本文關(guān)鍵詞：Q235表面聚吡咯的電化學(xué)制備及其耐腐蝕性能研究

  更多相關(guān)文章： Q235 腐蝕保護(hù) 電化學(xué) 聚吡咯 緩蝕劑 多巴胺

【摘要】：隨著工業(yè)化的發(fā)展,大量的金屬被應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備制造和道路橋梁建設(shè)等領(lǐng)域。但是由于很難做到對金屬腐蝕的有效防護(hù),因而導(dǎo)致金屬腐蝕現(xiàn)象以及由此引起的災(zāi)害事故日趨嚴(yán)峻。傳統(tǒng)的對金屬的保護(hù)主要是在金屬表面涂覆含有甲醛的油漆,此方法低效且對環(huán)境傷害較大；或者電鍍鋁鋅等貴金屬,但成本較高；也有些是采用鉻酸鹽使金屬表面鈍化,然而工藝復(fù)雜且會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。導(dǎo)電聚合物由于其導(dǎo)電,良好的吸附性,環(huán)境友好,結(jié)構(gòu)適應(yīng)性以及具有氧化還原性能等在金屬耐腐蝕保護(hù)中的應(yīng)用前途無量。Q235鋼筋由于具有良好的延展性,適度的強(qiáng)度及硬度而被大量應(yīng)用于橋梁、廠房、化工設(shè)備等。本文針對在其表面涂覆導(dǎo)電聚合物以改善防蝕性能而展開。首先,以草酸為電解質(zhì)溶液,冰浴且攪拌條件下采用恒電位電化學(xué)沉積方法在Q235表面沉積PPy膜層,改變沉積電位制備得到PPy-Q235系列樣品。PPy膜層的生成主要分為三個(gè)階段——鋼鐵的溶解,鋼鐵表面鈍化膜的形成,Fe2C2O4·2H2O溶解后毗咯在鐵基體表面生長沉積。然后對以上樣品進(jìn)行紅外表征表征,發(fā)現(xiàn)在0.75～0.95 V電位范圍內(nèi)均可以在Q235表面沉積得到摻雜有C2O42-的PPy膜層。采用掃描電鏡進(jìn)一步對PPy膜層表面的微觀形貌觀察,發(fā)現(xiàn)相對其他電位下沉積得到的樣品,在0.95 V電位下制備的樣品的膜層表面顆粒更均勻、堆砌更致密,膜層中C2042-的摻雜量也最多。在35wt.%NaCl溶液中進(jìn)行電化學(xué)腐蝕測試時(shí),結(jié)果表明,0.95 V電位下制備的樣品的耐腐蝕性能最好,腐蝕電位從裸Q235的-0.693 mV提高至-0.066 mV,在腐蝕電位得到較大提高的情況下,腐蝕速率也從0.412 mm/yr降低至0.040mm/yr,減小了約10倍。確定沉積電位為0.95 V后,又對溫度、攪拌等因素對PPy膜層耐腐蝕性能進(jìn)行了研究。研究表明電化學(xué)合成時(shí)降低合成溫度以及進(jìn)行磁力攪拌均可以提高膜層的耐腐蝕性能,其中降低溫度對改善膜層的耐腐蝕性能更顯著。根據(jù)上述研究的結(jié)果,確定了電化學(xué)條件為恒電位電化學(xué)沉積,且電壓為0.95 V,化學(xué)條件為攪拌且冰浴。然后在沉積PPy膜層過程中在草酸電解質(zhì)溶液中添加了不同濃度的磷酸鈉緩蝕劑,通過進(jìn)行紅外表征,確定膜層中均成功摻雜了磷酸根離子。又進(jìn)行了電化學(xué)腐蝕測試,得出結(jié)論如下：摻雜有磷酸根離子的樣品的腐蝕電位Ecorr、腐蝕電流Icorr和腐蝕速率均高于未摻雜時(shí)的樣品,且Ecrr越高對應(yīng)的Icorr和腐蝕速率越大。從熱力學(xué)的角度來看,樣品PPy/P/Q235-3耐腐蝕性能相對較優(yōu),對應(yīng)的Ecorr和腐蝕速率分別為0.009 mV和1.090mm/yr。以樣品PPy/P/Q235-3對應(yīng)的條件,又制備了Q235鋼筋長試件放于混凝土中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。放置于恒溫度28℃,恒濕度90%rh的條件下28天后,通過宏觀觀察鋼筋的銹蝕情況,得出混凝土中Q235鋼筋耐腐蝕性能優(yōu)劣情況依次為：打磨后電沉積PPy膜層的Q235、未處理電沉積PPy膜的Q235、打磨處理的Q235、未處理的Q235。而后采用磷酸鈉與鉬酸鈉進(jìn)行復(fù)配,紅外的結(jié)果表明,膜層中亦成功摻雜了鉬酸根離子。又在3.5wt.%NaCl、1 mol/L H2SO4和0.1mol/L NaOH溶液中對上述制備的樣品進(jìn)行了電化學(xué)腐蝕測試研究,結(jié)果表明：在NaCl溶液中,樣品PPy/P/Q235-3相對樣品PPy/Mo/Q235有較高的Ecorr,但I(xiàn)corr也相對較大,樣品PPy/P-Mo/Q235的Ecorr和Icorr介于兩者之間；在H2SO4和NaOH溶液中,樣品PPy/P-Mo/Q235的耐腐蝕性能均為最優(yōu)。文章的最后采用多巴胺對Q235表面進(jìn)行了修飾,并對其表面進(jìn)行了紅外表征,發(fā)現(xiàn)在室溫下,通過將Q235浸泡在多巴胺溶液中靜置即可在Q235表面成功生長多巴胺聚合物。電化學(xué)腐蝕測試結(jié)果表明采用多巴胺修飾Q235表面,耐腐蝕性能會(huì)有一定的改善。然后又在多巴胺修飾后的Q235表面電化學(xué)沉積PPy膜層,采用掃描電鏡對膜層表面進(jìn)行了觀察,發(fā)現(xiàn)相較于未采用多巴胺修飾Q235表面就電沉積的PPy膜層,多巴胺修飾后沉積得到的PPy膜層顆粒更小,粒徑均值分別為651μm和45μm,堆砌更致密。最后又采用電化學(xué)方法對上述樣品進(jìn)行了腐蝕測試,結(jié)果表明：對于未摻雜的PPy膜和鉬酸鈉摻雜的PPy膜,采用多巴胺修飾Q235表面后電沉積PPy膜樣品的Ecorr有所提高,而Icorr和腐蝕速率有所增大；對于磷酸鈉摻雜的PPy膜,采用多巴胺修飾Q235表面后電沉積PPy膜樣品的Ecorr有所降低,而Icorr和腐蝕速率有所減小。
