13593铝合金表面低温防腐保护剂的制备.docx

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13593铝合金表面低温防腐保护剂的制备

铝合金表面低温防腐保护剂的制备

摘要

自组装膜是分子在溶液（或气态）中自发通过化学键牢固地吸附在固体基底上而形成的有序分子膜。

由于其堆积紧密、结构稳定，因而具有抑止腐蚀的作用，其在金属腐蚀与防护领域有广阔的应用前景和重要的理论价值。

本文找到了一种简单可行的铝合金的低温表面腐蚀检测方法：

比色法。

通过大量腐蚀实验找出铝合金的低温表面保护剂的最佳制备配比为MBI:

MBO:

BTA=3:

1:

1，复合缓蚀剂最佳含量为0.31%的时候缓蚀效果，最佳反应温度为室温。

本防腐保护剂在室温22℃，33%的NaCl、2mol/LHCl混合溶液中缓蚀率为74.2%；在低温-20℃，33%的NaCl、2mol/LHCl混合溶液中缓蚀率为95.1%。

本文同时还探讨了金属有机化合物作为催化剂和缓蚀剂的反应机理。

关键词：

铝合金,防腐保护剂，缓蚀剂，分子自组装

PreparationofCorrosionProtectionSolventforAluminumalloySurface

Speciality：

AppliedChemical

ABSTRACT

Self-assembledmonolayerofmoleculesinsolution（orgaseous）throughspontaneouschemicalbondfirmlyadsorbedonthesolidsubstrateandformedanorderlymolecularmembrane.Becauseofitscloseaccumulation,structuralstability,whichhascurbedtheroleofcorrosion.Metalcorrosioninthefieldofprotectionandbroadprospectsforapplicationandimportanttheoreticalvalue.

Inthispaper,foundasimpleandfeasibleinlow-temperaturealloysurfacecorrosiondetectionmethod-colorimetricmethod.Throughnumerousexperimentstoidentifycorrosionoflow-alloysurfaceprotectionforthebestratioofPreparationisMBI:

MBO:

BTA=3:

1:

1,thebestinhibitorcompoundcontentof0.31%whentheeffectofinhibition,Theoptimumreactiontemperaturetoroomtemperature.Alsoexplorethemetalcatalystandorganiccompoundsasinhibitorsofthereactionmechanism.

KEYWORDS：

Aluminumalloy,Anti-corrosionprotection,Corrosioninhibitor,SelfAssembledMonolayer,SAM,BTA,MBI,MBO

