過氧化物和過硫酸鈉對ADC12鋁合金鈍化行為及其機理探究.pdf

1、重慶市是我國典型的酸雨區(qū),年均濕度大、霧多、春秋季節(jié)雨水多,冬天夜間氣溫低,易凝霜,空氣中SO2等污染物含量較高,降水pH值低,酸性較強。因此,在模擬酸雨條件下研究鋁合金的腐蝕行為具有重要的意義,其成分根據(jù)重慶市的降雨成分配制。鈍化是提高鋁合金抗腐蝕能力的有效技術(shù)之一,工業(yè)上使用的含鉻鈍化技術(shù),雖然可獲得理想的鈍化效果,但是采用的化學體系存在嚴重的環(huán)境危害,本文鈍化劑選用的過氧化物及過硫酸鈉,對環(huán)境無害,且符合綠色化學生產(chǎn)要求。

2、　　本文從環(huán)境保護的理念出發(fā),以鈍化技術(shù)提高ADC12鋁合金在酸性環(huán)境中的抗腐蝕能力為目的,篩選出對環(huán)境無害的過氧化氫、過氧乙酸、過氧化脲、過硫酸鈉作為ADC12鋁合金的鈍化劑,通過動電位極化曲線、交流阻抗譜(EIS)、現(xiàn)代表面分析技術(shù)(SEM)、失重實驗以及量子化學計算等方法研究了ADC12鋁合金經(jīng)上述四種物質(zhì)鈍化或分別以四種物質(zhì)為主劑,并以丙三醇、磷酸二氫鈉、碳酸氫鈉為助劑的混合溶液鈍化后在酸雨介質(zhì)中電化學行為。比較了過氧化氫、過氧

3、乙酸、過氧化脲、過硫酸鈉的鈍化性能,闡述了四種試劑對鋁合金的鈍化機理,經(jīng)過綜合分析,得到不同實驗參數(shù)下ADC12鋁合金氧化膜耐蝕性的腐蝕機理及規(guī)律:
　　動電位極化曲線和交流阻抗測試表明:以H2O2為主鈍化劑,以丙三醇、碳酸氫鈉、磷酸二氫鈉為助劑的鈍化液中H2O2質(zhì)量分數(shù)、鈍化溫度、鈍化時間采用相匹配的參數(shù)后,鋁合金的抗腐蝕能力得到顯著提高,表現(xiàn)為經(jīng)鈍化后研究電極在酸雨中的腐蝕電流下降,腐蝕電位正移,對比了不同鈍化溫度、鈍化時間條

4、件處理后鋁合金在酸雨腐蝕介質(zhì)中的的極化曲線及阻抗值,發(fā)現(xiàn)選取鈍化溫度為室溫,鈍化時間為3min,過氧化氫質(zhì)量分數(shù)為1.5％時,該鈍化體系表現(xiàn)出最佳鈍化效果。
　　實驗進一步分別比較了過氧乙酸水溶液及過氧乙酸混合液,過硫酸鈉水溶液及過硫酸鈉混合液,過氧化脲水溶液及過氧化脲混合液對ADC12鋁合金的鈍化效果。電化學測試結(jié)果表明,在鈍化溫度為室溫時,不同質(zhì)量分數(shù)過氧乙酸溶液中,2%過氧乙酸混合液鈍化效果最好;不同質(zhì)量分數(shù)的過硫酸鈉中,1

5、.5%的過硫酸鈉水溶液鈍化效果最好;不同質(zhì)量分數(shù)的過氧化脲中,1.5%的過氧化脲水溶液表現(xiàn)出最優(yōu)效果。綜合比較四種鈍化試劑,鈍化效果由高到低依次為:過氧乙酸,過氧化氫,過氧化脲,過硫酸鈉。
　　失重實驗結(jié)果表明,經(jīng)質(zhì)量分數(shù)2%的過氧乙酸混合溶液鈍化后,ADC12鋁合金的腐蝕速率遠小于經(jīng)質(zhì)量分數(shù)均為1.5%的過氧化氫混合溶液、過氧化脲水溶液、過硫酸鈉水溶液鈍化后的腐蝕速率,實驗結(jié)果與電化學測試結(jié)果相符。表面形貌分析(SEM)可以得出

6、未經(jīng)鈍化的ADC12鋁合金試樣表面腐蝕最嚴重,出現(xiàn)嚴重的腐蝕坑,而經(jīng)1.5%過氧化氫混合溶液、2%過氧乙酸混合液、1.5%過氧化脲水溶液、1.5%過硫酸鈉水溶液鈍化后,ADC12鋁合金的表面形貌腐蝕程度都有明顯的減輕,其中經(jīng)2%過氧乙酸混合液鈍化后,表面腐蝕程度最小。
　　量子化學計算表明,過氧乙酸分子最低空軌道能量ELOMO較過氧化氫、過氧化脲、過硫酸鈉分子的最低占據(jù)軌道低,說明過氧乙酸接受電子的能力最強,氧化能力最強。過硫酸鈉

7、的最低空軌道能量最高,說明得電子能力最弱,氧化能力最差,這一結(jié)論與電化學測試結(jié)果相符合。
　　本文進一步分析了酸雨介質(zhì)、過氧化氫、過氧乙酸、過氧化脲及過硫酸鈉與ADC12鋁合金的表面反應的反應機理:根據(jù)Fotely所提出的酸雨溶液對金屬的腐蝕分為四個步驟,其最主要的過程是酸雨溶液中的陰離子吸附在金屬表面,并與金屬氧化膜缺陷處的氧化膜發(fā)生化學反應,氧化膜由于化學反應溶解而減薄。而經(jīng)過氧化物與過硫酸鈉鈍化后,很大程度上提高了表面氧化膜