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低频磁场水处理缓蚀的使用条件研究_许艳梅

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低频磁场水处理缓蚀的使用条件研究许艳梅1¹ 李国笃2 许宗贤2 吴俊启2(1:中冶集团北京冶金设备研究设计总院冶炼工程事业部 北京100029;2:莱芜钢铁公司技改工程指挥部 山东莱芜271106)

摘要 从实际运用的角度出发,研究了低频磁场水处理缓蚀的使用条件和缓蚀效果。通过对包钢总排回水的磁处理试验,分析了磁感应强度、磁场频率、水流速度和钢丝填充率等四个因素对腐蚀速率的影响,指出磁处理会改变水溶液及其所含物质的性质,进而改变其对管路的腐蚀性能。不同的使用条件会导致管路不同的腐蚀程度,甚至会出现负效应,着重研究了低频磁场的最佳条件,以达到非化学缓蚀的目的。关键词 低频磁场 缓蚀 使用条件

StudyontheApplicationConditionsforAnticorrosionontheLow-FrequencyMagneticFieldofWaterTreatment

XUYanmei1 LiGuodu2 XuZongxian2 WuJunqi2(1:BeijingCentralResearch&DesignInstituteforMetallurgicalEquipmentofMCCGroup;2:TheTechniqueDevelopmentOfficeofLAIGANGGroup)

ABSTRACT Theapplicationconditionsofanticorrosionwiththelow-frequencymagneticfieldforwatertrea-tmentwerestudied.AccordingtoexperimentofmagnetictreatmentonthemaindrainagereturningwaterofBaotouStee,ltheinfluencesofthemagneticfieldintensity,magneticfrequency,velocityofwaterandthefillingratioofsteelwoolonthecorrosionratewereanalysed.Italsoindicatesthatthemagnetictreatmentcouldchangethepropertiesofaqueoussolutionandothersubstanceitcontains,thereby,changesthecorrosionresistance.However,differentap-plicationconditionswillresultindifferentanticorrosioneffects,ifunderinaptitudeconditionsitisevenpossibletocausenegativeeffects,thispapermainlystudiesonoptimumconditionsofthelow-frequencymagneticfield,tendingtoachievethenon-chemicalanticorrosionpurpose.KEYWORDS Low-frequencymagneticfield Anticorrosive Applicationcondition

1 引言磁场水处理是一种物理处理方法,具有使用方便、运行费用低、无毒、无二次污染,容易屏蔽等优点。磁处理在水处理中可以集防腐、阻垢、除垢、杀菌、降低浊度等多种功能于一体,与其他处理方法相比,具有很明显的优势,因此,对其研究具有很重要的意义。目前,国内外对磁处理的研究主要集中在阻垢除垢方面,对因此引起的缓蚀方面的报道相对较少。甚至有些报道说磁处理没有防腐蚀的作用[1],刘卫国[2]等人则认为处理无效是由于使用不当,没有选择好参数,使磁效应不明显甚至出现负效应。影响磁处理缓蚀阻垢效果的因素很多,如磁感应强度、磁作用的方式、磁作用的时间、流速、磁场频率,溶液的性质(电导率、pH值、碱度、离子种类等)等等。由于实验条件的限制,主要针对磁感应强度、磁场频率、流速和钢丝填充率(影响磁场梯度)进行分析研究。2 实验方法和试验装置2.1 实验方法为了更好地体现磁化处理在工业水处理中的作用,本实验用水采用包头钢铁有限责任公司总排回水,根据腐蚀性能检测方法,采用旋转挂片法来分析不同磁处理条件下的腐蚀率,分析其缓蚀效果。