目录

摘要i

ABSTRACTii

1．绪论-1-

1.1引言-1-

1.1.1研究的目的和意义-1-

1.1.2研究现状及未来发展方向-2-

1.2铝及铝合金的腐蚀与缓蚀机制-3-

1.3铝及铝合金表面处理的传统方法-5-

1.3.1保护涂层（镀层）-5-

1.3.2电化学保护-6-

1.3.3化学钝化-6-

1.3.4添加缓蚀剂-6-

1.4自组装单分子膜的防腐作用-7-

1.5铝在各种条件下的缓蚀剂-8-

1.6杂环类及其衍生物对金属表面的防腐作用-9-

2．实验部分-12-

2.1原料及设备-12-

2.1.1试剂和材料-12-

2.1.2仪器及设备-13-

2.2实验原理-13-

2.2.1制备原理-13-

2.2.2制备方法-13-

2.2.3成膜作用原理-13-

2.3检测方法-15-

2.4实验方法-16-

2.4.1实验基本操作步骤-16-

2.4.2性能测试的具体实验方案-17-

2.5实验步骤-18-

2.5.1溶剂型金属清洗剂的去污机理-18-

2.5.2溶剂型铝合金清洗剂基本配方-19-

2.5.3AGR897EN铝合金试片的制备-19-

2.5.4清洗剂净洗力的测定[15]-20-

2.6合成工艺选择-20-

2.6.1合成温度-20-

2.6.2加料顺序-21-

2.6.3复配时间-21-

2.6.4涂膜工艺-21-

2.6.5操作环境-22-

3．结果与讨论-22-

3.1复合溶剂的选择-22-

3.2络合剂的选择-24-

3.2.1络合剂的缓蚀性能-24-

3.2.2络合剂的协同效应-26-

3.2.3无机盐对缓蚀剂的影响-31-

3.3高分子润滑剂的选择-32-

3.4施工工艺选择-32-

3.4.1温度选择-32-

3.4.2时间选择-33-

4．缓蚀剂机理探讨-34-

5．成品检测结果-35-

6．结论及建议-35-

致谢-37-

参考文献-38-

1．绪论

1.1引言

金属腐蚀遍及国民经济和国防建设各个领域，危害十分严重。

首先，腐蚀会造成重大的直接或间接的经济损失。

据工业发达的国家的统计[5]，因腐蚀造成的经济损失约占当年国民经济生产总值的1.5%-4.2%。

其次，金属腐蚀，特别是应力腐蚀和腐蚀疲劳，往往会造成灾难性重大事故，危及人身安全。

再者，腐蚀不但损耗大量金属，而且浪费了大量能源，每年因腐蚀要损耗10%-20%的金属。

另外，石油、化工、农药等工业生产中，因腐蚀造成的设备跑、冒、滴、漏，不但造成经济损失，还可能使有毒物质泄漏，造成环境污染，危及人民健康。

同时，腐蚀还可能成为生产发展和科技进步的障碍。

因此，有效地防止设备的腐蚀和结垢，延长设备的使用寿命和检修周期，保证设备长期安全运转，对国民生产的安全及环境的保护，均具有重大的意义。

1.1.1研究的目的和意义

铝及其合金的设备与制件在国民经济各部门有广泛应用,尤其在化学工业与石化工业,同时由于铝合金具有质轻强度高的优异性能，近年来在航空和航海上的应用也日益被重视。

铝合金在各种环境作用下发生的腐蚀遍及国民经济的各个部门，造成巨大损失，对于金属防护的研究具有巨大的意义。

在各种金属腐蚀的防护技术中，缓蚀剂技术由于工艺简单、适用性强而成为最有效和最常用的方法之一。

但是缓蚀剂技术有明显的局限性，在缓蚀剂应用最为广泛的液相介质中，缓蚀剂必须有一定的溶解度，而且必须达到一定的浓度。

传统的缓蚀剂由于毒性较大，给环境造成了污染;同时，由于缓蚀剂用量较小，外界微小的变化就会对体系造成较大的影响，这也给缓蚀机理的研究带来了很大的难度，这些因素限制了缓蚀剂的进一步发展[2~4，17~20]。

在金属基底材料上组装一层紧密堆积的缓蚀剂单分子膜后，会使缓蚀效率大大提高，这样就拓宽了缓蚀剂的应用范围；同时，由于成膜分子在空间有序排列，这就为在二维乃至三维领域内研究其物理性质及缓蚀机理提供了机会，为进一步探索缓蚀剂的作用机理，合成新的高效的缓蚀剂提供了途径[25~28]。

因此，自组装技术用于金属防腐蚀的研究，具有重要的理论价值和广阔的应用前景。

由于铝属于活泼金属，其表面极易氧化，因此在其上自组装单分子膜较为困难，但是对这些工业金属表面的自组装研究更具应用意义.烷基硫醇类SAMs是最早用于自组装的一类体系，在自组装历史上占有重要的地位。

由于巯基与金属底材有强烈化学作用，膜的形成是疏基与金属底材键合反应与链状分子间力共同作用的结果，故而膜层具有良好的防腐及缓蚀作用。

人们一直不断地研究和使用各种控制或防止金属腐蚀的方法和技术。

实践中使用最多的几种控制金属腐蚀的方法有：

正确的选用金属材料和合理设计金属结构；电化学保护；采用保护性覆盖层；改变环境成分，添加缓蚀剂；自组装单分子膜，形成缓蚀剂分子保护膜。

本文研究主要内容就是自组装单分子膜，在铝及铝合金表面形成一层缓蚀剂分子保护膜，抑制铝合金在各种条件下的腐蚀。

1.1.2研究现状及未来发展方向

铝在大气中易于氧化生成保护膜,在中性环境较为稳定。

但铝是两性金属,在酸性与碱性溶液中会受到侵蚀,而且在偶接异金属与重金属离子污染环境中也会引起局部侵蚀甚至严重腐蚀。

为此,必须采取防腐对策,采用缓蚀剂是有效的方法之一。

铬酸盐、硅酸盐、聚磷酸盐、可溶性油、硝酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐、胺类、硫脲、巯基苯并噻唑、蛋白质等被用于铝及其合金化学清洗、水处理、防冻液等用途的缓蚀剂。

国内外专家学者对于铝及其合金的表面保护进行了广泛的研究[1~617~22]，并取得了很大的进展。

目前，对于铝及其合金保护的方法主要有金属涂层、有机涂层、缓蚀剂、分子膜处理等方法。

利用有多种有机络合物（有机缓蚀剂）和有机高分子材料溶于特殊的有机溶剂中复配成一种铝及其合金的腐蚀保护剂。

该保护剂通过自组装技术在于铝及其合金表面形成极薄的自组装多层膜，起到三防（防盐雾，防潮，防霉）保护，不影响铝及其合金的原表面性能，这是一种创新的铝及其合金保护的方法。

自组装单分子膜（SAM）是近年来引起广泛注意的一种有机超薄膜体系，由于具有优越的性能，在材料保护及表面修饰等许多方面显示出广阔的应用前景[4~5]。

1992年Laibinis等[5]报道了用单层膜覆盖铜的腐蚀电阻，拉开了自组装单分子膜用于金属防腐蚀研究的序幕。

在已报道的用SAM防腐研究体系中，以硫醇类化合物对Cu，Au，Fe等金属的保护最为多见，如Jennings等用烷基硫醇。

Feng等用苯并三氮唑对Cu的研究，Crooks等研究了不同链长的烷基硫醇，羧基硫醇及羟基硫醇对Au电极的研究等.Aramki等在Cu表面制备了HO（CH2）11SH自组装膜，并利用三氯硅烷（CnH2n+1SiCl3）与自组装膜表面的）OH发生反应得到烷基硅氧烷膜，水解后成膜分子间自发地聚合，彼此间以硅氧键相联。

复合双层膜的形成减少了膜中的缺陷，膜的厚度也有所增加，有效地提高了膜的防腐能力。

1.2铝及铝合金的腐蚀与缓蚀机制

铝合金是应用广泛的工程材料，但在使用过程中，它们将受到不同形式的直接的或间接的破坏。

其中最重要、最常见的破坏形式是断裂、磨损和腐蚀。

通常定义金属的腐蚀是:

金属与周围环境（介质）之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。

就是说，金属腐蚀发生在金属与介质间的界面上。

由于金属与介质间发生化学或电化学多相反应，使金属转化为离子（氧化）状态。

Boies和Northan[10]对铝在62.5%乙二醇和37.5%蒸馏水中试验发现,在试验一个周期中表面氧化膜破坏,氢析出,并形成碱性环境,虽然在该环境中氧修补膜,但直至氧耗尽,膜被破坏。

因而在金属与非晶体的氧化层界面上发生金属溶解到形成铝离子的阳极反应,由于浓度梯度,使铝离子向外扩散,同时由于阳极与阴极反应部位的电位差,使电子向外流动。

总之,在任何情况