SUPERVISOR
Mehdi Amirnasr,Kaivan Raissi,Mohmmad ali Golozar,Soraia Meghdadi
مهدی امیرنصر (استاد مشاور) کیوان رئیسی (استاد راهنما) محمدعلی گلعذار (استاد راهنما) ثریا مقدادی (استاد مشاور)
STUDENT
Hosein Heydari soodjani
حسین حیدری سودجانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Investigation of the inhibitive effect of organic compounds containing nitrogen and sulfur as donor atoms on corrosion of plain carbon steel in 1M HCl solution
In this research novel synthesized Schiff bases components (Sb1, Sb2 and Sb3) were investigated as corrosion inhibitors for mild steel corrosion in 1M HCl solution. These new components contain S-S bonds, S and N heteroatoms, simultaneously. For evaluating of used Schiff bases, electrochemical tests (tafel polarization and electrochemical impedance) were used, also, weight loss measurements in presence of different concentrations of Schiff bases (10, 20, 30, 40 and 50 ppm) were used. Corrosion rate of mild steel in weight loss test in uninhibited solution was 1.177 mg/cm 2 .h that in the presence of maximum concentration of Sb1, Sb2 and Sb3 decreased to 0.0976, 0.137 and 0.0255 mg/cm 2 .h, respectively and inhibition efficiencies for three Schiff bases were91.7, 88.3 and 97.8%, respectively. These results show the significant impression of inhibitors on the corrosion inhibition of mild steel. Tafel polarization measurement results show that inhibitors with the adsorption performance, impress both cathodic and anodic branches.Corrosion current density in uninhibited solution was 640.1 A/cm 2 that in the presence of maximum concentration ofSb1, Sb2 and Sb3 decreased to the 63.5, 86.4 and 41.7 A/cm 2 values, respectively, and inhibition efficiencies in the presence of these inhibitors were 90.07, 86.50 and 93.48%, respectively. The results of EIS experiment showed that in the presence of the inhibitors in the corrosive solution, charge transfer resistance values increase and capacitance of the double layer decreases . Charge transfer resistance in the absence of the inhibitors was 26 ?.cm 2 which in presence of the maximum concentration of the Sb1, Sb2 and Sb3, increased to the 348, 233 and 515 ?.cm 2 values, respectively and the inhibition efficiencies for Sb1, Sb2 and Sb3 were 92.52, 88.84 and 94.95%, respectively. Adsorption of the three Schiff bases obeyed the Langmuir adsorption isotherm and high values of the standard free energy and adsorption equilibrium constant were indications of the strong adsorption of the Schiff bases onto the mild steel surface. Tafel polarization experiment was employed in the temperature range of 25 - 55 in absence and presence of the maximum concentration of the Schiff bases and the obtained results showed that increase in the corrosion current density in the presence of the inhibitors was extremely lower than that blank solution which confirms appropriate performance of the inhibitors even at the high temperatures. Quantum chemical calculations were used to be compared with the experimental results and some parameters like E HOMO , E LUMO , ?E and ?? were calculated and reported. Also, electron density distribution of the HOMO and LUMO were evaluated. Calculated values obtained from quantum chemical calculations did not show a direct relation with the data obtained from experimental results that is an indication of the complicated process of the corrosion inhibition. SEM images from metal surface showed that mild steel surface in the absence of the inhibitors is extremely damaged and corroded while in the presence of inhibitors metal surface was smooth and without severe damage K eywords Mild steel, Corrosion, Schiff base, Adsorption, Electrochemical test, Quantum chemical calculation. <
