结合图13、图5和图6的浸泡试验现象，可以看出，在加入CMC作为缓蚀剂与未加 缓蚀剂的腐蚀介质中，Q345钢的腐蚀程度有明显的区别：随着CMC的加入量不断增加，腐蚀 程度不断减弱。
[0098] 表五是Q345钢在浓度为20 %的NaCl腐蚀液中，添加不同含量CMC作为缓蚀剂，浸 泡10天后，根据公式3和4计算出的试验数据，包括CMC的浓度、平均腐蚀速率（V)、相对于 NaCl的缓蚀率（τι)以及缓蚀剂在试样表面的覆盖率（Θ)，覆盖率由公式5计算得出：
[0100] 根据腐蚀速率的数据可以看出，试样在空白溶液中的腐蚀速率最大，为〇. l〇4g/ m2 · h ;在添加 CMC浓度为150mg/L时的腐蚀速率最小，为0. 062g/m2 · h。
[0101] 表五Q345钢在添加不同含量CMC的20% NaCl中的缓蚀数据
[0102]
[0103] 以NaCl溶液中不同的CMC浓度作为X轴，缓蚀率作为Y轴，可得图7，由图7可以 看出，随着CMC添加量的不断增加，缓蚀效果不断提高，在CMC浓度为150mg/L时，缓蚀率达 到最高，约为38%，此后，继续增加 CMC的添加量，缓蚀率不再增大，反而有所降低。
[0104] 综合试验现象和试验数据，常温下CMC单独做缓蚀剂在浓度为20 %的NaCl腐蚀液 中，缓蚀率在浓度为150mg/L时达到最佳效果，最大缓蚀率为38%。
[0105] (b)极化曲线法分析CMC对Q345钢的缓蚀效果
[0106] 请参阅图8,图8为在20% NaCl溶液中添加不同含量CMC，以Q345钢作为工作电 极，铂电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，利用上海辰华CHI660C电化学工作站 测量出的Tafel极化曲线。
[0107] 据Tafel曲线外推法得到腐蚀电位、腐蚀电流密度、阴、阳极Tafel曲线斜率等电 化学参数，将其列于表六。
[0108] 表六Q345钢在添加不同浓度CMC的20% NaCl溶液中的极化曲线
[0109]
[0110] 由表六和图8看出，未添加 CMC时，Q345钢在20% NaCl溶液中的腐蚀电位最负， 为-0. 638V，随着CMC含量的增加，腐蚀电位逐渐向正方向移动，在CMC含量为150mg/L时， 腐蚀电位最正，为-0.460V;而后继续增加 CMC的含量，腐蚀电位反而移向负方向，但仍比未 添加 CMC溶液的腐蚀电位较正，加入CMC后Q345钢腐蚀电位正移的现象说明CMC为阳极型 缓蚀剂。
[0111] 添加 CMC后的缓蚀效率（η )通过公式6计算：
[0113] 式中：1。。"、〇--未添加 CMC时工作电极的腐蚀电流密度，单位μ A/cm、
[0114] Icorr--添加缓蚀剂CMC后的腐蚀电流密度，单位μ A/cnT2。
[0115] 根据公式6计算出缓蚀剂的缓蚀率列于表六，从表六可以看出，添加一定量的CMC 可以降低Q345钢在20 % NaCl溶液中的腐蚀，在CMC含量为150mg/L时，缓蚀率最高，为 38. 6%〇
[0116] 同时可以看出，未添加 CMC时，Q345钢在20% NaCl溶液中的腐蚀电流密度最大， 为17. 38 μ A/cm_2;说明Q345钢作为阳极，在20% NaCl溶液中发生了较为严重的腐蚀反应， 其反应过程为：
[0117] Fe_2e -Fe2+
[0118] 添加 CMC后，腐蚀电流密度随着CMC含量的增加不断减小，在CMC含量为150mg/ L时，腐蚀电流密度最小为10. 67 μ A/cm_2,相对于未添加 CMC时降低了 38. 61% ;这说明随 着CMC浓度增加，CMC在Q345钢表面的形成的膜层越来越致密，从而对Q345钢的腐蚀起到 了抑制作用；当CMC含量超过150mg/L，腐蚀电流密度有所增大，但都低于未添加 CMC时的 腐蚀电流密度，利用电化学方法测试CMC含量对Q345钢的缓蚀效果与失重法试验结果趋势 一致。
[0119] (c) CMC缓蚀机理分析
[0120] CMC属于有机物，一般认为有机缓蚀剂的缓蚀机理主要分为成膜和吸附两种：成 膜机理认为，腐蚀介质中的离子或金属与缓蚀剂发生作用，形成可以阻止腐蚀过程、起缓蚀 作用的膜层；而吸附理论又包括物理吸附和化学吸附，认为有机缓蚀剂分子大多数为表面 活性剂，含有亲水性极性基团和亲油性非极性基团，在腐蚀介质汇总缓蚀剂的极性基团定 向吸附在金属表面，排除了水分子和氢离子等腐蚀性离子，从而延缓了腐蚀的进行。
[0121] 有机缓蚀剂在金属表面的吸附主要是通过缓蚀剂分子与金属形成配位键，即发生 化学吸附来实现的：根据配位键的形成理论，金属要有空轨道，缓蚀剂分子要能提供共用电 子对，Q345钢的主要成分为Fe元素，属于过渡族金属，具有未充满的d轨道，而CMC分子中 含有大量的一OH、一COOH、一CO(羰基）和一NH 2。
