硫氰酸钾/硫脲复合物对45碳钢的缓蚀性能评价

王永垒，李海云，陆露露，彭志翔



硫氰酸钾/硫脲复合物对45碳钢的缓蚀性能评价

*王永垒，李海云，陆露露，彭志翔

（黄山学院化学化工学院，安徽，黄山245041）

本研究借助静态腐蚀失重法确定了硫氰酸钾/硫脲缓蚀剂的最佳配方，并分别研究了该配方在5%硫酸、5%硝酸及5%盐酸中对45碳钢的缓蚀性能。结果表明：在5%硫酸溶液中，使用硫氰酸钾：硫脲为7:3的质量比配方，缓蚀剂为0.2%时对45碳钢的缓蚀达到最大，缓蚀率为82.3%；在5%硝酸溶液中，使用硫氰酸钾：硫脲为4:6的质量比配方，缓蚀剂的加入量为0.1%时对45碳钢的缓蚀率可达到99%以上；在5%盐酸中，只需加入0.2%的复合缓蚀剂（硫氰酸钾：硫脲= 4:6），对45碳钢的缓蚀率可以达到76%。Tafel极化曲线表明硫氰酸钾/硫脲复合物的加入可以明显地降低45碳钢在3种酸溶液中的腐蚀电流。

硫氰酸钾；硫脲；失重法；复合物；45碳钢

在炼油[1]、油气田的酸化过程及化工设备的酸性清洗过程中[2-3]，金属腐蚀往往很难避免，常用的方法就是向酸洗液中添加高效的酸洗缓蚀剂。当前，可以添加在酸洗液中的高效缓蚀剂品种很多[4-6]，但从固体主要成分来看，硫氰酸钾和硫脲是其中主要的两类成分[7-8]。本研究利用静态失重法首先确定了硫氰酸钾/硫脲复合物缓蚀剂的最佳缓蚀配方，并评价了该配方分别在5%硫酸、5%硝酸及5%盐酸溶液中对45碳钢的缓蚀性能，从而为其工业应用提供参考。

1 实验部分

1.1 实验材料

硫氰酸钾、硫脲、盐酸、硫酸、硝酸均为分析纯，45碳钢腐蚀挂片(28 cm2，扬州市祥玮机械有限公司)。

1.2 缓蚀性能评价

在40 ℃下，将45碳钢挂片放入含不同浓度缓蚀剂的腐蚀溶液中浸泡一段时间（依据45碳钢在3种酸液中的腐蚀速率差异，确定浸泡腐蚀时间为：5%盐酸，2 h；5%硫酸，2 h；5%硝酸，0.5 h），每组3个平行样；腐蚀时间到了以后，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45碳钢挂片的腐蚀速率。

式中：表示腐蚀速率，g·m-2·h-1；

△表示腐蚀失重实验前后试样的质量差，g；

表示试样的表观面积，m2；

表示浸泡试验时间，h；

缓蚀剂对45碳钢材质在不同腐蚀介质中的缓蚀率计算如下：

式中：表示缓蚀剂的缓蚀率，%；

v，v分别表示45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 硫氰酸钾与硫脲最佳配方的确定

图1 硫氰酸钾与硫脲的质量比对45碳钢在三种酸洗液中的缓蚀性能

图1是固定硫氰酸钾与硫脲总添加量为0.2%时，不同的硫氰酸钾与硫脲质量比在5%硫酸、5%硝酸及5%盐酸中对45碳钢的缓蚀性能。可以看出，硫氰酸钾/硫脲复合物对45碳钢的缓蚀性能，在硝酸溶液中要显著强于其在盐酸及硫酸溶液。在5%硫酸及5%盐酸溶液中，随着硫氰酸钾与硫脲质量比的增加，其对45碳钢的缓蚀性能表现出由增加到减少的变化，在5%硫酸溶液来说，当硫氰酸钾与硫脲的质量比为7:3时，其对45碳钢的缓蚀性能最好，缓蚀率达到了82.3%；在5%盐酸溶液中，当硫氰酸钾与硫脲的质量比为4:6时，45碳钢的缓蚀率为76%。在5%硝酸溶液中，无论硫氰酸钾与硫脲的质量比如何变化，产品的缓蚀率均在98%以上，这也说明硫脲和硫氰酸钾均对于硝酸溶液的缓蚀能力优良。综合来讲，对于5%硫酸溶液来说，硫氰酸钾与硫脲适宜的质量比为7:3，对于5%盐酸和5%硝酸溶液来说，硫氰酸钾与硫脲最佳的质量比为4:6。

