盐酸介质中苯并咪唑阳离子表面活性剂对碳钢的缓蚀性能研究

高阳+刘佳

摘要：文章利用失重法、极化曲线和SEM研究苯并咪唑阳离子表面活性剂GBCS12-3在1mol/L盐酸中对碳钢的缓蚀性能，结果表明：其对碳钢在盐酸介质中的缓蚀率随浓度的增大而增加，随温度的升高而下降；缓蚀剂GBCS12-3的加入阻碍了腐蚀反应的进行；极化曲线表明GBCS12-3是以抑制阴极反应为主的混合型缓蚀剂；通过SEM可以看到其在碳钢表面形成了致密的吸附膜。

关键词：苯并咪唑；阳离子表面活性剂；缓蚀剂；酸性介质；盐酸介质 文献标识码：A

中图分类号：O626 文章编号：1009-2374（2017）06-0010-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.005

盐酸是化学清洗中应用最广的去除污垢和铁锈的酸之一，其溶垢迅速，且形成酸式盐溶解度大，可使酸洗后金属表面状态良好无残渣。但盐酸对金属的腐蚀性强，为减少腐蚀，人们研究了大量的酸洗缓蚀剂并发现季铵盐阳离子类缓蚀剂有着优异的缓蚀效果。本文以文献方法制得1，3-双（N-十二烷基苯并咪唑）-丙烷（简称GBCS12-3），并采用静态失重、极化曲线及SEM对其在1mol/L盐酸中的缓蚀作用及机理进行了研究和探讨。

1 实验方法

1.1 腐蚀失重

20#标准碳钢片经打磨、蒸馏水洗涤、丙酮脱脂后称重。实验时将碳钢片垂直浸于介质中，保持温度40℃挂片24h。结束后蒸馏水、丙酮清洗后干燥至恒重。由前后挂片重量的损失计算腐蚀速度和缓蚀效率。

1.2 扫描极化曲线法

采用三电极扫描极化曲线，其中工作电极为20#碳钢电极，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂金电极，扫描幅值±200mv，扫描速度1mv/s，可得腐蚀电化学参数Icorr、ba、bc、缓蚀效率。

1.3 缓蚀吸附膜微观分析

将碳钢片分别浸入到空白和加有20mg/L GBCS12-3的1mol/L盐酸介质中，40℃下浸泡24h。浸泡结束后用蒸馏水冲洗试片，然后用SEM对缓蚀吸附膜进行微观形貌分析。

2 结果与讨论

2.1 缓蚀剂浓度对缓蚀率、腐蚀速度的影响

缓蚀剂浓度对缓蚀率、腐蚀速度具有重要的影响，图1是40℃ 1mol/L HCl溶液中不同濃度GBCS12-3对碳钢的缓蚀率的影响，可看出随着缓蚀剂浓度的增加，缓蚀率增大，同时腐蚀速率有所减小，当其用量在20mg/L时，缓蚀率达到最大的97.2%，腐蚀速率减到最小并趋于平缓（空白腐蚀介质中碳钢片失重0.9565g，腐蚀速率33.2g·m-2·h，加有25mg/L腐蚀介质中碳钢片失重0.9565g，腐蚀速率降到0.9g·m-2·h）。同时，目视试片发现空白介质中，试片被严重腐蚀，而在加有GBCS12-3的溶液中，试片表面光亮如新，可看出该类缓蚀剂效果显著。

2.2 温度对缓蚀效率的影响

温度对缓蚀性能有明显的影响，温度变化会影响多种因素发生变化，如溶剂作用力、金属表面的活性、大分子的活动性和扩散能力，而这些因素的变化又会对吸附产生影响。在上述因素的综合影响下，如负性影响占优势，则缓蚀性能则可能随温度升高而下降；如正性的影响占优势，则可能结果相反。对GBCS12-3而言，负性影响占优势，缓蚀率随温度的升高而降低。

2.3 缓蚀剂抑制碳钢腐蚀动力学研究

图2给出了温度与腐蚀速度之间的关系，它们符合Arrhenius公式，对该图进行线性回归，可得腐蚀反应的指前因子A和活化能E，当加入GBCS12-3之后，腐蚀反应的反应活化能被提高了。

2.4 缓蚀剂的极化曲线

图3显示40℃下，20#碳钢电极在1mol/L HCl溶液中在添加不同浓度的GBCS12-3的极化曲线、拟和得到的动力学参数和缓蚀效率。由数据可知，加入缓蚀剂降低了腐蚀电流并使自腐蚀电位Ecorr值变负，随着缓蚀剂浓度的增加，缓蚀作用增强，这与失重法结果一致。由极化曲线与空白对比，发现阳极和阴极极化曲线的斜率变化不大，自腐蚀电位负移，缓蚀剂对阳极和阴极反应同时有抑制作用，说明GBCS12-3属于抑制阴极析氢反应为主的混合型缓蚀剂。

2.5 缓蚀剂在碳钢表面的吸附膜

为了进一步研究GBCS12-3优异缓蚀效果的原因，利用SEM以缓蚀吸附膜微观分析方法对碳钢片进行了表面微观形貌分析。对比碳钢片（图4-1）和未加GBCS12-3的空白试样（图4-2），发现碳钢在盐酸介质中腐蚀较严重。对比碳钢片和加有20mg/L缓蚀剂碳钢片（图4-3），发现加有缓蚀剂碳钢片上形成了致密、完整的吸附膜，而正是这致密、完整的吸附膜阻碍了盐酸介质中侵蚀离子对碳钢片的腐蚀，这也和GBCS12-3在失重法、极化曲线法实验中表现出优异缓蚀效果的结论相符合。

3 结语

GBCS12-3对碳钢在盐酸介质中表现出优良的缓蚀效果，其缓蚀效果随浓度的变大而增强；对GBCS12-3而言，负性影响占优势，随温度的升高，缓蚀率下降；缓蚀剂的加入提高了反应的活化能，大大阻碍了腐蚀的进行；极化曲线表明GBCS12-3是一种以抑制阴极析氢反应为主的混合型缓蚀剂；通过SEM可以明显看到在碳钢表面形成了致密的吸附膜。

参考文献

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[2] 高阳.盐酸溶液中N-烷基苯并咪唑阳离子对碳钢的缓蚀研究[J].材料保护，2009，42（7）.

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作者简介：高阳（1982-），男，江苏常州人，供职于江苏海翔化工有限公司，硕士。

（责任编辑：黄银芳）