咪唑啉緩釋劑在3.5鹽水溶液中對(duì)J55鋼的電化學(xué)特性的影響.doc

本科課程設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 題 目: 咪唑啉緩蝕劑對(duì)J55鋼電化學(xué)特性的影響學(xué)生姓名: 200812020221 方雷院（系）: 材料科學(xué)與工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí): 金材0801指導(dǎo)教師: 劉文婷完成時(shí)間: 2011年9月15日金屬材料工程專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題 目咪唑啉緩蝕劑對(duì)J55鋼電化學(xué)特性的影響學(xué)生姓名方雷學(xué)號(hào)200812020221專(zhuān)業(yè)班級(jí)金材0801設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求包括：原始數(shù)據(jù)，技術(shù)參數(shù)，設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明書(shū)、圖紙、實(shí)物樣品的要求等1. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)合本課程設(shè)計(jì)題目，充分查閱書(shū)籍及國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，了解相關(guān)研究背景、現(xiàn)狀及意義，并認(rèn)真完成文獻(xiàn)綜述。按照課程設(shè)計(jì)內(nèi)容要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作，具體任務(wù)如下：（1）查閱相關(guān)書(shū)籍、文獻(xiàn)，了解J55鋼的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀；（2）查閱相關(guān)書(shū)籍、文獻(xiàn)，了解咪唑啉緩蝕劑的特性及其對(duì)J55鋼的緩蝕作用機(jī)理；（3）熟悉電化學(xué)測(cè)試試樣的制備方法，熟悉極化曲線的測(cè)定方法；（4）測(cè)量NaCl溶液中加入咪唑啉緩蝕劑前后J55鋼的極化曲線，研究咪唑啉緩蝕劑對(duì)J55鋼的緩蝕作用效果；（5）對(duì)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，按照本科專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫(xiě)要求認(rèn)真撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告，并進(jìn)行答辯。2. 課程設(shè)計(jì)的基本要求（1）遵守西安石油大學(xué)本科專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)工作管理規(guī)定和所在單位的各項(xiàng)規(guī)章制度，遵守紀(jì)律，注意安全。（2）按照本科專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)中的有關(guān)規(guī)定完成課程設(shè)計(jì)教學(xué)工作。（3）按照西安石油大學(xué)本科專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫(xiě)規(guī)范進(jìn)行課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫(xiě)工作。