纳米涂层对螺纹钢在海洋大气中的防腐作用

摘要

螺纹钢是一种重要的建筑材料，主要用于建筑工程。这种金属用混凝土加固，用于建造桥梁和房屋。这种类型的桥梁和房屋在沿海地区面临腐蚀问题，因为高浓度的Cl离子海洋大气。在桥和房子的表面有几个孔隙。氯离子进入建筑材料内部，在钢筋表面形成电化学电池。螺纹钢经过腐蚀反应过程，产生电偶、点蚀、应力和缝隙等几种形式的腐蚀。氯化物离子对钢筋和混凝土产生内外腐蚀作用，使建筑材料之间发生溶解。这种腐蚀性离子降低了建筑材料的使用寿命，增加了维护成本，有时还会发生重大事故。混凝土中存在镁和钙的氢氧化物。氯离子与这些氢氧化物发生反应，降低混凝土的pH值，从而加快腐蚀反应的速度。 Nanocoating of Mg3(PO4)2 with DLC filler is applied to control corrosion of rebar steel in marine atmosphere. The uncoated and coated rebar steel with Mg3(PO4)2 were exposed to marine atmosphere in different seasons like summer, rainy and winter. The corrosion rate of metal was analyzed in these seasons. The results show that though corrosion rate is minimized it does not produce good results. Porosities are developed on the surface of rebar steel coated with Mg3(PO4)2 which is reactive with chlorine ion. DLC is used as filler to close the porosities of coated rebar steel and again the corrosion rate of rebar steel was analyzed in the above mentioned seasons. It is found that this filler has good inhibition effect in marine atmosphere. The corrosion of metal was determined by gravimetric and potentiostatic polarization methods. Coating work was completed with application of nozzle sprays and vapour deposition methods. Coating efficiency, surface coverage area and stability of coating material were calculated with Arrhenius, Langmuir isotherm, Temkin equation, free energy, enthalpy and entropy

关键字

螺纹钢，氯离子，海洋大气，镁_3.(PO₄）₂,数据链路控制

介绍

桥梁和房屋对社会的发展至关重要，但这些东西在海洋大气中面临腐蚀问题。海洋大气中氯离子的可利用性非常高，引起建筑材料的物理和化学变化。这种污染物使其表面变色，腐蚀建筑材料，使材料失去抗拉强度。为了控制海洋大气中的腐蚀，采用了合理的形状设计、金属涂层、添加有机和无机抑制剂、聚合物涂层、陶瓷涂层、油漆涂层和纳米涂层等几种补救方法。这些涂布方法在氯化物环境下效果不佳。镀锌、镀镁、镀铝、镀铬的螺纹钢1]用于检查氯离子环境中的腐蚀。涂覆这些金属的螺纹钢不能提供母材的完全保护[2]。氯离子渗透到建筑材料的外表面，与涂层钢筋接触，形成腐蚀细胞，涂层金属开始解体。雷竞技网页版在螺纹钢表面涂覆不同类型的聚合物以抑制海洋环境中的腐蚀。当聚合物被涂覆[3.当金属接触到氯离子的恶劣环境时，它们在雷竞技网页版金属表面引发化学反应并发生溶解，最终氯离子进入母材表面并腐蚀母材。含氮、氧和硫官能团的有机化合物，具有芳烃和杂环烃[4]，它们在这种环境中产生缓蚀作用。这些化合物通过物理吸附和化学吸附粘合在金属表面，从而形成薄膜。这层薄膜被氯离子包围;它发生劣化，钢筋发生腐蚀过程。合成涂料[5用于建筑材料的外表面和内表面保护，防止氯离子腐蚀环境。该保护层被氯离子解离，通过扩散过程进入钢筋内部产生腐蚀细胞，在钢筋表面发生腐蚀反应。有机和无机材料的纳米涂层技术[j]6]用于保护螺纹钢免受氯离子污染。涂层金属表面出现孔隙。氯离子进入被涂材料的孔隙，开始腐蚀反应过程，然后再进入母材对其进行腐蚀。这类涂层在海洋环境中不能产生有效的效果[7]。对于这项研究工作Mg_3.(PO₄）₂将其作为螺纹钢的纳米涂层材料，研究了其在海洋大气中的防腐效果，但由于多孔性的存在，该涂层不能提供充分的防护。孔隙被DLC(类金刚石碳)填充物堵塞，形成惰性气氛。

