十二烷基硫酸鈉對不銹鋼在循環(huán)冷卻水中的緩蝕作用

安 洋， 徐 強

(1.天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院海洋化工系，天津 300402;2.天津大學(xué)化工學(xué)院，天津 300072)

十二烷基硫酸鈉對不銹鋼在循環(huán)冷卻水中的緩蝕作用

安 洋1， 徐 強2

(1.天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院海洋化工系，天津 300402;2.天津大學(xué)化工學(xué)院，天津 300072)

研究了在50℃含有氯離子的模擬循環(huán)冷卻水溶液中，表面活性劑十二烷基硫酸鈉對不銹鋼點蝕行為的影響。實驗結(jié)果表明，十二烷基硫酸鈉對不銹鋼的點蝕具有一定的緩蝕作用，且隨其濃度的增大，緩蝕效果越好;當(dāng)十二烷基硫酸鈉的濃度為6mmol/L，θ為50℃時緩蝕效果最佳。

氯離子;模擬循環(huán)水;十二烷基硫酸鈉;點蝕

引 言

不銹鋼以其耐腐蝕性經(jīng)常應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，然而，其耐腐蝕性也有一定的局限［1］。隨著人們節(jié)水意識的增強，循環(huán)系統(tǒng)中水的使用量逐漸減少，工業(yè)中常采用提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)的方法來減少用水量，這樣就導(dǎo)致循環(huán)水中各種離子濃度明顯增大，一些有害離子對管道的侵蝕作用不容忽視。氯離子濃度的增大引發(fā)了不銹鋼的點蝕現(xiàn)象［2］，因此人們開始采用各種緩蝕劑來抑制不銹鋼的點蝕行為。十二烷基硫酸鈉是一種陰離子表面活性劑，與十二烷基苯磺酸鈉相似，有研究表明十二烷基苯磺酸鈉對氯化鈉溶液中不銹鋼點蝕具有一定的緩蝕作用［3］，本文研究了十二烷基硫酸對不銹鋼點蝕的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗方法

本實驗采用電化學(xué)穩(wěn)態(tài)極化曲線法測定不銹鋼在模擬循環(huán)冷卻水中的點蝕行為。

1.2 實驗材料及設(shè)備

實驗采用三電極體系，工作電極為1Cr18Ni9Ti不銹鋼(簡稱不銹鋼)電極，實驗前將不銹鋼片切割成方片狀，1cm2作為工作面，其余部分用環(huán)氧樹脂密封。依次用280#～1 000#砂紙打磨試片至表面光滑，用脫脂棉沾取無水乙醇除油后，用去離子水沖洗并吹干備用。輔助電極為鉑電極，參比電極為232型飽和甘汞電極。采用CS600電化學(xué)測試系統(tǒng)。

不銹鋼成分如表1所示。實驗溶液為模擬循環(huán)冷卻水，成分如表2所示。

表1 1Cr18Ni9Ti不銹鋼化學(xué)成分

表2 模擬循環(huán)冷卻水水質(zhì)

1.3 實驗步驟

穩(wěn)態(tài)極化曲線的測試，將不銹鋼工作電極在開路電位下靜置2h后進行。穩(wěn)態(tài)極化曲線測試是將止電位設(shè)置相對開路電位為+2.0V(vs.SCE)，掃描至陽極電流為 200μA時停止，掃描速率為0.5 mV/s。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 50℃時十二烷基硫酸鈉的緩蝕效果

圖1為50℃時不銹鋼在模擬循環(huán)冷卻水中添加不同濃度十二烷基硫酸鈉后的陽極極化曲線。

圖1 陽極極化曲線

由圖1陽極極化曲線可以看出，加入十二烷基硫酸鈉后不銹鋼陽極鈍化區(qū)范圍隨著其濃度的增大呈上升趨勢，當(dāng)十二烷基硫酸鈉在6mmol/L以下時，不銹鋼陽極鈍化區(qū)范圍隨其濃度的增長而緩慢增大，當(dāng)達到6mmol/L時，不銹鋼陽極鈍化區(qū)范圍明顯增大，之后濃度再增加，鈍化區(qū)范圍不再增長。

圖2為50℃時不銹鋼在模擬高硬高氯循環(huán)冷卻水中點蝕電位隨十二烷基硫酸鈉濃度變化曲線。以陽極極化Ja為1A/m2時的電位確定為不銹鋼點蝕電位［4］。

圖2 點蝕電位隨c(十二烷基硫酸鈉)變化曲線

從圖2中可看出，不銹鋼點蝕電位隨緩蝕劑十二烷基硫酸鈉濃度的增大開始時提高緩慢，當(dāng)十二烷基硫酸鈉達到6mmol/L時點蝕電位提高幅度明顯增加，已達到1.2V，在此電位下，不銹鋼點蝕基本不發(fā)生了［5］，而當(dāng)其濃度增大到8mmol/L時，點蝕電位不再增大，因此6mmol/L為50℃下的最佳濃度，該濃度時十二烷基硫酸鈉的緩蝕效果最佳。十二烷基硫酸鈉濃度為8mmol/L時的腐蝕電流密度再次升高，原因可能是由于十二烷基硫酸鈉濃度為6mmol/L時其在金屬表面的覆蓋度已接近飽和，而達到8mmol/L時，對金屬表面的保護作用不再增強，而溶液中離子濃度增大，使得電導(dǎo)率增大，腐蝕加快。

