电化学法研究自来水中几种缓蚀剂及其复配物对AZ91D镁合金的缓蚀作用

杜盼盼，何 蕊，2，邵佳慧，赵惠敏，李春梅＊

（1.河北师范大学化学与材料科学学院，河北石家庄 050016；2.河北省科学院能源研究所，河北石家庄 050081）

电化学法研究自来水中几种缓蚀剂及其复配物对AZ91D镁合金的缓蚀作用

杜盼盼1，何 蕊1，2，邵佳慧1，赵惠敏1，李春梅1＊

（1.河北师范大学化学与材料科学学院，河北石家庄 050016；2.河北省科学院能源研究所，河北石家庄 050081）

采用电化学方法，研究了硫脲、十二烷基硫酸钠（SDS）、聚天冬氨酸（PASP）及它们的复配物在自来水中对AZ91D镁合金的缓蚀性能。结果表明：聚天冬氨酸和硫脲复配比其它组合缓蚀剂的效果好。20℃时，在实验范围内，当体系添加这两种物质浓度分别为0.05g／L，添加总量为0.1g／L时，缓蚀率达到了81.7%。

AZ91D镁合金；缓蚀剂；自来水；电化学方法

镁合金是以镁为基体加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g／cm3左右），比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料。目前尽管镁合金在世界汽车工业中的应用正以每年约15～20%的速度快速增长，远远高于其它金属材料。但总的来讲，其作为结构材料的应用潜力与现实之间仍然存在巨大反差，而造成这一现状的一个重要原因就是镁合金的腐蚀问题，这是制约镁合金发挥应用潜力的瓶颈问题之一［1］。因此研究镁合金的腐蚀防护具有重要意义。聚天冬氨酸（简称PASP）作为无毒、环保型缓蚀剂对碳钢及有色金属Al、Co、Ni、Cu等的腐蚀防护具有一定的适用性［2～3］。硫脲是传统缓蚀剂，在20世纪40年代初，已普遍用作酸洗缓蚀剂，近年来的研究资料表明，硫脲不仅用作复合型酸洗缓蚀剂的主要成分［4～5］，还可以用作盐水介质中钢铁缓蚀剂的主要成分［6］。本文采用稳态极化曲线和电化学阻抗谱法研究了自来水中聚天冬氨酸（PASP）、硫脲和十二烷基硫酸钠（SDS）以及它们的复配物对AZ91D镁合金的缓蚀性能。

1 实验

实验试剂：十二烷基硫酸钠、硫脲均为分析纯，用蒸馏水配置；聚天冬氨酸（自制）［7］；自来水（采自本实验室）。仪器：电化学工作站CHI660B（上海辰华仪器厂）。

采用三电极体系：工作电极为AZ91D镁合金（9%铝，1%锌，镁约占90%），电极面积约为0.50cm2。铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极。所有电势值均相对于SCE。每次实验前将工作电极用0～6＃金相砂纸依次打磨光亮，并用去离子水、乙醇清洗干净后，冷风吹干，在研究液中浸泡20min后开始电化学测试。

2 结果与讨论

2.1 极化曲线测试

由图1可知，在自来水中单独加入聚天冬氨酸、硫脲和十二烷基硫酸钠后AZ91D镁合金电极的自腐蚀电位均向负移，而阳极极化曲线有明显变化，所以这些缓蚀剂的加入既能抑制阳极反应又能抑制阴极反应。同时也说明了硫脲、SDS的加入能够很好的抑制AZ91D镁合金电极的腐蚀。

图1 自来水中AZ91D镁合金电极在添加不同缓蚀剂时的极化曲线

表1 20℃Tafel曲线的电化学参数

从表1中可以更清楚地看到：在20℃时随着添加物质不同以及添加总量不变各添加物质浓度的不同，缓蚀效率也有所变化。单独添加硫脲和SDS时缓蚀效果较好，缓蚀率分别为78.6%和50.9%，说明硫脲在水中对镁合金具有很好的缓蚀作用；虽然单独添加PASP缓蚀率不太好，但当PASP与其它物质复配时，有助于缓蚀率的提高。PASP和SDS浓度分别为0.05g／L时，缓蚀率达到61.5%；添加三种物质总浓度为0.10g／L时，缓蚀率为72.9%；当添加PASP和硫脲浓度分别为0.05g／L，总添加量为0.10g／L时，缓蚀效率最高，达到81.7%，说明PASP和硫脲复配后能够有效地抑制AZ91D镁合金电极的腐蚀。另外从ba、bc的值看出，与原液相比两者都有变化，ba变化较大，说明在自来水体系中，这些缓蚀剂的加入对镁合金的阴极过程和阳极过程都有影响，对阳极的影响比较大。

