李克华，兰志威，杨冰冰，石东坡

(长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州 434023)

盐酸是应用最广泛的化学清洗剂，它溶垢能力强，速度快，渗氢量少，金属的氢脆敏感性小，但对铁有不同程度的腐蚀。保护金属在酸洗过程免受或缓受腐蚀的最简捷、经济和实用的方法之一，就是添加金属缓蚀剂［1］。苯胺通常作为合成曼尼希碱缓蚀剂的重要原料之一，其本身也具有缓蚀作用。笔者以N80钢为例，研究了苯胺在盐酸体系下的缓蚀性能，探讨苯胺对碳钢腐蚀的缓蚀机理，为酸性体系下的金属防腐提供指导。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

苯胺、盐酸、无水乙醇、丙酮等，均为分析纯。

有机合成装置、腐蚀测定装置、电子天平等。

1.2 实验方法

1.2.1 失重法

在玻璃烧杯中加入添加苯胺的浓度为1 mol/L的盐酸溶液，将钢片悬于溶液中。烧杯在测试温度下恒温4 h，取出钢片，去除腐蚀产物后水洗，用丙酮脱脂并用冷风吹干，用分析天平称质量。腐蚀速率的计算公式如下:

式中，v为腐蚀速率，g/(m2·h);m0为碳钢片原质量，g;m1为除去腐蚀产物后钢片的质量，g;S为暴露在酸洗液中的碳钢片总面积，m2;t为腐蚀时间，h。

缓蚀效率的计算公式如下:

式中，η为缓蚀效率，%;υ0和υ1分别为不加和加入缓蚀剂时，钢片在酸洗液中的腐蚀速率，g/(m2·h)。

1.2.2 电化学极化法

电化学实验溶液是浓度为1.0 mol/L的盐酸，测试仪器为辰华CHI660C电化学工作站，采用传统的三电极体系［2］。参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极，工作电极由N80钢加工而成，工作面积为0.3 cm2，其余部分用环氧树脂密封，测试温度为20℃。极化曲线测试扫描范围为相对开路电位－300～－600 mV，扫描速率5 mV/s。

2 结果与讨论

2.1 苯胺加量及温度对缓蚀效率的影响

采用失重法测得N80钢片在酸洗液中的腐蚀速率，并计算苯胺的缓蚀效率。苯胺加量为0.1%～1.0%(质量分数，下同)，温度为 20～50℃，结果如图1所示。

图1 苯胺加量及温度对苯胺缓蚀效率的影响

苯胺加量为0.1%～0.7%时，苯胺的缓蚀作用随加量的增加而增强;当苯胺加量大于0.7%时，苯胺的缓蚀效率趋于恒定值。温度对苯胺的缓蚀作用的影响非常明显，随着温度的升高，苯胺的缓蚀作用逐渐减弱，20℃时苯胺的缓蚀效率最大。在试验范围内，当温度为20℃、苯胺加量为0.7%时，苯胺的缓蚀性能最佳，其缓蚀效率达90.08%。

2.2 N80钢的极化曲线

室温下，不同苯胺加量时N80钢的极化曲线如图2所示。随着苯胺的添加，N80钢的腐蚀电流密度显著减小，苯胺对N80钢的腐蚀有明显的抑制作用，其缓蚀效率随着苯胺加量的增加而增大。N80钢的自腐蚀电位并未随苯胺的加入而发生明显移动，可以判定苯胺属于混合型缓蚀剂［3］。苯胺的缓蚀作用是因为在N80钢的工作电极表面逐步形成完整致密的保护膜，阻止腐蚀介质与钢接触，从而起到缓蚀作用。

图2 不同苯胺加量下N80钢的极化曲线

2.3 苯胺的缓蚀机理

2.3.1 苯胺在碳钢表面的吸附规律

为了进一步了解苯胺的缓蚀机理，对浓度为1.0 mol/L的HCl溶液体系下苯胺在N80钢表面的吸附规律进行探讨。实验温度为40℃，苯胺加量为0.1%～1.0%。

Langmuir吸附等温式如下所示:

式中，C为缓蚀剂的质量浓度，g/L;θ为缓蚀剂在金属表面的覆盖度，%;K为Langmuir吸附平衡常数，L/g。

通常认为缓蚀率η近似等同于表面覆盖率θ，将η=θ代入Langmuir吸附等温式，结果表明Langmuir吸附等温式与试验结果较符合。

将Langmuir吸附等温式变形后得到:

以C/θ为纵坐标，C为横坐标作图，结果如图3所示。相关系数为0.999 5，说明苯胺在N80碳钢上形成单分子层吸附，从而起到缓蚀作用［4］。

图3 苯胺在N80钢上的吸附等温曲线

2.3.2 苯胺对腐蚀反应活化能的影响

依据 Arrhenius方程，金属腐蚀速率可表示为:

式中，υcorr为腐蚀速率(由失重法计算)，g/(m2·h);R为摩尔气体常量，J/(mol·k);T为热力学温度，K;Ea为表观活化能，J/mol;A为指前因子。

以lnυcorr为纵坐标，1/T为横坐标作图，求出反应表观活化能与苯胺加量之间的关系，结果如表1所示。当苯胺的质量分数从0增至1.0%时，Ea由 19.82 kJ/mol增至 54.86 kJ/mol。这表明随着苯胺的加入，反应的活化能增大，碳钢的腐蚀反应需要克服更高的能量障碍，从而降低了腐蚀速率，有效抑制了反应的进行［5］。

表1 N80钢在不同苯胺加量的1.0 mol/L HCl介质中的Ea值

3 结论

1)苯胺可以作为一种盐酸酸洗缓蚀剂。在浓度为1.0 mol/L的HCl溶液体系中，苯胺的缓蚀效率随着苯胺加量的增加而增大，随着温度的升高而降低。20℃下苯胺加量为1.0%时，其缓蚀率可达91.04%;20℃下苯胺的最佳加量为0.7%，此时的缓蚀效率达90.08%。

2)苯胺以Langmuir吸附方式覆盖碳钢的裸露表面，逐步形成完整致密的保护膜，阻止腐蚀介质与碳钢接触，起到缓蚀作用。同时苯胺的加入使得腐蚀反应的活化能有所升高，碳钢的腐蚀反应需要克服更高的能量障碍，从而降低了腐蚀速率，有效抑制了腐蚀反应的进行。

［1］杨昌炎，杨光宏，刘东，等.糠醛对碳钢在盐酸中的缓蚀性能研究［J］.林产化学与工业，2011，31(6):83 －86.

［2］曹楚南.腐蚀电化学原理［M］.3版.北京:化学工业出版社，2008:211－212.

［3］Ashassi－ Sorkhabi H，Majidi M R，Seyyedi K.Investigation of inhibition effect of some amino acids against steel corrosion in HCl solution［J］.Applied Surface Science，2004(225):176 －185.

［4］申慷尼，李克华，姜红娟，等.新型硫脲类酸化缓蚀剂的合成与性能评价［J］.精细石油化工进展，2013，14(3):25 －28.

［5］李克华，吴兰兰.曼尼希碱缓蚀剂XJ合成及其对N80钢的缓蚀性能［J］.油田化学，2013，30(3):434 －437.