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中国腐蚀与防护学报, 2024, 44(6): 1538-1546 DOI: 10.11902/1005.4537.2024.076

研究报告

吐温-80对一种冷轧钢在氨基磺酸溶液中的缓蚀性能及机理研究

唐莉清1, 李向红1, 朱平1,2, 武中发1, 雷然1, 徐娟,1

1.西南林业大学材料与化学工程学院 林业生物质资源高效利用技术国家地方联合工程研究中心 昆明 650224

2.云南省特种设备安全检测研究院 昆明 650228

Corrosion Inhibition Performance and Mechanism of Tween-80 on a Cold Rolled Steel in NH2SO3H Solution

TANG Liqing1, LI Xianghong1, ZHU Ping1,2, WU Zhongfa1, LEI Ran1, XU Juan,1

1. National Joint Engineering Research Center for Highly-Efficient Utilization Technology of Forestry Resources, College of Materials and Chemical Engineering, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China

2. Yunnan Provincial Special Equipment Safety Testing and Research Institute, Kunming 650228, China

通讯作者: 徐娟，E-mail:58045846@qq.com，研究方向为缓蚀剂

收稿日期: 2024-03-08   修回日期: 2024-04-28  

基金资助: 国家自然科学基金.  52161016
云南省基础研究计划杰出青年基金.  202001AV070008
云南省农业基础研究联合专项重点项目.  202101BD070001-017
西南林业大学林业生物质资源高效利用技术国家地方联合工程研究中心.  2023-GC09
云南省大学生创新创业训练计划.  20210153041

Corresponding authors: XU Juan, E-mail:58045846@qq.com

Received: 2024-03-08   Revised: 2024-04-28  

Fund supported: National Natural Science Foundation of China.  52161016
Research Project for Distinguished Young Scholars in Yunnan Province.  202001AV070008
Joint Key Project of Agricultural Fundamental Research in Yunnan Province.  202101BD070001-017
Open Fund Project of National Joint Engineering Research Center for Highly-Efficient Utilization Technology of Forestry Resources, Southwest Forestry University.  2023-GC09
Yunnan University Student Innovation and Entrepreneurship Training Program.  20210153041

作者简介 About authors

唐莉清，女，2000年生，硕士生

摘要

通过失重法、动电位极化曲线法、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)以及缓蚀溶液体系电导率和表面张力等研究了吐温-80在氨基磺酸溶液中的缓蚀机理。结果表明：在氨基磺酸溶液中吐温-80对冷轧钢具有良好的缓蚀效果。30℃时，在0.10 mol/L 氨基磺酸溶液中吐温-80的缓蚀率可高达94.33%；在冷轧钢表面，标准吸附Gibbs自由能(ΔG)为-29.94~-33.79 kJ/mol，说明吐温-80是以化学吸附为主的混合吸附，且其吸附服从Langmuir吸附等温式；吐温-80是混合抑制型缓蚀剂；在添加吐温-80后的溶液表面张力急剧降低；缓蚀后的电导率上升且趋于平缓，略低于浸泡前；AFM观察表明在添加吐温-80后能有效的抑制NH2SO3H对冷轧钢的腐蚀；XPS结果证实吐温-80能在钢片表面形成一层吸附膜层从而达到缓蚀的效果。

