复配缓蚀剂对碳钢在NaCl介质中的缓蚀作用

刘奋照，王中慧，霍宇平，张 璞

（吕梁学院化学化工系，山西 吕梁 033000）

复配缓蚀剂对碳钢在NaCl介质中的缓蚀作用

刘奋照，王中慧，霍宇平，张 璞

（吕梁学院化学化工系，山西 吕梁 033000）

复配缓蚀剂由七水硫酸锌与2-羟基膦酰基乙酸按不同比例制得。采用失重法、极化曲线和电化学阻抗法研究了复配缓蚀剂在氯化钠介质中对20#碳钢的缓蚀性能。结果表明，当两者浓度配比为50∶3时，缓蚀效果最佳，且该缓蚀剂是一种抑制阳极腐蚀为主的缓蚀剂，在氯化钠介质中具有较好的缓蚀性能。

复配缓蚀剂；碳钢；电化学法

缓蚀剂是抑制金属在使用环境中发生腐蚀的一种添加剂，因其具有优良的使用效果和较高的经济效益，被广泛应用于工业冷却循环水和石油开采等领域［1］。研究表明，单一使用有机缓蚀剂和无机缓蚀剂，缓蚀性能较差，添加量大，成本高。若将两种缓蚀剂复配使用，利用其协同作用原理，不仅可以提高缓蚀效率，还可以降低缓蚀剂的添加量［2］。2-羟基膦酰基乙酸（HPAA）是一种有效的有机膦缓蚀剂，与二价离子有很好的螯合作用，可作为金属离子稳定剂，有效稳定水中的Fe2+、Fe3+等离子，减少腐蚀与结垢，尤其适用于低硬度、低碱度、强腐蚀性水质中，显示出极强的缓蚀作用，HPAA与锌盐复合使用，有明显的协同缓蚀作用。本文将HPAA与七水硫酸锌按照不同比例复配，研究其在氯化钠介质中对20#碳钢的缓蚀作用，以获得性能优良且用量小、成本低的复配缓蚀剂最佳配比。

1 实验部分

1.1 实验准备

腐蚀试片准备：将腐蚀试片（20#，50mm× 25mm×2mm）在丙酮中浸泡，置于超声波清洗仪中，除油清洗一定时间后，取出，分别用去离子水、乙醇冲洗，再用吹风机冷风吹干。

缓蚀剂准备：配制一定体积的3.5% NaCl溶液及HPAA和七水硫酸锌溶液不同浓度配比的混合溶液。

1.2 实验方法

1.2.1 失重法

采用静态挂片法，将20#腐蚀试片悬挂于空白试验和添加不同配比的复配缓蚀剂溶液中，室温浸泡7d后取出，用硬质橡皮擦除掉腐蚀产物至腐蚀试片表面呈光亮，经去离子水、乙醇冲洗后干燥至恒重，腐蚀率和缓蚀率的计算公式如下：

式中，m0为腐蚀前质量；m为腐蚀后质量；A为腐蚀试片面积；t为试验时间；ρ为试片密度；η为缓蚀率；V0为空白样的腐蚀速率；V为添加有缓蚀剂试样的腐蚀速率。

1.2.2 电化学测试

采用CS350电化学工作站测试系统测量极化曲线及交流阻抗谱，工作电极为20#碳钢，用树脂封装，暴露面积为1cm2，用金相砂纸逐级打磨，饱和甘汞电极为参比电极，铂亮电极为辅助电极。采用Corrtest电化学测试系统腐蚀分析软件处理空白样和加有一定配比缓蚀剂的样品的极化曲线数据，扫描范围-1.3V～0.2V。用普林斯顿283A阻抗分析软件分析电化学交流阻抗数据，频率范围10mHz～100kHz。

