MgCl2和Na2CO3及其反应产物对钢材腐蚀程度的影响毕业论文.pdf

毕毕 业业 论论 文文 （ 设设 计计 ） 论文题目：MgClMgCl2 2和和 NaNa2 2COCO3 3及其反应产物对钢材腐蚀程度及其反应产物对钢材腐蚀程度 的影响的影响 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 院 系： 专业班级： 0808 材料化学材料化学 二二 0 0 一二年四月二十八日一二年四月二十八日 独创性声明独创性声明 MgCl2和 Na2CO3及其反应产物对钢材腐蚀程度的影响 2 本人声明所呈交的毕业论文是本人在导师指导下进行的理论学 习、实习实践以及研究所取得的成果，除了文中特别加以标注和致谢 之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含获得 青海民族大学青海民族大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一起探讨、工作的同学对本论文所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 毕业论文版权使用授权书毕业论文版权使用授权书 本毕业论文作者完全了解 青海民族大学青海民族大学 有关保留、 使用毕业论 文的规定。 特授权青海民族大学青海民族大学可以将毕业论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和磁盘。 论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 指导教师签名： 签字日期： 年 月 日 摘要摘要 通过 MgCl2和 Na2CO3及其反应产物对钢筋的腐蚀试验， 测定 MgCl2 青海民族大学毕业论文 3 溶液 Na2CO3溶液，MgCl2和 Na2CO3的反应产物 NaCl 和 Mg(OH)2混合液 以及 NaCl 溶液对于钢筋的腐蚀程度。 结果表明： Na2CO3溶液对于钢材 的腐蚀不是很严重,腐蚀的生成的铁锈用草酸不易清除，反而起到保 护钢材的作用。MgCl2溶液钢材的腐蚀比 MgCl2和 Na2CO3的反应产物 NaCl 和 Mg(OH)2溶液较严重。铁在 MgCl2和 Na2CO3的反应产物中生成 的铁锈用草酸除锈不易清除，也起到保护钢材的作用。 关键词：MgCl2;Na2CO3;钢筋;电解质溶液;腐蚀 AbstractAbstract Through the MgCl2 and Na2CO3 and its reaction products to the steel corrosion test, measure MgCl2 solution Na2CO3 solution, MgCl2 and Na2CO3 reaction products NaCl and Mg(OH)2 mixture and NaCl solution of the reinforced corrosion degrees. The results show that: the solution for corrosion of steel Na2CO3 is not serious, the generation of rust corrosion of oxalic acid derusting with is not easy cleared, but rise to protect the function of the steel. Corrosion of steel MgCl2 solution than MgCl2 and Na2CO3 reaction products NaCl and Mg(OH)2 solution more serious. Iron in MgCl2 and Na2CO3 reaction products produced in with the rust is not easy cleared derusting oxalate, also rise to protect the function of the steel. Key words: MgCl2; Na2CO3; A steel bar; Electrolyte solution; corrosion 目录目录 MgCl2和 Na2CO3及其反应产物对钢材腐蚀程度的影响 4 引言 1 钢材腐蚀现状 2 造成钢材腐蚀的原因有哪些 3 氯化镁的高腐蚀性 4 氯化镁和碳酸钠及其反应产物溶液对铁钉的腐蚀 5 实验步骤 6 实验目的 7 实验材料 8 数据记录及处理 9 实验现象 10 结果分析与讨论 结束语 参考文献 致谢 引言引言 青海民族大学毕业论文 5 人类每年要向自然界索取大量的金属矿物资源， 以提取数以亿吨 计的金属。