2.2 阻抗谱测试

实验体系同上。实验温度：20℃；阻抗测试在开路电位下进行，频率范围：0.05 Hz～105Hz。所加的正弦扰动电位幅为5m V。图2为AZ91D镁合金在自来水中添加不同缓蚀剂的Nyquist图谱，Bode图谱如图3。

图2 AZ91D镁合金在自来水溶液中添加不同缓蚀剂的Nyquist图谱

由图2可知，AZ91D合金在体系中的阻抗图谱具有双容抗弧的特征。从阻抗图谱上看，随着系统中添加剂不同，高频区呈现出的较小的半圆弧有所变化，但变化不大，可以认为其弦长代表了腐蚀层表面微孔的电阻，在高频区之后出现的较大的半圆弧则随不同添加剂而变得更大，因而，可将其中大半弧的弦长确定为代表了开路电位下，镁合金电极在该体系中发生腐蚀反应的电荷传递电阻Rt。在相同温度下，总添加量一定时，Rt值均大于原液，说明添加缓蚀剂后电荷在电极表面和溶液界面处转移的更加困难［8］，因而使镁合金在该体系中的腐蚀速度降低，缓蚀效果明显。在添加0.05g／LPASP＋0.05g／L硫脲，总浓度为0.10g／L时，阻抗谱大半圆最大，进一步表明这两种物质复配时对AZ91D镁合金的缓蚀作用最好。与极化曲线得出的实验结果一致。

图3 AZ91D镁合金电极在自来水溶液中添加不同缓蚀剂的Bode图谱

图3是AZ91D镁合金电极在自来水溶液中添加不同缓蚀剂所得到的Bode图谱，A是相频图，B是幅频图。由相频图可以看出，图上每条曲线都出现了3个波峰，说明有3个时间常数，根据实验体系判断：一个状态变量是在恒温、恒压下，影响腐蚀过程的阳极反应和阴极反应速度的电极电位E，第二个状态变量可能是在AZ91D镁合金电极表面缓蚀剂吸附的覆盖度，第三个是电极表面膜层的平均厚度。从B图看出，在未加缓蚀剂的自来水原液中，显示较低的阻抗值，随着不同缓蚀剂的加入，整体来看，在低频率范围阻抗值均增大。这是由于PASP、硫脲、SDS及它们的复配物在电极表面吸附，形成了一层保护性膜阻碍了反应的发生。从分子结构考虑，PASP和硫脲两种物质复配后在电极表面吸附可以互补，使吸附膜层均匀、致密，因而可以更有效地抑制镁合金的腐蚀［9］。

3 结论

硫脲对镁铝锌合金具有良好的缓蚀作用；在中性水体系中，PASP和硫脲复配后既能抑制阳极反应又能抑制阴极反应；实验范围内，添加聚天冬氨酸0.05g／L＋硫脲0.05g／L，添加总量为0.10 g／L时，缓蚀率达到了81.7%，比分别单独添加时有较大提高。

［1］杨明波，李晖，胡红军.耐蚀镁合金的研究现状及进展［J］.机械工程学会年会论文集，2010

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［8］范洪波.新型缓蚀剂的合成与应用［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［9］H.Vaidyanathan，N.Hackerman.Effect of furan derivatives on the anodic dissolution of Fe［J］.Corros.Sci，1971，11：737.

Electrochemical study on inhibition effect of corrosion inhibitors and complexes for AZ91D magnesium alloy in water

DU Pan－pan1，HE Rui1，2，SHAO Jia－hui1，ZHAO Hui－min1，LI Chun－mei1

（1.CollegeofChemistryandMaterialScience，HebeiNormalUniversity，HebeiShijiazhuang050016，China2.InstituteofEnergyResources，HebeiAcademyofSciences，ShijiazhuangHebei050081，China）

Electrochemistry methods are used to study the corrosion inhibition performance of thiourea，sodium dodecyl sulfate（SDS），and polyaspartic acid（PASP）on AZ91D magnesium alloy in water.The results show that inhibition efficiency for adding the polyaspartic acid and thiourea is better than other combination of corrosion inhibitors.The inhibition efficiency is 81.7%at 20℃when it is 0.05 g／L of polyaspartic acid and thiourea respectively.

：AZ91D magnesium alloy；Corrosion inhibitor；Tap wate；Electrochemistry methods

TG174.42

：A

1001－9383（2011）04－0022－04

2011－09－30

河北省自然科学基金（B2011205079）；河北省教育厅科学研究基金（200502022）

杜盼盼（1983－），女，河北磁县人，硕士研究生，研究方向：金属的腐蚀与防护.

李春梅：E－mail：lcm55＠163.com.