咪唑啉季铵盐的合成及其在CO2腐蚀环境中的缓蚀性能

分别使用硫酸二乙酯、氯化苄和冰醋酸三种季铵化试剂对由油酸、二乙烯三胺合成的咪唑啉进行季铵化，使用动态失重法对比了它们在CO2腐蚀环境中对Q235钢的缓蚀性能，并用电化学方法研究了缓蚀机理。结果表明：使用硫酸二乙酯合成的咪唑啉季铵盐BMI-D比其他两种咪唑啉季铵盐具有更好的缓蚀效果；BMI-D与烷基酚聚氧乙烯醚的最佳质量分数配比为2∶1时可制得复合缓蚀剂BMI-DA，当BMI-DA质量浓度为100mg/L时，缓蚀率可达到97.55%；BMI-DA是以控制阳极过程为主的混合型缓蚀剂。     

席夫碱自组装膜对铜的腐蚀保护

首次用交流阻抗和稳态极化技术测试了带有巯基的席夫碱在0．5mol／LNaCl溶液中对铜的缓蚀作用，初步结果显示，所研究的席夫碱可以在HNO3处理的铜表面自组装成膜，该膜对铜有一定的腐蚀保护能力。     

羟基基团对咪唑啉衍生物在H2S/CO2体系中缓蚀性能的影响

用硬脂酸、十二羟基硬脂酸分别与二乙烯三胺、羟乙基乙二胺合成了4种咪唑啉衍生物。通过在H2S/CO2体系中采用动态腐蚀失重、接触角、AFM力曲线测试和电化学方法,研究了咪唑啉衍生物引入羟基基团后对其缓蚀性能和缓蚀剂膜的疏水性能的影响。测试结果表明,咪唑啉衍生物烷基链上引入羟基后接触角变大,粘附力升高,疏水效果更好;动态失重和电化学测试表明亲水基团和疏水基团都含有羟基时咪唑啉衍生物的缓蚀效果最好。     

碳钢CO2腐蚀产物膜生长行为研究

利用高温高压CO2腐蚀模拟试验、微观形貌观察和电化学测试研究了16Mn钢腐蚀行为随时间的变化,探讨腐蚀产物膜形成过程。随腐蚀时间延长,16Mn钢均匀腐蚀速率减小,腐蚀产物晶粒逐渐长大并堆垛紧密,逐渐成膜覆盖于金属表面,膜厚先增加后逐渐趋于稳定,对基体保护能力增强。随腐蚀时间延长,有膜覆盖的16Mn腐蚀电流密度减小,极化电阻增加。腐蚀初期的电化学阻抗谱呈现3个时间常数,随时间延长,中低频区感抗弧逐渐消失,完整的腐蚀产物膜覆盖金属表面而对电化学反应过程产生影响。     

1-(2-羟乙基)-2-烷基咪唑啉缓蚀剂在铁表面吸附的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟方法,分析液相条件下6种不同烷基链长的1-(2-羟乙基)-2-烷基咪唑啉缓蚀剂在Fe(001)表面的吸附.结果表明:6种缓蚀剂分子的极性头基均会吸附在铁表面,且头基中的咪唑环在铁表面上近似平行吸附,而分子的烷基碳链则背离金属表面,并以一定的倾角指向液相;随分子烷基链长的增加,缓蚀剂与铁表面的结合强度逐渐增大,同时缓蚀剂膜的致密性也逐渐增大;模拟的6种缓蚀剂分子缓蚀性能与实验结果吻合.     

探针作用下自组装膜的分子动力学模拟

用分子动力学模拟的方法研究了在金探针作用下沉积在金(111)表面的十六烷基硫醇自组装膜的纳米摩擦特性.整个模拟过程包括平衡、压缩和扫描3个阶段.结果表明,在压缩阶段,随着探针和膜之间距离的减小,和探针相邻近分子的倾角增大,势能也随之增大.在扫描阶段,膜出现连续滑移,且S层随着扫描方向被拖动,甚至被破坏.     