金属矿物的储量有限，而且不能再生。根据已探明的一些 矿物的储藏量，并根据目前这些金属的消耗速度，一些矿物在慢慢面 临枯竭。 据有关资料报道， 现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材 料相当于年产量的 20% 40%。全球每年因腐蚀报废的钢材，腐蚀总 损失达5000 亿元以上， 约占国民生产总值的 5% 1， 约占年产量的1/4， 许多钢材在存储阶段就开始腐蚀，造成了巨大的经济损失 2-4。腐蚀 的巨大危害不仅体现在经济损失上，它还会带来惨重的人员伤亡、环 境污染、资源浪费、阻碍新技术的发展、促进自然资源的损耗。为了 防止或控制钢材的腐蚀，根据腐蚀机理，迄今为止已提出了多种保护 措施： 涂刷防护层， 改变金属内部结构制成不锈钢， 采用电化学保护， 磷化等。上述方法主要是针对钢材投入使用后采取的防腐蚀措施，且 在经济性，环保性及操作的简易性上都存在一定缺陷。 金属的锈蚀 5有化学锈蚀和电化学锈蚀两种, 铁在空气中的锈 蚀属电化学锈蚀,即铁和电解质溶液作用而发生氧化的过程.金属的 抗蚀能力是由金属的活性和表面氧化产物的性能两方面的因素决定 的。根据这两方面的因素, 可将金属划分成三类：化学性质极不活 泼的金属如金、铂、银、汞等电极电位都很高, 一般条件下不会或不 易被腐蚀 ；特别轻的金属, 如钾、钠、钙、镁等, 它们在空气中 极易被氧化， 生成的氧化物体积比金属小, 这样金属表面的氧化物层 不能完全覆盖金属, 即氧化物层是疏松的, 结构中有空隙, 使得氧 气或腐蚀介质能够通过它, 促使金属进一步被氧化这层金属氧化物 对金属不起保护作用，因而这些金属在空气中往往会迅速被完全氧 化。 大部分重金属, 它们在空气中都易受腐蚀而氧化但它们表面生 成的氧化物比金属体积大, 可以紧密地附着在金属的表面而起到保 护作用. 铁锈不象其它金属的锈蚀产物那样形成紧附在金属表面上的致 密的保护膜, 而是疏松多孔的， 其原因是当钢铁跟水接触或吸收空气 中的水分在表面形成水膜时, 电化学腐蚀便开始进行, 腐蚀过程是 无数微电池作用的过程钢铁中的铁作阳极, 杂质作阴极, 溶有(SO2， CO2)的酸性水溶液为电解质, 电池变化为 阳极 Fe - 2e - Fe2+ 阴极2H +2e-H 2 析氢腐蚀 MgCl2和 Na2CO3及其反应产物对钢材腐蚀程度的影响 6 或 阴极 1/2O2+2e -+H 2O2OH - 吸氧腐蚀 由于后一阴极反应的电极电位比前一过程高,所以除强酸性介质 外, 一般都以吸氧腐蚀为主。 金属腐蚀快慢的判断方法: 在同一电解质溶液中： 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐 蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀。 对同一金属来说，强电解质弱电解质非电解质。 活泼性不同的金属，活动性差别越大，腐蚀越快。 对同一电解质，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。 氯化镁的高腐蚀性 6:氯盐（有水氯化镁、无水氯化镁，俗称卤 水，因纯度不同还会含有其他盐类） ，对钢材的腐蚀作用原理是：由 钢筋脱钝和电化学反应两个过程构成。在作用的细节上主要表现为： 第一、 氯离子加速了钢材钝化膜、 镀层膜、 隔离膜的破坏速度； 第二、 氯离子加速了电池反应的速度。这两个作用的存在，使钢材锈蚀的速 度大大加快，并且发生了更为不利的点蚀现象，其危害程度远超过溶 解氧引起的钢材锈蚀作用， 被国内外工程界公认为导致钢材破坏频率 最高的因素。也就是说，氯离子会对不锈钢铁加速锈蚀，所以不得接 触钢材。碳钢在 NaCl 溶液中的腐蚀属于氧去极化腐蚀。氧去极化的 阴极过程可以分为两个基本环节： 氧向金属表面的输送过程和氧离子 化反应过程。电解质溶液促进腐蚀另一个原因是增加了溶液的导电 性。 碳钢 7在氯化钠溶液中和水中的电化学腐蚀机理上相同的，都是 氧去极化腐蚀。氯化钠溶液和水都是作为离子导体，而氯化钠溶液的 电导率要高于水，促进腐蚀。再者由于碳钢的成分，正好组成了短路 的原电池，腐蚀较快，其中正极为碳，负极为铁，氯化钠溶液为电解 质。在用奥氏体不锈钢制造的压力容器中，如果有氯化物溶液存在， 会产生应力腐蚀。 这是由于溶液中的氯离子使不锈钢表面的钝化膜受 到破坏，在拉伸应力的作用下，钝化膜被破坏的区域就会产生裂纹， 成为腐蚀电池的阳极区， 连续不断的电化学腐蚀最终可能导致金属的 断裂。