【關(guān)鍵詞】：Q235 腐蝕保護(hù) 電化學(xué) 聚吡咯 緩蝕劑 多巴胺
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-28
• 1.1 引言13
• 1.2 金屬腐蝕的危害及隧道混凝土中的鋼筋腐蝕13-17
• 1.2.1 金屬腐蝕的危害13-15
• 1.2.2 隧道混凝土中的鋼筋腐蝕15-17
• 1.3 金屬腐蝕的原因及防護(hù)措施17-19
• 1.3.1 金屬腐蝕的原因17-18
• 1.3.2 金屬腐蝕的防護(hù)措施18-19
• 1.4 聚吡咯的電化學(xué)合成及其防蝕性能的影響因素19-22
• 1.4.1 電化學(xué)工作站用電極體系介紹19-20
• 1.4.2 聚吡咯的電化學(xué)合成20-21
• 1.4.3 電化學(xué)合成聚吡咯防蝕性能的影響因素21-22
• 1.5 緩蝕劑的應(yīng)用22-25
• 1.5.1 緩蝕劑的定義及分類22-24
• 1.5.2 緩蝕劑在金屬防蝕中的應(yīng)用24-25
• 1.6 多巴胺的簡介25-27
• 1.6.1 多巴胺的介紹25-26
• 1.6.2 多巴胺在材料表面修飾中的應(yīng)用26-27
• 1.7 本課題研究的意義及內(nèi)容27-28
• 第二章 Q235表面聚吡咯的電化學(xué)沉積及其影響因素28-43
• 2.1 前言28-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分29-31
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料29
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備29-30
• 2.2.3 聚吡咯在Q235鋼表面的電化學(xué)聚合與沉積30
• 2.2.4 PPy-Q235樣品的表征與腐蝕性能測試30-31
• 2.3 結(jié)果與討論31-41
• 2.3.1 Q235表面聚吡咯膜層的表征31-34
• 2.3.2 不同電壓下制備的PPy-Q235的防腐性能對比研究34-38
• 2.3.3 反應(yīng)條件對PPy-Q235防腐性能的影響38-41
• 2.4 本章小結(jié)41-43
• 第三章 緩蝕劑摻雜聚吡咯膜的制備及其防腐蝕性能研究43-61
• 3.1 前言43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分43-46
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料43-44
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備44-45
• 3.2.3 Q235電極的制備45
• 3.2.4 Q235表面PPy膜的電化學(xué)摻雜沉積45
• 3.2.5 樣品形貌結(jié)構(gòu)表征及性能測試45
• 3.2.6 混凝土試件制備45-46
• 3.3 結(jié)果與討論46-60
• 3.3.1 磷酸鈉摻雜PPy膜層的耐腐蝕性能研究46-52
• 3.3.2 電化學(xué)沉積有PPy膜的Q235在混凝土中的腐蝕情況52-53
• 3.3.3 鉬酸鈉以及鉬酸鈉與磷酸鈉復(fù)配摻雜PPy膜層的耐腐蝕性能研究53-58
• 3.3.4 各摻雜劑摻雜PPy膜層的Q235樣品在不同腐蝕性溶液中的耐蝕性能58-60
• 3.4 本章小結(jié)60-61
• 第四章 多巴胺改性Q235表面后的聚吡咯電化學(xué)沉積及其防腐蝕性能研究61-71
• 4.1 前言61-63
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分63-64
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料63
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備63
• 4.2.3 Q235電極表面多巴胺修飾63-64
• 4.2.4 多巴胺修飾Q235表面后PPy的電化學(xué)沉積64
• 4.2.5 樣品形貌結(jié)構(gòu)表征及性能測試64
• 4.3 結(jié)果與討論64-69
• 4.3.1 多巴胺膜層的紅外光譜圖64-65
• 4.3.2 多巴胺膜層的掃描電鏡圖65-66
• 4.3.3 多巴胺修飾對Q235耐蝕性能的影響66-67
• 4.3.4 多巴胺修飾后的Q235表面電化學(xué)沉積PPy膜層的掃描電鏡圖67-68
• 4.3.5 多巴胺修飾Q235表面后對沉積PPy膜耐蝕性能的影響68-69
• 4.4 本章小結(jié)69-71
• 結(jié)論71-73
• 致謝73-74
• 參考文獻(xiàn)74-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文82

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本文編號：520708