油酸咪唑啉类缓蚀剂对不锈钢的缓蚀性能研究

王永垒，李海云，方红霞

(1.黄山学院 化学化工学院，安徽 黄山 245041;2.黄山学院 应用化学研究所，安徽 黄山 245041)

在金属设备清洗及加工过程中，腐蚀是最常见的问题，利用缓蚀剂进行抑制腐蚀在钢铁、机械、石油、化工、动力运输等部门广泛应用，并已成为目前非常重要的防腐蚀手段之一［1-5］。

咪唑啉类缓蚀剂［6-8］是环境友好缓蚀剂，制备方法简单、原料易得，高效、低毒，只需加入少量就有很好的缓蚀效果，是一种性能优良的缓蚀剂。在油气田、工业酸洗和其他防腐过程中都具有非常广阔的应用前景。

本文通过静态失重法和Tafel 极化曲线法研究了一种常用的油酸咪唑啉类缓蚀剂在不同腐蚀介质中对不锈钢的缓蚀行为，并通过复配实验，寻找一种更经济实惠的缓蚀剂配方，对油酸咪唑啉类缓蚀剂的工业应用有一定的指导意义。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

油酸咪唑啉缓蚀剂为工业品(实验室自制);盐酸、硫酸、硝酸、碘化钾均为分析纯;不锈钢标准腐蚀挂片。

LK2006A 型电化学工作站。

1.2 失重实验及缓蚀率的计算

恒温40 ℃的条件下，将不锈钢腐蚀挂片放入含不同浓度缓蚀剂的腐蚀介质(10%盐酸、10%硫酸、10%硝酸)中浸泡，每组3 个平行样;2 h 后，取出试样，依次用蒸馏水、酒精和丙酮清洗，冷干后称重。按公式计算铸铁挂片的腐蚀速率。

式中 v——腐蚀速率，g/(m2·h);

Δw——腐蚀失重实验前后试样的质量差，g;

S——试样的表观面积，m2;

t——浸泡试验时间，h。

缓蚀剂对不锈钢材质在不同腐蚀介质中的缓蚀率计算如下:

式中 η——缓蚀剂的缓蚀率，%;

v1，v0——碳钢腐蚀挂片在添加缓蚀剂及空白溶液下的腐蚀速率，g/(m2·h)。

2 结果与讨论

2.1 10%盐酸介质中油酸咪唑啉缓蚀剂的添加量

对不锈钢的缓蚀作用

10%盐酸介质中油酸咪唑啉缓蚀剂的添加量对不锈钢的缓蚀作用见图1。

图1 10%盐酸介质中油酸咪唑啉缓蚀剂的添加量对不锈钢的缓蚀作用Fig.1 Corrosion inhibition performance of the oleic imidazoline inhibitor on the stainless steel in 10% HCl solution

由图1 可知，油酸咪唑啉缓蚀剂对不锈钢有很好的缓蚀作用，添加量为0. 5%时，其对不锈钢在10%盐酸中的缓蚀率即达到84%，继续增加缓蚀剂添加量至0.30%时，缓蚀率就已达到98%，此后随着油酸咪唑啉缓蚀剂量的增加，缓蚀率出现平稳趋势，变化不大。因而，综合考虑，适宜的油酸咪唑啉缓蚀剂的添加量为0.2% ～0.3%。

2.2 10%硫酸介质中油酸咪唑啉缓蚀剂的添加量对不锈钢的缓蚀作用

由图2 可知，在10%硫酸介质中，随着油酸咪唑啉缓蚀剂添加量的增加，其对不锈钢的缓蚀率呈现先增大而后轻微减小的趋势。在缓蚀剂的添加量为0.5%时，其对不锈钢在10%盐酸中的缓蚀率几乎达到最大，为94%，此后继续增加缓蚀剂添加量至0.6%时，其对不锈钢的缓蚀率就出现轻微的下降趋势，这可能是由于在油酸咪唑啉缓蚀剂添加量比较少的时候，无法在不锈钢腐蚀挂片的表面形成完整的保护膜，缓蚀率较低，此时随着油酸咪唑啉缓蚀剂的增加，其对不锈钢的缓蚀率急剧增加。然而，过量的缓蚀剂分子可能会在不锈钢挂片的表面形成多层吸附，降低了不锈钢挂片表面膜层的疏水性，故而不锈钢的缓蚀率出现轻微下降。综合考虑，适宜的油酸咪唑啉缓蚀剂的添加量为0.4% ～0.5%。

图2 10%硫酸介质中油酸咪唑啉缓蚀剂的添加量对不锈钢的缓蚀作用Fig.2 Corrosion inhibition performance of the oleic imidazoline inhibitor on the stainless steel in 10% H2SO4 solution