起止時(shí)間2011年8月29日 至 2011年9月16日指導(dǎo)教師簽名年 月 日系（教研室）主任簽名年 月 日學(xué)生簽名年 月 日1綜述11.1 J55鋼國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12.緩蝕劑321緩蝕劑的分類(lèi)32.2咪唑啉52.3 咪唑啉緩釋劑作用機(jī)理53 實(shí)驗(yàn)部分73.1 實(shí)驗(yàn)概述73.2.實(shí)驗(yàn)原理73.383.4 實(shí)驗(yàn)步驟94.1添加前后自腐蝕電位的變化95 總結(jié)116參考文獻(xiàn)1112121文獻(xiàn)綜述1.1 J55鋼國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀J55鋼主要應(yīng)用于油氣田的輸送管道，現(xiàn)就其在油田的發(fā)展介紹如下：石油套管是石油、天然氣開(kāi)采過(guò)程中的重要材料, 根據(jù)我國(guó)石油、天然氣的“十五”發(fā)展規(guī)劃, 到2005 年油井管的年需求量將達(dá)到120 萬(wàn)t, 其中J55 鋼級(jí)套管約占油井管總需求量的50%以上。目前我國(guó)J55 鋼級(jí)套管主要采用無(wú)縫鋼管和直縫焊( ERW) 鋼管, 隨著鋼的微合金化技術(shù)和TMCP工藝的發(fā)展, 用熱軋板卷制造的直縫焊套管已可逐漸替代傳統(tǒng)的無(wú)縫鋼管。直縫焊套管的優(yōu)勢(shì)在于其壁厚均勻、幾何尺寸精度高、在地下服役時(shí)抗擠毀和抗壓潰能力較同鋼級(jí)無(wú)縫套管高10% 15%, 材料含碳量低、射孔后孔眼無(wú)撕裂, 且價(jià)格便宜。我國(guó)從1986 年開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外J55 鋼級(jí)ERW套管, 使用效果較好。本溪鋼鐵( 集團(tuán)有限責(zé)任公司)從2000年開(kāi)始研制J55石油套管用熱軋鋼帶,至2003年,已生產(chǎn)1萬(wàn)多噸J55鋼級(jí)熱軋板卷,制管后套管性能完全符合APISPEC 5CT(1998) 標(biāo)準(zhǔn)。1.1.1工業(yè)試驗(yàn)J55 鋼的特性和性能要求在化學(xué)成分如表1所示的連鑄坯上取1塊試樣,經(jīng)鍛壓后加工成10mmX75mm 的快速冷卻試樣, 在Gleeble2000熱模擬試驗(yàn)機(jī)上測(cè)得J55鋼的靜態(tài)CCT曲線,(見(jiàn)圖1)可以看出, 試驗(yàn)鋼能夠在較大的冷卻速度范圍內(nèi)獲得鐵素體+貝氏體組織。為了得到鐵素體+珠光體+少量貝氏體組織,卷取溫度應(yīng)控制為600 左右。 CSiMnPSNbTi0.190.231.250.020.010.030.01表1 J55鋼化學(xué)成分(%)屈服強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率50/%沖擊韌性A kv/J（橫向，-10 ）冷彎（180,d=2a）4205505252460完好表2 J55鋼帶力學(xué)性能要求1.1.2試驗(yàn)工藝:坯料采用255mm1200mm7100mm連鑄坯,其化學(xué)成分見(jiàn)表1,成品尺寸為8.8mm1530.0mm, 中間坯尺寸為33.5mm1530.0mm, 板坯加熱溫度為1200 , 粗軋開(kāi)軋溫度為1100 , 精軋開(kāi)軋溫度為1050 , 終軋溫度為860 , 卷取溫度為610 , 終軋速度為6.7m/ s。檢驗(yàn)表明, 成品帶鋼的組織為多邊形鐵素體+ 珠光體組織, 鐵素體晶粒大小較為均勻, 其性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3?？