钢铁工业利用
由于其一流的机械性能,钢是应用最广泛的合金之一。这些特性包括延展性、延展性、高强度、成形性和延展性。最常见的钢合金是碳钢和低碳钢。研究表明,汽车、船舶、建筑、石化和冶金等行业在工艺部件、原材料和设备制造等多种形式的钢铁用户中排名第一。
建筑业是最大的消费者,占全球钢铁消费总量的一半以上。第二产业是交通运输(汽车、卡车、飞机、造船和铁路)。设备和金属制品行业各自使用了全球约 14% 的钢材。
腐蚀及其影响
钢铁腐蚀是钢铁材料及其重要品质的永久降解和损失,这是由于其表面对酸、湿气和氧气等环境元素的电化学或化学反应引起的。
研究表明,腐蚀会导致脆化、表面特性变化,并降低金属在工业应用中的使用效率,因此必须加以规范。据调查,全球每年因锈蚀造成的损失总计 2.7 万亿美元(约占国内生产总值的 4.3%)。
耐腐蚀技术的重要性和类型
腐蚀抑制和预防是两种不同的技术,第一种是更常用的。腐蚀抑制是一种通过使用合成或天然化学品来保护表面免受电化学过程影响的方法。缓蚀剂通常用于石油工业以防止由酸性气体引起的腐蚀。
尽管缓蚀剂有多种形式,但基于天然来源的缓蚀剂(也称为绿色缓蚀剂)因其低毒性、可用性和廉价的生产成本而受到欢迎。
绿色缓蚀剂
根据最新研究,绿色缓蚀剂被广泛使用并含有植物成分。生产天然缓蚀剂最典型的方法是将植物在阳光下或阴凉处脱水,然后将其磨碎。溶剂萃取用于从生物质粉末中去除活性化合物。
绿色缓蚀剂易于生物降解、环境友好、碳基且具有成本效益。绿色缓蚀剂通常由可持续和可再生材料制成。
两种类型的绿色抑制剂包括有机和无机绿色抑制剂。有机材料包括植物、药物、蛋白质、表面活性剂、离子液体和生物聚合物,而无机绿色缓蚀剂包括稀土金属。
钢腐蚀抑制的应用
通过一系列实验(例如质量损失实验、显微镜检查和电化学研究)进行评估,仔细评估了每种抑制剂的有效性。这些研究在酸性、碱性和海洋环境中进行了广泛的研究。
酸性介质的研究结果
在 303.15 到 333.15 K 的温度范围内检查了椰子壳作为低碳钢的绿色缓蚀剂的用途。随着提取物浓度的增加,抑制效率提高,最高抑制率约为 94.3%。
在大范围的温度变化和提取物数量下测试了桑树叶提取物对碳钢防腐蚀的影响。使用这种提取物,在 298.15 K 下获得了 93% 的高抑制效果。
在碱性和海洋介质中的研究应用
在碱性介质中,指甲花和 Brahimi 提取物可用于抑制高达 65-80% 的腐蚀,浓度变化范围为 0.5-2%。桑叶在相同环境下对碳钢的功效为 88%。
在碱性环境下,槟榔壳被用作腐蚀抑制剂并用低碳钢进行测试。在理想的工作环境下,最高可达到的效率为 91.66%。随着温度升高,效率下降,证实了金属表面保护涂层的物理性质。
海洋环境中的高氧含量会增加腐蚀速率。然而,研究表明,绿荨麻叶提取物的缓蚀效率为 95%。此外,在 3.5% 的食盐介质中加入纳米管的罗勒提取物证明是 98% 的有效。因此,在所有三种介质中,天然可持续抑制剂都非常有效。
未来展望
尽管研究人员已经进行了全面的研究,但仍有几个因素有待研究。一个重要方面是研究高温等极端环境的影响。此外,还应进行热重分析等测试,以证明在放热环境下的可行性。应在气态环境中研究绿色缓蚀剂的应用。
简而言之,避免钢腐蚀的可持续方法一直是关注的焦点,最近的研究讨论了这方面的重要方面,这将有助于延长此类合金的使用寿命并防止它们生锈和腐蚀。