油气集输缓蚀剂缓蚀效率的影响因素及评价方法综述

叶 男，廖柯熹，何国玺，覃 敏，赵 帅

(西南石油大学石油与天然气工程学院，四川 成都 610500)

0 前 言

管道是运输油气的载体，而集输管道的输送介质复杂，产出物通常高温、高压、高矿化度，并且含水、砂、CO2、H2S、O2等腐蚀性介质和微生物，常常造成严重的管道腐蚀，导致一系列的安全事故。缓蚀剂被油田系统广泛采用，缓蚀效率是缓蚀剂应用效果的重要评价指标之一。缓蚀率受很多因素影响，除了缓蚀剂和金属本身的性质和结构影响外，还与介质温度、流速、壁面剪切力、pH值、流型、含砂量、微生物等多种因素有关。明确现场缓蚀剂使用效果的影响因素及规律，对于现场缓蚀剂使用效果的判断及缓蚀剂加注具有指导意义。

1 影响缓蚀效率的因素及规律

1.1 缓蚀剂性质

1.1.1 缓蚀剂分子结构

缓蚀剂分子结构和空间构型是决定其缓蚀性能的关键因素[1]。对于壳聚糖缓蚀剂来说，由于氨基和羟基的存在，使得壳聚糖缓蚀剂结构具有稳定性好、不溶于水以及良好的成膜性等特点[2]。Al - Shihry等[3]针对饱含CO2油田水的条件下，对比了2种缓蚀剂(SR - 16和SR - 17)的缓蚀效率。这2种聚合物在结构上相同，只是SR - 16中的环已基被SR - 17的苯环取代(图1)，提高了刚性和稳定性。研究结果表明这2种缓蚀剂对抑制CO2腐蚀有良好的效果，其中SR - 17的效果比SR - 16的更好。张军等[4]的研究结果表明2 - 烷基 - 1 - 氨乙基咪唑啉缓蚀剂的烷基链越长，缓蚀剂膜与金属基体的结合强度及膜的稳定性越好，其缓蚀效率越高。咪唑啉衍生物的缓蚀效率通常随着其烷基链长度的增加而提高。但过大的分子会造成空间位阻高，降低抑制效率，此外具有较长烷基链的分子通常毒性更大且不易分解[5]。Al - Sabagh等[6]所制备的基于亚烷基二胺的缓蚀剂随着内部烷基链数量的减少其缓蚀效率显著提高，并且随着环氧乙烷数量的增加，缓蚀效率提高。

1.1.2 缓蚀剂浓度

缓蚀剂的浓度会影响钢铁表面形成的吸附膜的完整性，缓蚀剂浓度较低时，在钢铁表面形成保护膜的致密性和均匀性不够，因此缓蚀效率较低。通常来说缓蚀剂浓度越高，保护膜完整性越好，但当缓蚀剂达到一定浓度后，钢铁表面的缓蚀剂吸附量达到饱和，同时缓蚀剂分子间存在位阻效应，缓蚀效率几乎不随浓度增加而变化。此外，缓蚀剂浓度可能改变缓蚀剂分子的吸附方式，随着缓蚀剂浓度的提高，缓蚀剂分子在试样表面由平行吸附变为垂直吸附，被保护面积减少，导致缓蚀效率降低[7]。在保证缓蚀效果的前提下，考虑经济性，缓蚀剂的用量越低越好。