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ExtraEdition2009 冶 金 设 备METALLURGICALEQUIPMENT 2009年增刊 ¹作者简介:许艳梅,女,1981年出生,北京科技大学毕业,硕士学位,助理工程师取总排水60L倒入贮水箱中,根据设计参数,用转子流量计调节流量,经水泵循环,进入自行组建的高梯度磁处理器进行磁化作用,然后将适量磁化水移入2L大烧杯中,放入挂片仪器中(如图1所示),启动仪器,待试验溶液温度达到控制温度(40?1)e时,挂入试片(20#钢),启动电动机,使试片按一定旋转速度转动,并开始计时。3天后,停止试片转动,取出试片进行外观观察,然后对挂片做后期处理,分析腐蚀率、缓蚀率等参数。图1 旋转挂片试验装置示意图1)接恒温控制器;2)温度计;3)减速器;4)电动机;5)接220V电源和恒温控制器;6)试杯;7)试片2.2 实验装置磁处理器是决定磁处理效果的最关键因素之一。自行设计的高梯度磁处理器的核心部分是位于处理器中心部位的铜螺线管段,螺线管长度为40cm,由直径1.5mm的铜线圈缠绕而成;内部管路为PCV管,管内直径23.2mm。为了增加磁感应强度,在PCV管内加入不锈钢导磁材料-钢丝(钢丝的磁导率大约为4000)作为聚磁介质,使其在微小空间出现高的磁感应梯度。实验装置如图2所示。图2 磁处理试验装置示意图 1)贮水箱;2)截止阀;3)水泵;4)高梯度磁处理器; 5)转子流量计;6)取样瓶;7)低频电源 本实验装置中,自行组建的高梯度磁处理器在管路中垂直安装,以减少管道中污泥等杂物的堆积而引起堵塞。有文献报道,为了减小这种堵塞的风险,最好安装磁处理沉淀器。磁化处理后,取不同磁化参数下的磁化水样各2L,置入如图1所示的旋转挂片试验装置中,连续运转3天,停止试验后对挂片进行重量分析及成份检测并分析其腐蚀率、缓蚀率等参数。2.3 实验参数设定目前,研究磁处理缓蚀效果的方法很多,不同的处理方法,如不同磁处理器,不同磁处理条件,不同磁场频率等等,得到的结果是不同的,本文主要研究低频交变磁场处理下的磁处理缓蚀效果。由于本实验涉及到四个因素,若分别做实验则工作量太大,所以选择正交实验方法来优选该实验范围内的最佳参数,并对各因素的影响大小做对比分析。经分析,拟采用四因素三水平正交实验表L3(34)(表2)来研究各因素对低频磁处理缓蚀效果的影响。磁感应强度:本试验通过调节电流来控制磁感应强度,由于电流过大会导致磁处理器发热严重,则需要安装冷却设施,增加运行费用,所以这里控制电流在5A以下。磁感应强度与电流换算关系如表1。表1 磁感应强度和电流的换算关系磁感应强度0.02T0.06T0.08T电流1A3A5A 频率:通过实验室所做的大量研究,发现低频磁场比高、中频磁场水处理效果要好些,所以本实验选择低频磁场做研究。根据实验电源条件,选择25Hz,35Hz,45Hz三个水平。流速:根据本实验中用到的转子流量计的最大流量,以及此后用到的动态模拟装置的控制流速,选择0.2m/s(流量为300L/h),0.3m/s(流量为450L/h),0.4m/s(流量为600L/h)三个水平。钢丝填充率:0,3%,6%三个水平。表2 正交试验表

序号因 素磁感应强度/H频率/Hz水流速度/m/s钢丝填充率/%平均腐蚀速率/mm/a1#0.02250.200.8403

2#0.02350.330.8273

3#0.02450.460.79434#0.06250.360.77385#0.06350.400.8065

6#0.06450.230.76087#0.09250.430.85998#0.09350.260.8408

9#0.09450.300.831110#原水 0.8311

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许艳梅等:低频磁场水处理缓蚀的使用条件研究2009年增刊3 结果与讨论3.1 实验中挂片处理及结果分析挂片前期处理:将试片用滤纸把油脂擦拭干净,然后分别在正已烷和无水乙醇中用脱脂棉擦洗(10片试片/50mL上述试剂),用滤纸吸干,置于干燥器中4h以上,称量,精确到0.0001g,保存于干燥器中,待用。挂片后期处理:将取出的挂片烘干至恒重,称量,记录数据。然后进行酸洗工作:将试片用毛刷刷洗干净,然后在酸洗溶液中浸泡3~5min,取出,迅速用自来水冲洗后,立即浸入氢氧化钠溶液中约30s,取出后,用自来水冲洗,用滤纸擦拭并吸干,在无水乙醇中浸泡约3min用滤纸吸干,置于干燥器中4h,然后称量,精确到0.0001g。以mm/a表示腐蚀率b,公式如下b=10@365@(m-m0)A@D@T(mm/a)式中 m)))试片质量损失,g;mo)))试片酸洗空白实验的质量损失平均值,g;A)))试片表面积,cm2;D)))试片的密度,g/cm3;T)))试片的试验时间,(天)。以质量分数表示缓蚀率w,公式如下:w=b0-bb@100%式中 b0)))试片在未加水处理剂空白实验中的腐蚀率,mm/a;b)))试片在加水处理剂实验中的腐蚀率,mm/a。不同参数下得到平均腐蚀速率如表2所示,计算不同磁化处理参数下的缓蚀速率,绘制曲线如图3所示。图3 不同磁处理条件下的缓蚀率磁处理后腐蚀率发生了变化,可以说明磁处理不同程度地影响了水溶液的腐蚀性能;另一方面,不同磁参数下的腐蚀速率也不相同,甚至有些还高于原水的腐蚀速率,这说明磁处理的缓蚀性能和参数有很大的关系,如果选择得当,会起到很好的缓蚀作用,否则,缓蚀效果不明显,甚至还会起到负效应。3.2 四因素对缓蚀的影响分析对表2数据进行级差分析,得知四因素对平均腐蚀速率影响的强弱顺序为流速>频率>钢丝填充率>磁感应强度。且最佳参数组合为磁感应强度为0.06T(3A),磁场频率为45Hz,流速为0.3m/s,钢丝填充率为3%。为了进一步证明这组最佳参数的缓蚀性能,对这组参数采用上面提到的实验方法进行新的试验,结果表明,在这组参数下,腐蚀速率降低到0.5792mm/a,要低于其他几组实验数据,起到了较好的缓蚀效果。3.3 其他影响因素除了本试验中提到的四个因素,影响磁处理效果的因素还很多,例如有报道说溶液的酸度、碱度、硬度对磁作用的效果有明显的影响[3]。所以在实际应用当中,还要针对不同的水质选择合适的参数。磁场水处理有/记忆0效应,由于试验条件或实验参数的不同,目前所报道的记忆时间从10min到120h不等。且多指的是在静止的状态下,有文献报道说在剧烈鼓泡、搅拌或湍流作用下,只能持续8h[4]。所以对于循环冷却水处理时,必须对全部冷却水进行不间断的处理,而不能像化学处理方法那样只处理补充水。4 磁处理缓蚀机理分析水和水中的离子、分子都由带电粒子组成,是由带正电的原子核和带负电的电子组成。当这些带电粒子流过强磁场时,由于受到洛仑兹力的作用,带电粒子的运动方向要发生偏离,带正、负电荷的粒子的运动方向相反,洛仑兹力F=qVBsinA,式中q是带电粒子的所带的电荷,V是带电粒子的速度,B是磁感强度,A是磁场方向和带电粒子的运动方向的夹角。洛仑兹力与带电粒子所带电荷、带电粒子运动速度及磁感强度成正比,电子所带电荷与质子相等,在其他因素相同的情况下受到的洛仑兹力也相等,根据F=ma,其中m是物质的质量,a是离心加速度,因为电子的质量很小,所以离心加速度很大,即偏转的角度很大,电子云的偏转会发生如下反应:3Fe2O3#nH2O+2e-y2Fe3O4+1/2O2+nH2O这种情况下生成的Fe3O4不再被氧化。它是一种稳定化合物,在铁的表面形成致密保护层,阻止铁和水溶液继续接触,从而达到防腐蚀的目的。5 结论1)磁处理器是水处理成败的关键因素,因此,要选择适宜的优质磁处理器。2)磁处理会改变水溶液的性质,进而影响其腐蚀性能。但是不同的参数条件下,缓蚀效果不同,甚至会出现负效应。3)对于包钢总排回水水质,四因素对平均腐蚀速率影响的强弱顺序为流速、频率、钢丝填充率、磁感应强度。4)溶液的酸碱性和硬度以及处理时间对磁场水处理有很重要的影响。5)为了防止磁场水处理时污泥等杂物堵塞管路,建议垂直安装磁处理器,并安装磁处理沉淀器。参考文献[1]窦照英等.实用无污染防垢技术[M].北京:化学工业(转56页))48)

