復(fù)配緩蝕劑對(duì)碳鋼在NaCl介質(zhì)中的緩蝕作用

劉奮照，王中慧，霍宇平，張 璞

（呂梁學(xué)院化學(xué)化工系，山西 呂梁 033000）

復(fù)配緩蝕劑對(duì)碳鋼在NaCl介質(zhì)中的緩蝕作用

劉奮照，王中慧，霍宇平，張 璞

（呂梁學(xué)院化學(xué)化工系，山西 呂梁 033000）

復(fù)配緩蝕劑由七水硫酸鋅與2-羥基膦?；宜岚床煌壤频谩２捎檬е胤?、極化曲線和電化學(xué)阻抗法研究了復(fù)配緩蝕劑在氯化鈉介質(zhì)中對(duì)20#碳鋼的緩蝕性能。結(jié)果表明，當(dāng)兩者濃度配比為50∶3時(shí)，緩蝕效果最佳，且該緩蝕劑是一種抑制陽(yáng)極腐蝕為主的緩蝕劑，在氯化鈉介質(zhì)中具有較好的緩蝕性能。

復(fù)配緩蝕劑；碳鋼；電化學(xué)法

緩蝕劑是抑制金屬在使用環(huán)境中發(fā)生腐蝕的一種添加劑，因其具有優(yōu)良的使用效果和較高的經(jīng)濟(jì)效益，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)冷卻循環(huán)水和石油開采等領(lǐng)域［1］。研究表明，單一使用有機(jī)緩蝕劑和無(wú)機(jī)緩蝕劑，緩蝕性能較差，添加量大，成本高。若將兩種緩蝕劑復(fù)配使用，利用其協(xié)同作用原理，不僅可以提高緩蝕效率，還可以降低緩蝕劑的添加量［2］。2-羥基膦?；宜幔℉PAA）是一種有效的有機(jī)膦緩蝕劑，與二價(jià)離子有很好的螯合作用，可作為金屬離子穩(wěn)定劑，有效穩(wěn)定水中的Fe2+、Fe3+等離子，減少腐蝕與結(jié)垢，尤其適用于低硬度、低堿度、強(qiáng)腐蝕性水質(zhì)中，顯示出極強(qiáng)的緩蝕作用，HPAA與鋅鹽復(fù)合使用，有明顯的協(xié)同緩蝕作用。本文將HPAA與七水硫酸鋅按照不同比例復(fù)配，研究其在氯化鈉介質(zhì)中對(duì)20#碳鋼的緩蝕作用，以獲得性能優(yōu)良且用量小、成本低的復(fù)配緩蝕劑最佳配比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

腐蝕試片準(zhǔn)備：將腐蝕試片（20#，50mm× 25mm×2mm）在丙酮中浸泡，置于超聲波清洗儀中，除油清洗一定時(shí)間后，取出，分別用去離子水、乙醇沖洗，再用吹風(fēng)機(jī)冷風(fēng)吹干。

緩蝕劑準(zhǔn)備：配制一定體積的3.5% NaCl溶液及HPAA和七水硫酸鋅溶液不同濃度配比的混合溶液。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 失重法

采用靜態(tài)掛片法，將20#腐蝕試片懸掛于空白試驗(yàn)和添加不同配比的復(fù)配緩蝕劑溶液中，室溫浸泡7d后取出，用硬質(zhì)橡皮擦除掉腐蝕產(chǎn)物至腐蝕試片表面呈光亮，經(jīng)去離子水、乙醇沖洗后干燥至恒重，腐蝕率和緩蝕率的計(jì)算公式如下：

式中，m0為腐蝕前質(zhì)量；m為腐蝕后質(zhì)量；A為腐蝕試片面積；t為試驗(yàn)時(shí)間；ρ為試片密度；η為緩蝕率；V0為空白樣的腐蝕速率；V為添加有緩蝕劑試樣的腐蝕速率。

1.2.2 電化學(xué)測(cè)試

采用CS350電化學(xué)工作站測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量極化曲線及交流阻抗譜，工作電極為20#碳鋼，用樹脂封裝，暴露面積為1cm2，用金相砂紙逐級(jí)打磨，飽和甘汞電極為參比電極，鉑亮電極為輔助電極。采用Corrtest電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)腐蝕分析軟件處理空白樣和加有一定配比緩蝕劑的樣品的極化曲線數(shù)據(jù)，掃描范圍-1.3V～0.2V。用普林斯頓283A阻抗分析軟件分析電化學(xué)交流阻抗數(shù)據(jù)，頻率范圍10mHz～100kHz。

2 結(jié)果與與討論

2.1 失重法

表1為空白樣和添加不同復(fù)配緩蝕劑配比試樣的失重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。從表1可以看出，與空白樣相比，在3.5% NaCl溶液中，加入不同配比的ZnSO4和HPAA后，20#碳鋼的腐蝕速率明顯降低，說(shuō)明復(fù)配緩蝕劑起到了一定的緩蝕效果，且兩者比例為50∶3時(shí)，緩蝕效果最佳，為80.34%。

表1 空白樣和添加不同復(fù)配緩蝕劑配比試樣的失重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 極化曲線