关键词： 吐温-80 ; 氨基磺酸 ; 冷轧钢 ; 吸附 ; 缓蚀

Abstract

The corrosion inhibition performance of Tween-80 for a cold rolled steel in amino sulfonic acid solution was studied by mass loss method, potentiodynamic polarization measurement, atomic force microscopy (AFM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), as well as measuring the conductivity and surface tension of corrosion inhibitor containing solutions. The results showed that Tween-80 had a good corrosion inhibition effect on cold-rolled steel in amino sulfonic acid solution. The corrosion inhibition efficiency of Tween-80 in 0.10 mol/L amino sulfonic acid solution at 30oC can reach as high as 94.33%. The standard adsorption Gibbs free energy (ΔG) is -29.94~-33.79 kJ/mol for the inhibitor adsorption on the surface of cold-rolled steel, it indicates that Tween-80 is a mixed adsorption dominated by chemisorption, and it follows the Langmuir adsorption isotherm equation. Therefore, Tween-80 is a mixed inhibitory corrosion inhibitor. After adding Tween-80, the surface tension of the solution decreases sharply. With the progress of corrosion inhibition of the steel, the conductivity of the solution increases, then gradually decreases and tends to be flat, which finally slightly lower than the conductivity before the steel immersion in the solution. AFM and XPS results confirmed that Tween-80 can effectively suppress the corrosion, while form an adsorption film on the surface of steel to achieve corrosion inhibition effect.

Keywords： Tween-80 ; NH2SO3H ; cold rolled steel ; adsorption ; corrosion relief

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本文引用格式

唐莉清, 李向红, 朱平, 武中发, 雷然, 徐娟. 吐温-80对一种冷轧钢在氨基磺酸溶液中的缓蚀性能及机理研究. 中国腐蚀与防护学报[J], 2024, 44(6): 1538-1546 DOI:10.11902/1005.4537.2024.076

TANG Liqing, LI Xianghong, ZHU Ping, WU Zhongfa, LEI Ran, XU Juan. Corrosion Inhibition Performance and Mechanism of Tween-80 on a Cold Rolled Steel in NH2SO3H Solution. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2024, 44(6): 1538-1546 DOI:10.11902/1005.4537.2024.076

钢材在储存、使用过程中表面极易腐蚀，因金属腐蚀而造成的经济损失约占GDP总量的5%。冷轧钢广泛运用在汽车、建筑等行业的零件制造中，长期暴露在环境中易被锈蚀，使用酸剂可以有效的除去冷轧钢表面的锈蚀物，但会对冷轧钢基体产生破坏，添加缓蚀剂是减缓在酸洗过程中金属腐蚀的重要方法[2]。

表面活性剂具有低毒、低成本等优点，通常被用作腐蚀抑制剂。其结构具有双亲性，能附着在金属表面表现出良好的缓蚀性能，延缓不同金属在各种腐蚀性介质中的腐蚀。研究表明，其吸附和缓蚀作用的水平与金属或金属氧化物和周围溶液环境的相互作用有关[4]。关于非离子表面活性剂作为缓蚀剂的研究主要集中在硫酸或者盐酸介质中对钢的缓蚀性能，研究表明十二烷基酚聚氧乙烯醚[5]，吐温-40[6]、吐温-60[7]、吐温-80[8]，聚乙二醇月桂酸单酯希夫碱基[9]等非离子表面活性剂在硫酸或盐酸介质中对钢具有良好的缓蚀性能，但此类表面活性剂作为缓蚀剂在其他酸洗介质中的缓蚀性能鲜有报道。且作为缓蚀剂的作用机理尚需深入研究，特别是吐温系列所表现出的独特缓蚀效果及其作用机制等需进一步探究。

氨基磺酸(NH2SO3H)别名固体硫酸，在各种金属生产的工业设备、民用清洗剂、石油水处理剂和洗剂中都有广泛的用途[10]。研究表明，薇甘菊提取物[11]，烷基咪唑啉[12]，肉桂醛缩甲胺席夫碱[13]等在氨基磺酸体系中对钢具有较好的缓蚀作用。吐温-80(又名聚山梨酯80)作为一种多元醇类非离子型表面活性剂，与传统缓蚀剂相比具有环境友好且经济效益较高等特性。为了拓宽作为缓蚀剂在其他酸体系中的用途，本研究以失重法、电化学法以及结合各种表面测试技术深入探究吐温-80在NH2SO3H溶液中对冷轧钢的缓蚀作用，提出缓蚀机理，为其在工业酸洗中的应用奠定理论基础。