梢?jiàn), 工業(yè)試制的J55 鋼帶性能達(dá)到了石油套管的標(biāo)準(zhǔn)要求。項(xiàng)目t0.5/MPa/MPa伸長(zhǎng)率50/%沖擊韌性A kv/J（橫向，-10 ）冷彎（180，d=2a）最大值5506602580完好最小值42557540140完好均值48261832110完好表3 J55鋼帶實(shí)驗(yàn)力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果1.1.3生產(chǎn)工藝經(jīng)分析, 生產(chǎn)J55 熱軋帶鋼的實(shí)際工藝路線采用: 鐵水預(yù)處理120t 轉(zhuǎn)爐煉鋼- LF 爐外精練( 進(jìn)行Ca 處理) 連鑄或連鑄坯再加熱1700mm 軋機(jī)熱連軋或?qū)恿骼鋮s卷取 取樣性能檢驗(yàn)包裝入庫(kù)發(fā)貨。冶煉工藝采用鐵水預(yù)處理脫硫, 使入爐鐵水硫含量0.003% ,并使用優(yōu)質(zhì)廢鋼。轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)采用奧鋼聯(lián)( VAI) 氣動(dòng)擋渣, 控制下渣量。在LF 爐中進(jìn)行深脫硫及合金微調(diào), 進(jìn)行Ca 質(zhì)處理, 控制鋼水溫度及成分至終點(diǎn)目標(biāo)要求。鋼水澆鑄時(shí),采用堿性鋼包和中間包、長(zhǎng)水口氬氣密封全程保護(hù)澆鑄、下渣自動(dòng)檢測(cè)等先進(jìn)技術(shù), 保證鋼水不產(chǎn)生二次氧化, 不增氮, 鋼中氧化物夾雜能在中間包和結(jié)晶器內(nèi)上浮,被保護(hù)渣捕捉?？刂浦虚g包溫度, 穩(wěn)定拉坯速度, 控制結(jié)晶器、二冷段冷卻強(qiáng)度, 從而保證獲得表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量均較好的板坯。板坯送至熱連軋廠,經(jīng)1700mm 連軋機(jī)組軋成6.011.0mm 卷板。在整個(gè)熱軋生產(chǎn)過(guò)程中,嚴(yán)格控制板坯加熱溫度、粗軋開(kāi)軋溫度、精軋入口溫度、終軋溫度和卷取溫度, 通過(guò)合理的控軋控冷制度保證卷板力學(xué)性能的穩(wěn)定。本鋼實(shí)際生產(chǎn)的J55 鋼帶綜合性能達(dá)標(biāo)率達(dá)100%, 完全滿足J55 鋼帶制管后管體性能的要求。本鋼通過(guò)采用控制軋制與控制冷卻工藝成功地開(kāi)發(fā)出Nb 微合金化的J55 熱軋帶鋼, 組織和力學(xué)性能均滿足制管要求, 并于2002 年4 月通過(guò)了中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所的質(zhì)量評(píng)定, 在遼河油田、大慶油田使用取得了良好效果。2.緩蝕劑眾所周知，金屬腐蝕遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)各部門(mén)，造成了巨大損失。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，每年由于金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失，約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的3%4.5%。所以，長(zhǎng)期以來(lái)人們一直在尋求各種辦法是金屬腐蝕降到最低速度，其中應(yīng)用緩蝕劑已成為非常重要有效地防腐手段。