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低品位黄铜矿的磁场强化细菌浸出

低品位黄铜矿的磁场强化细菌浸出

低品位黄铜矿的磁场强化细菌浸出1汪模辉，袁源，陈文，王建伟，祝丽丽成都理工大学材料与化学化工学院，成都（610059）E-mail: wmh@摘要：本文针对低品位黄铜矿进行了磁场强化细菌浸出实验研究。

重点研究了磁场对细菌生长和细菌浸矿的影响。

实验结果表明，磁化处理后的培养基能促进细菌的生长繁殖，提高其氧化活性，进一步用于浸矿试验，提高了低品位黄铜矿中铜和铁的浸出率。

磁场强化细菌浸出的可能机理是通过改变水的结构, 促进氧气在水中的溶解, 提高矿石成分的溶解性，增强细菌细胞生物膜的穿透性。

关键词：低品位黄铜矿，细菌浸出，磁场，磁化处理，强化浸出1. 引言低品位硫化铜矿中的主要铜矿物是黄铜矿，从硫化矿电化学的角度看，黄铜矿的电化学活性在业已发现的金属硫化矿物中仅次于黄铁矿而处于不活泼(惰性)状态[1]。

研究表明，这些金属硫化矿物电化学活性依次增强的顺序如下：黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿、方铅矿、磁黄铁矿、闪锌矿。

所以，在酸性介质中，黄铜矿往往难以化学氧化而成为阴极，黄铜矿的微生物浸出速度比其他许多硫化矿均要慢得多，因此微生物浸出低品位黄铜矿及其强化措施是近年国内外重要的研究课题。

已有文献报道利用诱变育种[2,3]、施加外电压[4]、利用某些金属离子催化强化[5]、加入表面活性剂[6]等方法强化细菌浸出低品位黄铜矿，但利用磁场强化黄铜矿细菌浸出尚未见文献报道。

磁化处理在土壤灌溉和浸种过程中的生物效应已有文献报道[7]，将磁化水处理菌种技术应用于低品位黄铜矿的细菌浸出是一次新尝试。

本文研究了磁化处理对浸矿细菌氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans，简称T.f)氧化活性和对低品位黄铜矿的细菌浸出效果的影响。

