油酸咪唑啉類緩蝕劑對不銹鋼的緩蝕性能研究

王永壘，李海云，方紅霞

(1.黃山學院 化學化工學院，安徽 黃山 245041;2.黃山學院 應(yīng)用化學研究所，安徽 黃山 245041)

在金屬設(shè)備清洗及加工過程中，腐蝕是最常見的問題，利用緩蝕劑進行抑制腐蝕在鋼鐵、機械、石油、化工、動力運輸?shù)炔块T廣泛應(yīng)用，并已成為目前非常重要的防腐蝕手段之一［1-5］。

咪唑啉類緩蝕劑［6-8］是環(huán)境友好緩蝕劑，制備方法簡單、原料易得，高效、低毒，只需加入少量就有很好的緩蝕效果，是一種性能優(yōu)良的緩蝕劑。在油氣田、工業(yè)酸洗和其他防腐過程中都具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

本文通過靜態(tài)失重法和Tafel 極化曲線法研究了一種常用的油酸咪唑啉類緩蝕劑在不同腐蝕介質(zhì)中對不銹鋼的緩蝕行為，并通過復配實驗，尋找一種更經(jīng)濟實惠的緩蝕劑配方，對油酸咪唑啉類緩蝕劑的工業(yè)應(yīng)用有一定的指導意義。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

油酸咪唑啉緩蝕劑為工業(yè)品(實驗室自制);鹽酸、硫酸、硝酸、碘化鉀均為分析純;不銹鋼標準腐蝕掛片。

LK2006A 型電化學工作站。

1.2 失重實驗及緩蝕率的計算

恒溫40 ℃的條件下，將不銹鋼腐蝕掛片放入含不同濃度緩蝕劑的腐蝕介質(zhì)(10%鹽酸、10%硫酸、10%硝酸)中浸泡，每組3 個平行樣;2 h 后，取出試樣，依次用蒸餾水、酒精和丙酮清洗，冷干后稱重。按公式計算鑄鐵掛片的腐蝕速率。

式中 v——腐蝕速率，g/(m2·h);

Δw——腐蝕失重實驗前后試樣的質(zhì)量差，g;

S——試樣的表觀面積，m2;

t——浸泡試驗時間，h。

緩蝕劑對不銹鋼材質(zhì)在不同腐蝕介質(zhì)中的緩蝕率計算如下:

式中 η——緩蝕劑的緩蝕率，%;

v1，v0——碳鋼腐蝕掛片在添加緩蝕劑及空白溶液下的腐蝕速率，g/(m2·h)。

2 結(jié)果與討論

2.1 10%鹽酸介質(zhì)中油酸咪唑啉緩蝕劑的添加量

對不銹鋼的緩蝕作用

10%鹽酸介質(zhì)中油酸咪唑啉緩蝕劑的添加量對不銹鋼的緩蝕作用見圖1。

圖1 10%鹽酸介質(zhì)中油酸咪唑啉緩蝕劑的添加量對不銹鋼的緩蝕作用Fig.1 Corrosion inhibition performance of the oleic imidazoline inhibitor on the stainless steel in 10% HCl solution

由圖1 可知，油酸咪唑啉緩蝕劑對不銹鋼有很好的緩蝕作用，添加量為0. 5%時，其對不銹鋼在10%鹽酸中的緩蝕率即達到84%，繼續(xù)增加緩蝕劑添加量至0.30%時，緩蝕率就已達到98%，此后隨著油酸咪唑啉緩蝕劑量的增加，緩蝕率出現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，變化不大。因而，綜合考慮，適宜的油酸咪唑啉緩蝕劑的添加量為0.2% ～0.3%。

2.2 10%硫酸介質(zhì)中油酸咪唑啉緩蝕劑的添加量對不銹鋼的緩蝕作用

由圖2 可知，在10%硫酸介質(zhì)中，隨著油酸咪唑啉緩蝕劑添加量的增加，其對不銹鋼的緩蝕率呈現(xiàn)先增大而后輕微減小的趨勢。在緩蝕劑的添加量為0.5%時，其對不銹鋼在10%鹽酸中的緩蝕率幾乎達到最大，為94%，此后繼續(xù)增加緩蝕劑添加量至0.6%時，其對不銹鋼的緩蝕率就出現(xiàn)輕微的下降趨勢，這可能是由于在油酸咪唑啉緩蝕劑添加量比較少的時候，無法在不銹鋼腐蝕掛片的表面形成完整的保護膜，緩蝕率較低，此時隨著油酸咪唑啉緩蝕劑的增加，其對不銹鋼的緩蝕率急劇增加。然而，過量的緩蝕劑分子可能會在不銹鋼掛片的表面形成多層吸附，降低了不銹鋼掛片表面膜層的疏水性，故而不銹鋼的緩蝕率出現(xiàn)輕微下降。綜合考慮，適宜的油酸咪唑啉緩蝕劑的添加量為0.4% ～0.5%。