这种腐蚀与氯离子的浓度关系不大，即使是微量的氯离子，也 可能产生应力腐蚀。 氯离子对不锈钢腐蚀的机理:在化工生产中,腐蚀在压力容器使 用过程中普遍发生,是导致压力容器产生各种缺陷的主要因素之一。 普通钢材的耐腐蚀性能较差,不锈钢则具有优良的机械性能和良好的 青海民族大学毕业论文 7 耐腐蚀性能。Cr 和 Ni 是不锈钢获得耐腐蚀性能最主要的合金元素。 Cr 和 Ni 使不锈钢在氧化性介质中生成一层十分致密的氧化膜,使不 锈钢钝化,降低了不锈钢在氧化性介质中的腐蚀速度,使不锈钢的耐 腐蚀性能提高。 氯离子的活化作用对不锈钢氧化膜的建立和破坏均起 着重要作用。 虽然至今人们对氯离子如何使钝化金属转变为活化状态 的机理还没有定论,但大致可分为两种观点。成相膜理论 8的观点认 为,由于氯离子半径小,穿透能力强,故它最容易穿透氧化膜内极小的 孔隙,到达金属表面,并与金属相互作用形成了可溶性化合物,使氧化 膜的结构发生变化,金属产生腐蚀。 吸附理论 9则认为,氯离子破坏氧化膜的根本原因是由于氯离子 有很强的可被金属吸附的能力,它们优先被金属吸附,并从金属表面 把氧排掉。因为氧决定着金属的钝化状态,氯离子和氧争夺金属表面 上的吸附点,甚至可以取代吸附中的钝化离子与金属形成氯化物,氯 化物与金属表面的吸附并不稳定,形成了可溶性物质,这样导致了腐 蚀的加速。 2 2 实验步骤实验步骤 2.12.1 实验目的实验目的 本实验通过 MgCl2和 Na2CO3及其反产物溶液对铁钉的腐蚀行为, 并和蒸馏水，NaCl 溶液，自来水对钢筋的腐蚀行为进行了比较，研 究 MgCl2溶液，Na2CO3溶液，NaCl 溶液以及 MgCl2和 Na2CO3反产物溶液 对于铁钉的腐蚀程度，从而更好的保护钢材，节约资源。 2.22.2 实验材料实验材料 实验材料为普通铁钉 28 个，试验前用 8%的盐酸溶液浸洗 3 个小 时（除去铁钉表面的钝化膜） ，再用蒸馏水清洗，吹干后再在烘干箱 里烘干。 蒸馏水， 自来水， 含量为 5%的 MgCl2溶液， 10%的 MgCl2溶液， 15%的 MgCl2溶液，5%的 Na2CO3溶液，10%的 Na2CO3溶液，15%的 Na2CO3 溶液，10%的 NaCl 溶液,20%的 NaCl 溶液,30%的 NaCl 溶液。以及 5% 的 MgCl2溶液+5%的 Na2CO3溶液反应溶液，10%的 MgCl2溶液+10%的 Na2CO3溶液反应溶液，15%的 MgCl2溶液+15%的 Na2CO3溶液反应溶液。 2.32.3 铁钉的腐蚀试验铁钉的腐蚀试验 将以上烘干的铁钉分别称重后分别放在装有5ml的含量为5%的MgCl2 溶液， 10%的MgCl2溶液， 15%的MgCl2溶液， 5%的Na2CO3溶液， 10%的Na2CO3 MgCl2和 Na2CO3及其反应产物对钢材腐蚀程度的影响 8 溶液，15%的Na2CO3溶液，10%的NaCl溶液,20%的NaCl溶液,30%的NaCl 溶液。以及5%的MgCl2溶液+5%的Na2CO3溶液反应溶液，10%的MgCl2溶液 +10%的Na2CO3溶液反应溶液，15%的MgCl2溶液+15%的Na2CO3溶液反应溶 液的试管中，另作一组平行试验。然后装在大烧杯中静放一周，再用 蒸馏水清洗干燥后分别称重，记录数据，计算腐蚀失重百分率。重量 称量采用万分之一克分析天平。 以上二祖都没有进行表面除锈， 为了更精确的研究铁钉被腐蚀的 程度和铁钉表面氧化物的坚硬程度，平行做第三组实验，将腐蚀后的 铁钉取出来后用蒸馏水清洗，再用草酸溶液浸泡2个小时。取出后再 用蒸馏水清洗，烘干后分别称量，记录数据，计算腐蚀失重百分率。 2.42.4数据的记录数据的记录 第一、二组实验数据记录 M1为第一组实验初始铁钉的质量，M2为第一组实验反应后铁钉的 数据记录 实验条件 M1(g) M2(g) C1() M3(g) M4(g) C2() 蒸馏水 0.7023 0.7026 -0.04 0.6861 0.6864 -0.04 自来水 0.7263 0.7273 -0.13 0.6481 0.6493 -0.15 MgCl2（5） 0.6461 0.6467 -0.09 0.6918 0.6923 -0.07 MgCl2（10） 0.6817 0.6824 -0.11 0.7089 0.7096 -0.1 MgCl2（15） 0.7498 0.7507 -0.12 0.6524 0.6533 -0.13 Na2CO3（5） 0.6152 0.6155 -0.05 0.6478 0.6482 -0.06 Na2CO3（10） 