2. 实验部分2.1矿样实验所用矿样由四川省西昌市会理县凉山矿业有限公司铜矿厂提供。

样品经破碎，用75µm孔径（200目）筛网过筛、混匀备用。

矿样的多元素分析和物相分析结果分别见表1和表2。

绿色缓蚀剂对金属铝的缓蚀性能研究进展

绿色缓蚀剂对金属铝的缓蚀性能研究进展

第47卷第12期2019年6月广　州　化　工Guangzhou Chemical IndustryVol.47No.12Jun.2019绿色缓蚀剂对金属铝的缓蚀性能研究进展*刘云霞,文家新(重庆工业职业技术学院,重庆　401120)摘　要:两性金属铝因其优异性能而广泛应用于电工电子等多个领域,但当pH<5时或pH>9时,铝会被腐蚀,这两种情况下都需要添加缓蚀剂来减少铝的腐蚀㊂本文首先介绍了缓蚀剂的概念及分类,然后综述了缓蚀剂对金属铝在不同介质中的缓蚀作用机理,接着综述了绿色缓蚀剂对金属铝在不同介质中的缓蚀性能的研究进展,总结其缓蚀规律㊂展望了将来金属铝基绿色缓蚀剂的具体发展方向㊂关键词:绿色缓蚀剂;铝;缓蚀性能　中图分类号:TG17 　文献标志码:A文章编号:1001-9677(2019)12-0027-02*基金项目:重庆市教委科学技术研究项目(KJ1603011)㊂第一作者:刘云霞(1985-),女,博士,副教授,主要研究方向为缓蚀剂㊁电池㊂Research Progress on Corrosion Inhibition of Green CorrosionInhibitors for Aluminium Metals *LIU Yun -xia ,WEN Jia -xin(College of Chemistry and Pharmaceutical Engineering,Chongqing 401120,China)Abstract :Aluminum has excellent character and is used widely for many fields,such as electrical and electronical.However,when pH<5or pH>9,aluminum will be corroded,corrosion inhibitors should be added to reduce the corrosion of aluminum.The concept and classification of corrosion inhibitor were introduced.Then the inhibition mechanism and research progress of green corrosion inhibitor on corrosion inhibition of aluminum in different media were reviewed,and the corrosion inhibition law of green inhibitor was summarized.The development trend of green corrosion inhibitor for aluminum was prospected.Key words :green corrosion inhibitor;aluminum;corrosion inhibition property金属铝具有密度小㊁质量轻㊁外观美㊁比强度高㊁导电性好㊁易于成型等优点,广泛应用于电工㊁电子㊁化工㊁航空㊁建材㊁交通等领域及日常生活中㊂相对其他金属而言,金属铝具有较好的耐腐蚀性能,因为它能在空气中形成一层致密稳定的氧化膜,阻止Al 的进一步氧化,但这层膜是两性氧化物,只有在pH 介于5~9之间时才能保持稳定㊂当pH<5时,这层膜会大量溶解生成Al 3+;当pH>9时,则会生成AlO 3+2,这两种情况下都需要添加缓蚀剂来减少铝的腐蚀[1]㊂早期缓蚀剂多为无机缓蚀剂和有机类的纯化学品缓蚀剂,如铬酸盐㊁亚硝酸盐㊁磷酸盐及一些含氮类㊁磷类化合物等,大多有毒,且其残留物难于降解,严重危害环境及人类健康㊂随着人们环保意识的加强和对社会发展可持续性的要求,研究和开发出环境友好型缓蚀剂,是缓蚀剂的研究的重要方向之一[2]㊂从天然植物中提取绿色缓蚀剂,不仅成本低㊁来源广,且在低毒,低残留及后续处理方面有着突出的优越性,在缓蚀剂研究领域中具有重要地位,成为近年来国内外化学㊁水处理等领域研究的热点课题和绿色缓蚀剂研究的重要方向[3]㊂1　缓蚀剂的概念及分类缓蚀剂是一种指以适当的浓度和形式存在于介质中的可以防止或减缓金属腐蚀的纯净物或混合物㊂加入微量或少量缓蚀剂可使金属在介质中的腐蚀速度明显降低直至为零,同时金属的物理机械性能保持不变㊂按化学成分,缓蚀剂可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂㊂一般而言,无机金属缓蚀剂必须容易与金属发生氧化反应,在金属表面形成一层不能渗透的氧化膜,从而阻止介质中的离子与金属的进一步相互作用,延缓金属在介质中的溶解㊂但大多数无机缓蚀剂的毒性大,例如铬酸盐㊁亚硝酸盐㊁硅酸盐等都具有较大的毒性㊂有机缓蚀剂则必须含有杂原子或者双键,具有大比表面积,活性中心等等,这样通过吸附作用能在金属表面形成一层覆盖层,从而隔绝金属与外界活性离子的接触㊂大多数有机缓蚀剂的价格较高,成为阻止其可持续发展的关键因素㊂近年来,从天然植物中提取新型高效㊁环境友好型的绿色缓蚀剂已成为未来缓蚀剂的发展方向㊂2　缓蚀剂对铝在不同介质中的缓蚀机理概述缓蚀剂对铝表面的保护作用机制大致有三种类型:吸附型㊁扩散型㊁表面变化型㊂在酸性介质中缓蚀剂的作用机理主要是吸附型㊂吸附型缓蚀剂主要通过物理吸附及共价键的化学吸附,在分子表面形成牢固的吸附膜隔离介质与金属,进而抑制金属的腐蚀,如含氮的有机物(亚胺㊁胺㊁偶氮化合物等)㊁含硫化合物(硫醇㊁硫脲㊁噻吩及衍生物等)㊁含氧有机化合物28　广　州　化　工2019年6月(丁醇㊁醛㊁癸二酸盐㊁酯㊁酮等及衍生物等)㊂在碱性介质中缓蚀剂的作用机理主要是扩散型㊂扩散型缓蚀剂分子主要作用于金属的全表面,通过增大局部微电池内的电阻,降低腐蚀电流,进而抑制铝的腐蚀受到,如动物胶㊁海藻酸钠㊁阿拉伯胶㊁琼脂等高分子有机物㊂在中性介质中缓蚀剂的作用机理主要是表面变化型缓蚀剂,缓蚀剂分子通过与金属发生化学反应生成反应物覆盖在金属表面上,如硅酸盐㊁铬酸盐㊁磷酸盐等无机化合物,及具有螫合作用的一些有机化合物,如铜铁灵㊁甘氨酸㊁羟基喹啉衍生物等㊂3　绿色缓蚀剂对铝在不同介质中缓蚀性能研究进展3.1　