空白樣與添加復(fù)配緩蝕劑配比為50∶3試樣的極化曲線如圖1所示。從圖1中空白樣和添加復(fù)配緩蝕劑的極化曲線可知，相較空白樣的極化曲線，添加復(fù)配緩蝕劑樣品的極化曲線形狀并未發(fā)生明顯變化，但自腐蝕電位向正向移動(dòng)，說(shuō)明ZnSO4和HPAA組成的復(fù)配緩蝕劑屬于陽(yáng)極型緩蝕劑溶液。

圖1 空白樣與復(fù)配緩蝕劑配比為50∶3試樣的極化曲線

由Tafel 外推法得到腐蝕動(dòng)力學(xué)參數(shù)，包括腐蝕電位（Ecorr）和腐蝕電流密度（Icorr）， 算出添加復(fù)配緩蝕劑配比為50∶3的緩蝕率，結(jié)果見表2。其中緩蝕率計(jì)算公式［3］如下：

式中：Icorr，0和Icorr分別為空白樣和添加復(fù)配緩蝕劑時(shí)的腐蝕電流密度。

表2 空白樣與復(fù)配緩蝕劑配比為50∶3下的碳鋼電化學(xué)參數(shù)

從表2中的碳鋼電化學(xué)參數(shù)，并結(jié)合圖1，可知，添加復(fù)配緩蝕劑后，極化曲線 Tafel 斜率變化較大，出現(xiàn)了不穩(wěn)定的鈍化現(xiàn)象，腐蝕電流密度減小，當(dāng)添加復(fù)配緩蝕劑配比為50∶3時(shí)，緩蝕率達(dá)到65.9%，說(shuō)明ZnSO4和HPAA形成的復(fù)配緩蝕劑存在緩蝕協(xié)同效應(yīng)，在NaCl介質(zhì)中對(duì)20#碳鋼具有一定的緩蝕作用。

2.3 電化學(xué)阻抗

空白樣及添加復(fù)配緩蝕劑配比為50∶3試樣的電化學(xué)阻抗譜見圖2。從圖2中空白樣的電化學(xué)阻抗譜可以看出，空白樣在低頻區(qū)出現(xiàn)明顯的容抗弧收縮現(xiàn)象，表明出現(xiàn)了點(diǎn)蝕。而加入復(fù)配緩蝕劑配比為50∶3的試樣后，僅容抗弧的半徑有所增加，沒有發(fā)生其他顯著的變化，表明加入復(fù)配緩蝕劑后，復(fù)配緩蝕劑的添加并未改變電極的反應(yīng)機(jī)制，只是吸附在金屬表面起到緩蝕作用，且金屬腐蝕的電化學(xué)反應(yīng)電阻增大［4］，反應(yīng)得到抑制，起到了一定的緩蝕效果，結(jié)果與極化曲線一致。

圖2 空白樣及添加復(fù)配緩蝕劑配比為50∶3后試樣的電化學(xué)阻抗譜

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)20#碳鋼在氯化鈉介質(zhì)中的腐蝕，以ZnSO4和HPAA組成的復(fù)配緩蝕劑是一種陽(yáng)極型緩蝕劑，并通過(guò)在20#碳鋼表面發(fā)生吸附起到緩蝕作用，添加不同配比的復(fù)配緩蝕劑后，20#碳鋼的腐蝕速率有所降低，起到一定的緩蝕效果，兩者比例為50∶3時(shí)，緩蝕效果最佳。

［1］ 曾憲光，鄭興文，龔敏，等.三聚氰胺對(duì)碳鋼在HCl介質(zhì)中的緩蝕作用［J］.表面技術(shù)，2015，44（1）：127-132.

［2］ 王麗榮，張樹芳，莊曉娟.海水中碳鋼緩蝕劑的研究進(jìn)展［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2008（1）：5-6.

［3］ 鄭興文，龔敏，王瑩，等.甲硫氨酸對(duì)碳鋼在硫酸介質(zhì)中的緩蝕作用［J］.化學(xué)研究與應(yīng)用，2011，23（12）：1589-1594.

［4］ 查全性.電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)導(dǎo)論［M］.北京：科學(xué)出版社，2002：15-22.

Corrosion Inhibition of Carbon Steel in NaCl Solution by Composite Inhibitors

LIU Fen-zhao， WANG Zhong-hui， HUO Yu-ping， ZHANG Pu
（Department of Chemistry & Chemical Engineering， Luliang University， Lvliang 033000，China）

A composite corrosion inhibitor was prepared with zinc sulfate and HPAA. The corrosion capability of the corrosion inhibitor in NaCl medium for carbon steel 20# was evaluated by weight loss method， polarization curve and electrochemical impedance spectroscopy. The result showed that the corrosion inhibitor was an anodic inhibitor and had good corrosion inhibition performance in NaCl medium. The corrosion inhibition effect on carbon steel 20# was pretty good when the concentration ratio of corrosion inhibitor was 50:3 in NaCl medium.

composite inhibitors； carbon stee； electrochemical

TG 174.42

A

1671-9905（2016）05-0001-03

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201410812002）；山西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（2014457）；呂梁學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（CXCYZD201402）；呂梁學(xué)院校內(nèi)青年基金（ZRQN201405）

劉奮照（1982-），碩士，助教。電話：18234871197，E-mail：lfz1314@163.com

2016-03-02