[0122] 这些极性基团都含有孤对电子元素0和N，可能在金属表面通过与元素空轨道共 用电子对，直接形成配位键，这样使得CMC分子牢牢地吸附在Q345钢表面，形成致密的缓蚀 膜层，将Q345钢和腐蚀介质隔开，达到抑制腐蚀、降低Q345钢腐蚀速率的目的。
[0123] 由于缓蚀剂分子CMC发生吸附基底在试验前经打磨和抛光，在微观上为平面，CMC 分子与金属Fe表面的相互作用是通过分子中一COOH(羧基）、一NH2 (胺基）、一CO (羰基） 以及一OH(羟基）来实现的，而这些官能团的空间分布影响着CMC的空间结构，从而CMC分 子在金属表面的吸附和缓蚀效果；图9是0取代的CMC的分子结构式，从图9中可以看出， 当CMC分子含有大量的-OH，而0与Fe的亲和性较高，容易吸附在钢铁的表面；图14是η =3时，0取代CMC的优化分子构型，从图14中可以看出一COOH(羧基）倾向在同一侧面排 列（图中的下侧，黄线框内），同时这一侧也具有较多的羟基，这有利于CMC在钢铁表面的吸 附，一旦分子中这些氧原子与Q345表面的Fe结合，又会诱导CMC分子进一步重排，从而致 密地平铺在Q345钢表面。
[0124] 缓蚀剂分子在金属表面发生吸附作用，形成配位键受金属属性及电荷、缓蚀剂的 化学结构、缓蚀剂分子的电荷分布以及腐蚀介质等因素影响；物理吸附通常需要金属有吸 附位点，并且溶液中存在带电物质；而化学吸附需要共用电子或者电荷从缓蚀剂分子向金 属表面转移；根据前线分子轨道理论，分子中的最高占据轨道（HOMO)和最低空轨道（LUMO) 的性质，决定着分子的反应活性和反应机理，HOMO与缓蚀剂分子供给电子的能力有关，HOMO 轨道能量（EH")越高表明缓蚀剂分子具有向金属未占据分子轨道提供电子的趋势，Eu?反 映了分子接受电子的能力，E u?数值越低，缓蚀剂分子就越容易接受电子；当η = 3时，Eh_ =-9. 878eV，Elmj= -0. 299eV，这表明0取代CMC容易接受电子，吸附到供电子的金属表 面。
[0125] 请参阅图15,从图15中可以看出，CMC分子中0和N均具有较强的电负性，容易 与金属表面形成配位键，形成化学吸附，起到缓蚀作用，同时，由于NaCl的腐蚀是由于局部 形成HC1，在文献中也有研宄者认为酸性介质下，CMC的缓蚀性能会更好；程莎等（2007)对 CMC在酸性溶液中的缓蚀性能发现在lmol/L盐酸溶液中的缓蚀效率最高可达93%;尹衍升 等（2007, 2009)对CMC在酸性介质中铝的缓蚀作用研宄发现，缓蚀率最高可达88. 54% ;所 以即使有HCl形成的情况下，CMC依然会有较好的缓蚀效果；CMC在Q345表面的吸附可用图 16来表不。
[0126] 从试验结果得到，随着CMC浓度的增大，缓蚀效果增加，到150mg/L时缓蚀效果最 好，进一步增加反倒有可能降低缓蚀效果，这主要是因为CMC属于多齿配体，对铁离子具 有螯合作用，含有孤对电子N、O原子的CMC在Q345钢表面吸附是O原子可以和碳钢中的 空轨道Fe原子配位，形成缓蚀膜隔离碳钢和腐蚀介质；随CMC浓度的增大，缓蚀效果增大； 但是，CMC的浓度也不能过大，过高浓度的CMC，除了在试样表面吸附外，多余的CMC与腐蚀 产物中的三价铁离子或二价铁离子发生螯合作用，使CMC分子链接在一起形成共聚物，促 使腐蚀反应正向进行，反而有可能加剧腐蚀，这种螯合物如果从表面脱落，也会形成裸露表 面，增大腐蚀；试验结果证明，当CMC含量为250mg/L时，缓蚀率有所降低，试样表面的腐蚀 程度加剧。
[0127] 3) CMC与21^04复合物在20% NaCl中对Q345的缓蚀效果
[0128] 由于单独加入CMC缓蚀效果不能达到需要的效果，寻找复配体系进一步增加缓蚀 能力非常必要，ZnSO 4是一种阳极型缓蚀剂，具有用量小、成膜速度快，且与许多缓蚀剂都有 较好复配效果等特点，但由于它是一种强酸弱碱盐，溶液呈酸性，单独采用时有一些不利因 素，因此，本发明将该化合物与CMC进行复配，克服它自身的不足之处，降低用量，提高总体 缓蚀能力。
[0129] 相关研宄认为锌盐缓蚀作用机理是：锌离子和阴极反应产物（0Γ)相互作用生成 Zn (OH)2，难以溶解并会沉积在阴极区域，缩小了阴极与氧离子接触的反应面积，使得阴极 反应进行的阻力增大，使阴极反应过程得到减缓；其过程发生的具体反应如下：
[0130] 阳极反应：Fe-2e - Fe2+
[0131] 阴极反应：2H20+02+4e - 40F
[0132] Zn2++20F-Zn (OH) 2 I
[0133] 21^04单独作为缓蚀剂具有一定的缓蚀效果，但即便使用很高浓度的ZnSO 4，也不 能完全抑制金属的腐蚀。因此，常与其他缓蚀剂复配使