酸性介质盐酸或磷酸在工业上常用作除垢剂㊁电化学蚀刻剂和抛光剂,此时,必须添加缓蚀剂阻止Al的腐蚀㊂Deng等[4]采用先用80%乙醇回流后用石油醚萃取后再蒸馏得到黑棕色提取物,研究结果表明该缓蚀剂在Al表面遵循Langmuir等温吸附曲线,极化曲线表明该提取物对Al在盐酸介质中表现为阴极极化,阻抗分析表明在1mol/L盐酸中,温度为20℃,缓蚀剂的浓度为1g/L,缓蚀效率为93.6%㊂文献[5]采用失重法和电化学技术研究了巴戟天属菘蓝叶提取物对Al在0.5mol/L盐酸介质中的缓释行为,当温度为303K,缓蚀剂的浓度为7%㊁浸泡时间为2h,缓释效率为96.72%㊂随着温度和盐酸浓度的增加,缓蚀剂的缓蚀作用下降㊂热力学参数表明缓蚀剂分子在Al表面的物理吸附遵循Langmuir等温吸附曲线㊂Umore等[6]采用失重法研究了在30~60℃时酒椰橡胶分泌物对Al在盐酸介质中的缓释行为㊂缓蚀效率随缓蚀剂浓度的上升而升高但随着温度的上升而下降㊂热力学参数表明缓蚀剂分子在Al表面的物理吸附遵循Temkin等温线㊂Rao等[1]采用极化和电化学阻抗谱技术研究了芫荽果提取物在1mol/L的磷酸介质中对铝的缓蚀行为,发现缓蚀剂的缓蚀作用受其浓度和温度影响㊂该提取物在金属表面的行为遵循Langmuir等温吸附曲线,极化测试表明该缓蚀剂在铝表面是物理吸附,属于混合型缓蚀剂,在30℃,缓蚀剂的浓度为500ppm 时,缓蚀效率可达到72.75%㊂Rao等[7]研究了藤黄提取物在在1mol/L的磷酸介质中对铝和6063铝合金的缓蚀行为,发现刚开始时混合吸附,后面是化学吸附,在50℃,缓蚀剂的浓度为500ppm时,缓蚀效率可达到93.04%㊂李楠等[8]采用浸提旋蒸法得到了麻竹竹叶提取物,研究该提取物在1mol/L硝酸溶液中对金属铝的缓蚀行为㊂研究结果表明,麻竹竹叶提取物对铝的缓蚀效率随缓蚀剂浓度的升高而增大,在铝表面的吸附遵循Langmuir等温吸附㊂极化曲线结果表明,该缓蚀剂为混合抑制型缓蚀剂㊂3.2　碱性介质Namrata等[9]研究了辣木树㊁三木果树㊁芒果树的树干提取物对铝合金在1M氢氧化钠的缓蚀行为㊂在303K下,在这三种提取物中,辣木树树干提取物浓度为0.6g/L时表现出最大的缓蚀效率,约为85.3㊂极化曲线表明三者均为混合型缓蚀剂,遵循Langmuir等温吸附曲线㊂该小组还[10]采用电化学阻抗,动电位极化和线性极化电阻技术研究了大麻㊁萝芙藤㊁柠檬㊁番荔枝㊁鸭嘴花五种植物叶子提取物对铝合金在1mol/L NaOH溶液的缓蚀行为㊂其中,萝芙藤表现出最大的缓蚀效率,当其浓度为0.2g/L,缓蚀效率为97%㊂文献[11]采用失重法研究了腰果酚对铝在NaOH溶液中的缓蚀行为,结果表明:腰果酚对铝在NaOH溶液有较好的缓蚀作用,且缓蚀效果随腰果酚含量的增大而增大,在5%NaOH溶液中加入0.04g/mL的腰果酚时,失重率为4%㊂　3.3　中性介质Deyab[12]采用迷迭香萃取物来控制生物柴油中铝的腐蚀㊂采用失重法和极化法测定其缓蚀效率㊂缓蚀剂的效率随着缓蚀剂的浓度增加而升高随着温度的降低而升高㊂缓蚀剂在铝表面遵循Langmuir等温吸附曲线㊂极化测试表明迷迭香萃取物是一个以阳极极化为主的混合型缓蚀剂㊂在常温下,该缓蚀剂的浓度为0.5g/L,该缓蚀剂的缓蚀效率为95.7%㊂4　结　语目前,对环境友好型金属缓蚀剂的研究已经非常丰富,但大多是对钢铁在不同介质中的缓蚀作用的研究,对于Al在不同介质中的缓蚀研究相对较少,尤其是缓蚀机理的研究,绝大部分观点和解释还只是推测,没有很明确的实验支撑和较完善的理论体系㊂因此,未来可对Al在不同介质中的缓蚀机理进行更全面㊁更深入的研究㊂另外,对绿色植物提取物缓蚀剂的研究方面,至今还没能确定具体是什么活性成分在起作用,可能是多种成分相互作用的结果,也可能是某一单一组分,今后可通过现代先进的仪器分析技术对绿色植物提取物缓蚀剂进行更深入研究,得到更高效的绿色植物提取物缓蚀剂㊂在当今倡导可持续发展的大环境下,绿色缓蚀剂将具有较广阔的应用前景㊂参考文献[1]　D Prabhu,P Rao.Coriandrum sativum L.-A novel green inhibitor forthe corrosion inhibition of aluminium in1.0M phosphoric acid solution [J].J Environ Chem Eng,2013,1(4):676-683.[2]　范洪波.新型缓蚀剂的合成与应用[M].北京:化学工业出版社,2003,15(6):2-5.[3]　S A Umoren,I B Obot,E E Ebenso,et al.The Inhibition of aluminumcorrosion in hydrochloric acid solution by exudate gum from Raphia hookeri[J].Desalination,2009,250:225.[4]　S D Deng,X H Li.Inhibition by Jasminum nudiflorum Lindl.leavesextract of the corrosion of aluminium in HCl solution[J].Corros Sci, 2012,64:253-262.[5]　K Krishnaveni,J Ravichandran.Effect of aqueous extract of leaves ofMorinda tinctoria on corrosion inhibition of aluminium surface in HCl medium[J].Trans Nonferrous Met Soc China,2014,24:2704-2712.[6]　S A Umoren,I B Obot,E E Ebenso,et al.The Inhibition ofaluminium corrosion in hydrochloric acid solution by exudate gum from Raphia hookeri[J].Desalination,2009,247:561-572.[7]　D Prabhu,P Rao.Adsorption and inhibition action of a novel greeninhibitor on aluminium and6063aluminium alloy in1.0M H3PO4 solution[J].Procedia Materials Science,2014,5:222-231. 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Fe78Si9B13非晶合金纳米晶化的低频脉冲磁场处理方法