在其他条件不变的情况下，张玉香等[8]测定了挂片在8种缓蚀剂浓度(0，20，40，60，80，100，150，200 mg/L)下的缓蚀效率，结果表明，缓蚀效率随缓蚀剂浓度的增加而提高，但提高的幅度不断降低，后期趋于平缓。Tian等[9]合成了一种抑制CO2腐蚀的高效缓蚀剂，通过对加注不同浓度缓蚀剂条件下钢片的极化曲线进行分析，结果表明缓蚀剂浓度在2.7×10-5～7.7×10-4mg/L范围内，随着缓蚀剂浓度的增加，腐蚀电流密度显著降低，缓蚀效率逐渐增大。此外，缓蚀剂的浓度也会影响缓蚀剂在钢片表面的吸附方式，随着浓度增大缓蚀剂由物理吸附转变为化学吸附[10]。黄静[11]的研究表明当咪唑啉类缓蚀剂浓度从400 mg/L增加到450 mg/L时，缓蚀剂分子的烃基支链在20G碳钢表面呈现平行吸附，试样被保护面积大大增加，缓蚀效率也得到了提高。继续增加缓蚀剂浓度，缓蚀剂分子在试样表面呈垂直吸附，被保护面积减少，腐蚀加剧，缓蚀效率降低，缓蚀效率随浓度变化情况如图2所示(1号、2号、3号分别为某油田常用的3种咪唑啉类缓蚀剂)。Amir等[12]对咪唑啉缓蚀剂在饱和CO2的NaCl溶液中进行了缓蚀剂性能评价，电化学测试结果与扫描电子显微镜分析结果一致，即缓蚀剂最佳浓度为30 mg/L，此时钢片表面几乎被缓蚀剂膜完全覆盖，当缓蚀剂浓度大于40 mg/L时会导致缓蚀效率显著下降。

1.2 金属材质

1.2.1 钢材表面粗糙度

研究表明，基体表面粗糙度越大，缓蚀剂的缓蚀效率越小。张欢欢[1]合成了一种高效抑制钢的CO2腐蚀的吸附型硫脲基咪唑啉缓蚀剂，这种缓蚀剂对光滑样品的缓蚀效率高于粗糙样品的。周云[13]测量了不同表面粗糙度的Q235钢在加0.01 mol/L的钼酸钠和苯并三氮唑复配吸附型缓蚀剂体系下的极化曲线，结果表明Q235钢基体的表面粗糙度越高，钝化膜对基体的缓蚀效率越低。王海涛等[14]研究了一种十八烷基胺(ODA)复配缓蚀剂对碳钢的缓蚀性能，结果表明随着碳钢表面粗糙度的增加，缓蚀剂的成膜性变差。

1.2.2 钢材显微组织

钢材的微观结构对缓蚀剂的缓蚀性能有重要的影响[15]，研究表明缓蚀剂的缓蚀效率受钢材微观结构的影响。张欢欢[1]研究了在添加相同种类、相同浓度缓蚀剂的条件下，对比具有不同显微组织的钢材(H钢与T钢均为Q235钢，但加热处理方法不同，其显微组织不同，H钢使用退火工艺加工，T钢使用淬火回火工艺加工)的腐蚀情况(图3)。发现2种钢的珠光体和铁素体相之间都会发生电偶腐蚀，但H钢发生腐蚀的驱动力更大，图3表明H钢的腐蚀比T钢的严重。

Oblonsky等[16]研究了十八烷基二甲基苄基氯化铵(ODBAC)在2种不同微观组织碳钢上的吸附，发现ODBAC对铁素体显微组织有很强的物理吸附作用，但对马氏体显微组织的物理吸附作用很弱。他们将这种差异归因于2种微结构上钝化膜的持久性，马氏体钢上更稳定的钝化膜阻止了缓蚀剂的最佳吸附。Lpez等[17]研究了具有2种不同显微组织的碳钢H和T在加注缓蚀剂后的腐蚀规律，结果表明2种微观结构钢的阻抗大小都呈增加趋势。加注缓蚀剂后H钢的阻抗值大于未加注缓蚀剂的H钢的阻抗值，而T钢相反。因此缓蚀剂的存在提高了退火钢(H钢)的耐蚀性，但促进了淬火回火钢(T钢)的腐蚀。

1.2.3 钢材表面腐蚀产物

在现场实际使用缓蚀剂时，管道并不是光洁如新的，其表面发生了不同程度的腐蚀。在室内先进行预腐蚀后再对缓蚀剂进行评价，这样比较能反映实际的真实情况，预腐蚀样品表面的腐蚀产物不同对缓蚀效率的影响不同。

