2,4-二氨基嘧啶對(duì)冷軋鋼在HCl溶液中的緩蝕作用

李向紅,謝小光

(1. 西南林業(yè)大學(xué) 理學(xué)院,昆明 650224； 2. 云南大學(xué) 化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院,昆明 650091)

試驗(yàn)研究

2,4-二氨基嘧啶對(duì)冷軋鋼在HCl溶液中的緩蝕作用

李向紅1,2,謝小光2

(1. 西南林業(yè)大學(xué) 理學(xué)院,昆明 650224； 2. 云南大學(xué) 化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院,昆明 650091)

通過(guò)浸泡試驗(yàn)、電化學(xué)試驗(yàn)和掃描電子顯微鏡(SEM)觀察研究了2,4-二氨基嘧啶(DAP)在1.0 mol/L HCl溶液中對(duì)冷軋鋼的緩蝕作用。結(jié)果表明：DAP在HCl溶液中對(duì)冷軋鋼具有良好的緩蝕作用；緩蝕率隨緩蝕劑含量的增大而增大，DAP濃度為10.0 mmol/L時(shí)緩蝕率最大，可達(dá)94.8%；DAP為混合型抑制型緩蝕劑，DAP在冷軋鋼表面的吸附符合Langmuir吸附等溫式，緩蝕率隨溫度的升高而下降。

冷軋鋼；HCl溶液；2,4-二氨基嘧啶;緩蝕；吸附

嘧啶類(lèi)化合物可作為鋼的酸性緩蝕劑，取代基對(duì)嘧啶衍生物的緩蝕性能有較大的影響[1]。氨基(-NH2)為常見(jiàn)的極性取代基，在嘧啶環(huán)上取代后也會(huì)增加N-雜環(huán)的電子云密度，從而提高2-氨基嘧啶在HCl溶液中的吸附性能和緩蝕性能[2]。Awad等[3]系統(tǒng)地研究了嘧啶和幾種氨基嘧啶衍生物在2.0 mol/L HCl溶液中對(duì)純鐵的緩蝕作用。結(jié)果表明，氨基取代后，緩蝕率會(huì)上升，同時(shí)緩蝕性能隨氨基取代基數(shù)量的增加而增強(qiáng)。Abdallah等[4]通過(guò)失重法和極化曲線法研究了4種氨基嘧啶衍生物(2-氨基嘧啶、2,4-二氨基嘧啶、2,4-二氨基-6-羥基嘧啶、2,4,6-三氨基嘧啶)在0.05 mol/L HNO3中對(duì)碳鋼的緩蝕作用，其中2-氨基嘧啶(AP)和2,4-二氨基嘧啶(DAP)的最大緩蝕率僅為36.3%和42.6%。Masoud等[5]用高斯軟件進(jìn)行量子化學(xué)計(jì)算，通過(guò)結(jié)構(gòu)參數(shù)探究了文獻(xiàn)[4]中的緩蝕性能的差異性，然而對(duì)于質(zhì)子化作用及緩蝕劑分子在金屬表面的吸附體系并未作研究。作者所在課題組[6]最近也通過(guò)試驗(yàn)和分子模擬方法研究了AP和DAP在H2SO4溶液中對(duì)1018碳鋼的緩蝕作用，并在理論計(jì)算時(shí)考慮了質(zhì)子化作用，得到緩蝕性能與氨基的取代基數(shù)量成正比的結(jié)論。

目前，關(guān)于DAP在HCl溶液中對(duì)冷軋鋼(CRS)緩蝕性能研究的報(bào)道比較少。為此，本工作采用浸泡試驗(yàn)、電化學(xué)試驗(yàn)研究了DAP緩蝕劑在20 ～ 50 ℃的1.0 mol/L HCl溶液中對(duì)冷軋鋼的緩蝕作用，并討論了DAP在鋼表面的吸附行為及其機(jī)理。

1 試驗(yàn)