1 实验方法

本实验采用的冷轧钢(CRS)试样主要成分(质量分数，%)为：C 0.06、Si 0.02、Mn 0.21、P 0.012、S 0.01，Fe余量。吐温-80 (C24H44O6(C2H4O)n)为化学纯，NH2SO3H为分析纯。吐温-80结构式如图1所示。

图1

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图1   吐温-80的结构式

Fig.1   Structural formula of Tween-80


用磨砂纸将厚度为0.5 mm的CRS试样逐级从60目打磨至2000目，清洗表面灰尘、用脱脂棉蘸取丙酮擦洗以除去油脂，吹干；再将其裁剪成为25 mm × 20 mm大小并储存在真空干燥的环境中。称取钢片质量，分别将其置于含和不含吐温-80的0.10 mol/L NH2SO3H介质中浸泡12 h。取样，除去表面产物，烘干称量；各温度下的实验平行3组，取其质量差平均值。根据式(1)和(2)分别计算腐蚀速率(ν)和缓蚀率(ηw)[14]：

v=WS×t
ηw=v0-vv0×100%

式中，W为反应前后钢片质量差(g)，S为钢片反应面积即其表面积(m2)，t为反应时间(h)；v0和v是在不含和含有吐温-80的0.10 mol/L NH2SO3H介质中的腐蚀速率(g/(m2·h))。

把冷轧钢加工成Φ10 mm × 10 mm的规格尺寸，将铜导线焊接在其顶面，使用环氧树脂将其包裹完全，并保证侧表面与环氧树脂接触处无气泡。留下底面10 mm × 10 mm的冷轧钢暴露区域作为测试区域。每次测试前用磨砂纸(直至2000目)进行打磨至光滑。然后依次使用无水乙醇和丙酮擦洗表面以除去油脂，再进行风干，以备使用。

电化学测试在CHI660E型电化学工作站进行，使用传统三电极系统进行测试。电化学实验在30℃下进行，先在待测溶液中测试30 min开路电位，之后在相对于开路电位-250 mV~+250 mV的电位范围内以1 mV/s的扫描速率进行动电位极化测试。

将钢片至于含有不同浓度吐温-80的0.10 mol/L NH2SO3H介质中浸泡12 h，清洗，吹干，再分别使用Thermo Scientific K-Alpha + 型X射线光电子能谱仪(XPS)和Bruker Dimension Icon型原子力显微镜(AFM)进行表面分析测试。

将缓蚀前后的介质溶液和只加入不同浓度吐温-80的溶液采用环法(铂环)在JYW-200A自动表面张力仪上进行表面张力测试；用PE38型电导率仪对各梯度浓度的溶液进行3组平行测试。

2 结果与讨论

2.1 吐温-80的缓蚀性能

0.10 mol/L NH2SO3H溶液中不同温度下冷轧钢的腐蚀速率与吐温-80浓度的关系曲线如图2a所示。由图可知，腐蚀速率随着温度的升高而增大。当加入吐温-80后，腐蚀速率急剧下降，且随着浓度的增大腐蚀速率也随之减小。图2b为不同温度下冷轧钢的缓蚀率与吐温-80浓度的关系曲线。由图可知，随着吐温-80的浓度的增加，缓蚀率逐渐增大；当浓度为100 mg/L时，缓蚀率达到最高，说明高浓度的吐温-80会在冷轧钢表面形成更稳定的吸附。不同温度下，吐温-80对钢的最大缓蚀率表现为:30℃ > 40℃ > 20℃ > 50℃；当温度为30和40℃，吐温-80的浓度大于70 mg/L时，缓蚀率增长缓慢、趋于平缓，这可能是由于它在冷轧钢上的吸附达到饱和所致。温度为30℃时，缓蚀率最高可达94.33%。这可能是因为温度较低，吐温-80不能稳定的吸附在钢片表面；温度较高，钢片表面被酸腐蚀的速率加快，吐温-80的吸附也由于钢片表面H2的析出而产生了脱附，从而导致了缓蚀率的降低。这说明吐温-80的缓蚀性能应当在一个适宜的温度条件下才能发挥出较好的缓蚀效果。