张欢欢[1]研究了X70钢在含有CO2的NaCl溶液中表面预腐蚀程度对硫脲基咪唑啉缓蚀性能的影响。预腐蚀2 h，腐蚀产物极少；预腐蚀24 h，钢片表面主要为Fe基体和少量的Fe3C；预腐蚀48 h，形成的腐蚀产物膜主要为FeCO3，疏松多孔，几乎无保护作用。在加注相同浓度的缓蚀剂条件下，样品缓蚀效率大小排序为预腐蚀2 h>预腐蚀48 h>预腐蚀24 h。Tian等[18]采用旋转电化学石英晶体微量天平(REQCM)检测方法研究了缓蚀剂分子在钢表面是否发生选择性或定向性吸附，设计了在电极浸入腐蚀溶液之前注入缓蚀剂和在电极浸入1 h后注入缓蚀剂2种具有不同腐蚀反应强度的表面。结果表明，与新制备的钢相比，进行预腐蚀后的电极缓蚀效果更好，这是由于缓蚀剂对腐蚀产物产生了化学吸附，形成了紧凑的保护膜。李国敏等[19]研究了在饱和CO2的盐溶液体系中，腐蚀产物膜对咪唑啉类和季铵盐类2类缓蚀剂缓蚀性能的影响，结果表明腐蚀产物膜的存在导致咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀效率下降，而季铵盐类缓蚀剂仍有良好的缓蚀性能。

1.3 环境因素

1.3.1 温度

温度过低，缓蚀剂分子的热运动缓慢，到达金属表面的速率明显降低，缓蚀作用不明显。温度过高，缓蚀剂分子热运动加快，导致吸附在金属表面的缓蚀剂膜脱落，缓蚀效率降低。因此缓蚀剂只有在一定温度范围内使用才能有效发挥其缓蚀作用。

Al - Amiery等[20]研究了温度对呋喃衍生物对低碳钢缓蚀效率的影响，结果表明随着温度的升高，低碳钢表面吸附的缓蚀剂分子数量减少，导致其缓蚀性能下降。严长征[21]在流体含水率为80%、流速为3 m/s、CO2分压为0.5 MPa条件下考察了介质流体温度对新型抗CO2缓蚀剂KW - 101(咪唑啉类缓蚀剂与非离子表面活性剂复配)缓蚀效率的影响，试验结果表明，随着温度的升高(30～100 ℃)，缓蚀剂分子运动加快，缓蚀剂膜与金属表面解离，导致缓蚀效率逐渐下降(如图4所示)。张玉香[7]测定了不同温度下(25～70 ℃)的缓蚀效率，试验结果表明，缓蚀效率随着温度的升高而降低。李正超[22]合成了一种咪唑啉季铵盐缓蚀剂，并研究了缓蚀剂在温度30～90 ℃范围内的缓蚀性能。结果表明，当温度高于70 ℃时缓蚀剂成膜能力降低，因此随着温度的升高，缓蚀效率先升高后降低。Zhang等[23]研究了一种环保型低碳钢缓蚀剂的缓蚀性能，在30～60 ℃温度下，缓蚀效率随着温度的升高而提高。Moustafa等[24]研究了在不同温度和缓蚀剂浓度下一种绿色环保型缓蚀剂对碳钢腐蚀的影响，表明该缓蚀剂的吸附过程是吸热机制，随着温度的升高，缓蚀剂容易被牢固地吸附在碳钢表面，其缓蚀效率也随之升高。

1.3.2 流速

流速主要影响缓蚀剂的成膜过程和对已经形成的缓蚀剂膜产生冲刷作用。流速过低，缓蚀剂分子传质减缓，缓蚀剂难以成膜；管道运行压力的变化将引起管输介质流速的变化[26]，流速过大会加速金属的溶解[27]，同时会产生较大的切应力，对已经形成的缓蚀剂膜具有冲击和冲刷的作用，破坏缓蚀剂膜。