不同腐蚀介质中改性咪唑啉的缓蚀性能

由油酸、多胺及改性试剂合成了4种咪唑啉衍生物。通过静态挂片失重法评价了咪唑啉缓蚀剂在不同矿化度的模拟盐水、饱和CO₂的模拟盐水以及油田回注污水中对A3碳钢腐蚀的抑制作用。实验结果表明,所合成的咪唑啉缓蚀剂可以抑制溶解氧的腐蚀,对CO₂的腐蚀抑制效果更好,10mg/L缓蚀剂D缓蚀率达95.36%。腐蚀介质的矿化度对缓蚀效果有一定影响,矿化度在10000～70000mg/L变化时,缓蚀率波动在10%～15%。油田回注污水实验表明咪唑啉型缓蚀剂适合应用于现场,尤其是偏酸性水质,腐蚀速率满足小于0.076mm/a的油田标准。     

咪唑啉类分子的电子密度及对钢在酸中的缓蚀作用

本文研究了含N、S或O的咪唑啉衍生物对铜在无机酸和有机酸中的缓蚀效力。用量子化学的半经验分子轨道理论CNDO/2方法对这些分子中各原子的电子密度进行了计算,讨论了该类分子的缓蚀机理,表明这类分子是性能优良的缓蚀剂。     

钢表面2-巯基苯并噻唑衍生物自组装膜的缓蚀性能研究

运用自组装技术在钢片表面制备了2-巯基苯并噻唑衍生物的分子膜,并用倒置金相显微镜观察了其自组装分子膜的膜形貌;采用电化学测试技术研究了自组装膜在1mol/L HCl中对钢片的缓蚀性能。结果表明,这种2-巯基苯并噻唑衍生物缓蚀剂自组装膜对钢片有良好的缓蚀能力。     

2-巯基苯并噻唑衍生物自组装分子膜对45#钢的缓蚀性能

合成了2-辛巯基苯并噻唑化合物,运用IR、MS和元素分析等方法对其结构进行了表征。通过自组装技术在钢片表面制备有机分子膜;采用静态失重法和电化学测试技术研究了自组装膜在1mol/LHCl中对钢片的缓蚀性能。结果表明,2-巯基苯并噻唑衍生物缓蚀剂自组装膜对钢片有良好的缓蚀能力。     

碳钢高温高压CO2腐蚀产物膜的形成机制

利用高温高压反应釜模拟了N80钢在CO2分压1MPa、温度90℃、流速1ms-1条件下地层水中不同时间的腐蚀行为,并应用SEM、EDS和XRD等微观分析手段研究了腐蚀产物膜的微观形貌、成分和结构特征,探讨了腐蚀产物膜的形成机制. 结果表明:在腐蚀开始阶段(8h),腐蚀产物主要为Fe3C,并有少量的FeCO3形成. 随着腐蚀的进行(72h后),腐蚀产物膜基本上为FeCO3. 腐蚀产物膜由内外两层构成:内层膜是溶液中HCO-3不断透过膜进入膜/基界面与基体反应形成,并使膜/基界面不断向内推进;外层膜是由于溶液中Fe2 和CO2-3的浓度超过FeCO3的容度积,FeCO3晶体在内层膜表面形核并长大而形成. 外层膜的晶粒比较细小、致密. 内层膜与外层膜的界面结合比较弱,而内层膜与基体的结合比较强.     

X65碳钢的H2S/CO2腐蚀控制因素研究

目前,H₂S/CO₂腐蚀过程的控制因素判定依据主要参考Dunlop等的研究结果,但该判定结果经常与油田实际腐蚀情况不相符。为找到造成偏差的主要原因,更好地指导生产实践,采用动态高温高压釜,使用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD）等手段对X65碳钢在H₂S/CO₂共存体系中的腐蚀控制因素进行了研究。结果表明,不同温度下平均腐蚀速率随H₂S/CO₂分压比（p_H2S/p_CO2）的变化呈现两种不同的规律,这与腐蚀产物的膜形态和组成密切相关;腐蚀控制因素与p_H2S/p_CO2有关,而p_H2S/p_CO2临界值大小与温度密切相关。对于H₂S腐蚀控制,当温度低于40℃时,Dunlop等的研究结果仍然适用;当温度从40℃升高至60℃时,本研究的p_H2S/p_CO2临界值由0.05升高到0.10。对于CO₂腐蚀控制,本研究的p_H2S/p_CO2临界值在85℃以上时由原来的0.002逐渐升高到0.003。根据以上研究结果,修正了X65碳钢的H₂S/CO₂腐蚀过程的控制因素与p_H2S/p_CO2及体系温度的关系图。     

苯并咪唑类化合物作为碳钢缓蚀剂的研究

通过失质量法、极化曲线法研究了20^#碳钢在含有苯并咪唑类化合物的HCL溶液中的腐蚀行为。结果发现在室温和50℃的条件下，5种苯并咪唑化合物的缓蚀效果都很明显。其中2-对氯苄基苯并咪唑的缓蚀性能最好。     