0.6312 0.6313 -0.06 0.6185 0.6189 -0.07 Na2CO3（15） 0.6289 0.6294 -0.08 0.7174 0.7176 -0.08 NaCl（10） 0.6884 0.6873 0.15 0.6251 0.6242 0.14 NaCl（20） 0.6282 0.6269 0.2 0.6971 0.6958 0.18 NaCl（30） 0.6398 0.6381 0.26 0.6379 0.6356 0.21 MgCl2（5）+Na2CO3（5） 0.6451 0.6461 -0.16 0.7336 0.7347 -0.15 MgCl2（10）+Na2CO3（10） 0.7086 0.7096 -0.14 0.6269 0.6279 -0.16 MgCl2（15）+Na2CO3（15） 0.6378 0.6391 -0.18 0.6692 0.6703 -0.16 青海民族大学毕业论文 9 量。C1为第一组实验铁钉的失重率。M3为第二组实验的初始铁钉的质 量，M4为第二组实验反应后铁钉的质量，C2为第二组铁钉的失重率。 第三组实验数据记录 数据记录 实实验条件 M5(g) M6(g) C3() 蒸馏水 0.6743 0.6638 0.07 自来水 0.6658 0.6652 0.09 MgCl2（5） 0.6061 0.6058 0.05 MgCl2（10） 0.6394 0.6387 0.10 MgCl2（15） 0.6783 0.6775 0.12 Na2CO3（5） 0.6226 0.6228 -0.03 Na2CO3（10） 0.6604 0.6612 -0.12 Na2CO3（15） 0.5812 0.5821 -0.15 NaCl（10） 0.5955 0.59452 0.06 NaCl（20） 0.5911 0.5906 0.09 NaCl（30） 0.5961 0.5956 0.12 MgCl2（5）+Na2CO3（5） 0.6435 0.6442 -0.10 MgCl2（10）+Na2CO3（10） 0.6546 0.6554 -0.12 MgCl2（15）+Na2CO3（15） 0.5863 0.5873 -0.17 M5为第一组实验初始铁钉的质量，M6为第一组实验反应后铁钉的 量。C3为第一组实验铁钉的失重率。 2.4 2.4 实验现象实验现象 图1 第一组实验反应现象 MgCl2和 Na2CO3及其反应产物对钢材腐蚀程度的影响 10 自来水，蒸馏水中颜色有轻微的变化，Na2CO3中铁钉的基本无变 化。MgCl2和NaCl溶液中颜色有很大变化，MgCl2和Na2CO3反应溶液铁锈 颜色和乳白色沉淀。 3 3 结果分析与讨论结果分析与讨论 3.1 3.1 结果分析结果分析 自来水中因含有大量的杂质离子，因此使铁钉发生了腐蚀，而蒸 馏水中大部分杂质离子已被除去，所以无明显变化。氯化镁溶液和氯 化钠溶液中由于氯离子的存在， 无论是从成相膜理论的观点还是吸附 理论的观点来讨论，它都加剧了金属的腐蚀，因此溶液中颜色有很大 的变化。 且在10%-30%的氯化钠溶液和10%-30%的氯化镁溶液中腐蚀程 度随浓度的增加而增大， 氯化钠溶液的腐蚀强度大于氯化镁溶液的腐 蚀强度。而氯化镁和碳酸钠的混合溶液中，由于氯离子，碳酸根离子 的存在，在铁钉发生腐蚀的情况下，生成了氢氧化铁和氢氧化镁，使 溶液变得浑浊。从第三组实验数据和第一，二组进行比较，自来水， 蒸馏水，氯化钠溶液，氯化镁溶液中的铁钉腐蚀产物均可以用草酸洗 除， 而碳酸钠溶液以及氯化镁和碳酸钠反应产物溶液中的铁钉腐蚀产 物不易洗除， 说明碳酸钠溶液和氢氧化镁溶液对于对于钢材还有一定 的保护。 3.2 3.2 结果讨论结果讨论 碳酸根对钢材的腐蚀有一定的保护作用， 但是此实验为电化学腐 蚀实验， 铁钉表面的生成的腐蚀产物处于不致密状态， 很容易用脱落。 关于碳酸根对于钢材的保护作用还有待于进一步研究。 而氯离子对钢 材的腐蚀会发生促进作用，加快钢材的腐蚀。生活工作中我们应该注 意避免让钢材与氯离子接触，对于钢材的使用与维护要合理，提高钢 材的使用寿命。同时我们可以考虑用铁丝浸泡于上述溶液中，腐蚀会 青海民族大学毕业论文 11 使钢才承受力的力的能力降低，然后用拉力器械拉扯铁丝，逐渐加大 拉力，直至铁丝断裂，记下拉力大小，再根据拉力的大小可判断出各 溶液对铁丝的腐蚀程度的影响大小，由于时间和器材的关系，只做讨 论。 4.4.结语结语 钢材锈蚀造成了很大的资源浪费，给国家带来巨大的经济损失， 并对结构的安全性带来危害，威胁到人民的生命财产。因此无论是设 计、施工还是使用上，都要综合考虑建筑所处环境条件，结构特