1.1 材料和試劑

試驗(yàn)鋼采用冷軋鋼片，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：C 0.07%,Si 0.01%,Mn 0.3%,P 0.022%,S 0.01%,Al 0.030%，F(xiàn)e余量。試驗(yàn)采用的鹽酸、丙酮均為分析純；緩蝕劑為2,4-二氨基嘧啶(DAP，C4H6N4)，從國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司購(gòu)置，其分子結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1。

圖1 2,4-二氨基嘧啶(DAP)的分子結(jié)構(gòu)式Fig. 1 Molecular structure of 2,4-diaminopyrimidine (DAP)

1.2 浸泡試驗(yàn)

浸泡試驗(yàn)用試樣為尺寸25.0 mm×20.0 mm×0.60 mm的冷軋鋼片，并按文獻(xiàn)[6]對(duì)試樣進(jìn)行表面處理，用電子天平(±0.1 mg)稱試樣的質(zhì)量。然后，將試樣用玻璃鉤全浸懸于20 ℃含有不同含量DAP的1.0 mol/L HCl溶液中，恒溫浸泡6 h后取出，清洗、吹干、精確稱量。采用失重法計(jì)算腐蝕速率(v)和緩蝕率(ηw)[6]。另外，在DAP濃度為10.0 mol/L條件下，改變?cè)囼?yàn)溫度(20～50 ℃)，研究了溫度對(duì)其緩蝕性能的影響。

1.3 電化學(xué)試驗(yàn)

電化學(xué)試驗(yàn)在PARSTAT2273電化學(xué)工作站(美國(guó)Princeton Applied Research公司)上采用三電極體系進(jìn)行。其中，參比電極為套有盧金毛細(xì)管的飽和KCl甘汞電極(SCE),輔助電極為鉑電極,工作電極為冷軋鋼電極。制備工作電極時(shí)，用環(huán)氧樹(shù)脂(固化劑為聚酰胺樹(shù)脂)灌封，使其裸露面積為1.0 cm×1.0 cm。用500號(hào)，800號(hào)，1 000號(hào)耐水砂紙依次打磨工作電極的裸露面至鏡面光亮，再經(jīng)丙酮脫脂后，放入250 mL的1.0 mol/L HCl溶液中。測(cè)開(kāi)路電位-時(shí)間的曲線，測(cè)試時(shí)間為3 h。動(dòng)電位極化曲線和電化學(xué)阻抗譜(EIS)測(cè)量則在開(kāi)路、浸泡2 h后進(jìn)行。動(dòng)電位極化曲線掃描區(qū)間為-250～250 mV(相對(duì)于開(kāi)路電位)，掃描速率為0.5 mV/s。電化學(xué)阻抗譜(EIS)的測(cè)量頻率為10-2～105Hz，交流激勵(lì)信號(hào)的幅值為10 mV，數(shù)據(jù)點(diǎn)采集數(shù)為30。電化學(xué)試驗(yàn)溫度均為20 ℃。然后，分別根據(jù)腐蝕電流密度(Jcorr)和電荷轉(zhuǎn)移電阻(Rt)計(jì)算緩蝕率(ηp)和(ηR)[6]。

1.4 掃描電子顯微鏡觀察

將10.0 mm×10.0 mm×0.60 mm的冷軋鋼片按文獻(xiàn)[6]進(jìn)行表面處理后，恒溫(20 ℃)浸泡于含有10.0 mmol/L DAP的1.0 mol/L HCl溶液中，6 h后取出。用蒸餾水沖洗、吹風(fēng)機(jī)冷風(fēng)吹干后，立即用S-3000N型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察其表面形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 浸泡試驗(yàn)

2.1.1 腐蝕速率和緩蝕率

由圖2可見(jiàn)，在未添加DAP的空白1.0 mol/L HCl中，冷軋鋼的腐蝕速率高達(dá)4.67 g/(m2·h-1)，但加入DAP后，冷軋鋼的腐蝕速率顯著下降，且隨DAP濃度的增加而不斷減小，當(dāng)DAP濃度為10.0 mmol/L時(shí)，腐蝕速率下降至0.24 g/(m2·h-1)；緩蝕率隨DAP濃度的增加而增大，DAP濃度為10.0 mmol/L時(shí)，緩蝕率為94.8%，這表明在HCl溶液中DAP對(duì)冷軋鋼具有良好的緩蝕作用。當(dāng)DAP濃度增加至5.0 mmol/L后，緩蝕率幾乎不再隨DAP濃度變化，這表明在該濃度下，DAP在鋼表面的吸附趨于飽和。