方法

钢筋卷剪成高5cm，直径1.6cm的尺寸，试件面积10.04cm²。用砂纸摩擦其表面，并用双重蒸馏水洗涤样品。最后用丙酮擦去，用空气干燥机干燥，保存在干燥器中。样品涂有Mg_3.(PO₄）₂用喷嘴喷射，用DLC填充其孔隙。螺纹钢样品无涂层，有涂层Mg_3.(PO₄）₂和DLC(金刚石样碳)的Mg填料_3.(PO₄）₂在海洋大气中夏、雨季、冬季等不同季节，分别置于氯离子环境中进行腐蚀分析。用重量法测定腐蚀速率。

在EG & G普林斯顿应用研究173型恒电位器的帮助下，采用恒电位极化技术计算了涂层前后腐蚀电流密度和腐蚀速率。以铂电极为辅助电极，甘汞电极为参比电极，配以螺线钢片[8-11]。

结果与讨论

螺纹钢未涂覆和涂覆Mg后的腐蚀速率_3.(PO₄）₂夏季、雨季和冬季DLC填料在氯离子气氛下的用量由方程1确定。

K (mmpy) = 87.6 W / D A t (1)

式中W =试样重量损失，单位为gm; A =试样面积，单位为平方厘米;D =材料密度，单位为gm/cm^3.。

涂层材料和填料占据的表面覆盖面积(θ)和涂层效率(CE)由式2和式3确定。

θ = (1 - k / k_o) (2)

式中θ =表面覆盖面积，K_o=无涂层时的腐蚀速率，K =有涂层时的腐蚀速率，

Ce = (1- k / k_o) × 100 (3)

K_o是无涂层时的腐蚀速率，K =有涂层时的腐蚀速率

由式(1)、式(2)、式(3)分别计算了夏季、雨季和冬季不同氯离子浓度下螺纹钢的腐蚀速率、表面覆盖面积和涂层效率，并给出了其取值表1和表二。的结果表1和表二我们注意到，在冬季，腐蚀率高于夏季和雨季。螺纹钢卷涂有Mg_3.(PO₄）₂并置于氯离子环境中观察腐蚀现象。腐蚀速率降低，表面覆盖面积和涂层效率提高，但效果并不理想。毫克_3.(PO₄）₂涂层金属在cl环境中不是无腐蚀的，因为它更容易被腐蚀。为了减轻这种腐蚀，在Mg的涂层表面使用DLC作为填料_3.(PO₄）₂。中提到的结果表二结果表明，DLC填料的腐蚀速率得到了很好的控制，表面覆盖面积和涂层效率也得到了提高。DLC涂层材料进入Mg的孔隙中_3.(PO₄）₂它为Cl离子创造了惰性气氛。未涂覆Mg后的logK Vs. C(Cl-浓度)、θ(表面覆盖面积)Vs. C(Cl-浓度)、CE(涂覆效率)Vs. C(Cl-浓度)和log(θ/1- θ) Vs. C(Cl-浓度)曲线_3.(PO₄）₂和DLC填充符表示为无花果。1，无花果。2，无花果。3.和无花果。4。这些曲线呈直线状，表明其具有抗Cl离子腐蚀的特性。

由于温度的变化，海洋大气中Cl-离子的浓度在不同季节有所变化。计算了镁存在和不存在情况下的腐蚀速率、表面覆盖面积和涂层效率_3.(PO₄）₂和夏季、雨季和冬季的DLC相对于温度及其值表1和表二。的结果分析表1和表二表明螺纹钢涂覆Mg_3.(PO₄）₂被腐蚀，但填充DLC腐蚀减轻。观察到，腐蚀速率最小化，而表面覆盖面积和表面涂层效率提高。腐蚀速率logK与1/T、log (θ/1- θ)与1/T、CE(涂层效率)与T、θ(表面覆盖面积)与T的关系图见无花果。5，无花果。6和无花果。7。这些数字表明，Mg_3.(PO₄）₂DLC在Cl离子环境中具有良好的粘附性能。

Mg的活化能、吸附热、自由能、焓和熵_3.(PO₄）₂和DLC由式4、式5、式6、式7计算，其值记于Table3和Table4。包覆前活化能增大，包覆后活化能减小，说明包覆材料在Cl-环境下是有效的。吸附热、自由能、焓值和熵值随Mg的增加均为负_3.(PO₄）₂和DLC填料，因此这些涂层和填料材料与螺纹钢牢固结合。Mg的热力学结果_3.(PO₄）₂和DLC反映了涂层材料与母材之间发生了化学吸附。

d /dt (logK) = E_一个/ r t2 (4)

T是温度，单位是开尔文，E是_一个是活化能

log (θ/ 1-θ) = log (A .C) - (Q .C_广告/ r t) (5)

