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植酸对A3钢缓蚀作用的研究

发布时间:2011/4/29 13:54:07  打印本页 || 关闭窗口
翟海涛 鲁道荣*  ?#21496;?#21644;    
                                                                   (合肥工业大学化工学院,?#19981;?#21512;肥,230009)
 
      摘要:采用线性扫描伏安法、交流阻抗法和SEM,研究了植酸(即肌醇六磷酸酯)在3.50% NaCl溶液中对A3钢的缓蚀作用。计算了NaCl溶液中不同浓度植酸在A3钢表面的覆盖度θ,以及电荷传递极化电阻Rp和双电层电容Cd;研究了植酸浓度对A3钢的自腐蚀电位、自腐蚀电流、阳极极化度Pa的影响;用SEM观察了NaCl溶液中存在与不存在植酸时A3钢表面被腐蚀的状况。结果表明,植酸在3.50% NaCl溶液中是一种阳极缓蚀剂,它可以使A3钢腐蚀电流减小、极化电阻增大,对A3钢具有明显的缓蚀作用,其缓蚀效率与植酸浓度有关。
 
    关键词:植酸;A3钢;覆盖度;极化电阻;双电层电容
 
Study on Corrosion inhibition process of Phytic Acid for A3 steel
Zhai hai-tao,   Lu Dao-rong*,  Deng Jun-he
(HeFei University of Technology, HeFei, AnHui China, 230009, E-mail:[email protected])
 
Abstract: This experiment applied Linear Sweep Voltammetry (LSV), AC Impedance (IMP) to study restrain of corrosion on A3 steel by using Phytic Acid in 3.5% sodium chloride solution. According to the results of the experiment, we calculated the coverage rate of Phytic Acid on the A3 steel  (θ),the impedance of the electrode process (Rp),and the double layer capacity(Cd). We study the effects of the Phytic Acid on the voltage of the automatic corrosion ,current of the automatic corrosion、the positive polarization degree of the A3 steel. We also observed the state of the A3 steel surface after the corrosion by SEM. The experiment shows that Phytic Acid is an anodic inhibitor on metal. Its effect is that it makes the corrosion current down and increases the resistance of the polarization. And it can inhibit the corrosion of the A3 steel obviously. Its inhibiting efficiency is related to the concentration of the Phytic Acid. Meanwhile.
 
Key words: Phytic Acid,  A3 steel,  coverage rate,  polarization resistance,  double layer capacity
 
 
       在经济发达的沿海城市和地区,人们对海水资源比以往更加关注,国外许多拥有海水资源的发达国家都大量采用海水作为工业冷却用水,其应用领域主要分布在电力、钢铁、化工、能源(石油、煤炭)、建材、有色金属和食品等行业[1]。因为海水中含有较高浓度的氯化钠(约3.5%NaCl),氯离?#37038;?#23548;致金属腐蚀的主要因素之一,它能降低金属腐蚀反应的活化能,加剧了金属材料的腐蚀,所以用海水作为冷却水时,必须防止海水?#26032;?#31163;子对冷却系统中金属管道的腐蚀。本文采用浓度为3.50%NaCl溶液作为腐蚀介质,用线性扫描伏安法、交流阻抗法和SEM研究了植酸(即肌醇六磷酸酯)对A3钢的缓蚀作用。植酸是一种易溶于水且与金属离子有较强的螯合力的物质[2],它的分?#37038;?#20026;C6H18O24P6,分子量为660.4,其?#21344;?#32467;构式为[3]
1.实验方法
植酸由实验室自制,含量约为70%;将A3?#21046;?#25171;磨光亮并制成工作电极,面积为3×3mm2,其余部分用环氧树脂胶密封;配制3.50%NaCl溶?#28023;?#30005;化学测试采用三电极体系,以饱?#36879;使?#30005;极作参比电极,铂电极作辅助电极,测试在CHI660B型电化学工作站(上海?#20132;?#20202;器公司生产)上进?#23567;?#31283;态极化曲线的电势扫描?#27573;?#20026;-0.600V ~ 0.800V,扫描速率为0.2mv/s;交流阻抗实验在自腐蚀电位下进行,测试频率为0.01~105Hz,振幅为5mv;塔菲曲线的电势扫描?#27573;?#20026;-0.850V ~ 0.800V,扫描速率为0.2mv/s;实验温度为30℃,用超级恒温槽(常州国华电器有限公司生产)控制。
 
