烯丙基硫脲对3Cr13不锈钢在硫酸溶液中的缓蚀研究

摘要：本文用极化曲线法和交流阻抗法研究了以烯丙基硫脲作为缓蚀剂对3Cr13不锈钢在25%的硫酸溶液中的缓蚀作用，考查了缓蚀剂浓度对其缓蚀性能的影响。结果表明：开路电位的稳定时间是30min，最佳扫描速度是0.5mV/s，当烯丙基硫脲浓度为0.01mol/L时，缓蚀性能最佳。

关键词：3Cr13不锈钢 25%硫酸 极化曲线 交流阻抗

一、研究意义

金属腐蚀问题遍及国民经济和国防建设各个部门，损失巨大，必须予以高度的重视。目前，世界各国对腐蚀的危害有了深刻的认识，人们不断地对金属腐蚀问题开展研究，寻找各种有效的防腐方法，在研究各种防护方法中，添加缓蚀剂既方便易行又投资少见效快。缓蚀剂是一种以适当的浓度和形式存在于环境（介质）时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物。3Cr13不锈钢含碳较高，具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差。文中以有机缓蚀剂―烯丙基硫脲为主要研究试剂，通过电化学方法得到在25%的硫酸溶液中烯丙基硫脲对3Cr13不锈钢的电化学参数，经分析得出在25%的硫酸溶液中烯丙基硫脲对3Cr13不锈钢的缓蚀情况，为使用3Cr13不锈钢的用户提供理论依据，以减少由于使用不当造成损失。

二、实验研究

1、实验主要仪器和试剂

仪器 CHI660D电化学工作站（北京华科普天科技有限公司）、C（K2SO4）-1型硫酸亚汞参比电极（上海电光器件厂）、213-型铂电极（上海电光器件厂）、TP-214电子天平（丹佛仪器〈北京〉有限公司）

试剂 烯丙基硫脲（分析纯，天津市光复精细化工研究所）、浓硫酸95%-98%（分析纯，太原河西化学试剂厂硫酸分厂）、3Cr13不锈钢（太钢不锈钢材厂）、丙酮（分析纯）

2、实验过程

（1）实验准备 用浓硫酸及蒸馏水配制质量分数为25%的硫酸溶液，备用。配制0.0001、0.001、0.005、0.007、0.01、0.1 mol/L 的烯丙基硫脲溶液，用25%的硫酸溶液定容。将3Cr13不锈钢用环氧树脂固封后制成工作电极面积为0.37 cm2，实验前用600#，1000#金相砂纸逐级打磨后，丙酮除有机物，洗净油污，蒸馏水洗净。

（2）极化曲线和交流阻抗的测定 以此上述不锈钢作工作电极，Hg2SO4电极作参比电极，Pt电极作辅助电极，安装并接好三电极系统。用CHI660D电化学工作站进行极化曲线和交流阻抗的测定。扫描范围为相对开路电位的-120mv～+120mv。扫描速度为0.5mv/s，电极电位均相对于Hg2SO4电极电位。

（3）选择扫描速度 以上述配制的25%的硫酸溶液做介质，用CHI660D电化学工作站测定25%的硫酸溶液的极化曲线，确定3Cr13不锈钢在25%的硫酸溶液中的最佳扫描速度。

（4）烯丙基硫脲对3Cr13不锈钢的极化曲线的测定 在室温条件下，用稳态极化曲线法分别测定电极在空白和不同浓度缓蚀剂的25%硫酸体系中的极化曲线（扫描速度为0.5mv/s）。测量极化曲线的目的是想获得有关腐蚀金属电极上进行的腐蚀过程的动力学信息。最主要是要获得腐蚀速度的信息，或者能测定腐蚀电流密度的数值。