向腐蝕介質(zhì)中加入微量或少量（無(wú)機(jī)的，有機(jī)的）化學(xué)物質(zhì)，使金屬材料在該腐蝕介質(zhì)中的腐蝕速率明顯降低，直至停止，同時(shí)還保持著金屬材料原來(lái)的物理機(jī)械性能，這樣的化學(xué)物質(zhì)，叫緩蝕劑。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，緩蝕劑的品種，質(zhì)量得到了很大的提高。21緩蝕劑的分類(lèi)緩蝕劑有多種分類(lèi)方法，可從不同的角度對(duì)緩蝕劑分類(lèi)。2.1.1根據(jù)化學(xué)成分分類(lèi)根據(jù)產(chǎn)品的化學(xué)成分分類(lèi)，可分為無(wú)機(jī)緩蝕劑、有機(jī)緩蝕劑。（1）無(wú)機(jī)緩蝕劑 無(wú)機(jī)緩蝕劑主要包括鉻酸鹽.亞硝酸鹽、硅酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、聚磷酸鹽、鋅鹽等。（2）有機(jī)緩蝕劑有機(jī)緩蝕劑主要包括磷酸（鹽）、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并三唑、硫化木質(zhì)素等一些含氧化合物的雜環(huán)化合物。2.1.2根據(jù)對(duì)電化學(xué)腐蝕的控制部分分類(lèi)根據(jù)緩蝕劑對(duì)電化學(xué)腐蝕的控制部分分類(lèi)，分為陽(yáng)極型緩蝕劑，陰極型緩蝕劑和混合型緩蝕劑。（1）陽(yáng)極型緩蝕劑陽(yáng)極型緩蝕劑多為無(wú)機(jī)強(qiáng)氧化劑，如鉻酸鹽、鉬酸鹽、釩酸鹽亞硝酸、硼酸鹽等。它們的作用是在金屬表面陽(yáng)極區(qū)與金屬離子作用，生成氧化物或氫氧化物氧化膜覆蓋在陽(yáng)極上形成保護(hù)膜。這樣就抑制了金屬向水中溶解。陽(yáng)極反應(yīng)被控制，陽(yáng)極被鈍化。硅酸鹽也可歸到此類(lèi)，它也是通過(guò)抑制腐蝕反應(yīng)的陽(yáng)極過(guò)程來(lái)達(dá)到緩蝕的目的。陽(yáng)極緩蝕劑要求有較高的濃度，以使全部陽(yáng)極都被鈍化，一旦劑量不足，將在未被鈍化的部位造成點(diǎn)蝕。（2）陰極緩蝕劑抑制電化學(xué)陰極反應(yīng)的化學(xué)藥劑，稱為陰極型緩蝕劑。鋅的碳酸鹽、磷酸鹽和氫氧化物，鈣的碳酸鹽和磷酸鹽為陰極型緩蝕劑。陰極型緩蝕劑能與水中與金屬表面的陰極區(qū)反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物在陰極沉積成膜，隨著膜的增厚，陰極釋放電子的反應(yīng)被阻擋。在實(shí)際中，由于鈣離子和碳酸根離子，氫氧根離子在水中是天然存在的，所以，只需向水中加入可溶性鋅鹽或可溶性磷酸鹽。（3）混合型緩蝕劑目些含氮，含硫或羥基的、具有表面活性的有機(jī)緩蝕劑，其分子中有兩種相反的極性基團(tuán)，能吸附在清潔的金屬表面形成單分子膜它們既能在陽(yáng)極成膜，也能在陰極成膜。阻止水與水中溶解氧向金屬表面的擴(kuò)散，起了緩蝕作用，鋶基苯并噻唑、苯并三唑、十六烷胺等屬于此類(lèi)緩蝕劑。2.1.3根據(jù)生成保護(hù)膜的類(lèi)型分類(lèi)除了中和性能的水處理劑，大部分水處理用的緩蝕劑的緩蝕機(jī)理是在與水接觸的金屬表面形成一層將金屬和水隔離的金屬保護(hù)膜，以達(dá)到緩蝕的目的。根據(jù)緩蝕劑形成的保護(hù)膜的類(lèi)型，緩蝕劑可分為氧化膜性，沉淀膜性和吸附模型緩蝕劑。（1）氧化膜型緩蝕劑鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、釩酸鹽、正磷酸鹽、硼酸鹽等均被看作氧化膜性緩蝕劑。鉻酸鹽和亞硝酸鹽都是強(qiáng)氧化劑，無(wú)需水中溶解氧的幫助既能與水發(fā)生反應(yīng)，在金屬表面陽(yáng)極區(qū)形成一層致密的氧化膜，其余的幾種，或因本身的氧化能力弱，或因本身并非氧化劑，都需要氧的幫助才能在金屬表面形成氧化膜。