2.实验结果与?#33268;?/B>
 
2.1 植酸浓度对A3钢的极化曲线的影响
在3.50%NaCl溶液中,分别加入质量百分浓度为0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、2.00%的植酸,考察其对A3钢腐蚀性的影响,实验结果见图1。
1 不同浓度植酸中A3的极化曲线 
                      Fig1  The polarization curve of A3 steel in the different concentration Phytic Acid
 ?#27833;?可以看出,当氯化钠溶液中存在植酸时,A3的腐蚀电流明显比不存在植酸时小,且随着阳极过电势的增加,植酸对A3钢的缓蚀作用增大;在相同过电势条件下,随着植酸浓度增加,A3钢的腐蚀电流逐渐减小,当植酸浓度为1%时腐蚀电流**小,当浓度继续增加至2%时,A3钢的腐蚀电流反而增大。根据电化学理论可知,缓蚀剂对电极反应的阻化作用可以看作是覆盖层的“封闭效应?#20445;?#20135;生极化的主要原因是由于缓蚀剂在电极表面吸附并与电极表面的原子反应,从而生成了一层保护膜,覆盖了电极表面的活性中心,因而减缓了腐蚀。根据实验测试的阳极腐蚀电流密度,可计算出植酸在A3钢表面的覆盖度θ  
       θ=1-J/J0 [4]
 式中J J0 分别为在相同过电势η(本实验取η=0.5v)条件下,NaCl溶液中含有植酸和不含植酸时的A3钢阳极电流密度,根据图1与上式可求出在η=0.5v时,不同浓度植酸在A3钢表面的覆盖度θ,结果见表1。
                            表1  A3钢表面的覆盖度与植酸浓度的关系
                   Tab1 The relation on the overcast rate of A3 steel surface and the concentration of Phytic Acid
    从表1可以看出,随着植酸浓度增大,θ值增加, A3钢表面的活性中心被覆盖的越多,其腐蚀电流越小,当植酸浓度为1.00%时θ值****,对应的腐蚀电流**小,随后当植酸浓度继续增大时,θ值反而降低,腐蚀电流反而增加,这可能由于少量植酸分子从A3钢表面脱落所致。 
2.2 交流阻抗实验
根据等效电路原理,可以从交流阻抗谱得到溶液电阻Rl、电荷传递反应极化电阻Rp和电极表面双电层电容Cd等重要的腐蚀参数。在高频区?#27573;?#20869;, 电极反应主要由电化学反应步骤控制[5],在低频区,电极反应主要受到浓差极化控制。
实验测试了不同植酸浓度时A3钢电极的交流阻抗谱,结果见图2。
 图2 不同浓度植酸条件下A3钢的交流阻抗谱
Fig2  A.C. Impedance picture of A3 steel in Phytic Acid with the different concentration
?#27833;?可以看出,随着植酸浓度的增加,A3钢电极在高频区的容抗弧会增大。这表明植酸的加入使得A3钢电极表面的电荷传递受到了抑制,从而增大了A3钢电极的极化电阻,减缓了A3钢的腐蚀;?#27833;?可以得到溶液电阻R1、电荷传递反应极化电阻Rp,并计算得到A3钢电极表面的双电层电容Cd[6]结果见表2。
                        表2 不同浓度植酸对A3钢的腐蚀参数的影响
                             Tab2  The impedance parameter of A3 steel in Phytic Acid with the different concentration
 
