碳钢表面锈蚀层性质及其腐蚀行为差异：酸洗清洁生产限制性因素探究

摘要

随着现代工业的发展，钢铁构件的使用需求也日益增大。但是由于钢铁构件自身活跃的表面性质，在自然环境、热轧等过程中总不可避免地在其表面形成锈蚀层。钢铁材料的锈蚀带来的浪费十分巨大，且对材料的使用性能及寿命造成不良影响，因此钢铁材料的锈蚀问题也日益受到大众关注。为了提高钢铁构件的使用性能及寿命，需要进行表面处理及防护，但处理之前必须清除表面锈蚀层。工业酸洗即是清除锈蚀层的一个重要方法，但由于酸洗液过强的腐蚀性，在钢铁材料表面锈蚀层溶解后，不可避免地存在着“过酸洗”的现象，由此引起钢铁材料的浪费及产生过多的污染物，如酸雾和酸洗废液等。因此，探究影响酸洗行业清洁生产水平提高的限制性因素，并针对不同类型碳钢提出对应的酸洗策略，有利于减少酸洗过程带来的二次污染。
　　本实验分别在纯自然环境和高温环境下制备自然锈蚀碳钢试样和高温氧化碳钢试样，并以其为研究对象，通过运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射（XRD）、激光共聚焦显微镜等方法对碳钢试样表面锈蚀层的特性进行表征。同时，利用电化学方法研究在缓蚀剂添加前后，普通碳钢试样、自然锈蚀碳钢试样和高温氧化碳钢试样腐蚀行为的差异。将电化学测试结果与锈蚀层特性相结合，探究影响酸洗工业清洁生产水平提高的限制性因素，并针对不同类型的碳钢提出相应的酸洗策略。
　　研究表明:钢铁材料表面锈蚀层形成过程的条件差异，会影响锈蚀层的表面组成、结构，同时亦会影响材料基体表面的粗糙程度。基体表面粗糙度越大，腐蚀速率越大，相应的“过酸洗”现象也越严重。只有有效控制“过酸洗”现象，才能有效地提高酸洗过程的清洁生产水平。因此，钢铁材料表面锈蚀层形成过程的条件差异是影响酸洗过程清洁生产水平的限制性因素。钢铁材料表面锈蚀层除去后，高温氧化碳钢试样基体表面粗糙度最大，因此其在所测试样中具有最高的腐蚀速率。
　　为了在酸洗速度和缓解“过酸洗”现象中取得平衡，不同带锈碳钢需采取不同的酸洗策略以提高钢铁材料酸洗过程的清洁生产水平。对高温氧化碳钢，可采用降低酸洗液浓度和提高缓蚀剂浓度的酸洗策略;而对自然锈蚀碳钢，可采用高浓度酸洗液和降低缓蚀剂浓度的酸洗策略。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．1．1 选题背景

1．1．2 课题来源

1．2 国内外相关领域的研究现状

1．2．1 钢铁材料的腐蚀现象及机理

1．2．2 钢铁材料腐蚀的影响因素

1．2．3 钢铁材料腐蚀的危害

1．2．4 酸洗去锈存在的问题及根源

1．2．5 影响酸洗清洁生产水平的因素

1．3 课题研究内容

1．4 课题研究路线

1．5 创新点

第二章 实验部分

2．1 实验材料

2．2 材料的制备方法

2．2．1 普通碳钢试样的制备

2．2．2 自然锈蚀碳钢试样的制备

2．2．3 高温氧化碳钢试样的制备

2．3 实验仪器与试剂

2．4 实验方法及实验方案

2．4．1 锈蚀层表面组成成分分析(XRD)实验

2．4．2 锈蚀层剖面结构分析(SEM)实验

2．4．3 锈蚀层表面形貌观测(SEM)实验

2．4．4 电化学动电位极化曲线法测试实验及方案

2．4．5 添加缓蚀剂前后腐蚀情况表面形貌观测(SEM)实验方法及方案

2．4．6 表面粗糙度测试实验方法及方案

2．4．7 阳极脱附实验方案

第三章 各碳钢试样表面锈蚀层性质分析

3．1 制备后碳钢试样表面组成成分分析

3．2 锈蚀层剖面结构分析

3．3 各碳钢试样表面形貌观测分析

3．4 本章小结

第四章 不同碳钢腐蚀行为差异研究

4．1 电化学法测定缓蚀剂对各碳钢试样缓蚀作用

4．2 各温度下添加缓蚀剂前各碳钢试样腐蚀行为对比

4．3 各温度下添加缓蚀剂后各碳钢试样腐蚀行为对比

4．4 添加缓蚀剂后各碳钢试样腐蚀腐蚀后表面形貌差异分析

4．5 本章小结

第五章 不同碳钢吸附热力学差异研究

5．1 各碳钢缓蚀率变化情况

5．2 六次甲基四胺在各碳钢试样表面的吸附模型拟合

5．3 六次甲基四胺在各碳钢试样表面的吸附热力学分析

5．4 本章小结

第六章 各碳钢腐蚀行为差异机理及酸洗清洁生产水平提高限制性因素分析

6．1 阳极脱附行为研究

6．2 各碳钢试样腐蚀行为差异机理讨论

6．3 本章小结

结论及展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