圖2 在20 ℃的1.0 mol/L HCl溶液中腐蝕速率、緩蝕率與DAP濃度的關(guān)系曲線Fig. 2 Relationships between concentration of DAP and corrosion rate and inhibition efficiency in 1.0 mol/L HCl solution at 20 ℃

在酸性介質(zhì)中，DAP中的氮原子與H+發(fā)生質(zhì)子化：

HCl溶液中的Cl-可通過(guò)特性吸附在鋼表面，使鋼表面帶負(fù)電荷，然后質(zhì)子化的[DAPHx]x+通過(guò)靜電引力吸附在鋼表面。此外，由于DAP含有2個(gè)氮雜原子的六元雜環(huán)和2個(gè)極性取代氨基，從而具有豐富的孤對(duì)電子和π電子，是良好的螯合配位體。故它可以與鐵的空d軌道形成配位鍵發(fā)生化學(xué)吸附[6]，在冷軋鋼表面形成良好的緩蝕劑吸附膜層，對(duì)冷軋鋼起到了良好的緩蝕作用。最后，DAP也可能與溶液中的Fe2+形成螯合物，而后吸附覆蓋在鋼表面。

根據(jù)課題組前期報(bào)道[2]，20 ℃時(shí)，濃度為10.0 mmol/L的AP對(duì)鋼的緩蝕率為92.4%，故DAP的緩蝕性能優(yōu)于AP的。這表明緩蝕性能隨氨基取代基的數(shù)目的增加而增大。和AP相比，DAP的分子結(jié)構(gòu)中4位上多了氨基取代，量子化學(xué)計(jì)算結(jié)果表明[6]，除了嘧啶環(huán)外，4位上的氨基也是吸附中心，它既可以給出電子對(duì)和鋼表面形成配位鍵又可以接受鋼表面的電子對(duì)形成反饋鍵，使吸附更為牢固；此外，分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果表明[6]，DAP和AP分子均平行吸附于Fe(001)表面，且DAP的表面吸附能(Eads)高于AP的，故DAP的緩蝕性能優(yōu)于AP的。

2.1.2 吸附等溫式和標(biāo)準(zhǔn)吸附自由能

在1.0 mol/L HCl溶液中，DAP在鋼表面的吸附遵循Langmuir吸附模型[2]，見(jiàn)式(2)。

式中：c為緩蝕劑的濃度，mmol/L；K為吸附平衡常數(shù)，L/mol。

用緩蝕率(ηw)近似代替表面覆蓋度(θ)，根據(jù)c/θ，c數(shù)據(jù)作圖，見(jiàn)圖3。結(jié)果表明，c/θ和c之間具有明顯的直線關(guān)系，相應(yīng)的線性相關(guān)系數(shù)(0.999 8)和斜率(0.98)均十分接近1。這說(shuō)明DAP在鋼表面的吸附滿足Langmuir吸附等溫方程式，與文獻(xiàn)[6]結(jié)論一致。通過(guò)直線截距可換算出DAP的吸附平衡常數(shù)(K)為1.36×103L/mol；同等條件下，AP在1.0 mol/L HCl中的鋼表面的吸附平衡常數(shù)(K)為9.76×102L/mol[2]，故兩個(gè)氨基嘧啶衍生物的吸附平衡常數(shù)排序?yàn)椋篋AP>AP。這表明緩蝕劑DAP的吸附性能強(qiáng)于AP的。

圖3 20 ℃時(shí)1.0 mol/L HCl中DAP在冷軋鋼表面的Langmuir吸附等溫式Fig. 3 Langmuir adsorption isotherm of DAP on the surface of cold rolled steel in 1.0 mol/L HCl at 20 ℃