（5）烯丙基硫脲对3Cr13不锈钢的交流阻抗的测定 分别测定电极在空白和不同浓度缓蚀剂的25%硫酸体系中的交流阻抗图，以及开路电位± 50mV时的交流阻抗图。

三、结果和讨论

1、开路电位稳定时间的测定 每5分钟测定一次空白溶液（25%的硫酸）的开路电位，确定开路电位的稳定时间。3Cr13不锈钢在25%的硫酸中刚开始时变化较大，经过1个小时的测定，发现30min中时数值较稳定。

2、3Cr13不锈钢在空白溶液中扫描速度的测定 扫描速度不同时，自腐蚀电位不同，自腐蚀电流密度也不同，经研究在扫描速度0.0001 Vs-1-0.001 Vs-1中，当扫描速度为0.0001 Vs-1时，自腐蚀电流密度最小，但是扫描的时间太长，综合可知，当扫描速度为0.005 Vs-1时，自腐蚀电流较小，扫描时间也合理，故最终选定的扫描时间是0.005 Vs-1。

3、3Cr13不锈钢极化曲线分析 烯丙基硫脲是一种缓蚀剂，所需添加量很少，在腐蚀介质中的浓度很低，但阻滞腐蚀过程的效率很高。它的作用主要是通过缓蚀性粒子（分子或离子）在金属表面上的吸附或使金属表面上形成某种表面膜，阻滞腐蚀过程的进行。在酸溶液中，主要使用界面型缓蚀剂。对烯丙基硫脲来说， 当浓度逐渐增大时，缓蚀效率不断增大，当浓度增至0.008mol/L时， 缓蚀能力最强， 缓蚀效率达到为最大，为82.93%，当浓度大于0.008mol/L时， 缓蚀能力却下降， 当浓度为0.1mol/L时， 缓蚀效率降至24.39%。

4、3Cr13不锈钢交流阻抗图分析 对于任何一个电化学腐蚀过程，腐蚀电流密度与极化电阻的倒数之间存在线性关系。极化电阻越大，腐蚀电流密度越小，缓蚀效率也就越高。研究可知，当烯丙基硫脲的浓度为0.01mol/L时，极化电阻最大，腐蚀电流密度最小，缓蚀效率最高。与3Cr13不锈钢在空白和不同浓度缓蚀剂的25%硫酸体系中的极化曲线的结果是相同的。

5、缓蚀剂类型的分析 对于界面型缓蚀剂，仅仅测定其缓蚀效率，并不能知道这种缓蚀剂的缓蚀作用究竟主要是抑制了腐蚀过程的阳极反应还是抑制了阴极反应，还是同时抑制了两者。计算得知Ecorr>0，在腐蚀介质中添加缓蚀剂以后腐蚀电位升高，即缓蚀剂对腐蚀过程的阳极反应的抑制作用大于对阴极反应的抑制作用，也有可能缓蚀剂仅对腐蚀过程的阳极反应有抑制作用而对腐蚀过程的阴极反应没有作用或甚至起加速作用，故烯丙基硫脲是阳极型缓蚀剂。

据有关文献报道，缓蚀剂的分子结构影响其在电极表面的吸附性能。缓蚀剂在电极表面的吸附与吸附基团的结构及缓蚀剂的浓度均有关。烯丙基硫脲作为缓蚀剂，因为其分子中硫原子上含有未成对的孤对电子。而铁是过渡元素，其原子结构为3d64s2。所以硫原子的孤对电子易与铁原子d2sp3上的空轨道形成反馈键，而吸附在铁表面，从而形成键，达到吸附的目的。这样也间接地阻碍了钢和酸的直接接触。所以不锈钢就得到了保护，烯丙基硫脲就起到缓蚀的作用。

参考文献

1、张宝宏，从文博，杨萍.金属电化学腐蚀与防护[M]，北京：化学工业出版社.2005.

2、朱建芳.电化学方法研究硫脲与烯丙基硫脲在盐酸介质中对不锈钢的缓蚀作用.1994.80-84.

3、曹楚南.腐蚀电化学原理[M].北京：化学工业出版社，2004.185-186.

作者简介：王伟刚，1991年10月20日，男，河南省周口市太康县，本科，太原师范学院化学系，研究方向：化学