氯化钠介质中铜复合缓蚀剂性能及缓蚀机理研究

摘要

本文通过失重实验、扫描电子显微镜、动电位极化曲线检测、交流阻抗谱测试等手段研究苯并三氮唑（BTA）、三乙醇胺（TEA）和硅酸钠单独使用时对铜在5％氯化钠溶液中腐蚀行为的影响。在此基础上，将BTA和TEA、BTA和硅酸钠组成复合缓蚀剂，研究总浓度变化和复配比变化对缓蚀作用的影响规律。通过正交试验确定 BTA、TEA和硅酸钠三者组成复合缓蚀剂的较优组合配方，并且分析环境温度、复合缓蚀剂总浓度以及浸泡时间对缓蚀作用的影响规律。研究结果表明：
　　（1）在含有5%氯化钠的介质中，随着BTA含量增加，缓蚀效率提高；TEA对铜在5%氯化钠介质中的腐蚀行为没有抑制作用，铜的腐蚀速率随着TEA含量增加而逐渐增大；硅酸钠对铜在5%氯化钠介质中腐蚀行为的影响与硅酸钠的含量有关，当含量低于50mg/L会促进铜的腐蚀，含量高于100mg/L则能够产生缓蚀作用。
　　（2）BTA与 TEA、BTA与硅酸钠之间均产生了协同作用。总浓度20mg/L，BTA与 TEA组成复合缓蚀剂的较佳复配比是1:4，此条件下的腐蚀电流密度是2.53×10-6A/cm2，缓蚀效率ηI是70.14%；而在总浓度为50mg/L以及100mg/L时的较佳复配比是4:1，此条件下的腐蚀电流密度分别是5.2×10-7A/cm2和7.45×10-8A/cm2，对应的缓蚀效率ηI分别是93.86%和99.12%。BTA与硅酸钠组成的复合缓蚀剂在总浓度为20mg/L、50mg/L以及100mg/L时的较佳复配比均是4:1，此条件下的腐蚀电流密度分别是2.53×10-6A/cm2、1.04×10-7A/cm2、7.45×10-8A/cm2，对应的缓蚀效率ηI分别是70.18%、87.78%、99.13%。
　　（3）BTA、TEA以及硅酸钠组成复合缓蚀剂的较优组合为 BTA50mg/L、硅酸钠500mg/L和TEA300mg/L。极化曲线数据表明，此复合缓蚀剂能够同时抑制阳极反应和阴极反应，属于混合抑制型缓蚀剂。交流阻抗数据表明，铜在氯化钠介质中的腐蚀受到电荷传递过程和扩散过程决定，此复合缓蚀剂通过在铜表面形成保护膜，阻碍铜腐蚀过程中的电荷转移过程，电荷传递电阻由1161Ω增大到27506Ω，产生保护作用。
　　（4）综合考虑使用量以及保护效果，复合缓蚀剂C（BTA20mg/L、硅酸钠300mg/L、TEA20mg/L）既可以满足使用要求又能够节约成本。此复合缓蚀剂在铜表面的吸附服从Langmuir吸附等温模型，吸附是一个自发的过程且物理吸附和化学吸附同时存在。在28℃～65℃范围内，温度越高，保护作用越差；在0.2C～C（C代表由BTA20mg/L、硅酸钠300mg/L、TEA20mg/L组成的复合缓蚀剂；0.2C代表将C稀释成0.2倍后的复合缓蚀剂）范围内，随着复合缓蚀剂总量增加，铜的腐蚀速率逐渐降低，缓蚀效率则逐渐增加；温度为35℃，浸泡时间在0.2h～3h范围内，极化曲线变化幅度不大，复合缓蚀剂的性质稳定，对铜在氯化钠介质中的腐蚀产生保护作用。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 金属材料的腐蚀与防护

1.3 铜缓蚀剂的研究近况

1.4 研究目标、研究内容、创新点及难点

第二章 材料制备和实验方法

2.1 实验材料、试剂及仪器设备

2.2 实验方法

第三章 单一缓蚀剂对铜腐蚀行为影响研究

3.1 铜在氯化钠介质中的腐蚀规律

3.2 失重法筛选缓蚀剂

3.3 BTA对铜在5%氯化钠介质中腐蚀的影响

3.4 TEA对铜在5%氯化钠溶液中腐蚀的影响

3.5 硅酸钠对铜在5%氯化钠介质中腐蚀的影响

3.6 小结

第四章 BTA与TEA、BTA与硅酸钠复合缓蚀作用的研究

4.1 BTA与TEA复合缓蚀剂对铜腐蚀的影响

4.2 BTA与硅酸钠复合缓蚀剂对铜腐蚀的影响

4.3 小结

第五章 BTA、TEA和硅酸钠复合缓蚀剂对铜腐蚀影响研究

5.1 复合缓蚀剂对铜在5%氯化钠介质中的腐蚀速率的影响

5.2 复合缓蚀剂缓蚀效果影响因素的研究

5.3 吸附等温公式拟合

5.4 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果