تاكل الالمنيوم وبعض سبائكه وتثبيط تاكله في اوساط حامضية وقاعدية بواسطة مثبطات صديقة للبيئة في درجات حرارية مختلفة == Corrosion of Aluminium and Some of Its Alloys and Inhibition in Acidic and Basic Media by Environmentally Friendly Inhibitors at Different Temperatures
Author name:
زينب وجدي احمد
Supervisor name:
وصال عبد العزيز عيسى
General topic:
Chemistry
Specific topic:
Physical Chemistry
Degree:
Doctorate
University:
University of Baghdad - College Of Science For Girls
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
25T1779 - p.pdf
Abstract:
يتناول موضوع الاطروحة دراسة السلوك الاستقطابي للالمنيوم ولبعض سبائكه في محاليل حامض الكبريتيك وهيدروكسيد الصوديوم على مدى من درجات الحرارة تراوحت من 293 الى 308 كلفن. ويمكن تقسيم الصيغة العملية للدراسة الى ما يلي : دراسة السلوك الاستقطابي للالمنيوم ولثلاثة من سبائكه في كلا الوسطين الحامضي والقاعدي, وكانت السبائك المستعملة هي 2024 و6061 و7075 وتشير هذه الارقام الى مكونات العناصر الفلزية المكونة للسبيكة.تمت الدراسة في الوسط الحامضي اولا وعند قيم الاس الهيدروجيني (pH) 0.7 و1.7 باستعمال حامض الكبريتيك ثم في الوسط القاعدي باستعمال هيدروكسيد الصوديوم عند قيم الاس الهيدروجيني 11 و13 .وجرت الدراسة للالمنيوم وسبائكه باستخدام جهاز المجهاد الساكن Wenking M Lab potentiostat - Galvanostst المستحصل من شركة المانية وامكن بواسطته الحصول على منحنيات الاستقطاب (Polarization Curves) على مدى من الجهود تراوحت من - 200 mV الى +200mV نسبة الى جهد الدائرة المفتوحة وباستعمال سرعة مسح (scan rate) (2mV/s) .وتم التعبير عن النتائج المستحصلة بدلالة جهد التاكل (E_corr ) وتبين من هذه النتائج ان جهد التاكل يزداد سالبيته في الوسط القاعدي كلما اتجهنا من اليمين الى اليسار وفق النسق الاتي : (2024 اقل سالبيته ).acidic medium pure Al > 7075 > 6061 > 2024alkaline medium 6061 > pure Al > 7075 > 2024اما تغيرات كثافة تيار التاكل current desting)) فانها ازدادت حسب الترتيب التالي في الوسطين الحامضي والقاعدي : acidic medium pure Al > 2024 > 7075> 6061acidic medium 2024 > 6061 > 7075 > pure Al تمت دراسة تاثير ايون الكلوريد (Cl^ - ) المضاف بتركيز 0.6 〖mol.dm〗^( - 3) الى الوسط الحامضي عند قيميي الاس الهيدروجيني 0.7 و1.7 والى الوسط القاعدي عند قيمتي الاس الهيدروجيني 11 و13 في مدى درجات الحرارة من 293K الى 303K . وقد اظهرت النتائج ان قيم جهود التاكل تصبح اكثر سالبية (الاتجاه الفعال) بالنسبة الى الالمنيوم والسبائك الثلاثة المستخدمة في هذه الدراسة في الوسط القاعدي. اما بالنسبة لتاثير ايون الكلوريد في الوسط الحامضي فقد اظهرت النتائج بان السبائك الثلاثة تصبح اكثر فعالية كذلك بينما لا يتغير تاكل الالمنيوم بشكل فعال.اما بالنسبة لتاثير ايون الكلوريد على تغيرات كثافة تيار التاكل فقد تبين من النتائج ان السبائك الثلاثة تكون اكثر فعالية في الوسطين القاعدي والحامضي. تمت دراسة تاثير التثبيط (inhibition) للالمنيوم وثلاثة من سبائكة عند الاس الهيدروجيني pH=0.7 والاس الهيدروجيني pH=13 في المدى الحراري (293 - 308)K من قبل الحوامض الامينية (كمثبطات صديقة للبيئة ) والمشتملة على المثيونين (Methionine) وحامض الكلوتاميك (Glutamic acid) واللايسين (Lysine) كل على انفراد في مدى من التراكيز تراوحت بين (〖1×10〗^( - 2) - 〖1×10〗^( - 3) ) 〖mol.dm〗^( - 3) .تم حساب كفاية التثبيط (inhibition efficiency , IE) بالنسبة الى تثبيط جميع النماذج وبالنسبة الى الحوامض الامينية الثلاثة التي اشتملت عليها الدراسة, ولو قدرت الحماية الجيدة في هذه الدراسة بقيم تساوي او تزيد عل 50% فان الاحماض الامينية الثلاثة اعطت اعلى حماية بالنسبة للسبيكة 7075 والتي كانت 90% عند تركيز المثبط 〖1×10〗^( - 2) 〖mol.dm〗^( - 3) ودرجة حرارة 293K. اما في المحيط القاعدي فان الحامض الاميني المثيونين اعطى قيم للحماية والتي كانت 79% بالنسبة للسبيكة 2024 اما الحامض الاميني الكلوتاميك فقد وصلت كفاية الحماية الى 80% للسبيكة 6061 كذلك بالنسبة للحامض الاميني اللايسين اعطى اعلى كفاية حماية له بالنسبة للسبيكة 6061 حيث وصلت الى 81.5% .