4-甲基咪唑在不銹鋼腐蝕液中緩蝕作用的研究

熊 苗，張述林

（四川理工學院 材料與化學工程學院，四川 自貢 643000）

不銹鋼是一種廣泛使用而且十分重要的金屬材料。據統計，全世界每年因腐蝕而報廢的鋼材約占鋼材年產量的1/4，不銹鋼的產量占鋼鐵總產量的1%。因此，不銹鋼材料受到腐蝕而失效是材料研究的熱點之一。有關不銹鋼在腐蝕介質中的電化學行為的研究報道[1-3]很多，但是用4-甲基咪唑作為緩蝕劑的報道甚少。本文通過電化學方法對不銹鋼緩釋行為進行了研究，初步分析評價了不銹鋼的耐腐蝕能力以及緩蝕液對其腐蝕速率的影響。

1 實驗部分

1.1 藥品及儀器

4-甲基咪唑；其他試劑均為分析純，水為二次蒸餾水。

LK98C電化學工作站，DF-Ⅱ型集熱式數顯磁力攪拌器，1Cr18Ni9Ti奧氏不銹鋼試樣（10mm×10mm×3.5mm）。

1.2 電極的制備

先用水磨砂紙對不銹鋼表面進行粗砂，再逐級打磨，然后用錫焊與銅棒連接，無水乙醇、丙酮、蒸餾水清洗，晾干。將混合均勻的固化劑和環氧樹脂按1∶4的質量比配成的溶液快速纏繞在電極上，封裝電極，固化。不銹鋼裸露面積為1cm2。電解池采用三電極系統，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為Pt電極，電解池用恒溫水浴箱控制溫度。

1.3 電化學測試

量取一定體積的HCl，與一定濃度的NaCl溶液配成pH值為2，[Cl-]=1.5mol·L-1的腐蝕液。在腐蝕液的基礎上分別配制質量分數為0.02%，0.04%，0.06%，0.08%，0.1%的4-甲基咪唑緩蝕液。恒溫水浴箱溫度控制在30～70℃范圍，測試不銹鋼電極在腐蝕溶液和各個濃度緩蝕液的極化曲線（每溫度段電解液需更換）。

2 結果與討論

2.1 溫度和濃度的影響

圖1給出了腐蝕溶液中不銹鋼電極在各個溫度下的極化曲線。

圖1 腐蝕液中不同溫度下的極化曲線Fig.1 Polarization curves in different temperature of corrosion

由圖1可知，在大量Cl-存在的酸性環境中，不銹鋼電極的極化曲線變化明顯。在30℃時，可以看到陽極有明顯的鈍化。隨著溫度增加，腐蝕電位雖然正移很少，但腐蝕電流明顯增加。

圖2 含4-甲基咪唑0.1%緩蝕液在不同溫度下的極化曲線Fig.2 Polarization curves in different temperature of 0.1%4-methyl miaow thiazole

由2可以看出，在含4-甲基咪唑0.1%的緩蝕液中，隨著溫度的升高，不銹鋼電極上的腐蝕電位有小幅度的增加，腐蝕電流密度減小比較明顯，陽極極化曲線有明顯的鈍化現象。這表明隨著溫度的增加，在不銹鋼表面不斷吸附4-甲基咪唑分子，形成了一層薄膜，對不銹鋼的腐蝕起到了很好的抑制作用。

圖3 恒溫下含四-甲基咪唑不同濃度的緩蝕液的極化曲線Fig.3 Polarization curves in constant temperature of different concentration 4-methyl miaow thiazole

由圖3可以看到，恒溫條件下含4-甲基咪唑不同濃度的緩蝕液對不銹鋼電極的腐蝕行為影響較小。在研究范圍內，腐蝕電流隨著溫度的增加減小的比較明顯，這是因為實驗選擇的濃度間隔比較小。但是腐蝕電流明顯的比腐蝕液的要小很多，陽極極化曲線有明顯的鈍化現象。這表明在4-甲基咪唑緩蝕液中，對不銹鋼電極的腐蝕行為有較大的抑制作用，4-甲基咪唑是一種吸附性緩蝕劑。