图2

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图2   冷轧钢在不同温度下0.10 mol/L NH2SO3H溶液中的腐蚀速率和缓蚀率随吐温-80浓度的变化

Fig.2   Corrosion rates (a) and corrosion inhibition rates (b) of cold-rolled steel in 0.10 mol/L NH2SO3H solutions at different temperatures as a function of the concentration of Tween-80


2.2 吐温-80在钢片表面的吸附等温式

Langmuir吸附等温模型是一种理想的单分子吸附模型，用其来对失重法数据进行拟合[15]：

cθ=1K+c

式中：c为吐温-80的浓度，θ为表面覆盖度(θ ≈ ηw )，K是吸附平衡常数[16]。

根据 式(4)计算吐温-80在钢表面的标准吸附Gibbs自由能(ΔG)[17]：

K=1ρsolventexp-ΔGRT

式中：ρsolvent为溶剂的浓度，在本体系中溶剂为水且为稀溶液，故水的浓度为1.0 × 106 mg/L；R为气体常数(8.314 J/(mol·K))。

图3为c/θ-c线性拟合图，表1为c/θ-c的线性拟合参数。可以看出，在每个温度条件下，线性相关系数和拟合直线斜率都十分接近于1，表明吐温-80在钢表面的吸附均服从Langmuir吸附等温方程。在30℃时，K值最大，说明在钢表面的吸附效果最好，且为单分子层吸附。

图3

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图3   不同温度下冷轧钢的c/θ-c拟合直线

Fig.3   Fitting straight lines of c/θ-c curves of cold-rolled steel at different temperatures


表1   c/θ-c 线性拟合参数

Table 1  Linear fitting parameters of c/θ-c curves of cold-rolled steel at different temperatures

T / oCR2SlopeIntercept

K

mg·L-1

ΔG

kJ·mol-1

200.998111.152.891820.35-31.07
300.999851.060.946151.06-33.79
400.999811.081.221550.82-33.17
500.998761.194.593490.22-29.94

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当|ΔG| < 20 kJ/mol时，一般认为是物理吸附；当|ΔG| > 40 kJ/mol时，一般认为是化学吸附[18]。由上表可知，在各个温度下的|ΔG|都在20~40 kJ/mol范围内，表明吐温-80在冷轧钢上的吸附是混合吸附，但|ΔG|更加接近于40 kJ/mol，故是以化学吸附为主的混合吸附[19]。

2.3 吐温-80在钢片表面的腐蚀动力学参数

采用Arrhenius方程[20]和过渡态理论方程[21]对冷轧钢在含有不同浓度的吐温-80的0.10 mol/L NH2SO3H中的腐蚀动力学参数进行拟合：

lnv=-EaRT+lnA
lnvT=lnRNh+ΔSaR-ΔHaRT

式中：Ea为表观活化能(kJ/mol)，A为指前因子(g/(m2·h))，ΔHa为活化焓(kJ/mol)，ΔSa为活化熵(J/(mol·K))，N为Avogadro常数(6.02 × 1023 mol-1)，h为Planck常数(6.626 × 10-34 J·s)[20,21]。