Fe78Si9B13非晶合金纳米晶化的低频脉冲磁场处理方法

Fe78Si9B13非晶合金纳米晶化的低频脉冲磁场处理方法张艳辉;晁月盛
【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2003(024)010
【摘要】低频脉冲磁场处理是一种崭新的非热处理型非晶纳米晶化的方法.针对非晶合金Fe78Si9B13进行了低频脉冲磁场处理,用M ssbauer谱仪、透射电子显微镜观察处理后样品的微观结构变化.研究表明,低频脉冲磁场可促进非晶合金
Fe78Si9B13发生纳米晶化,在所用脉冲磁场参数下,晶粒尺寸为2～1 0nm,且试样温升小于20℃.结合脉冲磁场参数对晶化量的影响,初步探讨了脉冲磁场对非晶合金Fe78Si9B13纳米晶化的作用机制.
【总页数】3页(P1018-1020)
【作者】张艳辉;晁月盛
【作者单位】东北大学理学院,辽宁沈阳,110004;东北大学理学院,辽宁沈
阳,110004
【正文语种】中文
【中图分类】TG132.271
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3.低频脉冲磁场致非晶合金Fe78Si9B13纳米晶化及机制 [J], 郭红;晁月盛
4.Co60.15Fe4.35Si12,5B15非晶合金在低频脉冲磁场作用下纳米晶化的巨磁阻抗效应研究 [J], 金莹;郭红
5.低频脉冲磁场处理非晶合金Fe78Si9B13低温纳米晶化的穆斯堡尔谱研究 [J], 周迎春;晁月盛
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金属材料低频磁场屏蔽效能研究

