用于1045碳钢盐酸酸洗溶液的靛蓝二磺酸钠/苄基三甲基溴化铵复配缓蚀剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适用于1045碳钢盐酸酸洗溶液的靛蓝二磺酸钠/苄基三甲基溴 化铵复配缓蚀剂的制备方法。特别是涉及一种通过复配阳离子型有机物的方式来显著提高 靛蓝二磺酸钠缓蚀剂对1045碳钢在0. 5mol/LHCl溶液中的缓蚀性能的靛蓝二磺酸钠复 配缓蚀剂的制备方法。
【背景技术】
[0002] 缓蚀剂，作为一种以适当的浓度和形式存在于环境(介质）中，并可以防止或减缓 腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物。往往加入微量或少量的缓蚀剂就可以使得金属 材料在该介质中的腐蚀速度明显降低直至为零，同时还能保持金属材料原来的性质不发生 变化。所以，缓蚀剂作为金属防腐蚀的一种有效途径，近年来在酸洗工艺中得到广泛的开发 和应用。
[0003] 靛蓝作为一种传统的染料和食用色素，就有来源广、绿色等优点。靛蓝分子结构中 的显色基团都是杂原子和芳香环等官能团，这些基团往往是有机分子与金属发生配位吸附 的活性中心。所以靛蓝在理论上是一种近乎完美的缓蚀剂。但是，由于靛蓝分子结构上的 高度对称性，使得靛蓝难溶于水，严重限制了靛蓝在缓蚀剂领域的应用。
[0004] 虽然，2004年E.E.Oguzie等通过将靛蓝溶解于浓硫酸（即在靛蓝分子结构中引 入磺酸基团来提高靛蓝在水溶液中的溶解度)，然后稀释到适当溶度，来制备出一种仅适用 于硫酸酸洗溶液中，且缓蚀效率常温下只能最高达到87. 82%。所以，要提高靛蓝缓蚀剂的应 用性，从根本上来说就是要改善其分子结构，提高靛蓝缓蚀剂在水溶液中的溶解性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为解决传统靛蓝缓蚀剂难溶于水或仅溶解于浓硫酸的不足，提供 一种通过复配苄基三甲基溴化铵的方式来显著提高靛蓝二磺酸钠缓蚀剂对1045碳钢在 0. 5mol/LHCl溶液中的缓蚀性能(最高缓蚀性能为95. 2%)的靛蓝二磺酸钠/苄基三甲基 溴化铵复配缓蚀剂的制备方法。
[0006] 靛蓝二磺酸钠作为靛蓝的一种衍生物，其分子结构中引入了两个磺酸钠基团，使 得在大大提高其在水中的溶解度的同时，还能提高该缓蚀剂分子在铁表面的吸附能力。但 是靛蓝二磺酸钠分子在溶液中是以阴离子的形式存在的，它能吸附在阳极区，促进酸溶液 中的H+在金属表面放电，发生析氢反应，从而加速铁在酸溶液中的腐蚀。
[0007] 为解决靛蓝二磺酸钠促进腐蚀的不足，本发明采用阳离子型有机物苄基三甲基溴 化铵与靛蓝二磺酸钠形成复配缓蚀剂。使得当靛蓝二磺酸钠以阴离子形式吸附在铁表面 时，苄基三甲基溴化铵也能同时以阳离子的形式吸附在铁表面，平衡铁表面电荷。从而达到 在铁表面吸附形成缓蚀膜减缓1045碳钢在0.5mol/LHCl溶液中腐蚀，同时还不会引起酸 溶液中的H+在金属表面放电，发生析氢反应。而苄基三甲基溴化铵分子的苄基也能吸附在 铁表面，使缓蚀膜具有更好的完整性，较大程度的提高了复配缓蚀剂的缓蚀性能。
[0008] 具体步骤为： (1)用量筒量取42. 5mL分析纯盐酸并用蒸馏水稀释至1L，配制溶度为0. 5mol/L的HCl腐蚀溶液。
[0009] (2)先称取质量为0? 0093~0? 9327g分析纯靛蓝二磺酸钠溶解于100mL步骤（1) 所得HCl腐蚀溶液中，在缓慢搅拌下加入0. 0092~0. 9206g分析纯苄基三甲基溴化铵，分 析纯靛蓝二磺酸钠与分析纯苄基三甲基溴化铵摩尔比为1:1~1:3,充分溶解静置2小时 后采用200mL的容量瓶，以配制好的0.5mol/LHCl溶液进行定容，制备出体积200mL靛 蓝二磺酸钠/苄基三甲基溴化铵复配缓蚀剂即溶度范围为〇? 0001mol/L~0? 01mol/L的 腐蚀溶液。
