剂在其他基材上所做的研究,作者认为研究8-羟基喹啉对镁合金的腐蚀抑制作用具有重要意义。十二烷基苯磺酸钠作为一种吸附型的缓蚀剂也可以为镁合金的腐蚀提供一定的保护作用。 本文研究了高效腐蚀抑制剂8-羟基喹啉(8HQ),以及它与阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对AZ91 D镁合金在ASTM D1384-87腐蚀溶液中的协同腐蚀抑制作用。采用傅立叶变换红外光谱,固体紫外光谱和固体荧光光谱对镁合金表面膜层组成进行分析。以上光谱测试表明基体表面生成的膜层主要由Mg(8HQ)2组成。基于动电位极化曲线测试和电化学阻抗谱(EIS)测试对腐蚀抑制效率进行讨论。单独使用SDBS,腐蚀抑制效率较低,与8HQ联用,则可以为镁合金提供有效地腐蚀保护。用EIS测试研究了8HQ和SDBS二者作为缓蚀剂联合使用的抑制效应,使用协同作用参数来分析两种缓蚀剂混合使用时的协同作用,协同抑制效率可达到98%,可为镁合金的腐蚀提供有效的保护。基于以上分析结果,本文探讨并提出了8HQ和SDBS二者作为腐蚀抑制剂的一种合理的协同抑制作用机理。 由于人们环保意识的增强,高效、低毒且廉价的缓蚀剂正逐渐被广泛应用于工业中。硅酸钠就属于这一类物质,在硅酸钠目前的一系列工业应用中,其作为绿色缓蚀剂在工业冷却水中的应用研究已经得到了广泛关注。随着镁合金工业应用的迅猛发展,研究硅酸钠对镁合金的腐蚀抑制作用必然具有重要的实践意义。 本文采用开路电位(OCP)测试、EIS测试和动电位极化曲线测试等一系列电化学方法研究了在ASTM D1384-87腐蚀液中,硅酸钠作为缓蚀剂对AZ91D镁合金的腐蚀抑制效应。本文针对硅酸钠浓度和溶液pH值对抑制效应的影响进行了系统深入地探究。采用电镜(SEM)、光镜和能谱(EDS)对硅酸盐膜层的微观形貌和组成进行了表征。SEM分析、光镜图和EDS分析结果证明:硅酸盐缓蚀剂的最优浓度为10 mmol/L,最优pH范围为10.5-12.5。基于以上测试分析结果,本文进一步阐释了硅酸盐的抑制机理:由于腐蚀液中缓蚀剂硅酸盐的加入,试样表面会形成保护性的硅酸盐膜层,进而有效地抑制镁合金的腐蚀。在硅酸钠浓度足够高时,所形成的膜层更为致密和平整,在短期和长期浸泡实验中都表现出优良的耐蚀性能,而降低pH值对提高膜层耐蚀性能具有反作用。


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