由于氧化膜性緩蝕劑是通過(guò)阻抑腐蝕反應(yīng)得陽(yáng)極過(guò)程來(lái)達(dá)到緩蝕的，這些陽(yáng)極緩蝕劑能在陽(yáng)極與金屬離子作用形成氧化物或氯氧化物。（2）沉淀膜型緩蝕劑鋅的碳酸鹽，磷酸鹽和氫氧化物，鈣的碳酸鹽和磷酸鹽是最常見(jiàn)的沉淀膜性緩蝕劑。由于他們系有鋅鈣陽(yáng)離子與碳酸根，磷酸根和氫氧根陰離子在水中與金屬表面的陰極去反應(yīng)而沉淀成膜，所以又被稱作陰極性緩蝕劑。陰極緩蝕既能與水中有關(guān)離子反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在陰極沉積成膜其保護(hù)膜的作用。由于沉淀性緩蝕末沒(méi)有和金屬表面直接結(jié)合，而且是多孔的，往往出現(xiàn)在金屬表面覆著不好的現(xiàn)象，環(huán)視效果不如氧化型膜。（3）吸附膜型緩蝕劑吸附膜性緩蝕劑多為有機(jī)緩蝕劑，它們具有極性基因，可被金屬的表面電荷吸附，在整個(gè)陽(yáng)極和陰極區(qū)域形成一層單分子膜，從而阻止或減緩相應(yīng)電化學(xué)的反應(yīng)。如某些含氮、含硫或含羥基的、具有表面活性的有機(jī)化合物，其分子中有兩種性質(zhì)相反的基團(tuán)：親水基和親油基。這些化合物的販子以親水基（例如：氨基）吸附與金屬表面上，形成一層致密的憎水膜，保護(hù)金屬表面不受水腐蝕，。當(dāng)金屬表面為清潔或活性狀態(tài)時(shí)，此類(lèi)緩蝕劑能形成緩蝕效果令人滿意的吸附膜。但如果金屬表面有腐蝕產(chǎn)物或有垢沉積的情況下，就很難形成效果良好的緩蝕膜，此時(shí)可適當(dāng)加入少量表面活性劑,以幫助此類(lèi)緩蝕劑成膜。2.2咪唑啉2.2.1咪唑啉介紹本試驗(yàn)采用的是咪唑啉緩蝕劑，咪唑啉又稱二氫咪唑（dihydroimidazole）。 有4,5-,2,5-和2,3-二氫咪唑三種異構(gòu)體，或根據(jù)雙鍵位置又分別稱為2-咪唑啉、3-咪唑啉和4-咪唑啉。咪唑啉是強(qiáng)堿性、低熔點(diǎn)固體?？扇苡诖蠖鄶?shù)有機(jī)溶劑，具有優(yōu)良的起泡性、凈洗性、乳化性、耐硬水性、抗靜電性和柔軟織物等性能，且具有無(wú)毒、高生物降解等特點(diǎn)，還具有殺菌和消毒的能力。更為重要的是它對(duì)皮膚和眼睛無(wú)刺激性。它在酸性和堿性介質(zhì)中均穩(wěn)定，可同陰、陽(yáng)、非離子表面活性劑相伍。由乙二胺或其?；镌谘趸}存在下加熱制得?；蛴芍舅峄蛑舅狨ヅc乙二胺縮合制得；也可用乙二醛、甲醛、氨為原料制得咪唑，再加氫制得。咪唑啉本身并不重要，但其衍生物，尤其是2-咪唑啉的衍生物，在醫(yī)藥和農(nóng)藥中很重要。如2-芐基-4,5-二氫咪唑是血管擴(kuò)張劑和降壓藥，2-羥甲基-2-十七烷基-4,5-二氫咪唑用作蘋(píng)果黑星病的殺菌劑，烷基咪唑啉季銨鹽是陽(yáng)離子表面活性劑，在油田開(kāi)采中廣泛用作緩蝕劑、殺菌劑。也用于工業(yè)清洗、紡織、合纖、塑料加工、醫(yī)療衛(wèi)生、采油、食品乳制品、造紙、印染、羽絨、皮革、金屬拋光等行業(yè)。它是一種性能優(yōu)良的，多功能表面活性劑。2.3 咪唑啉緩釋劑作用機(jī)理咪唑啉緩蝕的幾種機(jī)理一直在研究中，從量子化學(xué)，計(jì)算機(jī)軟件等方面取得了一定的成果，咪唑啉屬于吸附性有機(jī)緩蝕劑，現(xiàn)就有機(jī)緩蝕劑的作用機(jī)理介紹如下：有機(jī)型緩蝕劑通過(guò)與金屬表面的作用起到緩蝕作用, 緩蝕劑與金屬表面的作用形式和作用程度與金屬和緩蝕劑的種類(lèi)有密切的關(guān)系, 同時(shí)還受腐蝕環(huán)境的影響。