ولوحظ ان قيم كفاءة التثبيط (IE) تزداد مع ازدياد تركيز المثبط وتقل عند زيادة درجة الحرارة لكافة الحوامض الامينية المستخدمة وفي كلا الوسطين الحامضي والقاعدي . حسبت الكميات الثرموديناميكة (Thermodynamic Quantities) (∆H°,∆S°,∆G°) المصاحبة لتفاعلات التاكل وقد اظهرت الدراسة ان قيم طاقة كيبس الحرة (Gibbs free energy,∆G) كانت على العموم اكثر سالبية في الوسط القاعدي مما عليه في الوسط الحامضي, وهذا يشير الى ازدياد امكانية حدوث تفاعل التاكل في الظروف التجريبية المستخدمة في البحث كما امتدت قيم تغير الانتروبي (entropy Change ,∆S°) على مدى واسع من التغير. وان هذا التغير يدل على تباين نوع ومدى اعتمادية تغيرات الطاقة الحرة لعملية التاكل على درجة الحرارة. ومن تغيرات قيم الانتروبي (∆S°) فان قيم تغير الانثالبي (enthalpy Change ,∆H°) تغيرت ايضا من الموجب الى السالب او العكس.كما تم حساب الكميات الثرموديناميكية لعملية اعاقة التاكل باستخدام الحوامض الامينية كمثبطات صديقة للبيئة وكان عمل المثبط معتمدا على عملية امتزازه على سطح الفلز او السبيكة من خلال خضوعه الى متساوي درجة الحرارة للانكمير (Langmuir isotherm) حيث حسب ثابت التوازن لعمليتين الامتزاز والابتزاز معا (adsorption / desorption processes) والطاقة الحرة لكيبس و(∆S,∆H ) في مدى درجات الحرارةK (293 - 308).درست حركيات (kinetics) تفاعلات التاكل من خلال العلاقات المستحصلة بين قيم لوغارتم سرعة التاكل (log rate) بمقلوب درجة الحرارة (1/T) والتي امكن منها حساب قيمة طاقة التنشيط. (activation energy,E_a) وقيمة مسبوق المقدار الاسي (pre - exponential, A) وتبين من هذه الدراسة ان قيم طاقة التنشيط في المحيط الحامضي اكبر من نظيرتها في الوسط القاعدي كما ان قيم طاقة التنشيط عند استعمال التثبيط (inhibition) تفوق نظيراتها بغياب المثبط (inhibition) مما يدل ان المثبط رفع حاجز الطاقة الى مستويات اعلى اي ان سرعة التاكل قلت عند استعمال المثبط . ولوحظ ايضا عند التثبيط وجود علاقة خطية بين لوغارتم مسبوق المقدار الاسي 〖log 〗A وقيم طاقة التنشيط E_a المناظرة لها, وتدل هذه العلاقة الخطية ان تفاعل التاكل يحدث على مواقع متباينة على سطح الفلز او السبيكة من حيث قيم طاقة التنشيط وانا تفاعل التاكل يبدا بالمواقع التي تتمتع بطاقة تنشيط واطئة اول الامر ثم ينتشر تباعا الى المواقع التي تتمتع بطاقات تنشيط اعلى. اظهرت فحوصات المجهر البصري (Optical Microscope) لسطوح الالمنيوم وثلاثة من سبائكه تاثير كل من حامض الكبريتيك وهيدروكسيد الصوديوم على زيادة التاكل, كما ان اضافة كلوريد الصوديوم ادى الى زيادة اكبر في عملية التاكل وهذا يتضح من قيم كثافة تيار التاكل (Corrosion Current Density) وتبين الصور تاثير المثبط على اعاقة التاكل في الاوساط المختلفة حيث تختفي المناطق المتضررة بشكل واضح. | The present research involves an investigation on polarization behavior of aluminium as well as three of aluminium base alloys in sulphuric acid and sodium hydroxide solution in the temperature range (293 - 308)K. The major items of this research and the main result obtained may be presented as follows : Polarization behavior studies covered aluminium and its three alloys in both acidic and alkaline media. The alloys which have been used were : 2024, 6061 and 7075 , each of these figures donates to the elements constituent in the alloys. The work was performed in H_2 〖SO〗_4 solution at pH values of 0.7 and 1.7 and also in NaOH solution at pH values of 11 and 13. The polarization behavior of aluminium and the alloys has been examined using WENKING M lab Potentiostat - Galvanostat at a scan rate of 2 mV/s. The main results obtained were expressed in terms of the corrosion potential E_corr (which became more negative towards the right and were noble towards the left) as given in the following two major sequences : In acidic medium pure Al > 7075 > 6061 > 2024In alkaline medium 6061> pure Al > 7075 > 2024 and also in term of corrosion densities i_corr of aluminium and its alloys in acidic and alkaline media which follow the two sequences : acidic medium pure Al > 2024 > 7075 > 6061Alkaline medium 2024 > 6061 > 7075 > pure Al The corrosion potential and corrosion