五、六元瓜環(huán)對金屬鐵酸洗緩蝕性能影響初探

伍昌維，馬培華

(1.貴州省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測院，貴州 貴陽 550016；2.貴州大學 化學與化工學院，貴州 貴陽 550025)

金屬作為最重要的工程材料在全世界廣泛應(yīng)用具有悠久的歷史，然而金屬的腐蝕也隨之成為一個全球性的問題。據(jù)有關(guān)資料[1]，世界各國每年因腐蝕帶來的經(jīng)濟損失約占其國民經(jīng)濟總產(chǎn)值(GDP)的3%～5%。且隨著工業(yè)的發(fā)展，損失亦呈增加趨勢。金屬的防腐措施，籠統(tǒng)地說，就是用涂料和其他保護層讓金屬與各種腐蝕介質(zhì)隔離開來，這種隔離越充分，保持越長久，防腐效果就越好。材料科學工作者已研究出各種各樣防腐的方法，其中最重要的一種方法是使用金屬緩蝕劑，目前在各種防腐方法中占據(jù)著重要的地位。緩蝕劑在金屬防腐蝕的使用中，由于其用量小、價格低、來源廣、效果好和通用性強等優(yōu)點，使其的應(yīng)用作為這些方法受到了重點關(guān)注。

緩蝕劑種類繁多，類型也是多種，對于類型不同其作用機理也不同。同時，緩蝕劑的緩蝕性能(效率)與緩蝕劑所處的環(huán)境(溫度、介質(zhì)的pH值和陰離子的性質(zhì))、金屬表面的本質(zhì)特點、緩蝕劑本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，包括緩蝕劑的緩蝕基團及其數(shù)目，分子的大小、吸附的方式、與金屬結(jié)合的形式、覆蓋在金屬表面的范圍金屬與緩蝕劑的界面的電壓等因素有關(guān)[2]。緩蝕劑是以適當濃度和形式存在于環(huán)境(介質(zhì))中，可以防止或減緩腐蝕的一種化學物質(zhì)或幾種化學物質(zhì)的混合物。20世紀30年代以前緩蝕劑的品種只有百余種，到80年代中期僅酸性介質(zhì)緩蝕劑就超過5000種[2]，這種發(fā)展速度是其他化學助劑、添加劑無法比擬的。當前，世界各國相關(guān)的科技界、企業(yè)界對它的開發(fā)和應(yīng)用前景極為關(guān)注。因此，回顧緩蝕劑的發(fā)展歷程，展望未來很有必要。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

在一定濃度的酸性溶液中，將不同大小的瓜環(huán)鹽酸鹽及一定的添加劑作為緩釋劑在金屬試件(50 mm×25 mm×0.04 mm)表面作用后，在進行靜態(tài)失重實驗。緩蝕率計算采用如下公式：

η=(△M0-△M1)/△M0×100%

其中：η是緩蝕劑的緩蝕率，△M0是試件在某種鹽酸空白腐蝕液中腐蝕一定時間后的重量損失，△M1是試件在加入緩蝕劑的鹽酸腐蝕液中腐蝕一定時間后的重量損失做出緩蝕率曲線。尋找出最佳的緩蝕效果。本文主要是對鐵、鋁金屬進行緩蝕率的測定。

1.2 實驗儀器

主要儀器：容量瓶(100 mL)若干；移液管(10 mL)三支；電熱恒溫水浴鍋一臺，北京長源實驗設(shè)備廠；電熱鼓風干燥箱一臺，重慶試驗設(shè)備廠制造；電子天平一臺，北京賽多利斯天平有限公司；超聲波清洗儀一臺，上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司。

試劑：Fe、Al各100 g(99.9%)、(五、六、七、八)元瓜環(huán)鹽酸鹽若干克、濃鹽酸(35%～37%、1.19 g/mL)、聚乙二醇、曲拉通、蒸餾水。