2 结果与与讨论

2.1 失重法

表1为空白样和添加不同复配缓蚀剂配比试样的失重实验数据。从表1可以看出，与空白样相比，在3.5% NaCl溶液中，加入不同配比的ZnSO4和HPAA后，20#碳钢的腐蚀速率明显降低，说明复配缓蚀剂起到了一定的缓蚀效果，且两者比例为50∶3时，缓蚀效果最佳，为80.34%。

表1 空白样和添加不同复配缓蚀剂配比试样的失重实验数据

2.2 极化曲线

空白样与添加复配缓蚀剂配比为50∶3试样的极化曲线如图1所示。从图1中空白样和添加复配缓蚀剂的极化曲线可知，相较空白样的极化曲线，添加复配缓蚀剂样品的极化曲线形状并未发生明显变化，但自腐蚀电位向正向移动，说明ZnSO4和HPAA组成的复配缓蚀剂属于阳极型缓蚀剂溶液。

图1 空白样与复配缓蚀剂配比为50∶3试样的极化曲线

由Tafel 外推法得到腐蚀动力学参数，包括腐蚀电位（Ecorr）和腐蚀电流密度（Icorr）， 算出添加复配缓蚀剂配比为50∶3的缓蚀率，结果见表2。其中缓蚀率计算公式［3］如下：

式中：Icorr，0和Icorr分别为空白样和添加复配缓蚀剂时的腐蚀电流密度。

表2 空白样与复配缓蚀剂配比为50∶3下的碳钢电化学参数

从表2中的碳钢电化学参数，并结合图1，可知，添加复配缓蚀剂后，极化曲线 Tafel 斜率变化较大，出现了不稳定的钝化现象，腐蚀电流密度减小，当添加复配缓蚀剂配比为50∶3时，缓蚀率达到65.9%，说明ZnSO4和HPAA形成的复配缓蚀剂存在缓蚀协同效应，在NaCl介质中对20#碳钢具有一定的缓蚀作用。

2.3 电化学阻抗

空白样及添加复配缓蚀剂配比为50∶3试样的电化学阻抗谱见图2。从图2中空白样的电化学阻抗谱可以看出，空白样在低频区出现明显的容抗弧收缩现象，表明出现了点蚀。而加入复配缓蚀剂配比为50∶3的试样后，仅容抗弧的半径有所增加，没有发生其他显著的变化，表明加入复配缓蚀剂后，复配缓蚀剂的添加并未改变电极的反应机制，只是吸附在金属表面起到缓蚀作用，且金属腐蚀的电化学反应电阻增大［4］，反应得到抑制，起到了一定的缓蚀效果，结果与极化曲线一致。

图2 空白样及添加复配缓蚀剂配比为50∶3后试样的电化学阻抗谱

3 结语

针对20#碳钢在氯化钠介质中的腐蚀，以ZnSO4和HPAA组成的复配缓蚀剂是一种阳极型缓蚀剂，并通过在20#碳钢表面发生吸附起到缓蚀作用，添加不同配比的复配缓蚀剂后，20#碳钢的腐蚀速率有所降低，起到一定的缓蚀效果，两者比例为50∶3时，缓蚀效果最佳。

［1］ 曾宪光，郑兴文，龚敏，等.三聚氰胺对碳钢在HCl介质中的缓蚀作用［J］.表面技术，2015，44（1）：127-132.

［2］ 王丽荣，张树芳，庄晓娟.海水中碳钢缓蚀剂的研究进展［J］.内蒙古石油化工，2008（1）：5-6.

［3］ 郑兴文，龚敏，王莹，等.甲硫氨酸对碳钢在硫酸介质中的缓蚀作用［J］.化学研究与应用，2011，23（12）：1589-1594.

［4］ 查全性.电极过程动力学导论［M］.北京：科学出版社，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

国家级大学生创新创业训练计划项目（201410812002）；山西省大学生创新创业训练项目（2014457）；吕梁学院大学生创新创业训练项目（CXCYZD201402）；吕梁学院校内青年基金（ZRQN201405）

刘奋照（1982-），硕士，助教。电话：18234871197，E-mail：lfz1314@163.com

2016-03-02