current densities were changed considerably by the presence of 0.6 mol 〖dm〗^( - 3) (3.5% w/w) of NaCl in the corrosion medium and such changes were examined in both acidic and alkaline media in the temperature range (293 - 308)K.Values of the corrosion potential became more negative for aluminium and its three alloys in alkaline medium while in acidic medium the three aluminium alloys become more negative But E_corr for pure aluminium does not change condersbily.Values of i_corr for aluminium and its alloys indicated higher acitivity in alkaline and acidic media. In the presence of 〖Cl〗^ - , pitting was observed on the surface leading to a general type corrosion on the surface. The corrosion protection was investigated for aluminium and its alloys in the acidic (pH=0.7) and alkaline media (pH=13) in the temperature range (293 - 308)K. using three amino acids which involved methionine, glutamic acid and lysine (as green inhibitors) separately in the concentration range (〖1×10〗^( - 3) - 〖1×10〗^( - 2) ) mol.〖dm〗^( - 3) .The inhibition efficiencies (IE) were calculated for aluminium and its alloys, and assuming that active fruitful protection in the present work to correspond to the values of ≥ 50% . The three amino acids showed high protection effect on the corrosion of aluminium alloys specially on 7075 alloy in acidic medium which reach 91% while in alkaline medium methionine has IE% reach 79% for 2024AA, Glutamic acid has IE% reach 80% for 6061 AA and lysine IE% reach 81% for 6061 at 293K and 〖10〗^( - 2) mol.〖dm〗^( - 3). The values of inhibition efficiency increase as the concentration of inhibitor increases. Values of the thermodynamic quantities (∆G°,∆H° and ∆S°) were obtained for the corrosion of aluminium and its alloys. ∆G° values were in all cases more negative in alkaline medium than in acidic medium indicating a greater corrosion feasibility in the former media than in the later. ∆S° values extended over a wide range in the acid or alkaline. Such variation of ∆S° values was generally controlled by the type and extent of the dependency of ∆G values on temperature. As a result of such variation, values of ∆H were also found to acquire both positive and negative values.Values of thermodynamic quantities for the inhibition process using amino acids as environmentally friendly inhibitors were obtained. The inhibition action via adsorption / desorption processes reflect the affinity of the inhibitor molecules towards surface adsorption sites of the metal and alloys. The adsorption process obeys Langmuir isotherm where K_ads was calculated in addition to other quantities such as (∆G,∆S and ∆H)in the temperature range (293 - 308)K. Kinetics of the corrosion were controlled by Arrhenius type equation in all cases. The activation energies of the inhibited system are higher than that of uninhibited one indicating the inhibitor raise the energy barrier to more values A linear relationship existed between the values of E_a and the logarithm of the pre - exponential factor logA in the inhibited systems suggesting the operation of a compensation effect in the kinetics of inhibition. This suggests that, the inhibition process proceeded on special surface sites, which were associated with different energies of activation .The surface morphology of aluminium and its alloys specimens exposed to acidic and basic media in absence and presence of the inhibitor were examined by optical microscope. It can be noticed the strong damage in presence of chloride ion in absence of inhibitor due to metal dissolution in aggressive solution. However, no pits and cracks were observed in the micrograph after the addition of the inhibitors to the aggressive solution