標(biāo)準(zhǔn)吸附自由能(ΔG0)可按式(3)計(jì)算[7]。

式中：R為氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度。

根據(jù)式(3)計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)吸附自由能為-27.4 kJ/mol。絕對(duì)值較大，表明DAP可在鋼表面產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附作用；且絕對(duì)值在20～42 kJ/mol內(nèi)，表明DAP在冷軋鋼表面上的吸附屬于物理吸附和化學(xué)吸附的混合吸附[7]。

2.1.3 溫度對(duì)緩蝕性能的影響

緩蝕性能受溫度的影響較大。溫度上升會(huì)加速鋼的腐蝕，但也會(huì)使緩蝕劑分子在鋼表面吸附得更為堅(jiān)固和致密，故在緩蝕體系中很難直接判斷緩蝕率隨溫度的變化規(guī)律。由圖4可見(jiàn)，在添加10.0 mmol/L DAP 的1.0 mol/L HCl溶液中，隨溫度的升高，冷軋鋼的緩蝕率小幅降低，在50 ℃時(shí)，緩蝕率仍然高達(dá)88.9%，此結(jié)果與AP在HCl溶液中的緩蝕率隨溫度的變化規(guī)律相類(lèi)似[2]。原因主要是在此溫度區(qū)間內(nèi)，腐蝕加劇的程度和緩蝕劑化學(xué)吸附加快的程度基本一致，即整個(gè)緩蝕體系在此溫度區(qū)間內(nèi)波動(dòng)不大。

根據(jù)Arrhenius公式,見(jiàn)式(4)，鋼在酸性溶液中的腐蝕速率的自然對(duì)數(shù)(lnv)和熱力學(xué)溫度的倒數(shù)(1/T)之間存在直線關(guān)系式[8]。

圖4 在添加10.0 mmol/L DAP的1.0 mol/L HCl溶液中緩蝕率隨溫度的變化曲線Fig. 4 Relationship between inhibition efficiency and temperature in 1.0 mol/L HCl solution added with 10.0 mmol/L DAP

式中：Ea為表觀活化能；A為指前因子；v為腐蝕速率。

圖5為在添加和未添加10.0 mmol/L DAP的1.0 mol/L HCl溶液中l(wèi)nv-1/T關(guān)系曲線。由圖5可見(jiàn)，lnv-1/T具有良好的線性關(guān)系。對(duì)lnv-1/T進(jìn)行直線回歸處理，根據(jù)lnv-1/T直線的斜率和截距可分別計(jì)算出Ea和A，結(jié)果見(jiàn)表1。

圖5 在添加和未添加10.0 mmol/L DAP的1.0 mol/L HCl溶液中l(wèi)nv-1/T的關(guān)系曲線Fig. 5 Curves of lnv-1/T in 1.0 mol/L HCl solution added with and without 10.0 mmol/L DAP

表1 在添加和未添加10.0 mmol/L DAP 的1.0 mol/L HCl溶液中l(wèi)nv-1/T直線的參數(shù)Tab. 1 Parameters of the straight line of lnv-1/T in 1.0 mol/L HCl solution added with and without 10.0 mmol/L DAP

在酸性溶液中，如果添加緩蝕劑后的表觀活化能高于未添加緩蝕劑的，表明緩蝕劑主要發(fā)生物理吸附[9]；相反，如果添加緩蝕劑的表觀活化能低于未添加緩蝕劑的，則表明緩蝕劑主要發(fā)生化學(xué)吸附[10]。然而，用表觀活化能來(lái)判斷吸附的類(lèi)型雖有一定的合理性，但并不具有決定性，因?yàn)樵诰徫g體系中，除緩蝕劑外金屬表面還存在其他物質(zhì)的吸附，如溶液中水的吸附，酸根離子的吸附等，這些物質(zhì)的吸附也會(huì)消耗表觀活化能[11]，導(dǎo)致表觀活化能升高。Solmaz等[12]認(rèn)為，有機(jī)緩蝕劑的吸附不能簡(jiǎn)單地歸類(lèi)為單純的物理吸附或化學(xué)吸附。Moretti等[13]提出用表觀活化能評(píng)判緩蝕劑的吸附類(lèi)型時(shí)，最好結(jié)合其他參數(shù)來(lái)判斷。