芳香族亚砜缓蚀剂对碳钢的腐蚀抑制作用

按照有机结构-吸附现象-腐蚀性能的线性关系设计合成了几种芳香族亚砜化合物,采用正交设计法添加KI等配制成相应缓蚀剂,并用失重法评价了它们在H2SO4体系中的缓蚀作用.实验结果表明,芳香亚砜化合物在1 mol·L-1硫酸介质中对20号碳钢的腐蚀率符合Hammett方程式lgη=-0.196σ+1.86.在浓度相同的化合物为主体的缓蚀剂中,二对胺基苄基亚砜缓蚀效率最高,且缓蚀率由大到小的顺序为二对胺基苄基亚砜→二对甲氧基苄基亚砜→二对甲基苄基亚砜→二苄基亚砜;二对胺基苄基亚砜主体缓蚀剂在1 mol·L-1硫酸介质中对20号碳钢的腐蚀率为0.28×10-3 kg·m-2·h-1,二对胺基苄基亚砜与I-具有较好的协同效应.     

Q125级ERW用石油套管钢力学性能及CO2腐蚀行为

设计研发一种低碳的Q125级ERW用石油套管用钢。运用SEM和TEM分析实验钢的强化机制,并采用高温高压反应釜对实验钢的CO2腐蚀行为进行研究。实验结果表明:实验钢的晶粒粒径10～15μm,晶区的长度约为2μm,马氏体板条束宽度约150 nm,这些均为实验钢具有较好的强韧性配合提供条件;直径约为50 nm的圆形(Nb,Ti)(C,N)析出物,通过钉扎晶界阻止γ晶粒的粗化过程,可有效阻止奥氏体晶粒的长大;直径约20 nm的椭圆形(Nb,Ti)C以及纳米级圆形NbC析出物,可起到钉扎位错的作用,阻止位错移动,可很大程度地提高强度;实验钢腐蚀速率随着温度的增加先增大后减小,在90℃时平均腐蚀速率和点蚀速率均达到最大值;在60℃时,点蚀速率与平均腐蚀速率相差程度最大。     

缓蚀剂对电偶腐蚀的抑制作用的研究

通过测量N80和13Cr钢电偶电流，比较了几种缓蚀剂对电偶腐蚀的抑制效果，研究了缓蚀剂与硫脲之间的协同作用，并采用动电位扫描法对缓蚀剂BHD-Z的性能进行了研究。结果表明，添加少量的硫脲就能显著提高缓蚀剂BHD-Z的缓蚀效果。当硫脲添加量为4%时，对电偶腐蚀的抑制效果最佳。缓蚀剂BHD-Z主要抑制了腐蚀的阳极过程，属于一种阳极抑制型缓蚀剂。     

X70管线钢在含CO2湿气环境下腐蚀产物膜的生长

针对X70管线钢在湿气CO2环境下腐蚀产物膜的生长过程,利用高温高压冷凝反应釜进行不同腐蚀时间的动态模拟冷凝试验,分析腐蚀速率随腐蚀时间的变化规律。通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)考察不同腐蚀时间下腐蚀产物膜的微观形貌和成分。进行湿气温度为25℃的静、动态模拟冷凝试验,对比动、静态条件下腐蚀产物膜的微观形貌,考察流动状态对腐蚀速率和腐蚀产物膜生长的影响。在湿气冷凝腐蚀的特殊腐蚀环境下,探讨不同腐蚀阶段FeCO3形核和长大的关系,建立低温条件下X70钢湿气CO2腐蚀产物膜的成膜机制。结果表明:流动条件下湿气腐蚀速率高于静态条件,且流动条件下的腐蚀产物膜厚度较厚;X70钢低温下湿气腐蚀产物膜总体呈现无定形状态,内部镶嵌有FeCO3颗粒。     

用神经网络预测碳钢表面合金化处理后的耐腐蚀性能

采用ＢＰ神经网络建立了碳钢表面合金化处理后的耐腐蚀性能的预测模型,分析了网络结构对预测精度的影响,神经网络将寻求序列规律的过程转化为Ｒ＾ｎ→Ｒ＾ｍ逼近的非线性映射的非线性优化问题,适当增加输入单元的历史序列样本,可以得到对序列更为精确的预测,存在最优隐含层节点数。最后进行实际预测,结果表明,这一预测方法对金属材料耐腐蚀试验有指导意义,并具有一定的实用价值。