T是温度，单位是开尔文，Q是_广告吸附热

ΔG = -2.303 rt [log C - log (θ/1-θ) + 1.72] (6)

T是开尔文温度和ΔG自由能

K = R T / N h日志(Δ年代# / R) X日志(h -Δ# T / R) (7)

式中N为阿伏伽德罗常数，h为普朗克常数，ΔS#为熵激活变量，ΔH #为焓激活变量。

在Mg存在和不存在的情况下测定腐蚀电流密度_3.(PO₄）₂和DLC借助于方程8，将其值记于表5。

ΔE/ΔI = βa βc / 2.303 Icorr (βa + βc) (8)

式中ΔE/ΔI为线性极化电阻(Rp)、βa和βc分别为阳极和阴极塔费尔斜率的斜率，Icorr为腐蚀电流密度，单位为mA/cm²。

在不存在Mg和不存在Mg的情况下，金属的渗透速率(mmpy)由式9确定_3.(PO₄）₂和数据链路控制。

C. R (mmpy) = 0.327 Icorr (mA /cm)²) × Eq .Wt (g) / ρ (g/cm)^3.) (9)

我在哪里_相关系数为腐蚀电流密度，ρ为试样密度，Eq.Wt为试样等效重量。的结果Table5表明:涂层前腐蚀电流增大，涂层后腐蚀电流减小，添加DLC后腐蚀电流减小。塔菲尔图绘制于Figure9有无涂层材料时，电极电位和腐蚀电流密度之间的关系。涂层前阳极电位、电流密度和腐蚀速率增大，涂层后阴极电位和腐蚀电流增大，腐蚀速率减小

结论

腐蚀是材料的主要问题之一。这是不可能完全控制，但它可以通过应用适当的涂层材料和应用填料最小化。螺纹钢是一种重要的工程金属，用于各种用途的器具。它在氯离子环境中腐蚀严重。纳米镁涂层对螺纹钢的防腐作用_3.(PO₄）₂DLC作为填料可用于含氯腐蚀环境，具有高效的防腐性能。在冬季、雨季和夏季的Cl-离子环境中，对这些材料涂覆的金属试样进行了腐蚀现象分析。用重力法和恒电位器技术收集的实验结果表明，该涂层和填充材料在氯离子介质中具有良好的防腐效果。

确认

我感谢新德里大学教育资助委员会为我的工作提供财政支持。感谢Ranchi大学化学系Sanjoy Misra教授给我的建议和指导。我还要感谢兰契大学化学系和印度矿业学院应用化学系提供的实验室设施。

参考文献

1. 李建军，李建军，李建军，等。二氧化硅纳米涂层的制备及自修复性能研究。科学通报，2004;8(1):1 -8。
2. Khramov AN, Voevodin NN。包封有机缓蚀剂的杂化有机陶瓷防腐涂层。固体薄膜。2004;447:549-557。
3. Seth A, van Ooij。新型水基高性能底漆，可替代金属预处理和含铬底漆。[J] .机械工程学报，2004;13(3):468-474。
4. Ianmuzzi M, Frankel GS。钒酸盐对AA 2024-T3缓蚀机理的研究腐蚀与腐蚀学报，2007;39(4):391 - 391。
5. Moutarlier V, Neveu B, Gigandet MP。掺杂无机缓蚀剂的溶胶-凝胶涂层的防腐性能评价。海洋工程学报。2008;22(2):344。
6. 代号A，阿雷纳斯马，德弗鲁托斯。铈转化涂层对8090合金的有效防腐。电化学学报，2008;53(3):776 - 768。
7. 陈建军，陈建军，李建军，等。AA2024-T3铝合金用ceo2填充溶胶-凝胶涂层防腐腐蚀学报，2009;51(1):2304。
8. Pulvirenti AL, Bishop EJ, Adel-Hadai MA, Barkatt A.镍粉末在接近中性pH下的溶解和氧化层的作用。腐蚀与腐蚀学报，2009;51(1):544 - 544。
9. Glezakou VA, Dang LX, Mc Grail BP。低指数铁表面Fe(100)上CO2的自发活化和可能的腐蚀途径。物理学报，2009;33(3):391 - 396。
10. 王志强，王志强。润滑磷酸锌涂层的摩擦性能，摩擦学与工程学报。2009;26(6):873-877。
11. Cuevas-Arteaga C.利用电化学噪声技术研究HK-40m合金暴露于熔融硫酸钡混合物中的腐蚀。腐蚀与腐蚀，2008;22(5):559 - 561。