2.2 5%硫酸中硫氰酸钾/硫脲的加入量对45碳钢的缓蚀性能

图2 5%硫酸溶液中硫氰酸钾/硫脲的量对45碳钢的缓蚀性能

从图2能够看出，使用质量比为7:3的硫氰酸钾与硫脲复合物，随着复合物添加量的增加，其对45碳钢的缓蚀率出现先增加后下降的趋势。当硫氰酸钾/硫脲复合物的添加量为0.2%时，其对45碳钢在5%硫酸溶液中的缓蚀率达到最大，为82.3%，此后随着该复合物添加量的增加，其对45碳钢的缓蚀作用出现下降趋势，可能的原因[9]是当复合缓蚀剂添加量不足的时候，在45碳钢挂片的表面无法形成完整的缓蚀膜，缓蚀率较低，随着复合缓蚀剂添加量的增加，其对45碳钢的缓蚀率明显增加。但是，过多的缓蚀剂分子会在45碳钢的表面形成多层吸附，进而导致缓蚀膜层发生部分脱附，对45碳钢的缓蚀率下降。因此，在5%硫酸溶液中，最佳的硫氰酸钾/硫脲复合缓蚀剂的添加量为0.2%。

2.3 5%硝酸中硫氰酸钾/硫脲的加入量对45碳钢的缓蚀性能

图3 5%硝酸溶液中硫氰酸钾/硫脲的量对45碳钢的缓蚀性能

从图3可以看出，当选用硫氰酸钾与硫脲的质量比为4:6时，随着该复合物量的增加，其对45碳钢在5%硝酸溶液中的缓蚀率均表现出优良的性能。这可能是由于该复合物成分硫脲和硫氰酸钾都是性能优良的硝酸缓蚀剂的缘故，两种组分抑制硝酸对45碳钢的腐蚀均性能优良。综合考虑缓蚀剂成本和后期缓蚀率的较小差别，在5%硝酸溶液中，适宜的硫氰酸钾/硫脲复合缓蚀剂的添加量为0.1%~0.2%。

2.4 5%盐酸中硫氰酸钾/硫脲的加入量对45碳钢的缓蚀性能

图 4 5%盐酸溶液中硫氰酸钾/硫脲的量对45碳钢的缓蚀性能

从图4可以看出，使用硫氰酸钾与硫脲优化质量比为7:3时，随着该复合物添加量的增加，其对45碳钢在5%盐酸溶液中的缓蚀性能出现先增加而后下降的变化趋势。当硫氰酸钾/硫脲复合物的添加量为0.1%时，其对45碳钢挂片在5%盐酸中的缓蚀率达到了74%，继续增加硫氰酸钾/硫脲复合物的添加量，其对45碳钢在5%盐酸中的缓蚀率增加不明显。当添加量大于0.2%时，对45碳钢的缓蚀率还出现了一定程度的下降。可能的原因[9]是当该复合物不足的时候，其在45碳钢的表面无法形成完整的缓蚀膜，导致腐蚀速度较快，随着复合缓蚀剂量的增加，45碳钢表面逐渐形成完整的缓蚀膜层，缓蚀率达到最大。但是，过量的缓蚀剂分子会在碳钢挂片的表面形成多层吸附，一定程度上会降低45碳钢挂片表面保护膜层的疏水性，此时45碳钢材质的缓蚀率又出现一定程度的下降。因此，最佳的硫氰酸钾/硫脲复合缓蚀剂的添加量为0.2%。

