硫氰酸鉀/硫脲復合物對45碳鋼的緩蝕性能評價

王永壘，李海云，陸露露，彭志翔

?

硫氰酸鉀/硫脲復合物對45碳鋼的緩蝕性能評價

*王永壘，李海云，陸露露，彭志翔

（黃山學院化學化工學院，安徽，黃山245041）

本研究借助靜態腐蝕失重法確定了硫氰酸鉀/硫脲緩蝕劑的最佳配方，并分別研究了該配方在5%硫酸、5%硝酸及5%鹽酸中對45碳鋼的緩蝕性能。結果表明：在5%硫酸溶液中，使用硫氰酸鉀：硫脲為7:3的質量比配方，緩蝕劑為0.2%時對45碳鋼的緩蝕達到最大，緩蝕率為82.3%；在5%硝酸溶液中，使用硫氰酸鉀：硫脲為4:6的質量比配方，緩蝕劑的加入量為0.1%時對45碳鋼的緩蝕率可達到99%以上；在5%鹽酸中，只需加入0.2%的復合緩蝕劑（硫氰酸鉀：硫脲= 4:6），對45碳鋼的緩蝕率可以達到76%。Tafel極化曲線表明硫氰酸鉀/硫脲復合物的加入可以明顯地降低45碳鋼在3種酸溶液中的腐蝕電流。

硫氰酸鉀；硫脲；失重法；復合物；45碳鋼

在煉油[1]、油氣田的酸化過程及化工設備的酸性清洗過程中[2-3]，金屬腐蝕往往很難避免，常用的方法就是向酸洗液中添加高效的酸洗緩蝕劑。當前，可以添加在酸洗液中的高效緩蝕劑品種很多[4-6]，但從固體主要成分來看，硫氰酸鉀和硫脲是其中主要的兩類成分[7-8]。本研究利用靜態失重法首先確定了硫氰酸鉀/硫脲復合物緩蝕劑的最佳緩蝕配方，并評價了該配方分別在5%硫酸、5%硝酸及5%鹽酸溶液中對45碳鋼的緩蝕性能，從而為其工業應用提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

硫氰酸鉀、硫脲、鹽酸、硫酸、硝酸均為分析純，45碳鋼腐蝕掛片(28 cm2，揚州市祥瑋機械有限公司)。

1.2 緩蝕性能評價

在40 ℃下，將45碳鋼掛片放入含不同濃度緩蝕劑的腐蝕溶液中浸泡一段時間（依據45碳鋼在3種酸液中的腐蝕速率差異，確定浸泡腐蝕時間為：5%鹽酸，2 h；5%硫酸，2 h；5%硝酸，0.5 h），每組3個平行樣；腐蝕時間到了以后，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45碳鋼掛片的腐蝕速率。

式中：表示腐蝕速率，g·m-2·h-1；

△表示腐蝕失重實驗前后試樣的質量差，g；

表示試樣的表觀面積，m2；

表示浸泡試驗時間，h；

緩蝕劑對45碳鋼材質在不同腐蝕介質中的緩蝕率計算如下：

式中：表示緩蝕劑的緩蝕率，%；

v，v分別表示45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 結果與討論

2.1 硫氰酸鉀與硫脲最佳配方的確定

圖1 硫氰酸鉀與硫脲的質量比對45碳鋼在三種酸洗液中的緩蝕性能

圖1是固定硫氰酸鉀與硫脲總添加量為0.2%時，不同的硫氰酸鉀與硫脲質量比在5%硫酸、5%硝酸及5%鹽酸中對45碳鋼的緩蝕性能?？梢钥闯?，硫氰酸鉀/硫脲復合物對45碳鋼的緩蝕性能，在硝酸溶液中要顯著強于其在鹽酸及硫酸溶液。在5%硫酸及5%鹽酸溶液中，隨著硫氰酸鉀與硫脲質量比的增加，其對45碳鋼的緩蝕性能表現出由增加到減少的變化，在5%硫酸溶液來說，當硫氰酸鉀與硫脲的質量比為7:3時，其對45碳鋼的緩蝕性能最好，緩蝕率達到了82.3%；在5%鹽酸溶液中，當硫氰酸鉀與硫脲的質量比為4:6時，45碳鋼的緩蝕率為76%。在5%硝酸溶液中，無論硫氰酸鉀與硫脲的質量比如何變化，產品的緩蝕率均在98%以上，這也說明硫脲和硫氰酸鉀均對于硝酸溶液的緩蝕能力優良。綜合來講，對于5%硫酸溶液來說，硫氰酸鉀與硫脲適宜的質量比為7:3，對于5%鹽酸和5%硝酸溶液來說，硫氰酸鉀與硫脲最佳的質量比為4:6。

