有机缓蚀剂对电偶腐蚀的缓蚀效果

(西安航空职业技术学院，西安 710089)

有机缓蚀剂对电偶腐蚀的缓蚀效果

张恩耀

(西安航空职业技术学院，西安710089)

通过表面形貌观察和电化学分析研究了有机混合缓蚀剂苯并三氮唑(BTA)和苯甲酸钠在去离子水中对金属钆、La(FeSi)13合金电偶腐蚀的缓蚀效果。结果表明：在添加0.05 mol/L BTA与0.05 mol/L苯甲酸钠的去离子水中，当La(FeSi)13合金、金属钆与304不锈钢形成电偶对时，其耐蚀性比在去离子水中有大幅提升，La(FeSi)13/钆、304不锈钢/钆、304不锈钢/La(FeSi)13三种电偶对的缓蚀率分别达到了90.5%、93.5%和96.5%；苯并三氮唑和苯甲酸钠能够有效抑制以上金属间的电偶腐蚀。

苯并三氮唑；苯甲酸钠；电偶腐蚀；缓蚀机制

Abstract： Morphology observation and electrochemical analysis were used to study the galvanic corrosion inhibition of benzotriazole (BTA) and sodium benzoate to Gd and La(FeSi)13alloy in deionized water. The results show that the corrosion resistance of Gd and La(FeSi)13alloy coupled with 304 stainless steel in deionized water increased rapidly when 0.05 mol/L BTA and 0.05 mol/L sodium benzoate was added. The inhibition efficiency was 90.5%, 93.5% and 96.5% for La(FeSi)13/Gd, 304 stainless steel/Gd, 304 stainless steel/ La(FeSi)13coupled electrodes. Benzotriazole and sodium benzoate can inhibit the galvanic corrosion between above metals.

Keywords： benzotriazole (BTA)；sodium benzoate；galvanic corrosion；inhibition mechanism

磁制冷技术是一种依靠磁制冷材料本身来储存和释放能量的技术。它不仅具有较高的能量转换效率(其最大转换效率可达卡诺循环的60%)，而且不需要使用氟利昂等对大气有害的物质。然而早期的磁制冷技术由于受到材料的限制，只能在极低温区使用，而且温跨较小，主要被应用于一些特殊的领域，离商业化应用还有一定的距离。直到1997年，具有大磁熵变的Gd5Si2Ge2合金被发现，这一合金在室温附近就能实现巨磁热效应，从而让室温磁制冷技术的大规模应用成为了一种可能[1]。之后，LaFe13-xSix合金[2]，MnAs合金[3]等也被发现具有这一特性。其中，LaFe13-xSix合金被认为是最有可能优先使用的磁制冷材料。相比Gd5Si2Ge2合金和MnAs合金，LaFe13-xSix合金的原材料价格极低，制备工艺更加简单，而且机械加工性能更好。此外，这种材料在不损失磁熵变的情况下，具有更小的热滞后，从而进一步降低了在应用过程中的能量损耗。虽然LaFe13-xSix合金具有以上两种合金不具有的众多特性，然而它的耐蚀性较差。磁制冷机中通常存在电偶腐蚀,这会使LaFe13-xSix合金产生更为严重的腐蚀。

有机缓蚀剂是目前应用最广，也是最有发展前途的一类缓蚀剂。这类缓蚀剂主要依靠在金属表面吸附来阻止腐蚀的发生，且在中性溶液中表现出良好的缓蚀性能[4-5]。苯并三氮唑(BTA)作为一种有效的有机缓蚀剂，被广泛应用于铜及其合金的腐蚀防护中，它能够在金属表面生成具有保护作用的多层膜[6-8]。同时,BTA对铁及其合金也能够起到一定的缓蚀作用，但是对于某些钢的缓蚀效果却并不是很显著[9]。羧酸盐作为另一类有机缓蚀剂，拥有高的安全系数和良好的水溶性，研究结果显示其对经过退火的铁具有一定的缓蚀效果，但对低碳钢的缓蚀效果则不明显[10-13]。以上两类有机缓蚀剂在单独使用时的缓蚀效果均不理想，近来发现将两者进行复配后则会起到明显的缓蚀作用[14]。

因此，本工作利用表面形貌分析和电化学手段研究了苯并三氮唑(BTA)和苯甲酸钠两种有机缓蚀剂对金属钆(Gd)及La(FeSi)13合金的缓蚀效果。

1 试验

试验材料为金属钆和La(FeSi)13合金。La(FeSi)13合金采用纯度为99.9% La,99.9%Fe和99.999% Si熔炼。将按化学剂量比配置好的合金原料放入纽扣式非自耗真空电弧炉中进行熔炼，再将熔炼得到的样品放入真空钼丝炉中进行1 350 ℃×3 h的高温热处理。

将La(FeSi)13合金、金属钆和304不锈钢分别制成La(FeSi)13/钆、304不锈钢/钆、304不锈钢/La(FeSi)133种电偶对。通过改变电极工作面积大小(0.19～3.14 cm2)，调节电偶对中阴/阳极工作面积比，使其分别为1∶4，1∶1，4∶1。

将金属钆、La(FeSi)13合金、不锈钢/钆和304不锈钢/ La(FeSi)13电偶对(阴/阳极工作面积比均为1∶1)浸泡于去离子水中进行腐蚀试验，试验时间为10 h。然后用JSM-6490LV型扫描电子显微镜观察金属表面腐蚀形貌。

电化学测试在PARSTAT 2273 (EG&G,USA)电化学工作站上进行，参比电极是饱和甘汞电极 (SCE)， 辅助电极是铂电极(Pt),工作电极分别为以上3种电偶对(阴/阳极工作面积比为1∶4，1∶1，4∶1)。开路电位测试时间为1 200 s，动电位极化扫描速率为0.1 mV/s，测试溶液为空白及添加0.05 mol/L BTA与0.05 mol/L苯甲酸钠的去离子水。