圖2 10%硫酸介質(zhì)中油酸咪唑啉緩蝕劑的添加量對不銹鋼的緩蝕作用Fig.2 Corrosion inhibition performance of the oleic imidazoline inhibitor on the stainless steel in 10% H2SO4 solution

2.3 不銹鋼在10%鹽酸及10%硫酸介質(zhì)中的Tafel曲線

不銹鋼在10%鹽酸及10%硫酸介質(zhì)中的Tafel曲線見圖3。

圖3 不銹鋼在10%鹽酸及10%硫酸介質(zhì)中的Tafel 曲線Fig.3 Tafel curves of the stainless steel in 10% HCl and 10% H2SO4 solution

由圖3 可知，在10%鹽酸介質(zhì)及10%硫酸介質(zhì)中，加入油酸咪唑啉緩蝕劑后，腐蝕介質(zhì)對不銹鋼的腐蝕速率均明顯降低。在10%鹽酸空白溶液中，不銹鋼的自腐蝕電流密度Icorr=5. 6 mA/cm2，加入0.3%油酸咪唑啉緩蝕劑后，不銹鋼在10%鹽酸溶液中的腐蝕電流Icorr從5. 6 mA/cm2下降到了3.0 mA/cm2;在10%硫酸空白溶液中，不銹鋼的自腐蝕電流密度Icorr=95 mA/cm2，加入0.4%復合緩蝕劑后，20 碳鋼在10%硫酸溶液中的腐蝕電流Icorr從0.032 mA/cm2下降到了7.9 mA/cm2，這說明由于油酸咪唑啉緩蝕劑的吸附作用，能夠在不銹鋼材質(zhì)表面形成致密的保護層，有效地抑制了鹽酸和硫酸腐蝕性介質(zhì)對不銹鋼的腐蝕。

2.4 油酸咪唑啉/碘化鉀復合緩蝕劑的緩蝕性能

為了降低緩蝕成本，在實驗中，我們以10%鹽酸為腐蝕介質(zhì)，嘗試使用碘化鉀作為復合物，來研究油酸咪唑啉/碘化鉀復合緩蝕劑對不銹鋼的緩蝕性能及其緩蝕協(xié)同效應(yīng)，結(jié)果見表1。

表1 油酸咪唑啉/碘化鉀復合緩蝕劑的緩蝕性能Table 1 Corrosion inhibition performance of the oleic imidazoline/KI complex inhibitor on the stainless steel in 10% HCl solution

由表1 可知，在10%的鹽酸介質(zhì)中，保持緩蝕劑總添加量為0.3%不變的情況下，復合緩蝕劑對不銹鋼的緩蝕率因油酸咪唑啉和KI 添加比例的不同而不同。當只加入了0.3%的油酸咪唑啉緩蝕劑時，緩蝕率為98.32%，而減小油酸咪唑啉緩蝕劑所占比例后，緩蝕率略有下降，然而當油酸咪唑啉添加量為0.12%，KI 添加量為0.18%時，其緩蝕率與濃度為0.30%的油酸咪唑啉基本相當，這說明油酸咪唑啉與KI 存在著一定的協(xié)同效應(yīng)，因此，按照油酸咪唑啉與KI 質(zhì)量比為1∶1.5 的配比制備復合緩蝕劑，可以在節(jié)約成本的情況下，保證良好的緩蝕性能。

3 結(jié)論

(1)靜態(tài)失重法結(jié)果表明，分別向10%鹽酸及10%硫酸介質(zhì)中添加0.3%和0.5%的油酸咪唑啉類緩蝕劑，不銹鋼腐蝕掛片在上述腐蝕介質(zhì)中的緩蝕率分別達到98%和94%，這說明油酸咪唑啉緩蝕劑對不銹鋼有良好的緩蝕作用，極化曲線結(jié)果也較好的證明了這一點。

(2)油酸咪唑啉/KI 復合型緩蝕劑的研究結(jié)果表明，當加入油酸咪唑啉緩蝕劑與KI 的比例為1∶1.5 時，它們具有一定的協(xié)同緩蝕作用。

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