由表1可見(jiàn)，在HCl溶液中添加DAP后，表觀活化能均會(huì)上升，但不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為DAP在冷軋鋼表面的吸附類(lèi)型為單純的物理吸附，結(jié)合前述關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)吸附Gibbs自由能的數(shù)據(jù)可知，DAP的吸附包含物理吸附和化學(xué)吸附。根據(jù)(4)式可知，欲使腐蝕速率趨于較低值，須使表觀活化能具有較高值，而指前因子具有較低值。此體系中添加DAP后腐蝕速率的下降主要?dú)w因于活化能升高。

2.2 電化學(xué)試驗(yàn)

2.2.1 開(kāi)路電位-時(shí)間曲線

由圖6可見(jiàn)，冷軋鋼的開(kāi)路電位隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸上升并且逐步趨于穩(wěn)定，這與文獻(xiàn)[14]報(bào)道的結(jié)果相一致。經(jīng)2 h浸泡后，在添加和未添加10.0 mmol/L DAP的1.0 mol/L HCl溶液中，冷軋鋼的開(kāi)路電位分別穩(wěn)定在-481.7 mV和-457.0 mV。由此可見(jiàn)，添加緩蝕劑后開(kāi)路電位發(fā)生正移。

圖6 在添加和未添加10.0 mmol/L DAP的1.0 mol/L HCl溶液中冷軋鋼的開(kāi)路電位-時(shí)間曲線Fig. 6 Curves of open circuit potential vs. time for cold rolled steel in 1.0 mol/L HCl solution added with and without 10.0 mmol/L DAP

2.2.2 動(dòng)電位極化曲線

由圖7可見(jiàn)，添加DAP對(duì)陰陽(yáng)兩極電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了明顯的抑制作用。圖7中的陰極極化曲線均呈現(xiàn)出明顯的Tafel直線區(qū)，這表明陰極析氫反應(yīng)的機(jī)理主要為活化控制[15]；添加DAP后，陰極極化曲線的Tafel直線與未添加時(shí)的平行，表明添加DAP后未改變H+得電子變成H2的機(jī)理[16]。由圖7還可見(jiàn)，陽(yáng)極極化曲線出現(xiàn)了3段特征區(qū)域：緩蝕Tafel區(qū)(I)、陽(yáng)極脫附電位平臺(tái)區(qū)(II)和脫附后無(wú)緩蝕作用區(qū)(III)[17]。在緩蝕Tafel區(qū)，隨著腐蝕電流密度的不斷增大，腐蝕電位升高較快，曲線的陽(yáng)極Tafel斜率為ba1；當(dāng)腐蝕電位升高到某一臨界值后，腐蝕電位隨腐蝕電流密度以極小的斜率ba2變化，即出現(xiàn)了相對(duì)變化較小的平臺(tái)區(qū)(II)。平臺(tái)區(qū)也可解釋為緩蝕劑的吸附-脫附平衡區(qū)[17]。平臺(tái)區(qū)所對(duì)應(yīng)的電位為脫附電位值(Edes)，當(dāng)腐蝕電位到達(dá)Edes后，緩蝕劑在電極表面開(kāi)始發(fā)生脫附。腐蝕電位超過(guò)Edes后，電極表面發(fā)生腐蝕的速率將急劇增大，即進(jìn)入脫附后無(wú)緩蝕作用區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)腐蝕電位隨陽(yáng)極電流密度急劇上升，斜率為ba3。

圖7 在添加不同濃度DAP的1.0 mol/L HCl溶液中冷軋鋼的動(dòng)電位極化曲線Fig. 7 Potentiodynamic polarization curves of cold rolled steel in 1.0 mol/L HCl added with different concentrations of DAP