2.2 5%硫酸中硫氰酸鉀/硫脲的加入量對45碳鋼的緩蝕性能

圖2 5%硫酸溶液中硫氰酸鉀/硫脲的量對45碳鋼的緩蝕性能

從圖2能夠看出，使用質量比為7:3的硫氰酸鉀與硫脲復合物，隨著復合物添加量的增加，其對45碳鋼的緩蝕率出現先增加后下降的趨勢。當硫氰酸鉀/硫脲復合物的添加量為0.2%時，其對45碳鋼在5%硫酸溶液中的緩蝕率達到最大，為82.3%，此后隨著該復合物添加量的增加，其對45碳鋼的緩蝕作用出現下降趨勢，可能的原因[9]是當復合緩蝕劑添加量不足的時候，在45碳鋼掛片的表面無法形成完整的緩蝕膜，緩蝕率較低，隨著復合緩蝕劑添加量的增加，其對45碳鋼的緩蝕率明顯增加。但是，過多的緩蝕劑分子會在45碳鋼的表面形成多層吸附，進而導致緩蝕膜層發生部分脫附，對45碳鋼的緩蝕率下降。因此，在5%硫酸溶液中，最佳的硫氰酸鉀/硫脲復合緩蝕劑的添加量為0.2%。

2.3 5%硝酸中硫氰酸鉀/硫脲的加入量對45碳鋼的緩蝕性能

圖3 5%硝酸溶液中硫氰酸鉀/硫脲的量對45碳鋼的緩蝕性能

從圖3可以看出，當選用硫氰酸鉀與硫脲的質量比為4:6時，隨著該復合物量的增加，其對45碳鋼在5%硝酸溶液中的緩蝕率均表現出優良的性能。這可能是由于該復合物成分硫脲和硫氰酸鉀都是性能優良的硝酸緩蝕劑的緣故，兩種組分抑制硝酸對45碳鋼的腐蝕均性能優良。綜合考慮緩蝕劑成本和后期緩蝕率的較小差別，在5%硝酸溶液中，適宜的硫氰酸鉀/硫脲復合緩蝕劑的添加量為0.1%~0.2%。

2.4 5%鹽酸中硫氰酸鉀/硫脲的加入量對45碳鋼的緩蝕性能

圖 4 5%鹽酸溶液中硫氰酸鉀/硫脲的量對45碳鋼的緩蝕性能

從圖4可以看出，使用硫氰酸鉀與硫脲優化質量比為7:3時，隨著該復合物添加量的增加，其對45碳鋼在5%鹽酸溶液中的緩蝕性能出現先增加而后下降的變化趨勢。當硫氰酸鉀/硫脲復合物的添加量為0.1%時，其對45碳鋼掛片在5%鹽酸中的緩蝕率達到了74%，繼續增加硫氰酸鉀/硫脲復合物的添加量，其對45碳鋼在5%鹽酸中的緩蝕率增加不明顯。當添加量大于0.2%時，對45碳鋼的緩蝕率還出現了一定程度的下降?？赡艿脑騕9]是當該復合物不足的時候，其在45碳鋼的表面無法形成完整的緩蝕膜，導致腐蝕速度較快，隨著復合緩蝕劑量的增加，45碳鋼表面逐漸形成完整的緩蝕膜層，緩蝕率達到最大。但是，過量的緩蝕劑分子會在碳鋼掛片的表面形成多層吸附，一定程度上會降低45碳鋼掛片表面保護膜層的疏水性，此時45碳鋼材質的緩蝕率又出現一定程度的下降。因此，最佳的硫氰酸鉀/硫脲復合緩蝕劑的添加量為0.2%。

2.5 極化曲線

圖5是25℃下有無硫氰酸鉀/硫脲復合緩蝕劑（硫氰酸鉀與硫脲的質量比為4:6）時45碳鋼上述酸溶液（5%H2SO4、5%HNO3、5%HCl）中的Tafel曲線。

圖5 45碳鋼在3種酸溶液中的Tafel曲線

從圖5中可以看出，在5%硫酸空白溶液中，45碳鋼的腐蝕電流為Icorr = 22.4 mA/cm2，當添加0.15%的硫氰酸鉀/硫脲復合緩蝕劑后，45碳鋼的腐蝕電流下降為Icorr = 1.6 mA/cm2，5%硫酸溶液對45碳鋼的腐蝕變??；與5%硝酸空白溶液相比，加入0.15%硫氰酸鉀/硫脲復合物后，45碳鋼的腐蝕電流由Icorr = 141 mA/cm2降低到了1.2 mA/cm2，對45碳鋼的保護作用明顯增強；在5%鹽酸空白介質中，45碳鋼的腐蝕電流為Icorr = 104 mA/cm2，在加入0.15%硫氰酸鉀/硫脲復合物后，45碳鋼在5%鹽酸溶液中的腐蝕電流降低為1.3 mA/cm2，腐蝕明顯變慢。Tafel極化曲線結果表明添加的硫氰酸鉀/硫脲復合物能夠有效地在45碳鋼材質表面形成保護膜，從而減緩上述酸液對45碳鋼的腐蝕。

3 結論

(1)硫氰酸鉀與硫脲不同的質量配比對45碳鋼的緩蝕結果表明：在5%硫酸溶液中，硫氰酸鉀與硫脲的最佳質量配比為7:3。在5%硝酸溶液中，硫氰酸鉀與硫脲的質量配比對45碳鋼的緩蝕性能影響不大，適宜的質量配比為4:6。在5%鹽酸溶液中，硫氰酸鉀與硫脲的最佳質量配比為4:6。