刘瑕等[28]研究了不同碳链长度的咪唑啉缓蚀剂在静态和动态条件下的缓蚀效率，结果表明在流动条件下缓蚀剂的缓蚀效率明显降低。李玲杰等[29]研究了添加缓蚀剂后L360钢在不同流速下的缓蚀效率，结果表明，当流速从0～2.0 m/s变化时，缓蚀效率呈现先增大后减小的趋势。李正超[23]对复配咪唑啉季铵盐缓蚀剂进行了性能评价，结果表明介质流速在0～2.0 m/s范围内变化时，缓蚀效率随流速增大呈现先提高后下降的趋势。Solomon等[30]为了考察流速对QSI缓蚀性能的影响，在不同转速下进行了电化学阻抗谱和线性极化电阻法(LPR)测量。结果表明QSI(十七烷基十八胺基咪唑啉类)缓蚀剂的最佳流动条件为500～1 000 r/min，当转速达到1 500 r/min时会导致其缓蚀效率降低，这归因于高速产生的高剪切应力的负面影响。高剪切应力导致吸附的抑制剂分子从钢表面脱离，导致新的区域暴露于腐蚀剂的侵蚀。缓蚀效率随流速变化规律如图5所示(1号、2号表示不同种类的缓蚀剂)。

1.3.3 壁面剪切力

Heeg等[31]使用专门设计的喷射圆柱电化学电池研究了多相条件下缓蚀剂膜的行为，一般来说，在多相流条件下，壁面剪切应力是影响缓蚀剂膜的效率和持久性的主要因素之一。王贝等[32]在模拟的高压湿气环境中，研究了壁面剪切力对缓蚀剂吸附脱附的影响。结果表明，在连续加注相同浓度缓蚀剂的条件下，管道壁面剪切力在19.8～106.0 Pa范围内逐渐增大，缓蚀效率随之提高，但腐蚀速率也随之变大，如图6所示。在实际使用过程中不仅要考虑缓蚀效率，同样需要考虑管道的腐蚀速率。Li等[33]采用浮动元件壁面探针直接测量多相流中的壁面剪应力，结果表明，在该研究涵盖的单相流和气液两相流(包括段塞流、分层流和环形雾流3种流型状态)中，产生的壁面剪应力不足以完全破坏腐蚀产物保护层或腐蚀抑制剂膜。Jiang等[34]指出高流速下的高剪切应力会降低缓蚀剂的有效性，从而显著提高腐蚀速率，因此有必要在高流速下增加缓蚀剂浓度。

1.3.4 pH值

吸附膜型缓蚀剂通常用于酸性介质中，成膜型缓蚀剂通常用于中性介质中，缓蚀剂的作用都有一个合适有效的pH值范围，在合理pH值范围内使用缓蚀剂，才能保证缓蚀剂持久有效。王贵等[35]考察了pH值对缓蚀剂性能的影响，研究目标油田的采出水pH值接近中性，表现为吸氧腐蚀，现场采用加注除氧剂的方法来提高缓蚀效率。在加入除氧剂后，当pH<7时，缓蚀效率随着pH值增大而提高，缓蚀速率提高的幅度较大；当pH>7时，缓蚀效率随着pH值增大而降低，缓蚀效率降低的幅度较小。Chauhan等[36]研究了当介质pH值从7.0增加到8.2时，胺基缓蚀剂对碳钢的缓蚀效率从42.1%提高到50.6%。

1.3.5 流型

油、气、水集输管道存在多种流型，流型对缓蚀效率有很大的影响，研究表明湍流和气泡流容易对缓蚀剂膜产生破坏，导致保护膜减薄或变得疏松多孔。Hong等[37]用电化学阻抗法研究了不同段塞流条件下咪唑啉类缓蚀剂在二氧化碳环境中的缓蚀行为。结果表明在高弗劳德数的段塞流中，钢表面形成的缓蚀剂膜薄且多孔，保护性差。高湍流和较高频率的气泡脉冲会损坏缓蚀剂膜并将其从金属表面冲走，从而导致缓蚀性能降低。Heeg等[31]通过同时应用液体射流和超声波空化产生的段塞流条件，发现在缓蚀剂浓度低于某一浓度值时导致缓蚀剂膜破裂。对于段塞流管线，平均腐蚀速率将高于预测值，无论缓蚀剂膜是否被破坏，在每个段塞流期间都会出现高腐蚀速率期。此外，为了确保管线受到缓蚀剂薄膜的保护，将缓蚀剂浓度保持在一定水平以上非常重要。湍流也可能导致腐蚀产物或缓蚀剂形成的薄膜从金属表面脱落，影响缓蚀剂的效率[38]。Chen等[39]利用自制的回路系统研究了多相流动条件下缓蚀剂的电化学行为，结果表明，段塞流中的缓蚀剂保护膜比全管流中保护膜更疏松多孔，导致段塞流条件下腐蚀速率更高。同样高速的湍流和气泡的冲击会降低缓蚀剂性能并提高腐蚀速率。

