4-甲基咪唑在不锈钢腐蚀液中缓蚀作用的研究

熊 苗，张述林

（四川理工学院 材料与化学工程学院，四川 自贡 643000）

不锈钢是一种广泛使用而且十分重要的金属材料。据统计，全世界每年因腐蚀而报废的钢材约占钢材年产量的1/4，不锈钢的产量占钢铁总产量的1%。因此，不锈钢材料受到腐蚀而失效是材料研究的热点之一。有关不锈钢在腐蚀介质中的电化学行为的研究报道[1-3]很多，但是用4-甲基咪唑作为缓蚀剂的报道甚少。本文通过电化学方法对不锈钢缓释行为进行了研究，初步分析评价了不锈钢的耐腐蚀能力以及缓蚀液对其腐蚀速率的影响。

1 实验部分

1.1 药品及仪器

4-甲基咪唑；其他试剂均为分析纯，水为二次蒸馏水。

LK98C电化学工作站，DF-Ⅱ型集热式数显磁力搅拌器，1Cr18Ni9Ti奥氏不锈钢试样（10mm×10mm×3.5mm）。

1.2 电极的制备

先用水磨砂纸对不锈钢表面进行粗砂，再逐级打磨，然后用锡焊与铜棒连接，无水乙醇、丙酮、蒸馏水清洗，晾干。将混合均匀的固化剂和环氧树脂按1∶4的质量比配成的溶液快速缠绕在电极上，封装电极，固化。不锈钢裸露面积为1cm2。电解池采用三电极系统，参比电极为饱和甘汞电极（SCE），辅助电极为Pt电极，电解池用恒温水浴箱控制温度。

1.3 电化学测试

量取一定体积的HCl，与一定浓度的NaCl溶液配成pH值为2，[Cl-]=1.5mol·L-1的腐蚀液。在腐蚀液的基础上分别配制质量分数为0.02%，0.04%，0.06%，0.08%，0.1%的4-甲基咪唑缓蚀液。恒温水浴箱温度控制在30～70℃范围，测试不锈钢电极在腐蚀溶液和各个浓度缓蚀液的极化曲线（每温度段电解液需更换）。

2 结果与讨论

2.1 温度和浓度的影响

图1给出了腐蚀溶液中不锈钢电极在各个温度下的极化曲线。

图1 腐蚀液中不同温度下的极化曲线Fig.1 Polarization curves in different temperature of corrosion

由图1可知，在大量Cl-存在的酸性环境中，不锈钢电极的极化曲线变化明显。在30℃时，可以看到阳极有明显的钝化。随着温度增加，腐蚀电位虽然正移很少，但腐蚀电流明显增加。

图2 含4-甲基咪唑0.1%缓蚀液在不同温度下的极化曲线Fig.2 Polarization curves in different temperature of 0.1%4-methyl miaow thiazole

由2可以看出，在含4-甲基咪唑0.1%的缓蚀液中，随着温度的升高，不锈钢电极上的腐蚀电位有小幅度的增加，腐蚀电流密度减小比较明显，阳极极化曲线有明显的钝化现象。这表明随着温度的增加，在不锈钢表面不断吸附4-甲基咪唑分子，形成了一层薄膜，对不锈钢的腐蚀起到了很好的抑制作用。

图3 恒温下含四-甲基咪唑不同浓度的缓蚀液的极化曲线Fig.3 Polarization curves in constant temperature of different concentration 4-methyl miaow thiazole

由图3可以看到，恒温条件下含4-甲基咪唑不同浓度的缓蚀液对不锈钢电极的腐蚀行为影响较小。在研究范围内，腐蚀电流随着温度的增加减小的比较明显，这是因为实验选择的浓度间隔比较小。但是腐蚀电流明显的比腐蚀液的要小很多，阳极极化曲线有明显的钝化现象。这表明在4-甲基咪唑缓蚀液中，对不锈钢电极的腐蚀行为有较大的抑制作用，4-甲基咪唑是一种吸附性缓蚀剂。

2.2 腐蚀动力学

图4给出了不同温度条件下缓蚀率η与含4-甲基咪唑缓蚀溶液的对数关系示意图。

图4 不同温度下缓蚀液浓度和缓蚀率的关系Fig.4 Reration of corrosion concentration and corrosion ratio in different temperature

由图4可知，在相同温度条件下，缓蚀率随缓蚀剂浓度的增大而增加；在相同的浓度下，缓蚀率随着温度的升高而增大。但当温度达到70℃时，4-甲基咪唑为0.1%时的缓蚀效率最好，达到了90%以上。

为了研究温度对缓蚀剂缓蚀率的影响，引进了Arrhenius方程：

这里Vcorr为反应速率，腐蚀反应中的反应速率（即腐蚀速率）可用Icorr表示，E为反应活化能，R为气体常数，T为绝对温度，A为常数，所以方程可写为：

对log（Icorr）～1/T作图。得到两者关系的线性图5，并通过直线的斜率可求得活化能，求得的活化能数值列于表1中。

图5 不同缓蚀液浓度下log（Icorr）与1/T的关系Fig.5Reration of log（Icorr）and 1/T in different corrosion concentration

对于实际体系中吸附反应自由能的表述，用Flory-Huggins等温式进行描述较为合理[4]，吸附反应的自由能可由（3）计算。

由（3）可计算当缓蚀剂浓度一定时不同温度下的吸附反应的自由能，所得动力学参数列在表1中。

表1 缓蚀剂浓度一定时，不同温度条件下吸附反应的动力学参数Tab.1 Adsorption kinetic parameters of different temperature when the corrosion concentration in certain

从图4及表1中数据可知，当缓蚀剂浓度增大，腐蚀反应的活化能先增大后减小，不锈钢腐蚀的阻力也增大，而且4-甲基咪唑缓蚀液在不锈钢表面的覆盖度逐渐增大，腐蚀速度减小。再者，不同温度、不同缓蚀剂浓度条件下吸附反应的自由能都为负值，表明缓蚀液在不锈钢表面的吸附是一种自发行为。在高温条件下，缓蚀剂在不锈钢的吸附倾向较大。实验可观测到，当温度较高时，不锈钢电极表面金属光泽消失，形成了一层褐色的膜。4-甲基咪唑是含有共轭π键和孤对电子的五元杂环化合物，它既可通过π电子吸附在电极表面上，也可通过N上的孤对电子与电极表面形成络合配键。根据测得4-甲基咪唑的缓蚀行为来看，通过N原子吸附的可能性较大。

3 结论

（1）不锈钢在4-甲基咪唑缓蚀液中，腐蚀速率随着环境温度的升高而逐渐增大，随着缓蚀液浓度的增大而逐渐增大。

（2）在酸性介质中，4-甲基咪唑是一种优良的高温吸附缓蚀剂。

（3）4-甲基咪唑分子在不锈钢表面自发地吸附，形成了一层保护膜，能很好地抑制阴阳极腐蚀反应。

［1］刘国强，等.不锈钢和镍基合金在含溴醋酸中的腐蚀行为［J］.腐蚀科学与防护技术，2000，12（5）：296.

［2］刘国强，等.不锈钢在含有溴离子的醋酸溶液中的腐蚀［J］.中国腐蚀与防护学报，2001，21（3）：16.

［3］王轩义，吴荫顺，等.316L不锈钢钝化膜在Cl-介质中的耐蚀机理［J］.腐蚀科学与防护技术，2000，12（6）：311.

［4］D.M.Drazic，L.Vracar，V.J.Drazic.The kinetics of inhibitor adsorption oniron［J］.ElectrochimActa，1994，39