图4为Arrhenius方程和过渡态理论方程的拟合图。由图可知，R2接近1，说明其具有良好的线性关系，并且冷轧钢片的腐蚀速率符合Arrhenius方程和过渡态理论方程。通过 式(5)和(6)计算出Ea、A、ΔHa、ΔSa的值；对计算出的各个动力学参数值与吐温-80浓度进行拟合，得到变化曲线Ea-ΔHa、A-c、ΔHa-c、ΔSa-c。由图5可看出，腐蚀动力学参数呈上升的趋势。与空白相比，吐温-80加入后，Ea的值有所增大，表明钢表面的活性位点增加，腐蚀反应需克服更多的能量，腐蚀速率降低。A值基本不变，说明表面活性位点处于一个稳定状态。ΔHa > 0，说明该反应是吸热的，随着温度的升高，冷轧钢的腐蚀速率加大。ΔSa < 0，说明吐温-80分子在冷轧钢片表面是熵减的过程，可能是在酸溶液中的缓蚀剂分子呈无序状分布，而当吸附在钢片表面时逐渐有序而混乱度下降[20]。

图4

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图4   冷轧钢在含有不同浓度的吐温-80的0.10 mol/L NH2SO3H中的lnv-T-1和ln(v/T)-T-1曲线的线性拟合

Fig.4   Fitting straight lines of lnv-T-1 (a) and ln (v/T)-T-1 (b) curves of cold-rolled steel in 0.10 mol/L NH2SO3H solutions containing different concen-trations of Tween-80


图5

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图5   吐温-80浓度对冷轧钢的腐蚀动力学参数的影响

Fig.5   Effects of the concentration of Tween-80 on the corrosion kinetic parameters of cold-rolled steel


2.4 冷轧钢在含吐温-80的NH2SO3H溶液的极化曲线

冷轧钢片在含一定浓度吐温-80的0.10 mol/L NH2SO3H溶液中的动电位极化曲线图如图6所示。可以看出，与空白相比，阴阳两极的极化曲线在加入吐温-80后都向电流密度减小的方向移动并且阴极移动的更多，抑制了阴极腐蚀的同时又抑制了阳极的腐蚀，说明吐温-80是一种以抑制阴极为主的混合型抑制剂。阴阳两极极化曲线的形状并未发生改变，说明该行为没有改变腐蚀机理[22,23]。

图6

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图6   冷轧钢在30℃下含不同浓度吐温-80的0.10 mol/L NH2SO3H溶液中的动电位极化曲线

Fig.6   Dynamic polarization curves of cold-rolled steel in 0.10 mol/LNH2SO3H solutions containing different concentrations of Tween-80 at 30oC


采用Tafel外推法[24]拟合实验数据，极化曲线的缓蚀率计算如下：

ηp=Icorr(0)-Icorr(inh)Icorr(0)×100%

式中，Icorr(0)和Icorr(inh)是分别是在不添加和添加不同浓度吐温-80的条件下所测试出来的冷轧钢的腐蚀电流密度(μA/cm2)。

由表2可知，冷轧钢在NH2SO3H中的腐蚀电流密度最大，高达226.1 μA/cm2，说明钢片表面被酸严重腐蚀。加入吐温-80后，腐蚀电流密度大幅度下降；当吐温-80的浓度到了100 mg/L时，Icorr低至33.1 μA/cm2，缓蚀率可达到85.4%，与失重法基本一致。添加吐温-80后，腐蚀电位(Ecorr)最大正移17 mV，改变的幅度比较小，进一步说明吐温-80在NH2SO3H中是一种混合型缓蚀剂[25]。随着吐温-80的加入，阴极斜率(bc)和阳极斜率(ba)都基本不变，说明吐温-80对该体系的腐蚀机理没有发生改变。