[0010] (3)在室温下，以包封了环氧树脂且一端裸露面积为0. 5024cm2'另一端以铜导线 连接的1045碳钢棒为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，尺寸为1.0cmX1.8cm的铂 片电极为对电极，电解池为100mL烧杯，采用CHI760电化学工作站以传统三电极体系的方 式测量1045碳钢工作电极在步骤（2)制备好的腐蚀溶液中的交流阻抗数据和Tafel极化 曲线数据，评价缓蚀性能。
[0011] 靛蓝二磺酸钠的溶度范围为：0.0001mol/L~0.01mol/L，其中最优溶度为0.01 mol/L;苄基三甲基溴化铵的溶度范围为：0.00002mol/L~0.02mol/L，其中最优溶度为 0.02mol/L。靛蓝二磺酸钠与苄基三甲基溴化铵复配比例(摩尔比)范围为：1:1~1:3,其 中最优复配比例为1:2。
[0012] 本发明的特点在于：于室温条件下只需要在缓慢搅拌的状态下在0.5mol/LHCl 溶液分别加入一定质量的靛蓝二磺酸钠和苄基三甲基溴化铵至完全溶解，并静置2小时， 即可较好的抑制〇. 5mol/LHCl溶液对1045碳钢的腐蚀。于室温条件下测试其交流阻抗数 据可得出靛蓝二磺酸钠/苄基三甲基溴化铵复配缓蚀剂添加溶度范围在〇. 0001mol/L~ 0. 01mol/L内，缓蚀效率最高可达到95. 2%。Tafel极化曲线测试可以得出靛蓝二磺酸钠 /苄基三甲基溴化铵复配缓蚀剂添加溶度范围在〇? 0001m〇l/L~0? 01mol/L内，1045碳 钢的腐蚀电流密度由659.4yA/cm2减小到33. 2yA/cm2,极大程度的抑制了 1045碳钢在 0? 5mol/LHCl溶液中的腐蚀速率。
[0013]缓蚀效率(/7R)计算公式如下：
其中Rrt为添加缓蚀剂后的电荷转移阻抗，RL为未添加缓蚀剂的〇. 5MHCl溶液的电 荷转移阻抗。
[0014] 与其他酸洗缓蚀剂相比，本发明制备的缓蚀剂不但能明显抑制1045碳钢在酸洗 工艺的腐蚀速率，而且具有在水溶液中溶解性大，操作简单，成本低廉，绿色环保等优点。在 工业生产中的酸洗工艺中广阔的应用前景。
【附图说明】
[0015] 图1是实施例1中交流阻抗测试所得到的Nyquist阻抗图谱。
[0016] 图2是实施例1中Tafel极化曲线测试所得到的Tafel极化曲线图谱。
[0017] 图3是实施例2中交流阻抗测试所得到的Nyquist阻抗图谱。
[0018] 图4是实施例2中Tafel极化曲线测试所得到的Tafel极化曲线图谱。
【具体实施方式】
[0019] 实施例1: (1)用量筒量取42. 5mL分析纯盐酸并用蒸馏水稀释至IL，配制溶度为0. 5mol/L的HCl腐蚀溶液。
[0020] (2)先称取质量为0? 9327g分析纯靛蓝二磺酸钠溶解于100mL步骤（1)所得的 0.5mol/LHCl溶液中，然后，在缓慢搅拌的情况下加入摩尔比为1:2的0. 9206g分析纯 苄基三甲基溴化铵，分析纯靛蓝二磺酸钠与分析纯苄基三甲基溴化铵摩尔比为1:2,充分 溶解静置2小时后采用200mL的容量瓶以配制好的0.5mol/LHCl溶液进行定容，制备出 200mL靛蓝二磺酸钠/苄基三甲基溴化铵复配缓蚀剂即溶度为0.01mol/L的腐蚀溶液。
[0021] (3)在室温下，以包封了环氧树脂且一端裸露面积为0. 5024cm2'另一端以铜导线 连接的1045碳钢棒为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，尺寸为1.0cmX1.8cm的铂 片电极为对电极，电解池为100mL烧杯，采用CHI760电化学工作站以传统三电极体系的方 式测量1045碳钢工作电极在步骤（2)制备好的腐蚀溶液中的交流阻抗数据和Tafel极化 曲线数据，评价缓蚀性能。