2 结果与讨论

2.1 电化学测试结果

由表1可见：304不锈钢，钆和La(FeSi)13合金在添加缓蚀剂去离子水中的开路电位(自腐蚀电位)分别为-0.11，-0.55，-0.21 V，比它们在空白去离子水中的分别提高了0.12，0.83，0.49 V；其提高幅度的顺序为钆>La(FeSi)13>304不锈钢。这一顺序正好与去离子水中三种金属的自腐蚀电位大小相反，说明添加缓蚀剂后对钆和La(FeSi)13合金的电偶腐蚀都是有利的。

表1 三种材料在空白及添加缓蚀剂的去离子水中的开路电位Tab. 1 OCP of three materials in deionized water with and without inhibitor V

为进一步研究不同材料间形成电偶对后对其腐蚀行为的影响，利用电化学方法分别测量不同阴/阳极工作面积比的3种电偶对在去离子水中的极化曲线，通过极化曲线得到腐蚀电流密度,如表2所示。由表2可知:对同一电偶对来说，两种金属的电极电位不变，因此腐蚀电流密度主要受电极工作面积的影响，随着阴极工作面积的增大，腐蚀电流密度也会逐渐增大。根据表1可知，3种电偶对中304不锈钢/钆电偶对具有最大的电位差，导致其腐蚀电流密度在阴/阳极面积比为4∶1时达到81.9 μA/cm2，在相同阴/阳极面积比下，304不锈钢/ La(FeSi)13、La(FeSi)13/钆电偶对的腐蚀电流密度分别为38.9，53.0 μA/cm2。这说明两种材料之间的电位差对腐蚀起到了重要的作用。因此，在进行设计时,应尽量形成大阳极小阴极的电偶对，以避免产生更为剧烈的腐蚀。虽然减小阴/阳极的面积比能够降低电偶腐蚀的程度，但是当其比例低于1∶1后，电偶腐蚀的降幅减小，此时常通过减小不同材料之间电位差来防止腐蚀变得更为严重。

表2 去离子水中不同电偶对间的腐蚀电流密度Tab. 2 Corrosion current density of different coupled electrodes in deionized water μA/cm2

对比表2和表3中数据可知：在去离子水中加入缓蚀剂后304不锈钢/钆电偶对的最大腐蚀电流密度从81.9 μA/cm2降至5.30 μA/cm2；当阴/阳极工作面积比为4∶1时，304不锈钢/ La(FeSi)13和La(FeSi)13/钆电偶对的腐蚀电流密度分别为1.35 μA/cm2和5.00 μA/cm2，远低于在去离子水中测得的38.9 μA/cm2和53.0 μA/cm2，缓蚀率分别达到了93.5%，96.5%，90.5%。试验结果表明，添加0.05 mol/L BTA与0.05 mol/L苯甲酸钠能够有效降低材料之间的电偶腐蚀。

表3 添加缓蚀剂去离子水中不同电偶对间的腐蚀电流密度Tab. 3 Corrosion current density of different coupled electrodes in deionized water added with inhibitors μA/cm2

2.2 腐蚀形貌分析

由图1可见，在去离子水中浸泡10 h后，与304不锈钢形成电偶对的金属钆，其腐蚀情况比单独腐蚀时的更为严重，分析认为这是由于金属钆相比304不锈钢具有更低的腐蚀电位。由表1可知,金属钆在去离子水中的自腐蚀电位是-1.38 V，远低于不锈钢的-0.23 V，因此当两种金属形成电偶对时金属钆会发生更为严重的腐蚀。

(a) 单独

(b) 与304不锈钢组成电偶对图1 金属钆在不同条件下腐蚀后的SEM形貌Fig. 1SEM morphology of Gd after corrosion in different conditions: (a) sole； (b) coupled with 304 stainless

由图2可见，当304不锈钢与La(FeSi)13合金形成电偶对时，La(FeSi)13合金由于较低的自腐蚀电位而优先被腐蚀。由表1可知，La(FeSi)13合金在去离子水中的自腐蚀电位为-0.70 V，同样远低于304不锈钢的自腐蚀电位，因而当两者形成电偶对时，La(FeSi)13合金的腐蚀会更为严重。

(a) 单独

(b) 与304不锈钢组成电偶对图2 La(FeSi)13合金在不同条件下腐蚀后的SEM形貌Fig. 2 SEM morphology of La(FeSi)13 in different corrosion conditions: (a) sole； (b) coupled with 304 stainless

3 结论

304不锈钢/钆电偶对在添加缓蚀剂前后去离水中的腐蚀电流密度分别为81.9，5.30 μA/cm2，缓蚀率达到93.5%。同样，在La(FeSi)13/钆、304不锈钢/La(FeSi)13两种电偶对中，缓蚀率也分别达到了90.5%,96.5%。试验结果表明,0.05 mol/L BTA与0.05 mol/L苯甲酸钠对金属钆、La(FeSi)13合金、304不锈钢之间的电偶腐蚀具有很好的抑制作用。

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Galvanic Corrosion Inhibition of Organic Corrosion Inhibitors

ZHANG Enyao

(Xi′an Aeronautical Polytechnic Institute, Xi′an 710089, China)

10.11973/fsyfh-201710009

TG174

A

1005-748X(2017)10-0785-04

2017-02-23

陕西省教育厅科学研究项目计划(14JK1366)

张恩耀(1981-)，讲师，博士，从事磁性及新能源材料研究，1529181583，enyaozhang@163.com