表2   冷轧钢的极化曲线拟合参数

Table 2  Fitting parameters of dynamic polarization curves of cold-rolled steel

c

mg·L-1

Ecorr

mV vs. SCE

Icorr

μA·cm-2

bc

mV/dec

ba

mV/dec

ηp

0

10

-492

-476

226.1

101.2

-169.4

-150.4

44.3

24.5

-

55.2%

50-47235.1-144.614.284.5%
100-47533.1-147.313.785.4%

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2.5 缓蚀剂溶液表面张力以及电导率

在30℃条件下，钢片在吐温-80水溶液和添加吐温-80的0.10 mol/L NH2SO3H溶液中浸泡前后的表面张力如图7a所示。可知，当加入吐温-80后，表面张力均急剧下降，并随着浓度的增大而继续减小至趋于平缓。当添加的吐温-80浓度相同时，反应前的表面张力值明显低于反应后的。这可能是因为反应后溶液中吐温-80的含量由于部分吸附在钢片表面而减少，导致了表面张力的上升。图7b为浸泡钢片前后溶液的电导率。由图可知，加入吐温-80后的电导率值随浓度变化不大，可能是因为吐温-80是非离子型表面活性剂，在水中的电离程度很小，导电能力较差；加入吐温-80的NH2SO3H溶液在未浸泡钢片时的电导率随浓度的变化不大，但是比只添加缓蚀剂的要更大，这是因为NH2SO3H能够在水中电离出NH2SO3-和H+，故电导率值较大；浸泡钢片后，溶液的电导率略下降，在加入吐温-80后电导率急剧上升后变为平缓，这可能是在没有缓蚀剂的作用下，酸与钢片反应，导致电离的NH2SO3-和H+减少，导致电导率值较低；加入缓蚀剂后的溶液的电导率比未浸泡的略低，即钢表面的腐蚀反应程度较小，H+的消耗较少，说明吐温-80对钢具有较好的缓蚀作用。

图7

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图7   30℃时吐温-80浓度对冷轧钢在不同溶液中浸泡前后的表面张力(σ)及电导率(к)的影响

Fig.7   Variations of Tween-80 concentration at 30oC on the surface tension (a) and conductivity (b) of cold-rolled steel before and after soaking in different solutions


2.6 AFM微观形貌

图8a为冷轧钢在30℃，0.10 mol/L NH2SO3H溶液中浸泡12 h后的AFM形貌，它的表面比较粗糙，凹凸不平且有很多沟壑，说明NH2SO3H对冷轧钢产生了比较强烈的腐蚀。图8b为冷轧钢在30℃，添加吐温-80的0.10 mol/L NH2SO3H溶液浸泡12 h后的AFM形貌，它的表面与只在酸中相比要平整很多，且表面明显有一层吸附膜层。说明添加了吐温-80后，该物质能在钢片表面形成一层保护膜来减缓NH2SO3H对冷轧钢的腐蚀。

图8

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图8   冷轧钢在30℃下0.10 mol/L NH2SO3H溶液中浸泡12 h后的AFM表面形貌

Fig.8   AFM surface microtopographies of cold-rolled steel after immersion at 30oC for 12 h in 0.10 mol/L NH2SO3H solution without (a) and with (b) 100 mg/L Tween-80


表3是AFM的表面粗糙度参数。由表可知，在未添加吐温-80的溶液中浸泡12 h后的各个参数均比在添加吐温-80后的大，且Rmax的值在添加吐温-80后从1866 nm降低到了530 nm，说明吐温-80的加入能够减缓NH2SO3H在钢片表面的腐蚀。