對(duì)圖7中的動(dòng)電位極化曲線進(jìn)行擬合，得到的擬合參數(shù)見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，在HCl溶液中加入DAP后，自腐蝕電流密度Jcorr顯著減小，且隨DAP濃度的增大而減小，緩蝕率則隨DAP濃度的增大而增大。在未添加DAP的1.0 mol/L HCl溶液中，Jcorr高達(dá)206.8 μA/cm2，表明冷軋鋼的腐蝕程度較為嚴(yán)重。但添加10.0 mmol/L DAP后，Jcorr下降至13.2 μA/cm2，此時(shí)緩蝕率高達(dá)93.6%，表明DAP對(duì)HCl溶液中的冷軋鋼具有良好的緩蝕作用。由文獻(xiàn)[2]可知，在HCl溶液中添加10.0 mmol/L AP時(shí)，緩蝕率為90.1%。由此可見(jiàn)，在相同緩蝕劑濃度下，兩種氨基嘧啶衍生物的緩蝕效果排序?yàn)椋篋AP>AP。加入DAP后，自腐蝕電位Ecorr并沒(méi)有發(fā)生明顯改變，說(shuō)明DAP在HCl溶液中為混合抑制型緩蝕劑，并可推斷其作用機(jī)理為“幾何覆蓋效應(yīng)”[18]。HCl溶液中添加DAP后，Tafel斜率的數(shù)值發(fā)生了明顯的改變，尤其是陽(yáng)極Tafel斜率。

表2 在添加不同濃度DAP的1.0 mol/L HCl溶液中冷軋鋼動(dòng)電位極化曲線的擬合參數(shù)
Tab. 2 Fitted parameters of potentiodynamic polarization curves of cold rolled steel in 1.0 mol/L HCl added with different concentrations of DAP

cDAP/(mmol·L-1)Ecorr/mVJcorr/(μA·cm-2)-bc/(mV·dec-1)ba/(mV·dec-1)ηp/%0-458206.811757-2.0-45555.6967173.15.0-45620.2997490.210.0-46913.210913293.6

2.2.3 電化學(xué)阻抗譜

由圖8可見(jiàn)，在不同條件下電化學(xué)阻抗譜的形狀基本保持不變，均呈現(xiàn)單一半圓容抗弧，這表明添加DAP后未對(duì)腐蝕體系的腐蝕機(jī)理產(chǎn)生影響，且腐蝕主要由電荷傳遞控制。隨DAP濃度的增大，容抗弧半徑顯著增大，故電極表面的阻抗值增大，腐蝕速率減慢，緩蝕效果增強(qiáng)。

圖8 在添加不同濃度DAP的1.0 mol/L HCl溶液中冷軋鋼的電化學(xué)阻抗譜Fig. 8 EIS of cold rolled steel in 1.0 mol/L HCl added with different concentrations of DAP

采用文獻(xiàn)[1]中Rs(CPERt)的等效電路圖對(duì)圖8中的電化學(xué)阻抗譜進(jìn)行擬合，見(jiàn)圖9。其中，Rs為溶液電阻，Rt為電荷轉(zhuǎn)移電阻，CPE為常相位角元件，擬合參數(shù)見(jiàn)表3。CPE一般由Qdl和n組成。n為彌散系數(shù)，表示電極表面的粗糙程度，如果其值等于1，代表電極/電解質(zhì)溶液界面為理想的雙電層電容。Qdl和雙電層電容(Cdl)存在如下關(guān)系式[19]：

式中：fmax為Nyqutist圖中虛軸(Zim)達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率。

由表3可見(jiàn)，溶液電阻Rs很小，這表明電解質(zhì)溶液的IR降可以忽略；同時(shí)，隨DAP濃度的增大，電荷轉(zhuǎn)移電阻Rt顯著增大，表現(xiàn)出良好的緩蝕作用。

圖9 擬合電化學(xué)阻抗譜的等效電路圖Fig. 9 Equivalent circuit used to fit EIS

表3 在添加不同濃度DAP的1.0 mol/L HCl溶液中冷軋鋼電化學(xué)阻抗譜的擬合參數(shù)Tab. 3 Fitted parameters of EIS of cold rolled steel in 1.0 mol/L HCl added with different concentrations of DAP