2.5 极化曲线

图5是25℃下有无硫氰酸钾/硫脲复合缓蚀剂（硫氰酸钾与硫脲的质量比为4:6）时45碳钢上述酸溶液（5%H2SO4、5%HNO3、5%HCl）中的Tafel曲线。

图5 45碳钢在3种酸溶液中的Tafel曲线

从图5中可以看出，在5%硫酸空白溶液中，45碳钢的腐蚀电流为Icorr = 22.4 mA/cm2，当添加0.15%的硫氰酸钾/硫脲复合缓蚀剂后，45碳钢的腐蚀电流下降为Icorr = 1.6 mA/cm2，5%硫酸溶液对45碳钢的腐蚀变小；与5%硝酸空白溶液相比，加入0.15%硫氰酸钾/硫脲复合物后，45碳钢的腐蚀电流由Icorr = 141 mA/cm2降低到了1.2 mA/cm2，对45碳钢的保护作用明显增强；在5%盐酸空白介质中，45碳钢的腐蚀电流为Icorr = 104 mA/cm2，在加入0.15%硫氰酸钾/硫脲复合物后，45碳钢在5%盐酸溶液中的腐蚀电流降低为1.3 mA/cm2，腐蚀明显变慢。Tafel极化曲线结果表明添加的硫氰酸钾/硫脲复合物能够有效地在45碳钢材质表面形成保护膜，从而减缓上述酸液对45碳钢的腐蚀。

3 结论

(1)硫氰酸钾与硫脲不同的质量配比对45碳钢的缓蚀结果表明：在5%硫酸溶液中，硫氰酸钾与硫脲的最佳质量配比为7:3。在5%硝酸溶液中，硫氰酸钾与硫脲的质量配比对45碳钢的缓蚀性能影响不大，适宜的质量配比为4:6。在5%盐酸溶液中，硫氰酸钾与硫脲的最佳质量配比为4:6。

（2）在3种酸液中，硫氰酸钾/硫脲复合缓蚀剂的添加量对45碳钢的缓蚀结果表明：在5%硫酸溶液中，使用硫氰酸钾：硫脲= 7:3的质量配比，最佳的添加量为0.2%，其对45碳钢的缓蚀率为82.3%；在5%硝酸溶液中，使用硫脲：硫氰酸钾= 4:6的质量配比，最佳的添加量为0.1%，其对45碳钢的缓蚀率为99%；在5%盐酸溶液中，使用硫氰酸钾：硫脲= 4:6的质量配比，最佳的添加量为0.2%，其对45碳钢的缓蚀率为76%。

（3）Tafel极化曲线结果表明，硫氰酸钾/硫脲复合物的加入可以显著地减少45碳钢在上述3种酸溶液中的腐蚀电流，表明该复合物在45碳钢表面能够形成有效的缓蚀层，因此，它作为45碳钢的酸洗缓蚀剂是可行的。

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CORROSION INHIBITION PERFORMANCE OF THE POTASSIUM THIOCYANATE/THIOUREA COMPLEX ON THE 45 CARBON STEEL

*WANG Yong-lei, LI Hai-yun, LU Lu-lu, PENG Zhi-xiang

(School of Chemistry & Chemical Engineering, Huangshan University, Huangshan, Anhui 245041, China)

The best formula and corrosion inhibitionperformances of the potassium thiocyanate/ thiourea complex inhibitor on the 45 carbon steel in different acid solutions （5%H2SO4, 5%HNO3, 5%HCl）were studied by static weight loss method. The results showed that the corrosion inhibition efficiency of 45 carbon steel in 5% H2SO4was 82.3% with 0.2% adding amount of complex inhibitor (weight ratio of potassium thiocyanate to thiourea, 7:3), and it was above 99% and 76% in 5% HNO3and HCl with 0.1% and 0.2% adding amount of complex inhibitor (weight ratio of potassium thiocyanate to thiourea, 4:6), respectively. Tafel polarization curve results showed that the addition of the potassium thiocyanate/thiourea complex can significantly reduce corrosion current.

potassium thiocyanate; thiourea; weight loss method; complex; 45 carbon steel

1674-8085(2015)04-00017-04

TG 174.4

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2015.04.004

2015-04-06；修改日期：2015-06-08

国家级大学生创新创业训练计划项目(201410375004)；黄山学院校级科研项目(2014xkj012)

*王永垒(1983-)，男，河南南阳人，讲师，博士，主要从事精细有机化工助剂的开发研究(E-mail:wylei@hsu.edu.cn);

李海云(1981-)，女，河南开封人，助教，硕士，主要从事生物质功能材料开发工作(E-mail:lhy@hsu.edu.cn);

陆露露(1992-)，女，安徽淮北人，黄山学院化学化工学院2012级应用化学专业本科生(E-mail:1320764679@qq.com).

彭志翔(1988-)，男，安徽安庆人，黄山学院化学化工学院2012级应用化学专业本科生(E-mail:353672982@qq.com).