2.3　不銹鋼酸洗用緩蝕劑

2.3.1　使用緩蝕劑的必要性

用于鎳鉻鋼的浸蝕溶液，在其工作條件下，除具有浸蝕活性外，還必須對合金具有一定的鈍化性，一是保證合金基體不受過腐蝕和大量滲氫；二是為了提供光亮浸蝕所必需的條件，使合金微凸表面呈活化狀態而優先溶解，微凹表面呈鈍態被保護，在生產中是向溶液內添加緩蝕劑。

2.3.2　水溶性緩蝕劑的作用機理

一般認為在金屬基體上生成了：

①致密的氧化膜或吸附膜；

②難溶的金屬鹽類保護膜；

③難溶的絡合物覆蓋膜；

④其他的阻滯電極反應的物質。

大多數有機緩蝕劑的阻滯效應只有在酸性介質中才相當大，并且是由于特性吸附或絡合效應的作用，改變了固-液相界面的性質，即雙電層結構，增大了電極反應的壁壘，從而在較大程度上提高了金屬離子化的活化能和氫的超電壓，對電極反應產生了一定的抑制作用。有些有機緩蝕劑大都是具有電化學惰性及分子中含有極性基團的胺類、醛類、雜環化合物等有機表面活性劑，它的分子都具有兩部分，一是非極性基團即憎水基，一般為碳氫鏈部分；二是極性基團即親水基，如羥基、羰基、磺酸基、氨基、醚鍵等。緩蝕劑的分子如果極性較弱，則主要產生物理吸附，吸附力小。如果分子極性較強，或含有多個極性基團的，則主要產生化學吸附，吸附力大，如羧酸、磺酸鹽、含氮化合物、雜環化合物等。在較高酸度（pH<1）的浸蝕液中，緩蝕劑在金屬氧化物上的吸附力比它在金屬潔凈基體上的吸附力要小得多，同時還由于在氧化物（微觀陰極）上伴有不析出氫的氧化去極化作用，緩蝕劑對鋼表面的氧化膜層的溶解速率無不利影響。

2.3.3　緩蝕劑的作用效率

取決于其化學性質、濃度和浸蝕液的組成、酸度、溫度以及被浸蝕金屬的成分和電極電位。

（1）緩蝕劑的濃度。濃度增加，其緩蝕效率也有所增大，但過高濃度時，緩蝕率會降低生產效率，對有機緩蝕劑來講，其含量在0.1％～2％之間。見圖2-2緩蝕劑濃度與緩蝕率的關系。圖中形象地表示：當緩蝕劑濃度達到0.005％時，緩蝕率將不再有所升高。

（2）溫度的影響。溫度升高，使緩蝕劑的吸附力降低，并使形成的阻化膜的穩定性降低，因此，對鎳鉻鋼的浸蝕處理，工作溫度不宜太高。

（3）酸液濃度對緩蝕率的影響。幾種緩蝕劑在不同濃度的鹽酸溶液中的緩蝕效果見表2-6，幾種緩蝕劑在不同濃度的硫酸溶液中的緩蝕率見表2-7，幾種緩蝕劑在鹽酸與氫氟酸混合酸中的緩蝕率見表2-8。

（4）緩蝕劑分子中的親核性。分子中含親核性很強的氨氮、羧氧、羥氧等配體的多元陽離子、非離子、兩性表面活性劑能發揮很好的緩蝕和增光作用。由于不銹鋼在浸蝕電解質溶液中去除表面氧化層后帶的是負電荷，易吸附陽離子表面活性劑和在酸中呈陽離子特性的其他表面活性劑。其中如煙酸、喹啉、安替比林，苯并咪唑、烏洛托品和甘油、三乙醇胺、聚乙二醇、聚乙烯亞胺、檸檬酸、磺基水楊酸、環氧-醇胺系縮聚物，如DE、DPE以及HEDP等應用較多。而以含氮雜環陽離子活性劑和能形成離子的高分子非離子型活性劑為最好。

2.3.4　BMAT緩蝕劑

張果金、魏寶明和邱玉珠介紹了一種新型緩蝕劑——苯并咪唑類化合物BMAT，抑制3161、18-8、1Cr13、2Cr13等不銹鋼在w（HCl）=5％中均勻腐蝕的性能和機理［4］。

（1）BMAT濃度為3mmol/L，t=40℃，各種不銹鋼在w（HCl）=5％和w（HCl）=5％、c（BMAT）=3mmol/L中不銹鋼的腐蝕速率和BMAT的緩蝕率見表2-9。

從表2-9中可知，BMAT對上述不銹鋼在w（HCl）=5％的溶液中均有抑制作用，還表明緩蝕劑BMAT能有效抑制局部微電池引起的腐蝕。緩蝕率隨合金中含碳量的增加而相應提高。

（2）BMAT的添加量對緩蝕率的影響。圖2-3、圖2-4、圖2-5三圖的曲線表明，每一種不銹鋼當BMAT用量超過一定濃度時，緩蝕率隨BMAT濃度的變化趨于平緩。可選擇的最佳濃度為：對316L為3mmol/L，對18-8為2mmol/L，對2Cr13為1mmol/L。

（3）溫度對緩蝕率的影響。表2-10列出添加BMAT 3mmol/L在不同溫度時的緩蝕率。從表2-10可見，隨著溫度的升高，BMAT在不銹鋼上的緩蝕率呈增大的趨勢，表明吸附反應為吸熱反應。

2.3.5　BMAT緩蝕劑對抑制酸洗應力腐蝕的影響［13］

鹽酸作為酸洗液，含有大量的Cl-，對不銹鋼會產生應力腐蝕開裂。為此，張果金等人研究了BMAT在w（HCl）=5％的溶液中對不銹鋼的應力腐蝕開裂的抑制作用，見表2-11的負載-拉伸實驗結果。

從表2-11所列出的評定指標分析，不論對何種鋼，與在空氣中相比，在w（HCl）=5％中其斷裂時間和最大應變都大大降低，斷裂時間的縮短和最大應變的減少，必然是由于在w（HCl）=5％中，不銹鋼發生了嚴重的應力腐蝕開裂所致，加入BMAT后，兩種不銹鋼的兩項評分指標都明顯改善。這說明BMAT對不銹鋼的應力腐蝕破裂有優良的抑制作用。