電化學(xué)阻抗譜技術(shù)研究海水介質(zhì)中銅合金緩蝕劑性能

楊虹

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300402）

本研究采用EIS（電化學(xué)阻抗譜）技術(shù)研究幾種市售緩蝕劑對海水體系銅合金的緩蝕性能，并分析其作用機理。

1 實驗

1.1 材料與介質(zhì)

研究材料采用牌號為HAl77-2A的鋁黃銅方型試樣，化學(xué)成分為：Cu77.0%、Sn剩余、Al2.0%、As0.05%、Fe0.06%、Pb0.05%、Sb0.05%、Bi0.002%、P0.02%。環(huán)氧樹脂封裝試樣使裸露面積在1cm2左右。工作表面用水砂紙逐級打磨至800#，分別在石油醚、無水乙醇中清洗，濾紙吸干后備用。研究介質(zhì)為取自塘沽海域的天然海水，水質(zhì)分析為：pH值7.76、電導(dǎo)率40.20/ms.cm-1、Ca2+347.44%/mg·L-1、Mg2+1328.52mg·L-1、Cl-18463.44/mg·L-1、2496/mg·L-1、濁度11.20mg·L-1。試驗所用緩蝕劑均為市售藥劑，A1為鈉鹽，A2為鋅鹽，A3為唑類。

1.2 試驗方法

電化學(xué)測試采用三電極體系，輔助電極為鉑金電極，參比電極電極為飽和甘汞電極(SCE)。測試系統(tǒng)由PRINCETON公司的PARSTAT 2273電化學(xué)測試系統(tǒng)和PowerSuite軟件組成。試樣在測試介質(zhì)中浸泡24h后測試，測試溫度為室溫(25℃±1℃)。

電化學(xué)阻抗譜（EIS）測量施加的正弦電位幅值為5 mV,掃描頻率范圍為10～10 mHz（部分測試為10～25mHz）。對數(shù)掃描，測試31個頻率點。選取低頻區(qū)阻抗模值—Z—0.1Hz數(shù)值作為腐蝕反應(yīng)阻力Rct來表征銅合金的耐蝕性能。相應(yīng)的緩蝕劑緩蝕效率η可表示為：

其中，v0和v分別為添加緩蝕劑前后的銅合金腐蝕速率，Rct0和Rct分別表示添加緩蝕劑前后測試體系的腐蝕反應(yīng)阻力。

根據(jù)《銅及銅合金海水緩蝕劑緩蝕技術(shù)指標要求》，在海水濃縮倍率N≤3時，銅合金緩蝕劑緩蝕效率η≥80%。

2 結(jié)果與討論

實驗測定了HAl77-2A鋁黃銅試樣在分別添加不同緩蝕劑單劑原海水中浸泡24h后的電化學(xué)阻抗譜。測試結(jié)果見圖1～圖3和表1。

圖1所示，EIS低頻部分表現(xiàn)出明顯的Warburg阻抗特征，表明A1在試樣表面成膜作用不明顯，腐蝕反應(yīng)受海水中氧擴散控制的影響。圖2所示，當(dāng)濃度達到40mg/L以上時，EIS呈現(xiàn)2個時間常數(shù)特征，表明A2在試樣表面成膜比較完整。圖3所示，當(dāng)濃度達到40mg/L以上時，Nyquist圖第一象限近似平行于虛軸，表現(xiàn)出類似涂層的阻抗特征，表明A3在試樣表面形成了不同于其金屬基底性質(zhì)的吸附膜。

從表1可知，3種緩蝕劑均對海水中的HAl77-2A鋁黃銅都具有一定的緩蝕作用。其中，A1緩蝕效率隨濃度增加變化不明顯，且緩蝕效率較低；A2緩蝕效率隨濃度增加逐漸增大，在濃度達到40mg/L時緩蝕效率達到80%以上；A3緩蝕效率隨濃度增加迅速上升，濃度達到20mg/L時，緩蝕效率就達到90%以上。

圖1 HAl77-2A試樣在添加不同濃度A1的原海水中浸泡24小時的電化學(xué)阻抗譜圖

圖2 HAl77-2A試樣在添加不同濃度A2的原海水中浸泡24小時電化學(xué)阻抗譜圖

圖3 HAl77-2A試樣在添加不同濃度A3的原海水中浸泡24小時電化學(xué)阻抗譜圖

表1 腐蝕反應(yīng)阻力Rct和緩蝕效率

3 結(jié)論

1）3種緩蝕劑都是通過物理或化學(xué)吸附作用在銅合金表面成膜，從而抑制腐蝕反應(yīng)在界面的物質(zhì)傳遞，達到緩蝕目的。

2）相同藥劑濃度下，緩蝕效率A1＜A2＜A3。A1的緩蝕性能最差，單劑投加難以達到預(yù)期緩蝕效果；A3的緩蝕性能最好，且藥劑起效濃度較低，在20mg/L濃度時就能達到較好的緩蝕效果。