因此, 緩蝕劑與金屬表面作用表現(xiàn)了多樣性, 表現(xiàn)在科學(xué)認(rèn)識(shí)上有多種認(rèn)識(shí)模型來(lái)理解緩蝕劑與金屬的作用和分類(lèi)方法。緩蝕劑的本質(zhì)是通過(guò)與金屬的作用物理吸附和化學(xué)鍵, 從而抑制金屬腐蝕的發(fā)生。吸附膜型緩蝕劑加入到腐蝕介質(zhì)中后, 通過(guò)吸附一方面改變了金屬表面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì),使金屬表面能量狀態(tài)趨于穩(wěn)定, 增加腐蝕反應(yīng)的活化能, 減緩腐蝕速度另一方面被吸附的緩蝕劑分子上的非極性基團(tuán)能在金屬表面形成一層疏水性保護(hù)膜,阻礙與腐蝕反應(yīng)有關(guān)的電荷或物質(zhì)的轉(zhuǎn)移, 也使腐蝕速度減小?；瘜W(xué)作用是緩蝕劑與金屬之間形成化學(xué)鍵, 實(shí)質(zhì)上是金屬表面或者氧化的金屬表面通常存在空位, 緩蝕劑通過(guò)空位與金屬形成的化學(xué)鍵的類(lèi)型包括離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵, 同時(shí), 緩蝕劑之間也存在一定的相互作用。物理吸附緩蝕劑在金屬表面的物理吸附源于緩蝕劑離子和金屬表面電荷產(chǎn)生的靜電引力和兩者之間的范德華力。其中靜電引力起著重要的作用, 這種吸附迅速、可逆, 其吸附熱小, 受溫度影響小。金屬和緩蝕劑之間沒(méi)有特定的組合, 但金屬表面帶電荷情況對(duì)物理吸附影響很大。金屬表面沒(méi)有電荷時(shí)的電位稱零電荷電位，當(dāng)金屬在某腐蝕介質(zhì)中的腐蝕電位大于零電荷電位凡“ 時(shí), 則金屬表面帶正電荷, 易于吸附陰離子型緩蝕劑當(dāng)金屬腐蝕電位小于零電荷電位護(hù)時(shí), 金屬表面帶有負(fù)電荷, 易于吸附陽(yáng)離子型緩蝕劑當(dāng)腐蝕電位近似等于零電荷電位時(shí), 金屬表面幾乎沒(méi)有電荷, 此時(shí)容易吸附中性分子緩蝕劑。不論金屬表面吸附哪種離子, 只要能形成一層完好的吸附膜, 就會(huì)對(duì)金屬的電極反應(yīng)有抑制作用而減緩腐蝕, 對(duì)于物理吸附緩蝕劑保護(hù)膜, 多數(shù)屬于陰極抑制型, 即吸附陰離子。在極性基團(tuán)作物理吸附時(shí), 非極性基團(tuán)和金屬表面的夾角是不固定的。如烷基胺在低濃度時(shí), 烷基對(duì)金屬表面是傾斜的, 隨著濃度的增大, 則逐漸傾向垂直。角度不同, 緩蝕劑在金屬表面所覆蓋的面積不同。覆蓋面積大, 防腐效果好?；瘜W(xué)吸附價(jià)一句有機(jī)緩蝕劑在金屬表面的化學(xué)吸附, 既可以通過(guò)提供電子對(duì), 也可以通過(guò)提供質(zhì)子來(lái)完成, 因此,將進(jìn)行化學(xué)吸附的有機(jī)緩蝕劑分為供電子型緩蝕劑和供質(zhì)子型緩蝕劑。供電子型緩蝕劑若緩蝕劑的極性基團(tuán)的中心原子、等有未共用的孤對(duì)電子, 而金屬表面存在空的軌道時(shí),中心原子的孤對(duì)電子就會(huì)與金屬中空的軌道相互作用形成配位鍵, 使緩蝕劑分子吸附于金屬表面。把這種緩蝕劑稱為供電子型緩蝕劑。供電子型緩蝕劑化學(xué)吸附是通過(guò)共用電子對(duì)實(shí)現(xiàn)的, 如果緩蝕劑有電子提供性及高電子云密度, 化學(xué)吸附就會(huì)變的容易, 防腐蝕效果就會(huì)更好。供質(zhì)子型緩蝕劑另一種有機(jī)緩蝕劑能提供質(zhì)子與金屬表面發(fā)生吸附反應(yīng), 這種緩蝕劑稱為供質(zhì)子型緩蝕劑。例如,十六硫醇與十六硫醚相比,十六硫醇的緩蝕效率高于十六硫醚。其原因在于原子的供電子能力低, 它有可能吸引相鄰的原子上的電子, 使原子類(lèi)似于正電荷質(zhì)子一樣, 吸附在金屬表面的多電子陰極區(qū),起到緩蝕作用。