表3   冷轧钢表面的AFM粗糙度参数

Table 3  AFM roughness parameters of cold-rolled steel

InhibitorRq / nmRa / nmRmax / nm
NH2SO3H2451891866
NH2SO3H + Tween-8074.251.2530

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2.7 XPS表面分析

对冷轧钢表面缓蚀膜进行XPS测试，图9a为加入吐温-80后钢片表面的总XPS图谱。谱图中有Fe 2p、O 1s、N 1s、C 1s、S 2p峰的存在，证明了吐温-80在钢表面的吸附。图9b是Fe 2p的谱图，可以清晰的观察到两个明显的峰，710.9 eV为Fe 2p3/2 XPS光谱，724.5 eV为Fe 2p1/2 XPS光谱。在结合能分别为710.7、712.9、719.4、724.0、725.6和727.5 eV的谱峰中，分别对应Fe2O3、FeSO4、FeO、FeOOH、Fe3O4和Fe(Ⅱ)络合物[26,27]。其中，Fe2O3、FeO、FeOOH和Fe3O4等可能是冷轧钢表面与水和氧气结合产生的物质；FeSO4可能是氨基磺酸对冷轧钢的腐蚀产物。图9c为O 1s的谱图，在结合能为529.7和531.3 eV的谱峰中，所对应的化合物分别为Fe2O3和FeO，均为冷轧钢的氧化产物。图9d为C 1s的谱图，在结合能为284.8、286.3和288.4 eV的谱峰中，所对应的分别是C-H/C-C，C-O/C-N和N-C=O。图9e为N 1s的谱图，在结合能为398.7、399.2、399.9、400.9和401.7 eV的谱峰中，所对应的物质分别是N-Fe、NH2SO3H、C=N、C-N+和CH3NH2，其中N-Fe和CH3NH2可能是冷轧钢与吐温-80缓蚀而产生的物质。图9f为S 2p的谱图，在结合能为168.1和169.2 eV的谱峰中，所对应的物质分别是NH2SO3H和FeSO4[29,30]。XPS的测试结果表明在冷轧钢表面的主要成分是酸的腐蚀产物、氧化产物和缓蚀剂与Fe形成的配合物。

图9

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图9   冷轧钢在30℃下含100 mg/L 吐温-80的0.10 mol/L NH2SO3H溶液中浸泡12 h后的XPS分析

Fig.9   XPS analysis results of cold-rolled steel immersed in 0.10 mol/L NH2SO3H solution containing 100 mg/L Tween-80 for 12 h at 30oC: (a) survey, (b) Fe 2p, (c) O 1s, (d) C 1s, (e) N 1s, (f) S 2p


2.8 吐温-80对钢的缓蚀机理

吐温-80对钢的缓蚀机理如图10所示。在该缓蚀体系中，氨基磺酸作为一种强酸，电离出的NH2SO3-和H+会对钢片造成腐蚀。阳极发生Fe的腐蚀反应(Fe-2e-→Fe2+)，阴极发生析氢反应(2H+ + 2e-→H2)反应历程为[31]：

Fe+H+→(FeH+)ads
(FeH+)ads+e-→(FeH)ads
(FeH)ads+H++e-→Fe+H2

图10

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图10   吐温-80在冷轧钢表面的缓蚀机理

Fig.10   Schematic illustration of corrosion inhibition mechanism of Tween-80 on cold-rolled steel


吐温-80分子中的疏水基团为结合油酸酯的聚氧乙烯侧链[32]，亲水基团为未结合的侧链，亲水基团易吸附在钢表面，疏水基团在外排列可形成一层疏水吸附膜。另一方面，由于吐温-80分子中含氧基团与H+结合而质子化，紧密的吸附在冷轧钢表面，所以阻碍了体系中NH2SO3-和H+与钢片的接触，减缓了腐蚀，该行为是物理吸附。吐温-80分子中的-COOH、-OH以及五元杂环上的O都含有孤对电子，能够与钢片表面的Fe上的大量空轨道相结合形成配合物，从而减缓腐蚀，该行为是化学吸附。

3 结论

吐温-80在氨基磺酸介质中对冷轧钢有良好的缓蚀性能。在30℃，吐温-80浓度为100 mg/L时，缓蚀性能最佳。吐温-80在冷轧钢表面是混合吸附，服从Langmuir吸附等温式，且为放热吸附；腐蚀动力学参数均比在空白溶液中的大，总体呈上升趋势。吐温-80是一种以抑制阴极反应为主的混合型抑制剂。在缓蚀体系浸泡前后表面张力下降，而电导率上升；AFM和XPS的表征说明吐温-80会在冷轧钢表面形成一层缓蚀膜层来达到缓蚀效果。

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