伍昌維，馬培華

(1.貴州省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院，貴州 貴陽(yáng) 550016；2.貴州大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 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(gè)全球性的問(wèn)題。據(jù)有關(guān)資料[1]，世界各國(guó)每年因腐蝕帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失約占其國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(shì)。金屬的防腐措施，籠統(tǒng)地說(shuō)，就是用涂料和其他保護(hù)層讓金屬與各種腐蝕介質(zhì)隔離開(kāi)來(lái)，這種隔離越充分，保持越長(zhǎng)久，防腐效果就越好。材料科學(xué)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(jià)格低、來(lái)源廣、效果好和通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使其的應(yīng)用作為這些方法受到了重點(diǎn)關(guān)注。

緩蝕劑種類(lèi)繁多，類(lèi)型也是多種，對(duì)于類(lèi)型不同其作用機(jī)理也不同。同時(shí)，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(diǎn)、緩蝕劑本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，包括緩蝕劑的緩蝕基團(tuán)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(dāng)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(xué)物質(zhì)或幾種化學(xué)物質(zhì)的混合物。20世紀(jì)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(guò)5000種[2]，這種發(fā)展速度是其他化學(xué)助劑、添加劑無(wú)法比擬的。當(dāng)前，世界各國(guó)相關(guān)的科技界、企業(yè)界對(duì)它的開(kāi)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(lái)很有必要。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)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(jìn)行靜態(tài)失重實(shí)驗(yàn)。緩蝕率計(jì)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(shí)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(shí)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(duì)鐵、鋁金屬進(jìn)行緩蝕率的測(cè)定。

1.2 實(shí)驗(yàn)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(tái)，北京長(zhǎng)源實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠；電熱鼓風(fēng)干燥箱一臺(tái)，重慶試驗(yàn)設(shè)備廠制造；電子天平一臺(tái)，北京賽多利斯天平有限公司；超聲波清洗儀一臺(tái)，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(shí)驗(yàn)步驟

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 瓜環(huán)鹽酸鹽對(duì)Fe的緩蝕效果評(píng)價(jià)

2.1.1 五元瓜環(huán)鹽酸鹽的緩蝕性能

在30℃，作用時(shí)間4 h，0.4 mol/L鹽酸腐蝕介質(zhì)中對(duì)不同含量的五元瓜環(huán)鹽酸鹽進(jìn)行的緩蝕性能的測(cè)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(shí)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(shí)呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)。由上總結(jié)可知，當(dāng)鹽酸濃度為0.4 mol/L和緩蝕劑濃度為0.5 mol/L時(shí)，五元瓜環(huán)鹽酸鹽的緩蝕率達(dá)到63%。

圖1 緩蝕劑在相同濃度鹽酸中的變化趨勢(shì)

圖2 緩蝕劑在不同濃度鹽酸中的變化趨勢(shì)

圖3 緩蝕劑在不同濃度鹽酸中的變化趨勢(shì)

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(dú)使用五元瓜環(huán)鹽酸鹽時(shí)的緩蝕率有一定的提高，提高到進(jìn)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(shì)

在30℃，4 h，0.4 mol/L鹽酸腐蝕介質(zhì)中對(duì)不同含量的六元瓜環(huán)鹽酸鹽進(jìn)行的緩蝕性能的測(cè)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(dāng)鹽酸濃度為0.4～0.6 mol/L時(shí)，緩蝕率逐漸上升。由上總結(jié)可知，當(dāng)鹽酸濃度為0.4 mol/L和緩蝕劑濃度為0.5 mol/L時(shí)，六元瓜環(huán)的緩蝕率達(dá)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(dú)使用六元瓜環(huán)鹽酸鹽時(shí)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(shì)

圖6 緩蝕劑在不同濃度鹽酸中的變化趨勢(shì)

3 試驗(yàn)結(jié)論及研究改進(jìn)方向

(1)采用靜態(tài)失重法對(duì)不同瓜環(huán)鹽酸鹽的緩蝕性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。以五、六元瓜環(huán)鹽酸鹽為緩蝕劑，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)找到瓜環(huán)鹽酸鹽對(duì)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(duì)Fe具有一定的緩蝕效果。當(dāng)五、六元瓜環(huán)鹽酸鹽的添加量均為0.5 g/L時(shí)，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(jìn)方向：本實(shí)驗(yàn)只是在固定的溫度條件下進(jìn)行尋找緩蝕劑的最佳濃度。由于尋找緩蝕劑的最佳濃度時(shí)，考察的因素較單一，所以本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)、緩蝕劑本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，包括緩蝕劑的緩蝕基團(tuán)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(jìn)行多方面的探索，比如：在不同溫度、酸性介質(zhì)和金屬等進(jìn)行對(duì)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(shí)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(guò)正交實(shí)驗(yàn)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。