2.3　不锈钢酸洗用缓蚀剂

2.3.1　使用缓蚀剂的必要性

用于镍铬钢的浸蚀溶液，在其工作条件下，除具有浸蚀活性外，还必须对合金具有一定的钝化性，一是保证合金基体不受过腐蚀和大量渗氢；二是为了提供光亮浸蚀所必需的条件，使合金微凸表面呈活化状态而优先溶解，微凹表面呈钝态被保护，在生产中是向溶液内添加缓蚀剂。

2.3.2　水溶性缓蚀剂的作用机理

一般认为在金属基体上生成了：

①致密的氧化膜或吸附膜；

②难溶的金属盐类保护膜；

③难溶的络合物覆盖膜；

④其他的阻滞电极反应的物质。

大多数有机缓蚀剂的阻滞效应只有在酸性介质中才相当大，并且是由于特性吸附或络合效应的作用，改变了固-液相界面的性质，即双电层结构，增大了电极反应的壁垒，从而在较大程度上提高了金属离子化的活化能和氢的超电压，对电极反应产生了一定的抑制作用。有些有机缓蚀剂大都是具有电化学惰性及分子中含有极性基团的胺类、醛类、杂环化合物等有机表面活性剂，它的分子都具有两部分，一是非极性基团即憎水基，一般为碳氢链部分；二是极性基团即亲水基，如羟基、羰基、磺酸基、氨基、醚键等。缓蚀剂的分子如果极性较弱，则主要产生物理吸附，吸附力小。如果分子极性较强，或含有多个极性基团的，则主要产生化学吸附，吸附力大，如羧酸、磺酸盐、含氮化合物、杂环化合物等。在较高酸度（pH<1）的浸蚀液中，缓蚀剂在金属氧化物上的吸附力比它在金属洁净基体上的吸附力要小得多，同时还由于在氧化物（微观阴极）上伴有不析出氢的氧化去极化作用，缓蚀剂对钢表面的氧化膜层的溶解速率无不利影响。

2.3.3　缓蚀剂的作用效率

取决于其化学性质、浓度和浸蚀液的组成、酸度、温度以及被浸蚀金属的成分和电极电位。

（1）缓蚀剂的浓度。浓度增加，其缓蚀效率也有所增大，但过高浓度时，缓蚀率会降低生产效率，对有机缓蚀剂来讲，其含量在0.1％～2％之间。见图2-2缓蚀剂浓度与缓蚀率的关系。图中形象地表示：当缓蚀剂浓度达到0.005％时，缓蚀率将不再有所升高。

（2）温度的影响。温度升高，使缓蚀剂的吸附力降低，并使形成的阻化膜的稳定性降低，因此，对镍铬钢的浸蚀处理，工作温度不宜太高。

（3）酸液浓度对缓蚀率的影响。几种缓蚀剂在不同浓度的盐酸溶液中的缓蚀效果见表2-6，几种缓蚀剂在不同浓度的硫酸溶液中的缓蚀率见表2-7，几种缓蚀剂在盐酸与氢氟酸混合酸中的缓蚀率见表2-8。

（4）缓蚀剂分子中的亲核性。分子中含亲核性很强的氨氮、羧氧、羟氧等配体的多元阳离子、非离子、两性表面活性剂能发挥很好的缓蚀和增光作用。由于不锈钢在浸蚀电解质溶液中去除表面氧化层后带的是负电荷，易吸附阳离子表面活性剂和在酸中呈阳离子特性的其他表面活性剂。其中如烟酸、喹啉、安替比林，苯并咪唑、乌洛托品和甘油、三乙醇胺、聚乙二醇、聚乙烯亚胺、柠檬酸、磺基水杨酸、环氧-醇胺系缩聚物，如DE、DPE以及HEDP等应用较多。而以含氮杂环阳离子活性剂和能形成离子的高分子非离子型活性剂为最好。

2.3.4　BMAT缓蚀剂

张果金、魏宝明和邱玉珠介绍了一种新型缓蚀剂——苯并咪唑类化合物BMAT，抑制3161、18-8、1Cr13、2Cr13等不锈钢在w（HCl）=5％中均匀腐蚀的性能和机理［4］。

（1）BMAT浓度为3mmol/L，t=40℃，各种不锈钢在w（HCl）=5％和w（HCl）=5％、c（BMAT）=3mmol/L中不锈钢的腐蚀速率和BMAT的缓蚀率见表2-9。

从表2-9中可知，BMAT对上述不锈钢在w（HCl）=5％的溶液中均有抑制作用，还表明缓蚀剂BMAT能有效抑制局部微电池引起的腐蚀。缓蚀率随合金中含碳量的增加而相应提高。

（2）BMAT的添加量对缓蚀率的影响。图2-3、图2-4、图2-5三图的曲线表明，每一种不锈钢当BMAT用量超过一定浓度时，缓蚀率随BMAT浓度的变化趋于平缓。可选择的最佳浓度为：对316L为3mmol/L，对18-8为2mmol/L，对2Cr13为1mmol/L。

（3）温度对缓蚀率的影响。表2-10列出添加BMAT 3mmol/L在不同温度时的缓蚀率。从表2-10可见，随着温度的升高，BMAT在不锈钢上的缓蚀率呈增大的趋势，表明吸附反应为吸热反应。

2.3.5　BMAT缓蚀剂对抑制酸洗应力腐蚀的影响［13］

盐酸作为酸洗液，含有大量的Cl-，对不锈钢会产生应力腐蚀开裂。为此，张果金等人研究了BMAT在w（HCl）=5％的溶液中对不锈钢的应力腐蚀开裂的抑制作用，见表2-11的负载-拉伸实验结果。

从表2-11所列出的评定指标分析，不论对何种钢，与在空气中相比，在w（HCl）=5％中其断裂时间和最大应变都大大降低，断裂时间的缩短和最大应变的减少，必然是由于在w（HCl）=5％中，不锈钢发生了严重的应力腐蚀开裂所致，加入BMAT后，两种不锈钢的两项评分指标都明显改善。这说明BMAT对不锈钢的应力腐蚀破裂有优良的抑制作用。