2.3 不锈钢在10%盐酸及10%硫酸介质中的Tafel曲线

不锈钢在10%盐酸及10%硫酸介质中的Tafel曲线见图3。

图3 不锈钢在10%盐酸及10%硫酸介质中的Tafel 曲线Fig.3 Tafel curves of the stainless steel in 10% HCl and 10% H2SO4 solution

由图3 可知，在10%盐酸介质及10%硫酸介质中，加入油酸咪唑啉缓蚀剂后，腐蚀介质对不锈钢的腐蚀速率均明显降低。在10%盐酸空白溶液中，不锈钢的自腐蚀电流密度Icorr=5. 6 mA/cm2，加入0.3%油酸咪唑啉缓蚀剂后，不锈钢在10%盐酸溶液中的腐蚀电流Icorr从5. 6 mA/cm2下降到了3.0 mA/cm2;在10%硫酸空白溶液中，不锈钢的自腐蚀电流密度Icorr=95 mA/cm2，加入0.4%复合缓蚀剂后，20 碳钢在10%硫酸溶液中的腐蚀电流Icorr从0.032 mA/cm2下降到了7.9 mA/cm2，这说明由于油酸咪唑啉缓蚀剂的吸附作用，能够在不锈钢材质表面形成致密的保护层，有效地抑制了盐酸和硫酸腐蚀性介质对不锈钢的腐蚀。

2.4 油酸咪唑啉/碘化钾复合缓蚀剂的缓蚀性能

为了降低缓蚀成本，在实验中，我们以10%盐酸为腐蚀介质，尝试使用碘化钾作为复合物，来研究油酸咪唑啉/碘化钾复合缓蚀剂对不锈钢的缓蚀性能及其缓蚀协同效应，结果见表1。

表1 油酸咪唑啉/碘化钾复合缓蚀剂的缓蚀性能Table 1 Corrosion inhibition performance of the oleic imidazoline/KI complex inhibitor on the stainless steel in 10% HCl solution

由表1 可知，在10%的盐酸介质中，保持缓蚀剂总添加量为0.3%不变的情况下，复合缓蚀剂对不锈钢的缓蚀率因油酸咪唑啉和KI 添加比例的不同而不同。当只加入了0.3%的油酸咪唑啉缓蚀剂时，缓蚀率为98.32%，而减小油酸咪唑啉缓蚀剂所占比例后，缓蚀率略有下降，然而当油酸咪唑啉添加量为0.12%，KI 添加量为0.18%时，其缓蚀率与浓度为0.30%的油酸咪唑啉基本相当，这说明油酸咪唑啉与KI 存在着一定的协同效应，因此，按照油酸咪唑啉与KI 质量比为1∶1.5 的配比制备复合缓蚀剂，可以在节约成本的情况下，保证良好的缓蚀性能。

3 结论

(1)静态失重法结果表明，分别向10%盐酸及10%硫酸介质中添加0.3%和0.5%的油酸咪唑啉类缓蚀剂，不锈钢腐蚀挂片在上述腐蚀介质中的缓蚀率分别达到98%和94%，这说明油酸咪唑啉缓蚀剂对不锈钢有良好的缓蚀作用，极化曲线结果也较好的证明了这一点。

(2)油酸咪唑啉/KI 复合型缓蚀剂的研究结果表明，当加入油酸咪唑啉缓蚀剂与KI 的比例为1∶1.5 时，它们具有一定的协同缓蚀作用。

［1］ 李小可，熊颖，陈大钧.一种新型抗高温酸化缓蚀剂的制备与性能评价［J］. 应用化工，2014，43(6):1105-1107.

［2］ 王永垒，李海云，方红霞.硫氰酸钾在酸洗液中对铸铁的缓蚀性能［J］.材料保护，2014，47(6):77-80.

［3］ 高翔，祁丽娟，崔振东，等. 一种季铵盐型酸化缓蚀剂的合成及性能评价［J］. 应用化工，2013，42(5):863-869.

［4］ 郭学辉，王康，胡百顺，等. 氨基酸类缓蚀剂缓蚀机理研究进展［J］.腐蚀科学与防护技术，2013，25(1):63-66.

［5］ 王永垒，李海云，方红霞，等.硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂对黄铜和紫铜的缓蚀性能［J］. 腐蚀与防护，2014，35(5):462-468.

［6］ 陈卓元，王凤平，杜元龙.咪唑啉缓蚀剂的缓蚀性能的研究［J］.材料保护，1999，32(5):37-39.

［7］ 张军，胡松青，王勇，等.1-(2-羟乙基)-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂缓蚀机理的理论研究［J］. 化学学报，2008，66(22):2469-2475.

［8］ 肖利亚，乔卫红. 咪唑啉类缓蚀剂研究和应用的进展［J］.腐蚀科学与防护技术，2009，21(4):397-400.