- 文献综述：
1 金属腐蚀的原理以及电化学腐蚀
金属腐蚀的化学本质：腐蚀是金属元素失去电子被氧化形成氧化物的过程（氧化反应）。如果释放出来的电子，没有物质去吸收、消耗以进行还原反应，则腐蚀也不可能继续进行下去。
金属腐蚀的根本原因：要使腐蚀持续发生，环境介质中必须有吸收、消耗电子的物质（氧化剂）存在。众所周知，在自然条件下，常有氧的存在，它是最容易吸收、消耗电子的物质，这就决定了自然界中腐蚀存在的普遍性。从腐蚀的定义及分类，我们知道腐蚀主要是化学过程，我们可以把腐蚀过程分为两种可能的主要机理-----化学机理和电化学机理。 化学腐蚀是根据化学的多相反应机理，金属表面的原子直接与反应物（如氧﹑水﹑酸）的分子相互作用。金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的，电子从金属原子直接转移到接受体，而不是在时间或空间上分开独立进行的共轭电化学反应。[6]金属和不导电的液体（非电解质）或干燥气体相互作用是化学腐蚀的实例。最主要的化学腐蚀形式是气体腐蚀，也就是金属的氧化过程（与氧的化学反应），或者是金属与活性气态介质（如二氧化硫﹑硫化氢﹑卤素﹑蒸汽和二氧化碳等）在高温下的化学作用。电化学腐蚀是最常见的腐蚀，金属腐蚀中的绝大部分均属于电化学腐蚀。如在自然条件下（如海水、土壤、地下水、潮湿大气、酸雨等）对金属的腐蚀通常是电化学腐蚀。主要研究的就是电化学腐蚀。[7]
电化学腐蚀，指金属表面与离子导电的介质发生电化学反应而产生的破坏。在反应过程中有电流产生，腐蚀金属表面上存在着阴极和阳极。阳极反应是金属原子失去电子而成为离子状态转移到介质中，称为阳极氧化过程。阴极反应是介质中的去极剂吸收来自阳极的电子，称为阴极还原过程。这两个反应是相互独立而又同时进行的，称之为一对共轭反应。由阴阳极组成了短路电池，腐蚀过程中有电流产生。如金属在海水、土壤及酸、碱、盐溶液中的腐蚀均属这一类。电化学腐蚀的三个条件：1金属表面上的不同区域或不同金属在腐蚀介质中存在着电极电势差2具有电极电势差的两电极处于短路状态3金属两极都处于电解质中。
2 壳聚糖防腐蚀的研究现状
壳聚糖（chitosan）是由自然界广泛存在的几丁质（chitin）经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖。它是一种高分子多糖聚合物，也是一种有机处理剂。它有较多的支链，含有较多的羟基氨基，易形成网状结构，且对盐类、钙离子等具有较好的耐抗性。氨基在酸性条件下能质子化，因此壳聚糖是从自然界提出的唯一在溶液中带正电的聚合物，所以带正电的氨基与带负电的表面形成静电作用，从而保护金属。壳聚糖与金属结合，在金属表面形成一层保护膜，从结构上完全符合良好缓蚀剂的特点，且其能被真菌或者细菌完全降解，环境友好，符合绿色缓蚀剂的要求。结构中的氨基和羟基可以使壳聚糖内部和壳聚糖分子之间存在强烈的氢键作用，因此具有稳定刚性结构，一方面使得壳聚糖无法溶解在水、碱性溶液及弱酸性溶液中，另一方面使壳聚糖具有良好的成膜性。[8]
Yang等人[9]研究了壳聚糖对双向 2205 不锈钢的缓蚀作用，结果表明，在3.5%NaCl 溶液体系中，壳聚糖对 2205 双相不锈钢表现出优异的缓蚀性能。极化曲线表明，壳聚糖为混合型缓蚀剂。当样品浸入0.2 g/L 壳聚糖溶液中 4 h 后，样品表面覆盖致密均匀的吸附膜，缓蚀率达到最大值。同时温度强烈影响壳聚糖的缓蚀效率，在 30 ℃下浸入 0.4 g/L 水溶性壳聚糖中的 2205 双相不锈钢样品显示出最佳的腐蚀抑制作用。此外，壳聚糖还可以降低 2205 双相不锈钢在FeCl3 溶液中的腐蚀速率。Umoren 等[10]通过失重法、电化学测试法等测量手段，研究了壳聚糖在 0.1 mol/L HCl 溶液中对低碳钢的缓蚀性能，发现聚合物在很低的浓度下就能抑制腐蚀，缓蚀效率随温度的升高先升高后下降，60 ℃时可达 96%，70 ℃时降至 93%，同时表明，壳聚糖对低碳钢的吸附符合 Langmuir 等温吸附模型。Eduok 等[11]利用电化学和表面分析技术研究了壳聚糖在 0.5 mol/L H2SO4 溶液中对低碳钢的缓蚀作用，研究表明，加入壳聚糖10 um/L后，在酸性条件下对低碳钢的缓蚀率达到 85%。同时表明，壳聚糖是一种混合型缓蚀剂。电镜扫描、原子力显微镜等表征结果显示，壳聚糖吸附在碳钢表面形成保护膜，防止腐蚀的发生。El-Haddad 等[12]通过失重法、电化学法等手段，研究了不同浓度的壳聚糖在0.5 mol/L HCl 溶液中对 Cu 的缓蚀作用。结果表明，缓蚀效率与缓蚀剂浓度呈正比关系，当壳聚糖浓度为为 8times;10-6 mol/L 时，缓蚀效率达到 93.0%。同时表明，壳聚糖对 Cu表面的吸附符合Langmuir等温吸附模型，且是一种混合型缓蚀剂。
根据现有的研究，壳聚糖结构中含有大量的 N、O、S 等元素，其中孤对电子可以和金属元素的空轨道形成配位键，阻滞阳极反应；当处于酸性环境中时，氨基质子化形成氨鎓离子，这种正离子将与金属的阴极部位发生静电吸附现象，阻碍电极的阴极反应，所以壳聚糖一般是同时抑制阴阳极的混合型缓蚀剂。[8]壳聚糖还可以与金属表面的离子（如 Cu2 、Fe2 ）形成螯合物，生成一层保护膜，但当螯合物增大到一定程度时，其从金属表面脱落，使抑制腐蚀效果降低。其次，溶液中的阴离子（如 Cl-、I-）被吸附到金属表面，使金属表面负电荷积聚，并与壳聚糖质子化后的氨基发生静电吸引，加强壳聚糖的吸附作用。由此可见，壳聚糖主要是化学吸附为主，物理吸附为辅。
3 模拟实验的数学模型及方法分析[13]
数学模型主要是针对无外加电流条件下的缝隙腐蚀建立的，有关阴极保护下缝隙行为的数学模型非常少。虽然这两种条件下的缝隙行为有很大的差异，但涉及的过程基本相同，因此，数学模型建立的核心理论基本一致。但是，缝隙体系是非常复杂的，为了使问题简化，常常做一系列近似处理，如目前大多数的缝隙模型均以无限稀释溶液理论为基本假设，并进行了一维近似处理等；另外，很多模型未考虑时间因素的影响，称之为稳态模型。如果不考虑缝隙内的反应和传质过程，并假设缝隙内介质是均匀的，各点的电导率相同，则缝隙行为可用电场理论中的 Laplace 方程来描述。对于矩形缝隙，如果缝隙厚度（delta;）远小于深度，可仅考虑电位沿缝隙深度的变化。缝隙内电极电位和电流密度的关系可用下面方程来表示：