（2）在3種酸液中，硫氰酸鉀/硫脲復合緩蝕劑的添加量對45碳鋼的緩蝕結果表明：在5%硫酸溶液中，使用硫氰酸鉀：硫脲= 7:3的質量配比，最佳的添加量為0.2%，其對45碳鋼的緩蝕率為82.3%；在5%硝酸溶液中，使用硫脲：硫氰酸鉀= 4:6的質量配比，最佳的添加量為0.1%，其對45碳鋼的緩蝕率為99%；在5%鹽酸溶液中，使用硫氰酸鉀：硫脲= 4:6的質量配比，最佳的添加量為0.2%，其對45碳鋼的緩蝕率為76%。

（3）Tafel極化曲線結果表明，硫氰酸鉀/硫脲復合物的加入可以顯著地減少45碳鋼在上述3種酸溶液中的腐蝕電流，表明該復合物在45碳鋼表面能夠形成有效的緩蝕層，因此，它作為45碳鋼的酸洗緩蝕劑是可行的。

[1] 王欲曉,莊文昌,王菊.MBBR 工藝提升煉油廢水生化處理能力的應用研究[J].井岡山大學學報:自然科學版, 2011,32(6):64-67.

[2] 何慶龍,孟惠民,俞宏英,等. N80油套管鋼CO2腐蝕的研究進展[J]. 中國腐蝕與防護學報,2007,27(3):186-191.

[3] 郭學輝,王康,胡百順,等. 氨基酸類緩蝕劑緩蝕機理研究進展[J]. 腐蝕科學與防護技術，2013,25(1): 63-66.

[4] 陳武,郝敬麗,王大勇,等. 酸化介質中幾種氨基酸的緩蝕性能及緩蝕機理[J]. 腐蝕與防護, 2012, 33(5): 390-393.

[5] 姜德成,劉福國,武素茹,等. 新型三唑衍生物緩蝕劑對Q235-A鋼H2SO4酸洗的緩蝕作用[J].材料保護，2010,43(3):24-26.

[6] 梅平,趙琳,高秋英,等. 雙環咪唑啉及其季銨鹽對N80鋼在飽和二氧化碳鹽水溶液中的緩蝕性能研究[J]. 長江大學學報：自然科學版. 2007,4(4):52-54.

[7] 王永壘,李海云,方紅霞. 硫氰酸鉀在酸洗液中對鑄鐵的緩蝕性能[J] .材料保護,2014,47(6):77-80.

[8] 李廣超,路長青,楊文忠,等.硫脲及其衍生物的緩蝕行為研究進展[J]. 腐蝕科學與防護技術,2001,13(3): 169-172.

[9] 張大全,高立新,周國定.國內外緩蝕劑研究開發與展望[J].腐蝕與防護,2009,30(9):604-610.

CORROSION INHIBITION PERFORMANCE OF THE POTASSIUM THIOCYANATE/THIOUREA COMPLEX ON THE 45 CARBON STEEL

*WANG Yong-lei, LI Hai-yun, LU Lu-lu, PENG Zhi-xiang

(School of Chemistry & Chemical Engineering, Huangshan University, Huangshan, Anhui 245041, China)

The best formula and corrosion inhibitionperformances of the potassium thiocyanate/ thiourea complex inhibitor on the 45 carbon steel in different acid solutions （5%H2SO4, 5%HNO3, 5%HCl）were studied by static weight loss method. The results showed that the corrosion inhibition efficiency of 45 carbon steel in 5% H2SO4was 82.3% with 0.2% adding amount of complex inhibitor (weight ratio of potassium thiocyanate to thiourea, 7:3), and it was above 99% and 76% in 5% HNO3and HCl with 0.1% and 0.2% adding amount of complex inhibitor (weight ratio of potassium thiocyanate to thiourea, 4:6), respectively. Tafel polarization curve results showed that the addition of the potassium thiocyanate/thiourea complex can significantly reduce corrosion current.

potassium thiocyanate; thiourea; weight loss method; complex; 45 carbon steel

1674-8085(2015)04-00017-04

TG 174.4

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2015.04.004

2015-04-06；修改日期：2015-06-08

國家級大學生創新創業訓練計劃項目(201410375004)；黃山學院校級科研項目(2014xkj012)

*王永壘(1983-)，男，河南南陽人，講師，博士，主要從事精細有機化工助劑的開發研究(E-mail:wylei@hsu.edu.cn);

李海云(1981-)，女，河南開封人，助教，碩士，主要從事生物質功能材料開發工作(E-mail:lhy@hsu.edu.cn);

陸露露(1992-)，女，安徽淮北人，黃山學院化學化工學院2012級應用化學專業本科生(E-mail:1320764679@qq.com).

彭志翔(1988-)，男，安徽安慶人，黃山學院化學化工學院2012級應用化學專業本科生(E-mail:353672982@qq.com).