碱性条件下植酸钠对黄铜缓蚀的电化学和光谱电化学研究

摘要

近年来，由于黄铜的优异的性能，被广泛应用于管材、螺丝、乐器以及装饰性金属材料等领域，于是很多科研工作者致力于寻找合适的缓蚀剂来抑制黄铜的腐蚀过程。植酸(IP6)又称环己六醇磷酸脂，是一种天然存在的有机磷酸类化合物。广泛存在于植物的种子和根茎内。因其无毒且具有抗氧化性和抗腐蚀性，被广泛应用于食品、医药和日用化工等行业。由于植酸根上携带了6个磷酸根，因此植酸钠能与包括Cu2+、Zn2+、Fe2+在内的很多金属离子发生螯合，是一种罕见的多齿金属螯合物，作为一种新型的环境友好型腐蚀抑制剂在很多金属上表现了较为优异的性能，比如:铜、白铜B30、黄铜、镁锂合金等。本课题采用光谱电化学研究植酸钠对黄铜的缓蚀作用，结合循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱法(EIS)以及导数循环伏吸法(DCVA)，研究缓蚀剂的最佳缓蚀条件，探讨缓蚀机理。
　　 本文主要采用电化学和光谱电化学方法研究植酸钠在碱性介质NaOH中的缓蚀作用。采用循环伏安法获得黄铜电极在不同浓度的电化学体系内的CV曲线，结果表明:当在0.10mol·L-1NaOH溶液中添加0.010mol·L-1Na12IP6时对黄铜的缓蚀效果最佳，此时黄铜电极在电势扫描的范围内出现了5个氧化峰和4个还原峰。分别对应于Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)的很多可溶和不可溶的氧化产物。当添加缓蚀后，植酸钠与Zn2+在黄铜表面形成一层复杂的配合物，从而对黄铜的进一步氧化有明显的抑制作用。与用场发射扫描电镜(FE-SEM)和电化学阻抗谱法(EIS)的测试结果相符合。
　　 此外恒电势电解条件下的动态UV-vis光谱图表明，在碱性介质中黄铜电解生成了一种新的二价铜离子配合物，这种Cu(Ⅱ)-O是化学稳定的。进一步在NaOH溶液中，采用CVA方法研究植酸钠对黄铜的缓蚀作用机制。CVA能够原位监测金属电化学反应过程中腐蚀产物的形成与转化，这对于了解金属腐蚀过程的机理是非常必要的。结合采用CV和CVA，可以同时测得电势依赖性电流和吸光度，而后者与吸光性物质的特征吸收波长有关。为此采用以黄铜片为工作电极的薄层光谱电化学池，实时监测不同电势下可溶性产物的生成和转化，研究表明，在0.10mol·L-1的NaOH溶液中植酸钠对黄铜的缓蚀效率能达到90％左右;从而为植酸根在黄铜表面与Zn2+、Cu+可形成一层复杂的配合物，进而有效抑制Cu2+的生成提供了直接的实验数据。结果表明，基于薄层光谱电化学池的循环伏吸法，对研究含有吸光性离子的金属腐蚀过程来说是一种新颖有效的补充方法。

目录

声明

摘要

致谢

符号清单

第一章 绪论

1 铜及其合金的防护

1．1 铜及其合金防护的意义

1．2 铜及其合金的腐蚀行为

1．3 铜及其合金的腐蚀防护

2 植酸简介及研究现状

2．1 植酸分子结构

2．2 植酸的生产工艺

2．3 植酸的性质和应用

3 本选题的意义及研究思路

3．1 本选题意义

3．2 本选题研究思路

第二章 实验方法

1 实验方法简介

1．1 循环伏安法

1．2 电化学阻抗谱

1．3 紫外可见薄层光谱电化学方法

1．4 循环伏吸法

2 薄层光谱电化学池的制作与表征

2．1 薄层光谱电化学池的结构

2．2 薄层光谱电化学池中三电极的制备

2．3 薄层光谱电化学池的表征

3 本章小结

第三章 碱性条件下植酸钠对黄铜缓蚀条件的电化学研究

1 引言

2 实验部分

2．1 实验试剂与仪器

2．2 电化学实验中黄铜圆盘电极的制备

2．3 碱性介质NaOH浓度的确定

2．4 Na12IP6浓度的确定

2．5 黄铜循环伏安曲线的分析

2．6 SEM考察黄铜电极表面形貌

2．7 电化学阻抗谱法研究黄铜电极表面氧化膜的电化学性质

3 本章小结

第四章 碱性条件下植酸钠对黄铜缓蚀的光谱电化学研究

1 引言

2 实验部分

2．1 实验试剂与仪器

2．2 实验装置图

2．3 溶液的配制

2．4 薄层光谱电化学池的制作和工作电极的制备

2．5 实验步骤

3 结果与讨论

3．1 原位可见紫外光谱图

3．2 CVA和DCVA图谱分析

4 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文