丙炔醇對黃銅和紫銅的緩蝕性能研究

李海云，王永壘，朱夢澤，許 濤

（黃山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，安徽，黃山 245041）

在工業(yè)生產(chǎn)中，常常采用很多措施來抑制金屬的腐蝕[1-4]，有一種比較好的方法就是添加緩蝕劑。利用緩蝕劑來抑制金屬腐蝕的方法，具有價廉、簡便、高效的顯著優(yōu)勢，使其在防腐蝕措施中占據(jù)重要的地位[5-7]。無論在生活上還是工業(yè)上，銅[8]的應(yīng)用是十分廣泛的。銅制設(shè)備容易被酸性介質(zhì)腐蝕，另外，銅質(zhì)設(shè)備的清洗會用到酸性介質(zhì)[9]，研究酸性介質(zhì)對銅的緩蝕具有很重要的意義。炔醇類化合物[10]由于自身特殊的官能團結(jié)構(gòu)，在金屬表面可以形成穩(wěn)定的吸附層，具有優(yōu)良的防腐作用。丙炔醇作為炔醇類化合物的代表，在黑色金屬如鐵、鋼材等緩蝕方面研究較多[11-12]，但是對有色金屬如銅材的緩蝕研究較少。我們分別研究了丙炔醇在 5%硝酸、10%鹽酸及10%硫酸溶液中對黃銅和紫銅材質(zhì)的腐蝕情況及緩蝕性能，從而為工業(yè)應(yīng)用作指導(dǎo)。

1 實驗部分

1.1 主要試劑及材料

黃銅及紫銅掛片(28 cm2，揚州市祥瑋機械有限公司)；丙炔醇、鹽酸、硫酸、硝酸均為分析純。

1.2 失重實驗及緩蝕率的計算

恒溫40℃的條件下，把經(jīng)過打磨、烘干等預(yù)處理后的黃銅和紫銅掛片放在 5%硝酸、10%鹽酸、10%硫酸介質(zhì)中進行腐蝕實驗，分別記錄下腐蝕前后黃銅和紫銅的質(zhì)量，然后計算出它們腐蝕前后質(zhì)量的變化值，根據(jù)公式1和公式2算出在不同腐蝕環(huán)境中黃銅和紫銅的腐蝕率及緩蝕率。

腐蝕率計算公式：

其中：K：腐蝕率；：掛片的初始質(zhì)量（g）；M：反應(yīng)后的掛片的質(zhì)量（g）；S：掛片的表面積（m2）；t：腐蝕時間（h）。

緩蝕率計算公式：

其中：空白時掛片的腐蝕率（）；

加丙炔醇時掛片的腐蝕率。

2 結(jié)果與討論

2.1 5%硝酸溶液中丙炔醇的量對黃銅及紫銅的緩蝕性能

圖1 5%硝酸中丙炔醇的量對黃銅的緩蝕性能Fig.1 Corrosion inhibition performance of the amount of propargyl alcohol on the brass in 5% HNO3 solution

圖2 5%硝酸中丙炔醇的量對紫銅的緩蝕性能Fig.2 Corrosion inhibition performance of the amount of propargyl alcohol on the copper in 5% HNO3 solution

從圖1、圖2可以看出，在5%的硝酸溶液中，丙炔醇對黃銅和紫銅材質(zhì)的緩蝕性能是比較好的。隨著丙炔醇添加量的增加，黃銅及紫銅腐蝕速率均明顯降低，緩蝕率增加很快，這說明丙炔醇作為緩蝕劑明顯地減緩了對黃銅和紫銅材質(zhì)的腐蝕。在丙炔醇加入量為3.0 ‰時，對黃銅和紫銅材質(zhì)的保護作用達到最大，黃銅的腐蝕率降低至0.18 g/m2·h，緩蝕率高達99.5%；紫銅的腐蝕率降低至0.24 g/m2·h。緩蝕率達到94.2%，之后繼續(xù)加大丙炔醇的添加量，緩蝕率幾乎不變。黃銅是銅與鋅的合金，紫銅是銅單質(zhì)，從腐蝕率來看，銅與鋅的合金材質(zhì)（黃銅）對氧化性酸（硝酸）的耐腐蝕性能相比純銅材質(zhì)（紫銅）差，可能是金屬鋅的活性較高，鋅的引入降低了黃銅材質(zhì)的抗腐蝕能力。但是，在丙炔醇的緩蝕作用下，二者均可以獲得較好的緩蝕效果。因此，在 5%的硝酸溶液中，對于黃銅和紫銅材質(zhì)來說，丙炔醇緩蝕劑最佳的添加量為3.0‰。

2.2 10%鹽酸溶液中丙炔醇的量對黃銅及紫銅的緩蝕性能

圖3 10%鹽酸中丙炔醇的量對黃銅的緩蝕性能Fig.3 Corrosion inhibition performance of the amount of propargyl alcohol on the brass in 10% HCl solution

圖4 10%鹽酸中丙炔醇的量對紫銅的緩蝕性能Fig.4 Corrosion inhibition performance of the amount of propargyl alcohol on the copper in 10% HCl solution

