Q235B钢在不同质量分数缓蚀剂下的腐蚀速率研究

郑传熔

（福建省特种设备检验研究院，福建 福州 350108）

1 绪论

1.1 土壤腐蚀的研究现状

当今世界，每年都有大量的钢在土壤中腐蚀老化，所以全世界有大量学者研究如何减缓钢在土壤中的腐蚀速率。影响土壤腐蚀的因素多种多样，有的单独作用，有的互相作用，人们很难找到土壤的腐蚀规律[1-2]。

1.2 主要研究内容

本实验利用电化学测试手段，主要从4个方面进行研究。

（1）查阅相关文献资料，对目前金属材料在土壤中的腐蚀研究方法、土壤腐蚀数据处理方法、防腐措施等进行深入了解。

（2）熟悉CR-6型土壤腐蚀性测量及评价系统的原理及使用方法。

（3）选定实验方案，制定详细且可行的实验步骤。

（4）分析目前的土壤防腐措施，并选定一种防腐方法进行实验，结合实验结果，讨论防腐效果。

2 实验方法

2.1 实验装置

本实验所用仪器是CR-6型腐蚀性测量仪和烘干机，其中，CR-6型腐蚀性测量仪采用I型电极电缆线（适用同种材料三电极）。

2.2 研究试样及实验药品

2.2.1 研究试样

选用Q235B材料的钢，为高25 mm、直径6 mm的圆柱形，试样工作面积是5 cm2。

2.2.2 实验药品

无水乙醇，冰醋酸，去离子水，硫酸镁固体，硫脲，乌洛托品。

2.3 实验用品

200目筛子，电子称量仪，烧杯，金相砂纸，10、50、100、1 000 mL量筒各一个。

2.4 缓蚀剂乌洛托品和硫脲的缓蚀机理

本实验采用的缓蚀剂有两种，一种是乌洛托品，另一种是硫脲。两种都属于吸附膜型缓蚀剂，是借助缓蚀剂分子在金属表面形成保护膜，阻绝气体与钢材的接触，达到减缓、抑制钢材电化学腐蚀的效果[3]。

3 缓蚀剂乌洛托品、硫脲的防腐实验步骤

（1）用电子称量仪称量质量分别为0.4、0.6、0.8、 1.0 g的样品。（2）加入去离子水至20 g，分别编号为1、2、3、4，充分搅拌。（3）称量4份80 g已烘干土壤，将搅拌好的溶液分别加入放有土壤的烧杯中进行混合，以备实验。（4）实验前先将所有Q235B钢用砂纸磨光，再用乙醇洗过吹干，然后进行实验，用CR-6型腐蚀性测量仪测量腐蚀数值。（5）记录实验结果。

4 实验结果与讨论

4.1 pH为6时的腐蚀电流密度

先用醋酸与土壤混合，配制出pH=6的土壤试样，用CR-6型腐蚀性测量仪测出其腐蚀电流密度为7.43 μA/cm2。

4.2 缓蚀剂乌洛托品

为获得Q235B钢在含有不同质量分数乌洛托品的土壤中的腐蚀情况，根据土壤理化性质的分析，模拟配制乌洛托品质量分数分别为0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的土壤样本。实验结果如表1所示。

表1 与乌洛托品质量分数对应的腐蚀电流密度

在以上4组腐蚀数中，选用腐蚀电流密度来表达Q235B钢在不同质量分数乌洛托品下的腐蚀情况，绘制成图1。

在图1中，以乌洛托品质量分数为横坐标，以腐蚀电流密度为纵坐标，观察Q235B钢的腐蚀速率随着乌洛托品质量分数的变化关系。由图1可知，Q235B钢腐蚀速率在乌洛托品质量分数为0.8%时最小。

图1 腐蚀电流密度随乌洛托品质量分数的变化情况

由公式：缓蚀效率=（pH为6时的腐蚀电流密度－加入缓蚀剂的腐蚀电流密度）/pH为6时的腐蚀电流密度×100%，计算不同乌洛托品质量分数下的缓蚀效率，列于表1最后一列。

由表1最后一列数据可以得出，当乌洛托品质量分数为0.8%时，缓蚀效率达到最大。这是由于当溶液中的乌洛托品质量分数超过一定值时，对试样金属也具有一定的腐蚀作用，因为六次甲基四胺的分子中有一个较大的环，使其能在铁表面产生静电吸附，单个六元环在金属表面的覆盖面积较大，所以低质量分数的乌洛托品就能达到较好的效果。当溶液中的缓蚀剂分子增多，多余的乌洛托品分子会与吸附在金属表面的分子相互作用，使得乌洛托品分子脱落[4]。

4.3 缓蚀剂硫脲对腐蚀速率的影响

为获得Q235B钢在含有不同质量分数硫脲的土壤中的腐蚀情况，根据土壤理化性质的分析，模拟配制硫脲质量分数分别为0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的土壤样本。实验结果如表2所示。

表2 不同质量分数硫脲下的腐蚀电流密度值

在表2列出的4组腐蚀数据中，选用腐蚀电流密度表达Q235B钢在不同质量分数硫脲下的腐蚀情况，绘制成图2。

图2 腐蚀电流密度随硫脲质量分数的变化情况

图2以硫脲质量分数为横坐标，以腐蚀电流密度为纵坐标，观察Q235B钢腐蚀速率随着硫脲质量分数的变化关系。由图2可知，随着硫脲质量分数的提高，腐蚀电流密度先减小后增大，在硫脲质量分数为0.8%时达到最小。

由公式：缓蚀效率=（pH为6时的腐蚀电流密度－加入缓蚀剂的腐蚀电流密度）/pH为6时的腐蚀电流密度×100%，计算不同质量分数硫脲下的缓蚀效率，列于表2最后一列。

从表2最后一列数据观察Q235B钢缓蚀效率随着硫脲质量分数的变化关系。由表2可知，当硫脲质量分数为0.8%时，缓蚀效率达到最大，其原因与乌洛托品相似，只是硫脲是化学吸附，硫脲分子与金属表面原子发生电子转移形成吸附化学键，进而形成保护膜；当硫脲分子过多之后，其与试样金属电子转移变多，加快了极化反应，使缓蚀效率降低。

5 结论

为了减缓Q235钢在土壤中的腐蚀，选用缓蚀剂乌洛托品和硫脲来验证其防腐效率。含水量、孔隙、pH和Cl离子浓度等因素不在本次研究范围内。主要结论是：

（1）当乌洛托品质量分数为0.8%时，缓蚀效率最大。

（2）当硫脲质量分数为0.8%时，缓蚀效率最大。

（3）在相同的质量分数下，硫脲的缓蚀效率优于乌洛托品。