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鑭(Ⅲ)離子和非離子表面活性劑對鋁的緩蝕協(xié)合效應(yīng)

發(fā)布日期：2011-06-27 瀏覽次數(shù)：406

核心提示：鑭(Ⅲ)離子和非離子表面活性劑對鋁的緩蝕協(xié)合效應(yīng)

一､前言

稀土元素因其獨特的物理化學(xué)性質(zhì),已逐步應(yīng)用于材料的改性實踐中。稀土元素對鋁及其合金的耐蝕性前人已做過一些工作,并證實了在鋁材加工熔鑄過程中,采用熱滲法和擴散法等方法,加入少量稀土元素后,其耐蝕性均有明顯的改善。考慮到這些方法須對鋁材進行熱加工,因而無法應(yīng)用于成型設(shè)備及鋁材表面清洗劑的生產(chǎn)中。本文采用簡單易行的浸漬法研究稀土La³⁺對鋁腐蝕速度的影響及La³⁺與非離子表面活性劑聚乙二醇辛基苯基醚(OP)的緩蝕協(xié)合效應(yīng),測量腐蝕速度采用經(jīng)典可靠的失重法。目前,La³⁺和OP之間對鋁的緩蝕協(xié)合效應(yīng)研究尚未見報道,故具有重要的學(xué)術(shù)意義和實用價值。

二､實驗部分

1.材料及試劑

鋁片:鋁含量為99.5%,鐵含量<0.30%,硅含量<0.30%,鐵和硅總含量<0.45%,鉬含量<0.015%,雜質(zhì)總和<0.50%,上海化學(xué)試劑采購供應(yīng)站分裝。

藥品:本試驗所用鹽酸為分析純,聚乙二醇辛基苯基醚(OP)為化學(xué)純,氯化鑭為分析純,水為蒸餾水。

2.試驗方法

將兩塊20mm×50mm的鋁片經(jīng)表面預(yù)處理后,洗凈烘干,精確稱重,懸于含一定濃度(C)La³⁺或OP的1mol/L鹽酸溶液中,恒溫度為(35±0.1)℃,裝上回流裝置;經(jīng)100min后取出鋁片,洗凈烘干再精確稱重求出兩塊鋁片的平均失重量Δw;然后改變La³⁺或OP濃度,重復(fù)以上試驗。最后保持La³⁺和OP總濃度為10ppm,不斷改變兩者的濃度比,重復(fù)試驗。按下式計算緩蝕率E:

式中Δw_o為未加緩蝕劑時鋁片的平均失重量,Δw為含一定濃度緩蝕劑時鋁片的平均失重量。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)作各種條件下的E—C曲線,見圖1､圖2和圖3。

三､結(jié)果與討論

1.La³⁺及OP對鋁耐蝕性的影響

從圖1可以看出,在鹽酸介質(zhì)中,La³⁺在較大濃度范圍內(nèi),對鋁均表現(xiàn)出明顯的增蝕作用,在0～700ppm濃度區(qū)間,其增蝕作用隨La³⁺濃度增加而迅速增加。這種現(xiàn)象與前人用熱滲法所得的結(jié)果正好相反,其原因可能是:在酸性溶液中,鋁表面帶有正電荷,而鑭(Ⅲ)離子亦帶有3個正電荷,兩者之間存在較大的靜電排斥力,使La³⁺難以進入鋁表面,也就無法使鑭在熱滲法中發(fā)揮作用即與鋁表面生成耐蝕性很強的表面化合物或者形成La₂O₃保護氧化膜。相反,La³⁺有較強的搬運電荷能力,使介質(zhì)的電阻減小,腐蝕速度增加,從而表現(xiàn)出明顯的增蝕作用。為說明這一點,我們先用1000ppm的La³⁺溶液浸泡鋁片800h,然后測定這種處理過的鋁片在1mol/L鹽酸溶液中的緩蝕作用,發(fā)現(xiàn)緩蝕率可達30%。這可能意味著:在接近中性的La³⁺溶液中,鋁表面的正電荷大大減少;而在La³⁺的濃度高､浸泡時間長(達800h)的條件下,La³⁺就會通過擴散､離子交換等方式進入鋁表面形成保護層,從而增加了鋁的耐蝕性。這與熱滲法的結(jié)果一致,但所需濃度大､浸泡時間過長且效果亦不夠理想,故此法沒有實際應(yīng)用價值。由此可見,不可能采用將稀土La³⁺添加到腐蝕介質(zhì)溶液中來防止鋁腐蝕的方法。從圖2則可知,OP在低濃度范圍內(nèi)也表現(xiàn)出了增蝕作用,其原因可能是OP分子的極性小,在低濃度下,鋁對OP分子的靜電吸附力較弱,但少量OP分子仍有可能被鋁表面所吸附,使鋁表面的電位變得更不均勻,并形成腐蝕微電池,從而加速了腐蝕速度。但濃度超過100ppm以后,較多的OP分子將被吸附到鋁表面,使其覆蓋度大大增加,有效地隔絕了鋁表面與介質(zhì)的接觸,從而表現(xiàn)出一定的緩蝕作用。

2.La³⁺和OP對鋁的緩蝕協(xié)合效應(yīng)

從圖3可以看出,當(dāng)La³⁺和OP混合使用時,在總濃度為10ppm的范圍內(nèi),表現(xiàn)出了極強的緩蝕協(xié)合效應(yīng)。在OP濃度為4ppm～9ppm,La³⁺濃度為1ppm～6ppm范圍內(nèi),兩者的協(xié)合作用最明顯,它們對鋁的緩蝕率可達90%左右。但從圖1､圖2可知,在這些濃度范圍內(nèi),無論La³⁺還是OP,對鋁均表現(xiàn)出明顯的增蝕作用。這種協(xié)合作用產(chǎn)生的原因可能是:La³⁺為鑭系元素,有豐富的空軌道,而OP的結(jié)構(gòu)式為:

該分子醚氧基中的氧原子還有兩對孤對電子沒有成鍵,故OP很容易與La³⁺形成配合物。這種配合物的分子較大,對鋁表面的范德華(Vanderwaals)引力也就較強,故La³⁺—OP配合物分子就有可能靠這種引力被吸附到鋁表面。同時OP分子的親水基部分,也帶有少量的負電荷,與帶正電荷的鋁表面亦有一定的靜電吸引作用。這樣,通過鋁表面對La³⁺-OP配合物的吸附,使足夠多的稀土La³⁺進入到鋁表面,從而起到La³⁺在熱滲法中的作用La³⁺與鋁形成表面化合物或者形成致密的La₂O₃氧化膜。同時,表面活性劑OP分子也將有效地覆蓋在鋁表面,這些均使鋁的耐蝕性大大增強。顯而易見,在該體系中,非離子表面活性劑OP起了架橋作用。如果沒有OP分子,在酸性介質(zhì)中,La³⁺很難進入鋁表面,也就難以產(chǎn)生緩蝕作用。由此推測,凡能與La³⁺形成配合物的表面活性劑分子,當(dāng)與La³⁺溶液混合使用時,都有可能對鋁產(chǎn)生緩蝕協(xié)合作用。為說明這一論點,我們做了La³⁺—溴代十六烷基吡啶､La³⁺—十二烷基苯磺酸鈉等混合體系對鋁的緩蝕協(xié)合效應(yīng)試驗。結(jié)果表明,這些體系在鹽酸介質(zhì)中對鋁均表現(xiàn)出了不同程度的緩蝕協(xié)合效應(yīng)。這種有趣的緩蝕協(xié)合規(guī)律很值得進一步深入研究。