[0022] 图1是实施例1得到的1045碳钢在添加靛蓝二磺酸钠/苄基三甲基溴化铵复配 缓蚀剂的〇. 5mol/LHCl溶液中的Nyquist阻抗图谱。图2是实施例1得到的添加靛蓝二 磺酸钠/苄基三甲基溴化铵复配缓蚀剂的Tafel极化曲线图谱。
[0023] 实施例2 : (1)用量筒量取42. 5mL分析纯浓盐酸并用蒸馏水稀释至IL，配制溶度为0.5mol/L的HCl腐蚀溶液。
[0024] (2)先称取质量为0.4664g的分析纯靛蓝二磺酸钠溶解于100mL步骤（1)配制好 的0. 5mol/LHCl溶液中，缓慢搅拌下加入的0. 4603g分析纯苄基三甲基溴化铵，分析纯靛 蓝二磺酸钠与分析纯苄基三甲基溴化铵摩尔比为1:2,充分溶解静置2小时后采用200mL 的容量瓶以配制好的0.5mol/LHCl溶液进行定容，制备出200mL靛蓝二磺酸钠/苄基三 甲基溴化铵复配缓蚀剂即溶度为0. 005mol/L的腐蚀溶液。
[0025] (3)在室温下，以包封了环氧树脂且一端裸露面积为0. 5024cm2'另一端以铜导线 连接的1045碳钢棒为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，尺寸为1.0cmX1.8cm的铂 片电极为对电极，电解池为100mL烧杯，采用CHI760电化学工作站以传统三电极体系的方 式测量1045碳钢工作电极在步骤（2)制备好的腐蚀溶液中的交流阻抗数据和Tafel极化 曲线数据，评价缓蚀性能。
[0026] 图3是实施例2得到的1045碳钢在添加靛蓝二磺酸钠/苄基三甲基溴化铵复配 缓蚀剂的〇. 5mol/LHCl溶液中的Nyquist阻抗图谱。图4是实施例2得到的添加靛蓝二 磺酸钠/苄基三甲基溴化铵复配缓蚀剂的Tafel极化曲线图谱。
[0027] 图1~图4可以突出本发明的特点。
【主权项】
1. 一种用于1045碳钢盐酸酸洗溶液的靛蓝二磺酸钠/苄基三甲基溴化铵复配缓蚀剂 的制备方法，其特征在于具体步骤为： (1) 用量筒量取42. 5 mL分析纯盐酸并用蒸馏水稀释至1L，配制溶度为0. 5 mol/L的 HCl腐蚀溶液； (2) 先称取质量为0. 0093~0. 9327g分析纯靛蓝二磺酸钠溶解于100 mL步骤（1)所 得HCl腐蚀溶液中，缓慢搅拌下加入0. 0092~0. 9206 g分析纯苄基三甲基溴化铵，分析纯 靛蓝二磺酸钠与分析纯苄基三甲基溴化铵摩尔比为1:1~1:3，充分溶解静置2小时后米 用200 mL的容量瓶以配制好的0.5 mol/L HCl溶液进行定容，制备出200 mL靛蓝二磺酸 钠/苄基三甲基溴化铵复配缓蚀剂即溶度范围为〇. OOOlmol/L~0. 01 mol/L的腐蚀溶液。
【专利摘要】本发明公开一种用于1045碳钢盐酸酸洗溶液的靛蓝二磺酸钠/苄基三甲基溴化铵复配缓蚀剂的制备方法。（1）用量筒量取42.5？mL分析纯盐酸并用蒸馏水稀释至1L，配制溶度为0.5？mol/L的HCl腐蚀溶液；（2）先称取质量为0.0093～0.9327g分析纯靛蓝二磺酸钠溶解于100？mL步骤（1）所得HCl腐蚀溶液中，在缓慢搅拌下加入0.0092～0.9206？g分析纯苄基三甲基溴化铵，分析纯靛蓝二磺酸钠与分析纯苄基三甲基溴化铵摩尔比为1:1～1:3,充分溶解静置2小时后用200？mL的容量瓶以配制好的0.5？mol/L？HCl溶液进行定容。本发明能明显抑制1045碳钢在酸洗工艺的腐蚀速率，在水溶液中溶解性大，操作简单，成本低廉，绿色环保。在工业生产中的酸洗工艺中广阔的应用前景。
【IPC分类】C23F11/16
【公开号】CN105002505
【申请号】CN201510385196
【发明人】张哲 , 田宁郴, 李秀莹, 黄堰
【申请人】桂林理工大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月3日