در این پژوهش تاثیر ترکیبات شیف باز جدید (Sb1, Sb2, Sb3) سنتز شده به عنوان بازدارنده خوردگی بر نرخ خوردگی فولاد ساده کربنی در محلول 1M HCl بررسی شد. این ترکیبات جدید دارای پیوند S-S و هترو اتم های نیتروژن و گوگرد بطور همزمان هستند. برای بررسی اثر بازدارندگی ترکیبات شیف باز استفاده شده، از آزمون های رایج الکتروشیمیایی ( پلاریزاسیون تافل و امپدانس الکتروشیمیایی) و هم چنین آزمون غوطه وری در حضور غلظت های مختلف هر سه بازدارنده (10، 20، 30، 40 و ppm 50) استفاده شد. نرخ خوردگی فولاد ساده کربنی در آزمون غوطه وری در محلول بدون بازدارنده mg/cm 2 .h 177/1 بود که در حضور غلظت بیشینه بازدارنده های Sb1، Sb2 و Sb3 نرخ خوردگی به ترتیب به مقادیر 0976/0، 137/0 و mg/cm 2 .h 0255/0 کاهش یافت و بازده بازدارندگی به ترتیب برای هر سه بازدارنده ذکر شده 7/91، 3/88 و 8/97% بود که نشان دهنده تاثیرگذاری قابل توجه بازدارنده بر بازدارندگی خوردگی فولاد ساده کربنی است. نتایج آزمون پلاریزاسیون تافل نشان داد که بازدارنده ها با عملکرد جذبی خود بر هر دو شاخه کاتدی و آندی اثر می گذارند. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت بازدارنده ها بازدهی بازدارندگی افزایش می یابد. چگالی جریان خوردگی در محلول بدون بازدارنده cm 2 / 1/640 بود که در حضور غلظت بیشینه بازدارنده های Sb1، Sb2 و Sb3 به ترتیب به مقادیر 5/63، 4/86 و /cm 2 7/41 کاهش یافت و بازده بازدارندگی در حضور این سه بازدارنده به ترتیب مقادیر 07/90، 50/86 و 48/93% بود. نتایج آزمون EIS نشان داد که در حضور بازدارنده ها در محلول خورنده مقاومت انتقال بار افزایش و ظرفیت خازنی لایه دوگانه الکتریکی کاهش می یابد مقاومت انتقال بار در غیاب بازدارنده.cm 2 ? 26 بود که در حضور غلظت بیشینه بازدارنده های Sb1، Sb2 و Sb3 به ترتیب به مقادیر 348، 233 و.cm 2 ? 515 افزایش یافت و بازده بازدارندگی برای هر سه بازدارنده به ترتیب مقادیر 52/92، 84/88، 95/94% بود. جذب هر سه شیف باز مطالعه شده از ایزوترم جذب لانگمویر پیروی کرد و مقادیر بزرگ انرژی آزاد استاندارد جذب و ثابت تعادلی جذب نشان از جذب قوی مولکول های بازدارنده روی سطح فلز داشت. آزمون پلاریزاسیون تافل در بازه دمایی 25 – 55 در حضور غلظت بیشینه هر سه بازدارنده انجام شد و نتایج نشان داد که میزان افزایش چگالی جریان خوردگی در محلول حاوی بازدارنده به شدت کمتر از محلول بدون بازدارنده بود که تایید کننده عملکرد بازدارندگی مناسب هر سه شیف باز حتی در دماهای بالا بود. مقادیر انرژی اکتیواسیون خوردگی محاسبه شده در حضور بازدارنده کمتر از محلول بدون بازدارنده بود که بیان کننده جذب غالب شیمیایی شیف بازهای بررسی شده بود. محاسبات کوانتوم شیمیایی برای مقایسه با داده های آزمون های تجربی انجام شد و پارامترهایی مانند E HOMO ، E LUMO ، E? و ?? محاسبه و گزارش شدند. همچنین نحوه توزیع چگالی الکترونی HOMO و LUMO بررسی شد. مقادیر محاسبه شده از محاسبات کوانتوم شیمیایی رابطه مستقیم با داده های به دست آمده از آزمون های تجربی نشان ندادند که این نتایج بیان کننده پیچیده بودن فرایند بازدارندگی خوردگی است. تصاویر SEM به دست آمده از سطح فلز نشان داد که سطح فولاد ساده کربنی در غیاب بازدارنده به شدت خورده شده و آسیب دیده است در صورتی که در حضور بازدارنده سطح فلز نرم و بدون آسیب دیدگی جدی است که تایید کننده جذب مولکول های بازدارنده روی سطح و کاهش میزان خوردگی است. کلمات کلیدی فولاد ساده کربنی، خوردگی، شیف باز، جذب، آزمون الکتروشیمیایی، محاسبات کوانتوم شیمیایی .