根據(jù)Helmholtz模型，雙電層電容Cdl的表達(dá)式如式(6)所示[20]。

式中：ε0為真空介電常數(shù)；ε為電解質(zhì)的介電常數(shù)；d為膜的厚度；S為電極表面的面積。

由表3還可見(jiàn)，與空白溶液相比，添加DAP后，Cdl減小，這是因?yàn)镈AP吸附到冷軋鋼表面時(shí)擠走了介電常數(shù)較大的水分子或使雙電層的厚度增大[21]；隨著DAP濃度的增大，緩蝕率增大，當(dāng)DAP濃度為10.0 mmol/L，緩蝕率最大，為90.6%，這表明DAP在1.0 mol/L HCl溶液中對(duì)冷軋鋼具有優(yōu)良的緩蝕作用。雖然由失重法、極化曲線法和EIS計(jì)算出的緩蝕率數(shù)據(jù)稍有差異，但變化規(guī)律一致。

2.3 掃描電子顯微鏡觀察

圖10為冷軋鋼在HCl溶液中腐蝕后的表面腐蝕形貌。由圖10可見(jiàn)，冷軋鋼在1.0 mol/L HCl溶液中浸泡6 h后，表面被嚴(yán)重腐蝕，粗糙不平，腐蝕產(chǎn)物均勻分散在冷軋鋼表面；添加10.0 mmol/L DAP后，冷軋鋼表面較為平整，腐蝕程度大為減緩，這表明DAP對(duì)冷軋鋼的腐蝕產(chǎn)生了明顯的抑制作用。

(a) 1.0 mol/L HCl

(b) 1.0 mol/L HCl + 10.0 mmol/L DAP圖10 在不同HCl溶液中浸泡6 h后冷軋鋼表面的腐蝕形貌Fig. 10 Corrosion morphology of cold rolled steel after immersion in different HCl solutions for 6 h

3 結(jié)論

(1) DAP在1.0 mol/L HCl溶液中對(duì)冷軋鋼具有良好的緩蝕作用，緩蝕率隨緩蝕劑濃度增大而增大；在20 ℃，DAP濃度為10.0 mmol/L時(shí)，緩蝕率最大，為94.8%。

(2) DAP在HCl溶液中為混合抑制型緩蝕劑，其在冷軋鋼表面的吸附服從Langmuir吸附模型，吸附過(guò)程包含了物理吸附和化學(xué)吸附。緩蝕率隨溫度升高而減小，添加DAP后表觀活化能和指前因子均增大。

(3) DAP在HCl溶液中的電化學(xué)阻抗譜為單一容抗弧，添加DAP后，電荷轉(zhuǎn)移電阻顯著增加，但雙電層電容減??； DAP能夠有效抑制冷軋鋼在HCl溶液中的腐蝕，起到了明顯的緩蝕作用。

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Corrosion Inhibition of 2,4-Diaminopyrimidine to Cold Rolled Steel in HCl Solution

LI Xiang-hong1,2, XIE Xiao-guang2

(1. Faculty of Science, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China;2. School of Chemical Science and Technology, Yunnan University, Kunming 650091, China)

The corrosion inhibition of 2,4-diaminopyrimidine (DAP) to cold rolled steel (CRS) in 1.0 mol/L HCl solution was studied through immersion test, electrochemical test and scanning electron microscopy (SEM). The results show that DAP was a good inhibitor for CRS in HCl solution. The inhibition efficiency increased with the increase of the concentration of DAP, and the maximum inhibition efficiency could reach as high as 94.8% when the concentration of DAP was 10.0 mmol/L. DAP acted as a mixed-type inhibitor and the adsorption of DAP on the surface of cold rolled steel obeyed Langmuir adsorption isotherm. As the temperature rose, the inhibition efficiency decreased.

cold rolled steel; HCl solution; 2,4-diaminopyrimidine (DAP); corrosion inhibition; adsorption

2015-08-02

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51361027)； 西南林業(yè)大學(xué)科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(111435)； 云南省中青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人才項(xiàng)目(2015HB049)

李向紅(1981-)，副教授，博士，從事緩蝕劑研究，18987172120，xianghong-li@163.com

10.11973/fsyfh-201612001

TG174.42

A

1005-748X(2016)12-0949-07