2.2 腐蝕動力學

圖4給出了不同溫度條件下緩蝕率η與含4-甲基咪唑緩蝕溶液的對數關系示意圖。

圖4 不同溫度下緩蝕液濃度和緩蝕率的關系Fig.4 Reration of corrosion concentration and corrosion ratio in different temperature

由圖4可知，在相同溫度條件下，緩蝕率隨緩蝕劑濃度的增大而增加；在相同的濃度下，緩蝕率隨著溫度的升高而增大。但當溫度達到70℃時，4-甲基咪唑為0.1%時的緩蝕效率最好，達到了90%以上。

為了研究溫度對緩蝕劑緩蝕率的影響，引進了Arrhenius方程：

這里Vcorr為反應速率，腐蝕反應中的反應速率（即腐蝕速率）可用Icorr表示，E為反應活化能，R為氣體常數，T為絕對溫度，A為常數，所以方程可寫為：

對log（Icorr）～1/T作圖。得到兩者關系的線性圖5，并通過直線的斜率可求得活化能，求得的活化能數值列于表1中。

圖5 不同緩蝕液濃度下log（Icorr）與1/T的關系Fig.5Reration of log（Icorr）and 1/T in different corrosion concentration

對于實際體系中吸附反應自由能的表述，用Flory-Huggins等溫式進行描述較為合理[4]，吸附反應的自由能可由（3）計算。

由（3）可計算當緩蝕劑濃度一定時不同溫度下的吸附反應的自由能，所得動力學參數列在表1中。

表1 緩蝕劑濃度一定時，不同溫度條件下吸附反應的動力學參數Tab.1 Adsorption kinetic parameters of different temperature when the corrosion concentration in certain

從圖4及表1中數據可知，當緩蝕劑濃度增大，腐蝕反應的活化能先增大后減小，不銹鋼腐蝕的阻力也增大，而且4-甲基咪唑緩蝕液在不銹鋼表面的覆蓋度逐漸增大，腐蝕速度減小。再者，不同溫度、不同緩蝕劑濃度條件下吸附反應的自由能都為負值，表明緩蝕液在不銹鋼表面的吸附是一種自發行為。在高溫條件下，緩蝕劑在不銹鋼的吸附傾向較大。實驗可觀測到，當溫度較高時，不銹鋼電極表面金屬光澤消失，形成了一層褐色的膜。4-甲基咪唑是含有共軛π鍵和孤對電子的五元雜環化合物，它既可通過π電子吸附在電極表面上，也可通過N上的孤對電子與電極表面形成絡合配鍵。根據測得4-甲基咪唑的緩蝕行為來看，通過N原子吸附的可能性較大。

3 結論

（1）不銹鋼在4-甲基咪唑緩蝕液中，腐蝕速率隨著環境溫度的升高而逐漸增大，隨著緩蝕液濃度的增大而逐漸增大。

（2）在酸性介質中，4-甲基咪唑是一種優良的高溫吸附緩蝕劑。

（3）4-甲基咪唑分子在不銹鋼表面自發地吸附，形成了一層保護膜，能很好地抑制陰陽極腐蝕反應。

［1］劉國強，等.不銹鋼和鎳基合金在含溴醋酸中的腐蝕行為［J］.腐蝕科學與防護技術，2000，12（5）：296.

［2］劉國強，等.不銹鋼在含有溴離子的醋酸溶液中的腐蝕［J］.中國腐蝕與防護學報，2001，21（3）：16.

［3］王軒義，吳蔭順，等.316L不銹鋼鈍化膜在Cl-介質中的耐蝕機理［J］.腐蝕科學與防護技術，2000，12（6）：311.

［4］D.M.Drazic，L.Vracar，V.J.Drazic.The kinetics of inhibitor adsorption oniron［J］.ElectrochimActa，1994，39