丙炔醇对黄铜和紫铜的缓蚀性能研究

李海云，王永垒，朱梦泽，许 涛

（黄山学院化学化工学院，安徽，黄山 245041）

在工业生产中，常常采用很多措施来抑制金属的腐蚀[1-4]，有一种比较好的方法就是添加缓蚀剂。利用缓蚀剂来抑制金属腐蚀的方法，具有价廉、简便、高效的显著优势，使其在防腐蚀措施中占据重要的地位[5-7]。无论在生活上还是工业上，铜[8]的应用是十分广泛的。铜制设备容易被酸性介质腐蚀，另外，铜质设备的清洗会用到酸性介质[9]，研究酸性介质对铜的缓蚀具有很重要的意义。炔醇类化合物[10]由于自身特殊的官能团结构，在金属表面可以形成稳定的吸附层，具有优良的防腐作用。丙炔醇作为炔醇类化合物的代表，在黑色金属如铁、钢材等缓蚀方面研究较多[11-12]，但是对有色金属如铜材的缓蚀研究较少。我们分别研究了丙炔醇在 5%硝酸、10%盐酸及10%硫酸溶液中对黄铜和紫铜材质的腐蚀情况及缓蚀性能，从而为工业应用作指导。

1 实验部分

1.1 主要试剂及材料

黄铜及紫铜挂片(28 cm2，扬州市祥玮机械有限公司)；丙炔醇、盐酸、硫酸、硝酸均为分析纯。

1.2 失重实验及缓蚀率的计算

恒温40℃的条件下，把经过打磨、烘干等预处理后的黄铜和紫铜挂片放在 5%硝酸、10%盐酸、10%硫酸介质中进行腐蚀实验，分别记录下腐蚀前后黄铜和紫铜的质量，然后计算出它们腐蚀前后质量的变化值，根据公式1和公式2算出在不同腐蚀环境中黄铜和紫铜的腐蚀率及缓蚀率。

腐蚀率计算公式：

其中：K：腐蚀率；：挂片的初始质量（g）；M：反应后的挂片的质量（g）；S：挂片的表面积（m2）；t：腐蚀时间（h）。

缓蚀率计算公式：

其中：空白时挂片的腐蚀率（）；

加丙炔醇时挂片的腐蚀率。

2 结果与讨论

2.1 5%硝酸溶液中丙炔醇的量对黄铜及紫铜的缓蚀性能

图1 5%硝酸中丙炔醇的量对黄铜的缓蚀性能Fig.1 Corrosion inhibition performance of the amount of propargyl alcohol on the brass in 5% HNO3 solution

图2 5%硝酸中丙炔醇的量对紫铜的缓蚀性能Fig.2 Corrosion inhibition performance of the amount of propargyl alcohol on the copper in 5% HNO3 solution

从图1、图2可以看出，在5%的硝酸溶液中，丙炔醇对黄铜和紫铜材质的缓蚀性能是比较好的。随着丙炔醇添加量的增加，黄铜及紫铜腐蚀速率均明显降低，缓蚀率增加很快，这说明丙炔醇作为缓蚀剂明显地减缓了对黄铜和紫铜材质的腐蚀。在丙炔醇加入量为3.0 ‰时，对黄铜和紫铜材质的保护作用达到最大，黄铜的腐蚀率降低至0.18 g/m2·h，缓蚀率高达99.5%；紫铜的腐蚀率降低至0.24 g/m2·h。缓蚀率达到94.2%，之后继续加大丙炔醇的添加量，缓蚀率几乎不变。黄铜是铜与锌的合金，紫铜是铜单质，从腐蚀率来看，铜与锌的合金材质（黄铜）对氧化性酸（硝酸）的耐腐蚀性能相比纯铜材质（紫铜）差，可能是金属锌的活性较高，锌的引入降低了黄铜材质的抗腐蚀能力。但是，在丙炔醇的缓蚀作用下，二者均可以获得较好的缓蚀效果。因此，在 5%的硝酸溶液中，对于黄铜和紫铜材质来说，丙炔醇缓蚀剂最佳的添加量为3.0‰。

2.2 10%盐酸溶液中丙炔醇的量对黄铜及紫铜的缓蚀性能

图3 10%盐酸中丙炔醇的量对黄铜的缓蚀性能Fig.3 Corrosion inhibition performance of the amount of propargyl alcohol on the brass in 10% HCl solution

图4 10%盐酸中丙炔醇的量对紫铜的缓蚀性能Fig.4 Corrosion inhibition performance of the amount of propargyl alcohol on the copper in 10% HCl solution