顯然, 它是通過(guò)向金屬提供質(zhì)子而進(jìn)行化學(xué)吸附。值得注意的是,原子的電負(fù)性比原子更負(fù), 吸引相鄰原子上電子的能力更大。因此,含原子的緩蝕劑也存在供質(zhì)子進(jìn)行吸附的情況?；瘜W(xué)吸附時(shí), 非極性基團(tuán)排列的特點(diǎn)和物理吸附是不同的。在化學(xué)吸附時(shí), 極性基團(tuán)和金屬表面的夾角是固定的, 非極性基團(tuán)并不自由, 只能繞軸旋轉(zhuǎn)。鄰近的分子如果相距較近, 就可以覆蓋較大的面積。這個(gè)覆蓋的面積近似等于分子以結(jié)合鍵為軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在金屬表面上投影的面積, 吸附力相似的緩蝕劑覆蓋面積越大, 則防蝕效果越好?；瘜W(xué)吸附速度小于物理吸附,而且是不可逆的, 受溫度影響小。另外, 化學(xué)吸附是中性分子在金屬表面的吸附, 不像物理吸附那樣取決于金屬表面的電荷狀況, 但比物理吸附更容易受緩蝕劑分子結(jié)構(gòu)的影響。在分子結(jié)構(gòu)中含有二電子物質(zhì)一般包括雙鍵、叁鍵, 它具有給電子能力。所謂鍵吸附就是具有二電子結(jié)構(gòu)的有機(jī)緩蝕劑能向金屬表面空的軌道提供電子而形成配位鍵, 這就是所謂的吸附。鍵吸附受附近的原子基團(tuán)影響, 主要與鍵空間位阻有關(guān)。如在二鍵有較大的基團(tuán)則配位能力減弱, 若取代基極性較強(qiáng), 離雙鍵較近時(shí),極性基團(tuán)中心原子的孤對(duì)電子還有可能與二電子形成共輛鍵, 即大二鍵,并以平面構(gòu)型吸附于金屬表面上, 使緩蝕率大為提高, 在緩蝕劑中比較典型的鍵吸附有炔醇類(lèi)和含有苯環(huán)的化合物。緩蝕劑與金屬表面作用程度的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則一軟硬酸堿理論緩蝕劑與金屬作用的強(qiáng)度可以通過(guò)軟硬酸堿理論來(lái)表達(dá), 它具體內(nèi)容是硬酸優(yōu)先與硬堿結(jié)合, 軟酸優(yōu)先與軟堿結(jié)合即所謂“ 硬親硬, 軟親軟, 軟硬結(jié)合不穩(wěn)定, 軟硬交界就不管”。軟硬酸堿理論深層作用的原因與分子前線軌道有關(guān), 利用軟硬酸堿理論并結(jié)合金屬表面狀況、環(huán)境因素等,可以合理的選擇緩蝕劑及對(duì)緩蝕劑進(jìn)行分子設(shè)計(jì), 在篩選緩蝕劑中它是一個(gè)很有用的理論分析工具, 應(yīng)加強(qiáng)研究。3 實(shí)驗(yàn)部分3.1 實(shí)驗(yàn)概述本實(shí)驗(yàn)的腐蝕溶液使用3.5%鹽水，通過(guò)對(duì)比添加咪唑啉緩蝕劑前后的電化學(xué)性能變化，用來(lái)比較咪唑啉緩蝕劑對(duì)J55鋼在電化學(xué)性能方面的影響。3.2.實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)把金屬插入其鹽溶液中時(shí)，金屬表面上的正離子受到極性水分子的作用，有變成溶劑化離子進(jìn)入溶液而將電子留在金屬表面的傾向。與此同時(shí)，溶液中的金屬離子也有從溶液中沉積到金屬表面的傾向。當(dāng)這種溶解與沉積達(dá)到平衡時(shí)，形成了雙電層，在金屬溶液界面上建立起一個(gè)不變的電位差值，這個(gè)電位差值就是金屬的平衡電位，ER表示。當(dāng)有電流通過(guò)電極時(shí)，電極電勢(shì)偏離平衡電極電勢(shì)，成為不可逆電極電勢(shì)，用EIR表示；電極的電極電勢(shì)偏離平衡電極電勢(shì)的現(xiàn)象稱為電極的極化。