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(tài)而優(yōu)先溶解，微凹表面呈鈍態(tài)被保護(hù)，在生產(chǎn)中是向溶液內(nèi)添加緩蝕劑。

2.3.2　水溶性緩蝕劑的作用機(jī)理

一般認(rèn)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(hù)膜；

③難溶的絡(luò)合物覆蓋膜；

④其他的阻滯電極反應(yīng)的物質(zhì)。

大多數(shù)有機(jī)緩蝕劑的阻滯效應(yīng)只有在酸性介質(zhì)中才相當(dāng)大，并且是由于特性吸附或絡(luò)合效應(yīng)的作用，改變了固-液相界面的性質(zhì)，即雙電層結(jié)構(gòu)，增大了電極反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生了一定的抑制作用。有些有機(jī)緩蝕劑大都是具有電化學(xué)惰性及分子中含有極性基團(tuán)的胺類、醛類、雜環(huán)化合物等有機(jī)表面活性劑，它的分子都具有兩部分，一是非極性基團(tuán)即憎水基，一般為碳?xì)滏湶糠郑欢菢O性基團(tuán)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(chǎn)生物理吸附，吸附力小。如果分子極性較強(qiáng)，或含有多個極性基團(tuán)的，則主要產(chǎn)生化學(xué)吸附，吸附力大，如羧酸、磺酸鹽、含氮化合物、雜環(huán)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(xué)性質(zhì)、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(chǎn)效率，對有機(jī)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(guān)系。圖中形象地表示：當(dāng)緩蝕劑濃度達(dá)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(wěn)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(qiáng)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(fā)揮很好的緩蝕和增光作用。由于不銹鋼在浸蝕電解質(zhì)溶液中去除表面氧化層后帶的是負(fù)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(huán)氧-醇胺系縮聚物，如DE、DPE以及HEDP等應(yīng)用較多。而以含氮雜環(huán)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(jī)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(yīng)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(dāng)BMAT用量超過一定濃度時，緩蝕率隨BMAT濃度的變化趨于平緩?？蛇x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(yīng)為吸熱反應(yīng)。

2.3.5　BMAT緩蝕劑對抑制酸洗應(yīng)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(chǎn)生應(yīng)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(yīng)力腐蝕開裂的抑制作用，見表2-11的負(fù)載-拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

從表2-11所列出的評定指標(biāo)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(yīng)變都大大降低，斷裂時間的縮短和最大應(yīng)變的減少，必然是由于在w（HCl）=5％中，不銹鋼發(fā)生了嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕開裂所致，加入BMAT后，兩種不銹鋼的兩項(xiàng)評分指標(biāo)都明顯改善。這說明BMAT對不銹鋼的應(yīng)力腐蝕破裂有優(yōu)良的抑制作用。