从图3、图4可以看出，在10 %的盐酸溶液中，丙炔醇对黄铜和紫铜有较好的缓蚀效果。在10 %的盐酸溶液中，丙炔醇的加入也能够有效地抑制盐酸溶液对金属铜的腐蚀。随着丙炔醇缓蚀剂添加量的增加，黄铜和紫铜材质的腐蚀率呈现逐渐下降的趋势，缓蚀率先增加到最大，然后稍微降低。在10 %盐酸中，当丙炔醇添加量为3.5 ‰时，对黄铜和紫铜材质的缓蚀作用达到最大，黄铜的腐蚀率降低至0.14 g/m2·h，缓蚀率高达 89.4%；紫铜的腐蚀率降低至0.15 g/m2·h，缓蚀率达到94.5%。从最终的腐蚀率来看，铜与锌的合金材质（黄铜）与纯铜材质（紫铜）对普通酸性介质（盐酸）的耐腐蚀性能差别不大，说明金属锌材质的引入对盐酸的耐腐蚀性没有明显提高。因此，在10%的盐酸溶液中，对于黄铜和紫铜材质来说，丙炔醇缓蚀剂最佳的添加量为3.5‰。

2.3 10%硫酸溶液中丙炔醇的量对黄铜及紫铜的缓蚀性能

图5 10%硫酸中丙炔醇的量对黄铜的缓蚀性能Fig.5 Corrosion inhibition performance of the amount of propargyl alcohol on the brass in 10% H2SO4 solution

图6 10%硫酸中丙炔醇的量对紫铜的缓蚀性能Fig.6 Corrosion inhibition performance of the amount of propargyl alcohol on the copper in 10% H2SO4 solution

从图5、图6可以看出，在10%硫酸溶液中，丙炔醇缓蚀剂的加入能够很好地抑制硫酸溶液对黄铜及紫铜的腐蚀。加入丙炔醇缓蚀剂的量为0.5‰时，缓蚀率只有38.7%，腐蚀速率较快。随着丙炔醇缓蚀剂添加量的增加，对于黄铜和紫铜来说，腐蚀率均出现明显下降，而缓蚀率表现出先增大，后趋于稳定的趋势。当丙炔醇添加量为 3.5‰时，在10%硫酸溶液中对黄铜材质的缓蚀保护达到最大，黄铜的腐蚀率降低至 0.07 g/m2·h，缓蚀率高达80.1%；当丙炔醇添加量为4‰时，在10%硫酸溶液中对紫铜材质的保护效果达到最大，紫铜的腐蚀率降低至0.08 g/m2·h，缓蚀率高达78.9%，二者差别不大。因此，在10%的盐酸溶液中，对于黄铜和紫铜材质来说，丙炔醇缓蚀剂最佳的添加量分别为3.5‰和4‰。

2.4 Tafel曲线分析

图7 黄铜在10%盐酸、5%硝酸及10%硫酸中的Tafel曲线( i/ mA·cm)PoLgFtentialig.7 Tafel curves of the brass in 5%HNO3, 10%HCl and 10%H2SO4 solution

从图7看出，在10%的盐酸空白溶液中，黄铜的自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.351 V和 1030 mA/cm2；当加入3.5‰的丙炔醇后，黄铜的自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.354 V降低为105 mA/cm2；在5%硝酸空白溶液中，黄铜的自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.156 V和3650 mA/cm2；使用丙炔醇作为缓蚀剂后，黄铜的自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.168 V和219 mA/cm2；在10%硫酸空白溶液中，黄铜的自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.347 V和875 mA/cm2；使用丙炔醇作为缓蚀剂后，黄铜的自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.365 V和148 mA/cm2；这说明由于丙炔醇的缓蚀作用，黄铜材质的腐蚀电流均出现明显下降，腐蚀速率明显变慢，黄铜在上述酸液中的腐蚀极大程度地被抑制，自腐蚀电位均轻微负移，说明丙炔醇作为缓蚀剂具有同时抑制阴极和阳极的作用。丙炔醇分子中同时具有炔基和羟基，极性羟基的存在可以使丙炔醇分子紧密地吸附在黄铜及紫铜材质的表面，而分子中非极性的炔基作为疏水性基团可以对酸性腐蚀介质起到隔离屏蔽作用。

3 小结

（1）丙炔醇作为缓蚀剂，对黄铜及紫铜材质在硝酸、盐酸及硫酸中均具有较好的缓蚀效果。在5%硝酸溶液中，丙炔醇最佳的添加量为3.0‰，此时对黄铜和紫铜的缓蚀率分别为99.5%和94.2%；在10%盐酸溶液中，丙炔醇最佳的添加量为3.5‰，对黄铜和紫铜的缓蚀率分别为89.4%和94.5%；在10%硫酸溶液中，丙炔醇对于黄铜和紫铜的缓蚀率均达到80%左右。

（2）Tafel曲线结果表明，丙炔醇缓蚀剂的加入可以明显地降低黄铜在硝酸、盐酸及硫酸溶液中的腐蚀电流，腐蚀难度变大，腐蚀变慢，说明丙炔醇缓蚀剂在黄铜表面形成了缓蚀膜，起到抑制阴极及阳极的作用。

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