分析認(rèn)為，由于十二烷基硫酸鈉是陰離子表面活性劑，因此可以率先吸附于不銹鋼表面，與溶液中的氯離子發(fā)生競爭吸附，使得氯離子的破壞作用減弱，當(dāng)其濃度很低時，競爭吸附作用不明顯，但是當(dāng)其達到一定濃度時，對于不銹鋼表面的覆蓋作用已經(jīng)可以抵御氯離子的侵蝕作用，當(dāng)其濃度再增大時，其覆蓋作用不再增強，且可能導(dǎo)致分子間的排斥作用，因此，當(dāng)十二烷基硫酸鈉濃度為6mmol/L，抑制點蝕效果最佳。

2.2 其它溫度下十二烷基硫酸鈉的緩蝕效果

圖3為不同溫度下不銹鋼在含有表面活性劑十二烷基硫酸鈉的模擬循環(huán)冷卻水中的陽極極化曲線。

圖3 不同溫度下的陽極極化曲線

由于十二烷基硫酸鈉在高鈣高硬的水質(zhì)中的溶解度較低，在20、30和40℃時其溶解度不能達到6mmol/L，因此采用其在該溫度下的飽和溶解度來進行研究。但其溶解度隨溶液溫度升高而增大，在50℃時溶解度可超過6mmol/L，故在50、60和70℃時，其濃度采用6mmol/L進行研究。

由圖3可看出，低溫下不銹鋼在各溶液中的陽極鈍化區(qū)范圍很小，這是由于此時十二烷基硫酸鈉的溶解度較低，其緩蝕效果不理想;在50℃時，由于其溶解度明顯增大，不銹鋼陽極鈍化區(qū)范圍明顯增大，但到60℃后由于溫度升高，腐蝕加速，鈍化區(qū)范圍又明顯縮短了。

圖4為不銹鋼在加入十二烷基硫酸鈉的模擬循環(huán)冷卻水中點蝕電位隨溫度變化的曲線。

由圖4可看出，不銹鋼點蝕電位在50℃時出現(xiàn)一個比較大的峰值。這可能是因為低溫下十二烷基硫酸鈉溶解度較低，而溫度升高可以縮短點蝕誘導(dǎo)期［6］進而使腐蝕加速，且十二烷基硫酸鈉在高溫下吸附性能下降。

圖4 點蝕電位隨溫度變化曲線

3 結(jié)論

1)十二烷基硫酸鈉對不銹鋼在模擬循環(huán)冷卻水中的點蝕行為具有一定的緩蝕作用，并且隨其濃度的增大，緩蝕效果越好。

2)低溫下十二烷基硫酸鈉由于溶解度小，緩蝕效果不佳，隨溫度升高，其溶解度增大，緩蝕效果增強，但是同時，溫度升高對于點蝕本身起到了促進作用，且由于十二烷基硫酸鈉是表面活性劑其吸附性能隨溫度升高而下降，所以其緩蝕作用隨溫度增大，先上升后下降。

［1］吳劍.不銹鋼的腐蝕破壞與防蝕技術(shù)［J］.腐蝕與防護，1997，18(1):38-42.

［2］管明榮.Cl-離子對孔蝕的作用機理［J］.青島建筑工程學(xué)院學(xué)報，1997，18(3):95-97.

［3］陳旭俊，張閩，徐越.十二烷基苯磺酸鈉對不銹鋼孔蝕的緩蝕作用［J］.北京化工學(xué)院學(xué)報，1994，21(2):75-81.

［4］吳蔭順.金屬腐蝕研究方法［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1993:68-72.

［5］Zhenqiang Wei，Paul Duby P，Somasundaran.Pitting inhibitionofstainlesssteelby surfactants:an electrochemical and surface chemical approach［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2003，259:97-102.

［6］E.E.Abd El Aal，S.Abd El Wanees，A.Diab，et al.Environmental factors affecting the corrosion behavior of reinforcing steel III.Measurement of pitting corrosion currents of steel in Ca(OH)2solutions under natural corrosion conditions［J］.Corrosion Science，2009，51(8):1611-1618.

The Inhibition for Pitting Corrosion of Stainless Steel in Simulated Circulating Cooling Water by SDS

AN Yang1，XU Qiang2
(1.Department of Marine Chemistry Engineering，Tianjin Bohai Vocational Technical College，Tianjin 300402，China;2.School of Chemistry Engineering and Technology，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

This paper is about the inhibition for pitting corrosion of stainless steel in simulated circulating cooling water by SDS.It shows that SDS can inhibit pitting corrosion of stainless steel and，the higher SDS concentration，the better inhibition effect;when SDS concentration is 6mmol/L and temperature is 50℃，inhibition effect will be the best.

chloride ion;simulated circulating cooling water;SDS;pitting corrosion

TG174.42

A

1001-3849(2012)03-0010-03

2011-09-04

2011-10-07