1.3 實驗步驟

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 瓜環(huán)鹽酸鹽對Fe的緩蝕效果評價

2.1.1 五元瓜環(huán)鹽酸鹽的緩蝕性能

在30℃，作用時間4 h，0.4 mol/L鹽酸腐蝕介質(zhì)中對不同含量的五元瓜環(huán)鹽酸鹽進行的緩蝕性能的測定。由圖1表明隨著緩蝕劑濃度增大，緩蝕率增大，在緩蝕劑濃度為0.5 g/L左右時呈現(xiàn)平緩上升狀態(tài)。由圖2可知鹽酸濃度增大，緩蝕率增大，在濃度為0.4～0.7 mol/L時呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)。由上總結(jié)可知，當鹽酸濃度為0.4 mol/L和緩蝕劑濃度為0.5 mol/L時，五元瓜環(huán)鹽酸鹽的緩蝕率達到63%。

圖1 緩蝕劑在相同濃度鹽酸中的變化趨勢

圖2 緩蝕劑在不同濃度鹽酸中的變化趨勢

圖3 緩蝕劑在不同濃度鹽酸中的變化趨勢

由圖3得，五元瓜環(huán)鹽酸鹽在最佳濃度和聚乙二醇在最佳濃度復(fù)配后的緩蝕率比單獨使用五元瓜環(huán)鹽酸鹽時的緩蝕率有一定的提高，提高到進80%。

2.1.2 六元瓜環(huán)鹽酸鹽的緩蝕性能

圖4 緩蝕劑在相同鹽酸中的變化趨勢

在30℃，4 h，0.4 mol/L鹽酸腐蝕介質(zhì)中對不同含量的六元瓜環(huán)鹽酸鹽進行的緩蝕性能的測定。由圖4得，在緩蝕劑濃度為0.5 g/L以后，緩蝕率呈現(xiàn)平緩上升狀態(tài)。在圖5中，當鹽酸濃度為0.4～0.6 mol/L時，緩蝕率逐漸上升。由上總結(jié)可知，當鹽酸濃度為0.4 mol/L和緩蝕劑濃度為0.5 mol/L時，六元瓜環(huán)的緩蝕率達到67%。由圖6得，六元瓜環(huán)鹽酸鹽在最佳濃度和聚乙二醇復(fù)配后的緩蝕率比單獨使用六元瓜環(huán)鹽酸鹽時的緩蝕率有一定的提高。

圖5 緩蝕劑在不同濃度鹽酸中的變化趨勢

圖6 緩蝕劑在不同濃度鹽酸中的變化趨勢

3 試驗結(jié)論及研究改進方向

(1)采用靜態(tài)失重法對不同瓜環(huán)鹽酸鹽的緩蝕性能進行評價。以五、六元瓜環(huán)鹽酸鹽為緩蝕劑，通過正交實驗找到瓜環(huán)鹽酸鹽對金屬緩蝕效果的最佳值。結(jié)果表明，五、六元瓜環(huán)鹽酸鹽在0.4 mol/L鹽酸溶液中對Fe具有一定的緩蝕效果。當五、六元瓜環(huán)鹽酸鹽的添加量均為0.5 g/L時，緩蝕率分別為63%、67%，且緩蝕率隨著緩蝕劑濃度的增大而提高。

(2)研究改進方向：本實驗只是在固定的溫度條件下進行尋找緩蝕劑的最佳濃度。由于尋找緩蝕劑的最佳濃度時，考察的因素較單一，所以本實驗存在一定的局限性。緩蝕劑的緩蝕性能與緩蝕劑所處的環(huán)境(溫度、介質(zhì)的pH值和陰離子的性質(zhì))、金屬表面的本質(zhì)特點、緩蝕劑本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，包括緩蝕劑的緩蝕基團及其數(shù)目，分子的大小、吸附的方式、與金屬結(jié)合的形式、覆蓋在金屬表面的范圍金屬與緩蝕劑的界面的電壓等因素有關(guān)，如果從以上有關(guān)因素進行多方面的探索，比如：在不同溫度、酸性介質(zhì)和金屬等進行對比，這樣尋找緩蝕劑的最佳濃度才更精確。

在工藝生產(chǎn)中，由于單組分緩蝕劑在實際應(yīng)用中存在局限性，因此需要尋找出一種復(fù)合緩蝕劑，能夠抵制工作介質(zhì)中的雜質(zhì)、溫度等因素的影響。通過正交實驗方法尋找出一種緩蝕效果良好的復(fù)合緩蝕劑，是一種比較好、常用的方法。