1.3.6 砂

缓蚀剂中的一些活性化合物能够黏附在砂粒上，从而降低了介质可用的缓蚀剂浓度。然而，也有人认为，缓蚀剂吸附在砂粒上可能是有益的，因为阻碍了砂粒引起基底侵蚀的能力[40]。流动状态下砂粒主要是对缓蚀剂膜产生剥离，导致缓蚀效率降低。

通常向模拟环境中注入二氧化硅颗粒，模拟现场侵蚀环境。Heeg等[31]发现二氧化硅颗粒的喷射导致缓蚀剂膜的剥离。有研究表明，缓蚀剂能够吸附在砂粒表面，降低了缓蚀剂浓度，对缓蚀剂在钢表面的吸附产生不利影响[41]。Senatore等[42]研究了在高流速、含CO2环境下缓蚀剂的性能，结果表明无论是否存在砂粒，缓蚀剂都能有效降低腐蚀速率。无砂环境下注入100 mg/L缓蚀剂时，对X65钢的缓蚀效率可达98%，当存在砂粒时，缓蚀效率为96%。Liu等[43]研究了加注氨基乙基咪唑啉衍生类缓蚀剂后对N80低碳钢在单液相和固液两相中腐蚀的影响，结果表明该缓蚀剂抑制CO2腐蚀的程度取决于流动条件与颗粒含量。在流动系统中由于砂的冲击会降低缓蚀剂的性能并加剧腐蚀。图7为N80钢在有无砂粒饱和氯化钠溶液中加注缓蚀剂后的腐蚀形貌。从图7可知，有砂粒存在的条件下钢片表面腐蚀更严重。Jiang等[34]通过失重试验、扫描电镜和电化学技术(包括电化学阻抗谱、线极化电阻)研究了流动条件下介质夹带砂对缓蚀性能的影响，结果表明当砂粒撞击金属表面时，局部应力可能相当高，缓蚀剂分子很容易被高速砂粒从金属表面剥离，加速了腐蚀，并降低了缓蚀剂的缓蚀效率。

1.3.7 微生物

微生物对缓蚀剂的降解作用和竞争吸附关系会导致其缓蚀效率的降低[44]，Rajasekar等[45]研究了Bacillus cereus ACE4对商用缓蚀剂的生物降解过程，这种微生物能降解缓蚀剂分子中的芳香烃和脂肪烃，使其缓蚀效率降低22%～40%。Muthukumar[46]利用红外光谱、核磁共振和气相色谱等手段研究了ACE2和ACE4对水溶性缓蚀剂的降解作用，结果表明这种微生物通过降解水溶性缓蚀剂导致其缓蚀效率下降。张帆[44]研究了在二氧化碳饱和的油田污水系统中微生物对缓蚀剂的长效性影响，图8表明腐蚀11 d后，添加月桂酸和硫脲的体系比空白组(即未加注任何缓蚀剂)中菌量最多。

咪唑啉和十二胺在含SRB的CO2溶液中有很好的抑制腐蚀作用。而月桂酸和硫脲在含菌介质中失效，是由于其作为营养源加速了SRB的生长代谢，同时SRB的代谢产物阻碍了月桂酸和硫脲在碳钢金属表面吸附所造成的结果。Feng等[47]研究了在聚丙烯酰胺缓蚀剂和微生物的共同存在条件下，对缓蚀效率的影响情况。结果表明聚丙烯酰胺不能抑制采出水金属表面生物膜的形成，微生物吸附在试样表面，然后形成生物膜。生物膜形成过程中，团簇首先出现在试样表面，然后扩散并最终完全覆盖试样表面，加速了金属的腐蚀。

