SUPERVISOR
Mehdi Amirnasr,Kaivan Raissi,Mohmmad ali Golozar,Soraia Meghdadi
مهدي اميرنصر (استاد مشاور) کيوان رئيسي (استاد راهنما) محمدعلي گلعذار (استاد راهنما) ثريا مقدادي (استاد مشاور)
STUDENT
Hosein Heydari soodjani
حسين حيدري سودجاني
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. <
چکيده در اين پژوهش تاثير ترکيبات شيف باز جديد (Sb1, Sb2, Sb3) سنتز شده به عنوان بازدارنده خوردگي بر نرخ خوردگي فولاد ساده کربني در محلول 1M HCl بررسي شد. اين ترکيبات جديد داراي پيوند S-S و هترو اتم هاي نيتروژن و گوگرد بطور همزمان هستند. براي بررسي اثر بازدارندگي ترکيبات شيف باز استفاده شده، از آزمون هاي رايج الکتروشيميايي ( پلاريزاسيون تافل و امپدانس الکتروشيميايي) و هم چنين آزمون غوطه وري در حضور غلظت هاي مختلف هر سه بازدارنده (10، 20، 30، 40 و ppm 50) استفاده شد. نرخ خوردگي فولاد ساده کربني در آزمون غوطه وري در محلول بدون بازدارنده mg/cm 2 .h 177/1 بود که در حضور غلظت بيشينه بازدارنده هاي Sb1، Sb2 و Sb3 نرخ خوردگي به ترتيب به مقادير 0976/0، 137/0 و mg/cm 2 .h 0255/0 کاهش يافت و بازده بازدارندگي به ترتيب براي هر سه بازدارنده ذکر شده 7/91، 3/88 و 8/97% بود که نشان دهنده تاثيرگذاري قابل توجه بازدارنده بر بازدارندگي خوردگي فولاد ساده کربني است. نتايج آزمون پلاريزاسيون تافل نشان داد که بازدارنده ها با عملکرد جذبي خود بر هر دو شاخه کاتدي و آندي اثر مي گذارند. نتايج نشان داد که با افزايش غلظت بازدارنده ها بازدهي بازدارندگي افزايش مي يابد. چگالي جريان خوردگي در محلول بدون بازدارنده cm 2 / 1/640 بود که در حضور غلظت بيشينه بازدارنده هاي Sb1، Sb2 و Sb3 به ترتيب به مقادير 5/63، 4/86 و /cm 2 7/41 کاهش يافت و بازده بازدارندگي در حضور اين سه بازدارنده به ترتيب مقادير 07/90، 50/86 و 48/93% بود. نتايج آزمون EIS نشان داد که در حضور بازدارنده ها در محلول خورنده مقاومت انتقال بار افزايش و ظرفيت خازني لايه دوگانه الکتريکي کاهش مي يابد مقاومت انتقال بار در غياب بازدارنده.cm 2 ? 26 بود که در حضور غلظت بيشينه بازدارنده هاي Sb1، Sb2 و Sb3 به ترتيب به مقادير 348، 233 و.cm 2 ? 515 افزايش يافت و بازده بازدارندگي براي هر سه بازدارنده به ترتيب مقادير 52/92، 84/88، 95/94% بود. جذب هر سه شيف باز مطالعه شده از ايزوترم جذب لانگموير پيروي کرد و مقادير بزرگ انرژي آزاد استاندارد جذب و ثابت تعادلي جذب نشان از جذب قوي مولکول هاي بازدارنده روي سطح فلز داشت. آزمون پلاريزاسيون تافل در بازه دمايي 25 – 55 در حضور غلظت بيشينه هر سه بازدارنده انجام شد و نتايج نشان داد که ميزان افزايش چگالي جريان خوردگي در محلول حاوي بازدارنده به شدت کمتر از محلول بدون بازدارنده بود که تاييد کننده عملکرد بازدارندگي مناسب هر سه شيف باز حتي در دماهاي بالا بود. مقادير انرژي اکتيواسيون خوردگي محاسبه شده در حضور بازدارنده کمتر از محلول بدون بازدارنده بود که بيان کننده جذب غالب شيميايي شيف بازهاي بررسي شده بود. محاسبات کوانتوم شيميايي براي مقايسه با داده هاي آزمون هاي تجربي انجام شد و پارامترهايي مانند E HOMO ، E LUMO ، E? و ?? محاسبه و گزارش شدند. همچنين نحوه توزيع چگالي الکتروني HOMO و LUMO بررسي شد. مقادير محاسبه شده از محاسبات کوانتوم شيميايي رابطه مستقيم با داده هاي به دست آمده از آزمون هاي تجربي نشان ندادند که اين نتايج بيان کننده پيچيده بودن فرايند بازدارندگي خوردگي است. تصاوير SEM به دست آمده از سطح فلز نشان داد که سطح فولاد ساده کربني در غياب بازدارنده به شدت خورده شده و آسيب ديده است در صورتي که در حضور بازدارنده سطح فلز نرم و بدون آسيب ديدگي جدي است که تاييد کننده جذب مولکول هاي بازدارنده روي سطح و کاهش ميزان خوردگي است. کلمات کليدي فولاد ساده کربني، خوردگي، شيف باز، جذب، آزمون الکتروشيميايي، محاسبات کوانتوم شيميايي .