三种植物提取物对镁合金在盐溶液中缓蚀性能的实验和理论研究

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镁合金具有理想的物理和机械性能,例如高的强度质量比、良好的阻尼性和电磁屏蔽性等。这些性质使镁合金可以用于交通运输、电子工业、医疗、军事和航空航天等诸多领域。但是镁合金极易被腐蚀,而且所形成的主要腐蚀产物Mg(OH)2是疏松多孔的,无法对镁合金形成有效的保护。因此,发展高效的镁合金防腐材料和技术直接关系到未来镁合金的应用前景,是防腐领域的研究热点之一。在目前所开发的防护方法中,添加缓蚀剂具有操作简单、成本低和无需额外设备等优点,已经成为一种重要且有效的镁合金防护方法。但是,镁合金的缓蚀剂还存在一些急需解决的问题:第一,传统的缓蚀剂会对环境造成严重的污染,急需开发“绿色无污染”的镁合金缓蚀剂;第二,缓蚀效率有待提高;第三,缓蚀剂种类极其缺乏,有待丰富。针对上述问题,本论文首次采用3种农业废弃物的提取物作为镁合金的缓蚀剂,采用电化学方法研究了它们在盐溶液中延缓镁合金腐蚀的能力,确定了提取物中发挥缓蚀作用的关键成分,并且首次采用密度泛函方法阐明了缓蚀机理,具体研究内容如下:1.橘子皮提取物缓蚀剂通过回流的方法得到了橘子皮提取物(OPE),并进行了相应的表征。以AZ91D镁合金为样本,以0.05 wt.%NaCl溶液为腐蚀环境,采用电化学方法分别研究了橘子皮提取物和提取物中有效成分的缓蚀性能。还将镁合金在橘子皮提取物的乙醇溶液中浸泡36h,再在0.05 wt.%NaCl溶液中测试相应的电化学参数。结果表明,当橘子皮提取物的浓度为0.030 g L-1时,缓蚀效率最高,可以达到85.7%。橘子皮提取物中发挥缓蚀作用的成分主要有3种,分别是抗坏血酸、新橙皮苷和柚皮苷。单独一种化合物的缓蚀效果不佳,最高仅为78.8%,但是将3种化合物复配之后,缓蚀效率可以达到87.2%。将镁合金浸泡在0.030 g L-1橘子皮提取物的乙醇溶液中36 h以后,缓蚀效率可以达到82.7%。接下来,通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)等测试并结合密度泛函理论(DFT)计算,分析推测了可能的腐蚀产物,提出了相应的缓蚀机理。2.核桃青皮提取物在上一章工作的基础上,进一步选取农业废弃物-核桃青皮作为研究对象。采用在蒸馏水中超声提取的方法得到了核桃青皮提取物(WGHE)。以AZ91D镁合金为研究对象,以0.05 wt.%NaCl溶液为腐蚀环境,通过电化学测试,研究了核桃青皮提取物的缓蚀性能。结果表明1.0g L-1WGHE的缓蚀效率最高,但也仅为44.8%。为了提升缓蚀效率,将镁合金在核桃青皮提取物的水溶液中浸泡48 h,缓蚀效率提高至92.5%。为了阐明缓蚀机理并确认发挥缓蚀作用的主要成分,进行了相关的表征测试,如傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等,以及分子动力学模拟和第一性原理计算。结果表明,核桃青皮提取物中的甲萘醌是发挥缓蚀作用的主要成分之一。3.龙眼核和龙眼皮提取物为了扩展缓蚀剂的应用范围,本章仍以AZ91D镁合金为样本,但是选取了更为严苛的腐蚀环境,0.5wt.%NaCl溶液。选取了龙眼渣提取物(龙眼核和龙眼皮的混合提取物)作为镁合金的缓蚀剂并研究了它们的缓蚀性能。电化学实验的结果表明,龙眼渣提取物的缓蚀效果不佳,0.05g L-1龙眼渣提取物的缓蚀效率最高,也仅为80.8%。如果在其中加入表面活性剂,0.50g L-1的十二烷基苯磺酸钠,缓蚀效率可以提升到90.0%。如果在含有0.05g L-1龙眼渣提取物和0.50g L-1十二烷基苯磺酸钠的水溶液中浸泡12h,缓蚀效率会进一步提升,可以达到95.2%。采用与前两章相同的方法表征了表面形貌和腐蚀产物。
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