从表2可知,随着植酸浓度的增加,溶液电阻R1和反应极化电阻Rp均随之增加,但R1增加的幅度不明显,这是因为植酸本身是一种弱的电解质,因而植酸浓度的增加会导致溶液电阻的增大;而电荷传递反应电阻Rp随着植酸浓度的增加而明显增大,由此看出植酸的加入阻碍了A3钢电极的电荷传递,从而?#31181;屏薃3钢基体的腐蚀。同时,随着植酸量的增加,A3钢表面的双电层电容Cd呈现出逐渐减小的趋势,这可能是由于A3钢基体表面与植酸生成一层络合物膜,当植酸浓度较小时,生成的膜较薄,因而极化电阻较小,随着植酸浓度增大,生成的膜不断加厚,极化电阻不?#26174;?#21152;,因而双电层电容Cd值降低,当浓度达到某一临界值以后,A3钢基体表面的络合物膜已生长完善,其极化电阻达到****,Cd值达**小;当植酸浓度继续增至2.00%时,由测试可知,极化电阻反而减小,双电层电容反而增大。由?#23435;?#20204;可以推断,植酸浓度达到较适宜值时,有利于A3钢基体表面保护膜的稳定。
2.3 植酸浓度的变化对A3钢的塔费曲线的影响
根据塔菲曲线图,我们可以求出A3钢腐蚀过程中的自腐蚀电位、自腐蚀电流和塔菲斜率等重要参数。其中**常用的方法是反?#21697;?SUP>[7] [8]。实验测试了不同浓度植酸时A3钢的塔菲曲线,结果见图3。
  图3 不同浓度植酸中A3钢电极的塔菲曲线
Fig3  The Tafel curves of A3 steel in Phytic Acid with the different concentration
由图3可知,随着植酸浓度的增加,A3钢电极的自腐蚀电?#24509;?#31227;,自腐蚀电流密度逐渐降低;阳极极化度Pa和阴极极化度Pc测试结果见表3。
  表3 不同浓度植酸中A3钢的腐蚀参数
Tab 3    The corrosion parameter of A3 steel in Phytic Acid with the different concentration
根据表3可知:随着植酸浓度的增加,阳极极化度Pa增加,阴极极化度Pc没有表现出明显变化规律;由?#23435;?#20204;可以判断,植酸对A3钢具有良好的缓蚀作用,它增加了阳极极化,是一种典型的阳极型缓蚀剂。
2.4 SEM测试
将A3钢置于不含植酸的NaCl溶液和含0.75%植酸的NaCl溶液中,分别进行线性伏安扫描,扫描从开路电位开始,终止电位为0.4V,扫描速率为0.5mv/s,实验温度为30℃。实验结束后,对A3钢表面进行SEM测试,结果见图5,其中(a)图为不含植酸的NaCl溶液中A3钢表面腐蚀状况,(b)图为含0.75%植酸的A3钢表面腐蚀状况。
?#27833;?可以看出,在不加植酸的NaCl溶液中,A3?#22336;?#29983;了明显的腐蚀,而在植酸含量为0.75%的NaCl溶液体系中,A3钢的腐蚀显著减弱。说明在3.50%的NaCl溶液中,植酸对A3钢的腐蚀具有显著的抑制作用。
 
3.结论
(1)    在3.50%NaCl溶液中,随着植酸浓度的增加,对A3钢表面的覆盖度也随之增加,腐蚀电流降低,植酸对A3钢具有缓蚀作用。
(2) 通过交流阻抗图发现,随着植酸浓度的增加, A3钢电极的电荷传递电阻明显增大,表明植酸?#31181;屏薃3钢的腐蚀。
(3) 通过塔菲曲线发现,随着植酸浓度的增加,A3钢的自腐蚀电流下降,自腐蚀电位升高,阳极极化度增大,从而表明植酸是一种阳极型缓蚀剂。
 
.参考文献:
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