2 缓蚀剂实验室评价方法

2.1 定量评价法

(1)失重法 失重法评价是最常用的室内缓蚀效率评价方法，依据GB/T 35509-2017“油气田缓蚀剂的应用和评价”，选择现场实际应用的钢材，形状采用长方体，经过打磨后清洗并称重，设置3组平行试验。试验结束后，计算平均腐蚀速率、点蚀速率、均匀腐蚀缓蚀率和点缓蚀率。

(2)电化学评价法 评价缓蚀剂使用效果的常规电化学法主要有电化学阻抗谱、极化曲线和电化学噪声技术。电化学阻抗谱(EIS)测量体系腐蚀过程动力学参数和传质参数[48]，利用等效电路进行解析，该方法对体系产生的影响较小，图9为P110钢在未加缓蚀剂(空白组)与加注不同缓蚀剂(ZJ - 1和ZJ - 2)溶液中的电化学阻抗谱和Tafel极化曲线。通过测量极化曲线可得到腐蚀体系的腐蚀电流密度、自腐蚀电位和塔菲尔曲线阴阳极斜率等参数值，反映腐蚀机理、评价缓蚀效率。电化学噪声技术(EN)和电化学阻抗谱法与极化曲线法相比具有独特优势[51]，是一种无损的金属腐蚀检测技术。图10分别为空白组(未加缓蚀剂)和加入缓蚀剂(TPP - 6)后在油田污水模拟液体中的电化学噪声电阻，Rn-1为噪声电阻，通常用来衡量腐蚀速率的快慢，RnW-1为去直流漂移后的噪声电阻。从图10可知，加入缓蚀剂后试样在20 h前RnW-1保持较低水平，表明腐蚀得到了抑制。

(3)量子化学理论评价法 量子化学理论计算关注的是缓蚀剂的分子能量、化学键形成过程、振动频率、电荷转移、偶极矩、分子轨道等，图11展示了缓蚀剂分子结构的最高占据分子轨道(HOMO)分布。与各种计算方法相互渗透[54]，揭示物质反应的内在规律与机理[55]。

量子化学理论在研究缓蚀剂结构和机理上应用广泛， 结合缓蚀效率测量的传统方法可以得到缓蚀剂量子化学参数与缓蚀效率的关系。Murthy等[56]利用量子化学计算， 判断出在酸性溶液中对碳钢缓蚀性能最优的缓蚀剂。马文军等[57]将缓蚀效率与各量子化学参数进行一元线性回归拟合，得到了4种咪唑啉缓蚀剂缓蚀效率与缓蚀剂分子最高占据轨道能(EHOMO)、最低空轨道能(ELUMO)、轨道能隙(ΔE)和偶极矩(μ)的回归方程见表1，由表1可知其相关性较高。

表1 缓蚀效率与各量子化学参数的回归方程[57]

(4)分子动力学模拟法 分子动力学模拟主要研究缓蚀剂与金属的相互作用，用于确定稳定的吸附构型、结合能、扩散行为参数等，通过该技术可以得到原子的运动轨迹以及各种微观细节[58]，可评价缓蚀剂作用机理及缓蚀效率，是判断缓蚀剂截面吸附机理的有效手段。利用分子动力学对缓蚀剂作用体系进行模拟，测评缓蚀剂在金属表面的反应活性、缓蚀活性位点、吸附构型以及吸附强度[59]，图12是缓蚀剂分子在铁表面的吸附构型。马文军等[57]对咪唑啉缓蚀剂进行分子动力学模拟，得到咪唑啉分子吸附能与缓蚀效率的回归方程，发现缓蚀效率随着吸附能的增加而升高。赵海洋等[61]对合成的喹啉季铵盐缓蚀剂进行分子动力学模拟，计算得到的吸附能排序：缓蚀剂分子>水分子>Cl-。表明缓蚀剂分子能在金属表面稳定吸附成膜，隔离水分和Cl-，缓蚀性能良好。