通常把某一電流密度下的電勢(shì)ER與EIR之間的差值的絕對(duì)值稱為超電勢(shì)，即： =EIRER。影響超電勢(shì)的因素很多，如電極材料，電極的表面狀態(tài)，電流密度，溫度，電解質(zhì)的性質(zhì)、濃度及溶液中的雜質(zhì)等。測(cè)定鎳沉積超電勢(shì)實(shí)際上就是測(cè)定電極在不同外電流下所對(duì)應(yīng)的極化電極電勢(shì)，以電流對(duì)電極電勢(shì)作圖I E（陰極），所得曲線稱為極化曲線。圖1 三電極法裝置示意圖研究電極超電勢(shì)通常采用三電極法，其裝置上圖輔助電極的作用是與研究電極構(gòu)成回路，通過(guò)電流，借以改變研究電極的電勢(shì)。參比電極與研究電極組成電池，恒電位儀測(cè)定其電勢(shì)差并顯示以飽和甘汞電極為參比的研究電極的電極電勢(shì)值。3.2.3測(cè)量極化曲線有兩種方法：控制電流法與控制電勢(shì)法（也稱恒電流法與恒電勢(shì)法）?？刂齐妱?shì)法是通過(guò)改變研究電極的電極電勢(shì)，然后測(cè)量一系列對(duì)應(yīng)于某一電勢(shì)下的電流值。由于電極表面狀態(tài)在未建立穩(wěn)定狀態(tài)前，電流會(huì)隨時(shí)間改變，故一般測(cè)出的曲線為“暫態(tài)”極化曲線。本實(shí)驗(yàn)采用控制電勢(shì)法測(cè)量極化曲線：控制電極電勢(shì)以較慢的速度連續(xù)改變，并測(cè)量對(duì)應(yīng)該電勢(shì)下的瞬時(shí)電流值，以瞬時(shí)電流對(duì)電極電勢(shì)作圖得極化曲線。3.3 實(shí)驗(yàn)器材:FA2004型電子天平一臺(tái)燒杯 量筒四口瓶一個(gè)飽和甘汞電極一支鹽橋（瓊脂粉+kcl）參比電極試樣（J55面積：0.1236 cm）工作電極鉑電極輔助電極PARSTAt2273電化學(xué)綜合測(cè)試系統(tǒng)一臺(tái)溶液的配制例如：配制一升，3.5%的氯化鈉溶液。設(shè)：NaCl為x克，水為y克x/(x+y)=0.035x/y=7/193所以x/2000=7/193 即 x=72.539每升溶液中加入咪唑啉緩蝕劑2.5ml，兩升溶液中共加入咪唑啉緩蝕劑共5ml。3.4 實(shí)驗(yàn)步驟配置鹽水溶液，用天平稱取NaCl36.3275克，加1000ML蒸餾水，攪拌至完全溶解。打磨式樣，并且連接四口瓶，將鹽水加入。調(diào)解式樣與輔助電極，連接PARSTAt2273電化學(xué)綜合測(cè)試系統(tǒng)。調(diào)試電腦軟件，使其正常工作，分別測(cè)量其自腐蝕電位，阻抗譜以及極化曲線，待測(cè)量完成后截圖并保存數(shù)據(jù)至記事本。添加10ML咪唑啉溶液至鹽水溶液，重復(fù)以上步驟。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4.1添加前后自腐蝕電位的變化 圖2 添加咪唑啉前后的極化曲線 圖2為添加咪唑啉前后的極化曲線比較，由圖可看出，咪唑啉加入后使自腐蝕電位升高，且鈍化現(xiàn)象更為明顯，圖中橫向模糊部分即為鈍化區(qū)域。峰值電位由-0.84V提升至-0.76，始鈍電位降低，鈍化區(qū)域縱向變大，自腐蝕電位區(qū)域變大，表明添加咪唑啉后，過(guò)鈍化區(qū)與活化-鈍化過(guò)渡區(qū)域增大。圖3添加咪唑啉前后的自腐蝕電位圖3為自腐蝕電位變化，添加咪唑啉后自腐蝕電位由-0.7206提升至-0.5734V。這是由于，咪唑啉是吸附型緩蝕劑，有緩蝕劑吸附時(shí),活性中心覆蓋機(jī)理,則必然要影響腐蝕正、逆反應(yīng)的活化能.吸附使金屬表面位置上的反應(yīng)活性降低,改變了電極反應(yīng)的活化能,自腐蝕電位也隨之發(fā)生改變圖4 阻抗譜比較圖緩蝕劑在金屬表面形成吸附層，阻止溶液中腐蝕性離子對(duì)金屬的腐蝕