從圖3、圖4可以看出，在10 %的鹽酸溶液中，丙炔醇對黃銅和紫銅有較好的緩蝕效果。在10 %的鹽酸溶液中，丙炔醇的加入也能夠有效地抑制鹽酸溶液對金屬銅的腐蝕。隨著丙炔醇緩蝕劑添加量的增加，黃銅和紫銅材質(zhì)的腐蝕率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，緩蝕率先增加到最大，然后稍微降低。在10 %鹽酸中，當(dāng)丙炔醇添加量為3.5 ‰時，對黃銅和紫銅材質(zhì)的緩蝕作用達到最大，黃銅的腐蝕率降低至0.14 g/m2·h，緩蝕率高達 89.4%；紫銅的腐蝕率降低至0.15 g/m2·h，緩蝕率達到94.5%。從最終的腐蝕率來看，銅與鋅的合金材質(zhì)（黃銅）與純銅材質(zhì)（紫銅）對普通酸性介質(zhì)（鹽酸）的耐腐蝕性能差別不大，說明金屬鋅材質(zhì)的引入對鹽酸的耐腐蝕性沒有明顯提高。因此，在10%的鹽酸溶液中，對于黃銅和紫銅材質(zhì)來說，丙炔醇緩蝕劑最佳的添加量為3.5‰。

2.3 10%硫酸溶液中丙炔醇的量對黃銅及紫銅的緩蝕性能

圖5 10%硫酸中丙炔醇的量對黃銅的緩蝕性能Fig.5 Corrosion inhibition performance of the amount of propargyl alcohol on the brass in 10% H2SO4 solution

圖6 10%硫酸中丙炔醇的量對紫銅的緩蝕性能Fig.6 Corrosion inhibition performance of the amount of propargyl alcohol on the copper in 10% H2SO4 solution

從圖5、圖6可以看出，在10%硫酸溶液中，丙炔醇緩蝕劑的加入能夠很好地抑制硫酸溶液對黃銅及紫銅的腐蝕。加入丙炔醇緩蝕劑的量為0.5‰時，緩蝕率只有38.7%，腐蝕速率較快。隨著丙炔醇緩蝕劑添加量的增加，對于黃銅和紫銅來說，腐蝕率均出現(xiàn)明顯下降，而緩蝕率表現(xiàn)出先增大，后趨于穩(wěn)定的趨勢。當(dāng)丙炔醇添加量為 3.5‰時，在10%硫酸溶液中對黃銅材質(zhì)的緩蝕保護達到最大，黃銅的腐蝕率降低至 0.07 g/m2·h，緩蝕率高達80.1%；當(dāng)丙炔醇添加量為4‰時，在10%硫酸溶液中對紫銅材質(zhì)的保護效果達到最大，紫銅的腐蝕率降低至0.08 g/m2·h，緩蝕率高達78.9%，二者差別不大。因此，在10%的鹽酸溶液中，對于黃銅和紫銅材質(zhì)來說，丙炔醇緩蝕劑最佳的添加量分別為3.5‰和4‰。

2.4 Tafel曲線分析

圖7 黃銅在10%鹽酸、5%硝酸及10%硫酸中的Tafel曲線( i/ mA·cm)PoLgFtentialig.7 Tafel curves of the brass in 5%HNO3, 10%HCl and 10%H2SO4 solution

從圖7看出，在10%的鹽酸空白溶液中，黃銅的自腐蝕電位和自腐蝕電流分別為-0.351 V和 1030 mA/cm2；當(dāng)加入3.5‰的丙炔醇后，黃銅的自腐蝕電位和自腐蝕電流分別為-0.354 V降低為105 mA/cm2；在5%硝酸空白溶液中，黃銅的自腐蝕電位和自腐蝕電流分別為-0.156 V和3650 mA/cm2；使用丙炔醇作為緩蝕劑后，黃銅的自腐蝕電位和自腐蝕電流分別為-0.168 V和219 mA/cm2；在10%硫酸空白溶液中，黃銅的自腐蝕電位和自腐蝕電流分別為-0.347 V和875 mA/cm2；使用丙炔醇作為緩蝕劑后，黃銅的自腐蝕電位和自腐蝕電流分別為-0.365 V和148 mA/cm2；這說明由于丙炔醇的緩蝕作用，黃銅材質(zhì)的腐蝕電流均出現(xiàn)明顯下降，腐蝕速率明顯變慢，黃銅在上述酸液中的腐蝕極大程度地被抑制，自腐蝕電位均輕微負移，說明丙炔醇作為緩蝕劑具有同時抑制陰極和陽極的作用。丙炔醇分子中同時具有炔基和羥基，極性羥基的存在可以使丙炔醇分子緊密地吸附在黃銅及紫銅材質(zhì)的表面，而分子中非極性的炔基作為疏水性基團可以對酸性腐蝕介質(zhì)起到隔離屏蔽作用。

3 小結(jié)

（1）丙炔醇作為緩蝕劑，對黃銅及紫銅材質(zhì)在硝酸、鹽酸及硫酸中均具有較好的緩蝕效果。在5%硝酸溶液中，丙炔醇最佳的添加量為3.0‰，此時對黃銅和紫銅的緩蝕率分別為99.5%和94.2%；在10%鹽酸溶液中，丙炔醇最佳的添加量為3.5‰，對黃銅和紫銅的緩蝕率分別為89.4%和94.5%；在10%硫酸溶液中，丙炔醇對于黃銅和紫銅的緩蝕率均達到80%左右。

（2）Tafel曲線結(jié)果表明，丙炔醇緩蝕劑的加入可以明顯地降低黃銅在硝酸、鹽酸及硫酸溶液中的腐蝕電流，腐蝕難度變大，腐蝕變慢，說明丙炔醇緩蝕劑在黃銅表面形成了緩蝕膜，起到抑制陰極及陽極的作用。

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