安防之家讯：[摘 要] 利用电化学阻抗谱、极化曲线和Mott-Schottky图研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在含硫离子和氯离子的模拟水中对不锈钢电极的缓蚀性能。结果表明，在模拟冷却水中加入SDBS可以使不锈钢电极的阻抗值增大，点蚀电位提高，不锈钢钝化膜的载流子浓度减小，SDBS有效提高了不锈钢在含硫离子模拟水中的耐蚀性能。模拟水中氯离子浓度的增加使不锈钢电极的点蚀电位下降，点蚀敏感性增加，加入SDBS后不锈钢电极的点蚀电位提高，甚至出现过钝化，SDBS抑制了模拟水中氯离子对不锈钢的侵蚀。
1 引言
不锈钢因其优良的耐蚀性能在我国火电厂凝汽器中的使用越来越多，其耐蚀性能与冷却水水质密切相关。火电厂凝汽器冷却水多采用地表水，且使用量较大。由于水资源的短缺和环境污染，冷却水的水质逐年恶化，某些缺水地区部分电厂已经使用或正在考虑使用城市污水作为冷却水源。不同电厂凝汽器冷却水的组成差别较大，但其中均含有一定浓度的氯离子，某些污染水体中由于硫酸盐还原菌的存在可能还含有一定量的硫离子，这两种离子对不锈钢的耐蚀性能将产生较大影响[1-3]。
不锈钢是一种钝化型金属，点蚀是其在冷却水体系中的主要腐蚀形态。通过极化曲线测定可以研究其在不同水质中的耐点蚀性能，通过电化学阻抗谱则可以研究表面钝化膜对不锈钢的保护性能。十二烷基苯磺酸钠(SDBS)是一种常用的表面活性剂，具有毒性小、来源广泛、价格低廉等优点，研究发现其阴离子可通过静电引力吸附于带正电荷的不锈钢表面，对不锈钢在氯化钠溶液中的点蚀具有抑制作用[4]。本文将研究含硫离子和(或)氯离子的模拟冷却水中SDBS对不锈钢的缓蚀效果。
2 实验部分
2.1 实验材料及药品
实验材料为304不锈钢。将不锈钢板材加工成工作面为1cm1cm的试片，工作面背面焊上导线，用环氧树脂封装非工作面。实验前用0#~6#砂纸逐级打磨后，再用酒精脱脂，去离子水冲洗。 实验药品主要有十二烷基苯磺酸钠，氯化钠，九水合硫化钠等，所有药品均为分析纯。 2.2 模拟冷却水的配制 模拟冷却水体系中含有Ca2+ 20mg/L，Mg2+ 6mg/L，SO42- 360mg/L，Cl- 300mg/L，Na+ 380mg/L , 通过加入不同量的硫化钠和氯化钠溶液控制不同浓度的硫离子和氯离子。
2.3 电化学测试
电化学测试在CHI660D电化学工作站上进行，测试温度为45℃。电化学阻抗测试频率范围为100 kHz~0.05 Hz，交流激励信号幅值为5 mV，极化曲线测定扫描速度为1mV/s，Mott-Schottky图测定的测试频率为1kHz，扰动正弦波幅值为5mV，测定电位范围为0.1V~ 1.4V，电位间隔50mV，由高电位向低电位移动。测定时以铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，参比电极和工作电极之间用盐桥连接。文中电位均相对于饱和甘汞电极。
3 结果与讨论
3.1 不锈钢在含硫离子的模拟水中的电化学性能
3.1.1 电化学阻抗谱和极化曲线分析
图1 为不锈钢电极在含6mg/L 硫离子的模拟冷却水中添加不同浓度SDBS 时测得的电化学阻抗谱。阻抗谱表现为一个容抗弧，显示一个时间常数。从图1 可见不锈钢电极的阻抗值随SDBS 浓度的增加而增大，说明SDBS 对不锈钢电极具有较好的缓蚀性能。
图2 为不锈钢电极在含不同浓度SDBS 的模拟冷却水中的极化曲线，表1 为根据极化曲线获得的点蚀电位或过钝化电位，及0V 时不锈钢的钝态电流密度。
从图2和表1可以看出，在不含SDBS的模拟水中，不锈钢的极化曲线出现点蚀电位，为0.201V;加入0.1 mg/L的SDBS未见明显的缓蚀作用;继续增大SDBS浓度，点蚀电位出现显著提高，同时钝态电流密度随SDBS浓度的增加而减小。当SDBS浓度达到5mg/L以上时，不锈钢电极极化曲线不再出现点蚀电位，进入过钝化。
溶液中SDBS加入后不锈钢耐点蚀性能的显著提升，显然是由于SDBS延缓了硫离子对钝化膜所产生的破坏作用。点蚀电位的提高和钝化膜钝态电流密度Ip的减小均反映了钝化膜性能的改善。如Ip 反映金属通过钝化膜的溶解速度，其值的减小表明钝化膜保护性能提高，说明SDBS有效地改变了钝化膜的性能。
3.1.2 Mott-Schottky 图分析
金属表面的钝化膜具有半导体性质，它与含有氧化还原对的溶液接触时，半导体相与溶液相之间发生电荷转移，达到静电平衡时，半导体相与溶液相分别带相反电荷，半导体相的过剩电荷分布在空间电荷层内，当空间电荷层显示耗尽层时，其电容与电位的关系服从Mott-Schottky公式[5]。
式中CSC为空间电荷层电容，Nq为载流子浓度，ε0为真空介电常数，ε为钝化膜相对介电常数，E为施加电位，Efb为平带电位，q为基本电荷，k为Boltzomann常数。由上式可见CSC-2与E成线性关系，即Mott-Schottky图显示一直线。对n-型半导体直线斜率为正，对p-型半导体直线斜率为负，由直线斜率可求出Nq，由直线截距可求出Efb。
图3 为不锈钢电极在含6mg/L 硫离子的模拟冷却水中添加1mg/L SDBS 前后所测得的Mott-Schottky 图谱。表2 为根据图3 的Mott-Schottky 图计算得到的钝化膜的施主密度ND 和受主密度NA。
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