金属材料低频磁场屏蔽效能研究

金属材料低频磁场屏蔽效能研究吴逸汀;盛卫星;韩玉兵;马晓峰;张仁李【摘要】通过分析低频电磁波的屏蔽效能公式,综合考虑材料电磁、物理等特性,选取了五种金属作为屏蔽机箱的材料.分别测试了材料的电导率和相对磁导率,通过屏蔽公式和仿真软件比较了它们的低频磁场屏蔽效能.选用三种金属加工成屏蔽机箱,进行低频磁场屏蔽效能.测试机箱的低频磁场屏蔽效能实测结果与仿真结果基本一致.结果表明:坡莫合金对低频磁场的屏蔽效能最好,0Cr13不锈钢屏蔽效能比坡莫合金稍差,但比其他材料要好,而且其性价比高,可以用于一些需要一定低频磁场屏蔽的场合.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2015(030)004【总页数】6页(P673-678)【关键词】电磁屏蔽;低频;0Cr13;屏蔽效能;屏蔽机箱【作者】吴逸汀;盛卫星;韩玉兵;马晓峰;张仁李【作者单位】南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TN4Key words electromagnetic shielding; low frequency; 0Cr13; shielding effectiveness; shielding box资助项目: 国家自然科学基金(No.61471196;No.11273017)联系人：盛卫星E-mail:*****************.cn近些年,电磁防护逐渐成为了电磁兼容领域的研究热点.一方面,研究发现,在工业生产中,低频磁场(<100 kHz)的干扰会使得周围电子电路设备无法正常使用[1-2].特别是大电流低频干扰,会在周边产生强大的电磁场;医学研究也发现,低频强磁场对人体肌肉组织的影响很大[3],长期在低频磁场辐射环境中生产休息的人体,发生各种肿瘤癌变、白血病等多种疾病的概率是正常人的4～6倍,高强度持续的低频磁场辐射会危害人体的健康;另一方面,雷电脉冲、高功率微波武器产生的电磁脉冲也会影响电子设备的正常使用,甚至会损害高灵敏的电子设备.因此,研究低频磁场的电磁屏蔽对民用和军用领域都是非常有必要的.不同于高频磁场屏蔽,低频磁场的屏蔽是一项艰巨的任务[4].在工程中,电子电路设备暴露在复杂电磁环境下,这会对其正常工作造成很大的干扰,设计低频磁场屏蔽机箱是必要的.学者们在低频磁场的屏蔽研究中发现,机箱材料的选取对屏蔽效能的影响有着非常大的影响[5],铁磁性物质(铁,钢等)由于材料强度、结构特性、耐腐蚀性和价格因素等是低频磁场屏蔽的一类很好的材料.综合考虑上述因素,本文对选取五种金属(坡莫合金、0Cr13不锈钢、45号钢、1Cr18Ni19Ti不锈钢和铁)的低频磁场特性做了理论公式计算、CST仿真和实验测试.经过比较,发现0Cr13不锈铁具有明显优于其他三种材料的低频磁场屏蔽性能.虽然其低频磁场屏蔽性能稍逊于坡莫合金,但0Cr13作为常用不锈钢具有价格低廉的特点,性价比较高.1.1 屏蔽效能电磁屏蔽表示同时对电场和磁场进行屏蔽,通常我们用屏蔽效能(Shielding Effectiveness)来表示.屏蔽效能定义为:存在屏蔽的情况下,电场(或磁场)在某点的绝对值,与无屏蔽状态下电场(或磁场)在该点的绝对值之比[5].常用分贝(dB)表示.当电磁波入射到一块无限大屏蔽平板时,一部分能量被平板所反射,称之为反射损耗( Rm);另一部分能量透射入平板内,在透射过程中一部分能量被吸收掉,称之为吸收损耗(A);当剩下的能量透射到平板另一侧时,又发生反射(小部分能量透射入屏蔽平板的后面).被反射回屏蔽平板的能量再经过吸收和反射,如此反复,直到全部衰减和透射入屏蔽平板的后面.这多次的反射和吸收损耗称之为再反射损耗(Rr).1.2 磁场屏蔽效能对于频率较低的干扰源,磁场的屏蔽效能(SEH)往往小于电场的屏蔽效能(SEE),在进行电磁屏蔽分析时,主要考虑材料对磁场的屏蔽效能.应用传输线理论可以导出材料的磁场屏蔽效能经验公式[6]SEH=Rm+A+Rr;式中: f为频率，Hz; μr为屏蔽材料的相对磁导率; Gr为该屏蔽材料相对于铜的电导率; r表示屏蔽平板与源的距离，cm; t表示屏蔽平板的厚度,mm; Zm为屏蔽平板所采用金属导体的阻抗,Ω; Zw为波阻抗,Ω.需要注意的是再反射损耗始终是一个负数,它需要从总屏蔽效能中减去才能得到正确的增益.通常当A大于15dB时,Rr可忽略不记.对于磁场,当r<λ/2π时,波阻抗可表示为Zw=377×2πr/λ.式中: r为屏蔽平板与源的距离,m; λ为波长，m.金属导体的阻抗[7]可表示为:.式中: ω为角频率; μ0为真空磁导率; σ为屏蔽材料的电导率.1.3 屏蔽材料的选择根据式(1)～(6)可知,低频磁场屏蔽效果取决于屏蔽平板厚度t、屏蔽材料相对电导率σ和相对磁导率μr以及干扰源距离屏蔽体的距离r等因素.选取高磁导率、高电导率的屏蔽材料能有效地提高机箱对低频干扰的屏蔽效能.现阶段市场上有着许多高磁导率材料,能产生非常优异的屏蔽效果.