2.2 表面分析法

对金属进行表面分析的方法有扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、3D显微镜、原子力显微镜(AFM)、电化学石英晶体微天平(EQCM)等。

利用扫描电镜(SEM)观测未添加缓蚀剂(空白组)与添加缓蚀剂的钢片表面腐蚀情况，可以直观反映出添加缓蚀剂对钢片腐蚀的影响。结合原子能谱分析(EDS)钢片表面元素种类和含量，可判断腐蚀是否发生，以及缓蚀剂是否参与钢片表面成膜过程。图13为空白组和加入新型溴化物缓蚀剂后St2碳钢在饱和CO2的NaCl溶液中的表面腐蚀SEM形貌及能谱分析结果[62]。从图13可知 ，空白组钢材表面被严重开裂、破坏，腐蚀产物沉积在金属表面；加入缓蚀剂后金属表面的破坏性腐蚀显著减少。空白组介质中O、Cl、S信号值较高(图13c)，表明金属损伤严重，加入缓蚀剂后，这些信号值有所降低，N元素的出现表明缓蚀剂在金属表面形成了保护膜。

原子力显微镜(AFM)是一种纳米量级的高分辨率扫描显微镜，利用原子力显微镜对钢片表面形态进行分析，得到金属表面3D微观信息。通过对比添加缓蚀剂和未添加缓蚀剂的金属表面粗糙度来判断缓蚀剂的保护性能。吴康[63]利用NT - MDT Ptima型原子力显微镜对比分析了未添加缓蚀剂(空白组)(图14a)与添加缓蚀剂ZGH(葡萄糖酸锌与2 - 羧基膦酰基乙酸的复合缓蚀剂)(图14c)的碳钢表面三维形貌，结果表明添加缓蚀剂后碳钢表面变得平整光滑，显现了缓蚀剂良好的保护性能。Gopal等[64]合成了一种新型有机缓蚀剂能够有效抑制低碳钢在盐酸中的腐蚀，通过原子力显微镜分析表明，在添加缓蚀剂后碳钢表面粗糙度由187.1 nm下降至25.7 nm，并且在钢片表面上可观察到缓蚀剂覆盖膜。常通过3D显微形貌对比空白组(图14b)与加注缓蚀剂的钢片(图14d)表面局部腐蚀情况。

3 总结与展望

缓蚀效率受缓蚀剂的性质、金属材质和外界环境等多种因素的影响，单一因素对缓蚀效率的影响研究较多。通常，研究结论能指导现场缓蚀剂的使用，但多因素耦合作用下缓蚀效率的评价极少。某些单一因素的影响存在普遍规律，缓蚀剂浓度、温度、流速、壁面剪切力、pH值对缓蚀效率的影响均存在拐点，只有在一定参数范围内缓蚀剂才能发挥作用；缓蚀剂分子结构影响缓蚀剂作用机理；随着钢材表面粗糙度的增加，缓蚀剂成膜效果变差，导致缓蚀效率降低；通常情况下，高流速下的段塞流、泡状流以及砂或微生物的存在会对缓蚀剂膜造成较大的破坏，导致缓蚀效率降低。

此外，本文总结了缓蚀剂使用效果常用的4种实验室评价方法和6种表面分析方法的特点，并对缓蚀剂的未来发展方向进行了如下展望：

(1)缓蚀剂种类繁多，高效的复配型缓蚀剂是未来研究的方向。

(2)对缓蚀剂的使用效果评价过程中，应结合腐蚀速率和缓蚀率2个指标对缓蚀剂效果进行等级分类，同时需重点关注局部腐蚀速率。

(3)影响缓蚀效率的因素很多，且各影响因素间相互关联，研究多因素耦合作用下缓蚀效率的评价对于防腐具有重要意义。

(4)选择用于现场使用缓蚀剂的关键是在实际流动条件下具有良好的缓蚀性能。此外，缓蚀剂在实际运用过程中管道和设备表面会覆盖有不同程度的腐蚀产物。因此进行缓蚀剂筛选时应结合现场实际流动条件，对金属电极进行预腐蚀后再进行系列测试更符合现场实际。