综合考虑材料强度、结构特性、耐腐蚀性和价格等因素,大多数情况下,还是选用金属材料作为首选.考虑到材料的屏蔽效能和价格,本次实验的理论分析、仿真和测试选取了五种金属材料:坡莫合金、0Cr13不锈铁、45号钢、1Cr18Ni19Ti不锈钢和铁.2.1 材料电磁参数测试坡莫合金的电磁参数可以方便地获得(相对磁导率和电导率分别取保守值2×104 S/m和5×107 S/m).虽然另外几种材料在市面上都是比较常见的金属材料,但是其具体的电磁参数并没有明确给出.测试低频下这四种材料的电导率[8]和磁导率.图1所示为测试实验中所使用的材料样品.根据公式:μr=Ll/μ0N2S;σ=4l/πd2R.得到四种材料的相对磁导率和电导率,如表1所示.由图2,高相对磁导率的0Cr13不锈钢拥有明显优于其他3种材料的低频磁场屏蔽效能.1Cr18Ni19Ti、45号钢和铁的低频磁场屏蔽效果并不理想,特别是1Cr18Ni19Ti不锈钢,低频磁场屏蔽效能和0Cr13不锈钢相差了100 dB.为了更好地说明材料的低频磁场屏蔽效能,下面进行了材料的低频屏蔽效能仿真CST仿真.在五种材料中:坡莫合金具有很好的低频磁场屏蔽性能,但其价格很高;0Cr13不锈钢和45号钢价格便宜,屏蔽效能未知.这三种材料具有各自的特点,由于条件限制，选择这三种材料来进行仿真对比来寻找一种性价比高的低频磁场屏蔽材料.应用CST中的MWS工作室建立如图3所示模型,仿真这三种材料的低频磁场屏蔽效能.图3中机箱长宽高分别为500 mm、500 mm、300 mm,厚2 mm.在x轴方向靠右面的正中间位置,做了一个长宽高分别为300 mm、300 mm、50 mm的门.在z轴正方向面正中心向下220 mm处开了一个直径10 mm的孔.仿真中为了能很好地模拟低频低阻抗源的特征,同时为了能和实测结果进行对比,采用了图3中的单匝直径为300 mm的细线天线作为激励.激励信号为对应测试频点的方波大电流信号.磁场探针放在机箱的中心位置.经过仿真,三种材料的低频磁场屏蔽效能如图4所示.由图4,可以发现坡莫合金屏蔽效能比0Cr13不锈钢好10 dB左右,而0Cr13不锈钢又比45号钢好9 dB左右.坡莫合金具有较高的低频磁场屏蔽效能的主要原因是高磁导率.而0Cr13不锈钢虽然屏蔽性能比坡莫合金稍差,但是和45号钢比有着明显的优势.45号钢的低频磁场屏蔽效能较一般,和另外两种材料相比有着较大的差距.需要注意的是,市面上坡莫合金的价格非常高,而0Cr13不锈钢和45号钢则便宜很多.为了验证CST仿真结果的正确性,我们对三种材料的机箱进行了加工,并分别测试了它们的低频磁场屏蔽性能[7].2.3 屏蔽性能测试测试过程中为了将接收天线和光电转换装置放入机箱内部,在机箱正面(x轴方向靠右的面)中间开了一个长宽高分别为300 mm、300 mm、50 mm的门,并在机箱侧面(z轴正方中心向下220 mm处)开了一个直径10 mm的孔.门与机箱接口处的孔缝会对结果造成很大的影响[9-10],采用单刀双簧片的设计可以确保开口处的可靠电连接,有效消除门对机箱屏蔽效能影响[11].测试的简单示意图如图5所示,测试的照片如图6所示.具体的测试过程:图5中左侧圆环为发射天线,用大功率低频方波信号源激励.右侧接收天线得到的电压信号经过其底座的光电转换装置转换为光信号,光纤通过机箱侧面预留的小孔通到屏蔽室中,最后经过转换显示到示波器上.实验总共测试了3种金属材料分别在8个频点(50、100、200、500、1 000、2 000、5 000、10 000 Hz)的磁场屏蔽效能.将测试得到的屏蔽效能曲线和仿真得到的进行对比,如图7所示.分析图7可知仿真和测试得到的屏蔽效能曲线基本一致.比较图2和图7,理论公式得到的屏蔽效能和仿真实测的存在着误差(40 dB),主要原因是式(1)～(6)的计算准确度会随着收发天线距离的缩小变小.另外由于式(1)～(6)描述的是无限大金属平板的屏蔽效能,这和仿真和实验中测试的屏蔽机箱并不相同(测试用屏蔽机箱的长与首发天线半径比k=3.333,并没有远远大于1).文中给出了一种应用理论公式与商用仿真软件CST寻找高效低频磁场屏蔽材料的方法.通过理论公式预估,用CST仿真来确认材料的屏蔽效能,最后对实际加工后的机箱进行实验测试验证.仿真结果和实测结果基本一致.研究还发现0Cr13不锈钢材料具有较强的低频磁场屏蔽性能.需要注意的是,0Cr13不锈钢是一种常见的不锈钢材料,被广泛应用于工业中.相对于坡莫合金的高昂价格,0Cr13更廉价,同时其不错的强低频磁场屏蔽效能(比坡莫合金差10 dB左右)可以为冶金工业、日常电子设备以及国家安全领域等需要一定低频磁场屏蔽效能的场合提供性价比很高的屏蔽效果.[1] 张龙, 魏光辉, 胡小锋, 等. 强电磁场环境下屏蔽效能测试新方法[J]. 电波科学学报, 2013, 28(4): 716-721.ZHANG Long, WEI Guanghui, HU Xiaofeng, et al. 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