海上風(fēng)電電器設(shè)備安全運行是維持風(fēng)機穩(wěn)定運行的核心，因此，其防護尤為重要，而氣相防銹技術(shù)以不挑設(shè)備形狀、無孔不入等優(yōu)勢成為電器設(shè)備防護的主要方式之一，然而電器設(shè)備涉及的金屬材料較多，各種防銹成分可能存在不相容問題，反而導(dǎo)致部分金屬發(fā)生腐蝕促進現(xiàn)象，因此，需要準(zhǔn)確判斷各個成分對常用金屬材料的緩蝕性。本文通過對四種金屬在十種常用氣相防銹成分中浸泡腐蝕研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，苯丙三唑、水溶性羊毛脂、十二烷基磺酸鈉對四種金屬均具有良好的緩蝕效果，其他成分均有對某一金屬具有腐蝕促進作用，通過電化學(xué)測試發(fā)現(xiàn)二甲基咪唑、酒石酸鉀鈉、檸檬酸鈉對Q235具有良好的緩蝕效果，但酒石酸鉀鈉、檸檬酸鈉對鋅腐蝕促進效果較強。苯并三唑?qū)︺~、鋅具有明顯的緩蝕效果，而司盤40對鋁表現(xiàn)出良好的緩蝕效果。結(jié)論為：多金屬用氣相防銹材料復(fù)配應(yīng)盡可能選擇防銹效果良好且對其他金屬相容性更好的成分，并選擇緩蝕機理相同或相似的成分，通過協(xié)同效果增大緩釋效率，達到良好的防銹性能。
引言
海上風(fēng)電電器設(shè)備長期服役于高溫、高濕、高鹽霧環(huán)境下極易發(fā)生腐蝕，而對于電氣設(shè)備而言，輕微的腐蝕可能就會對其性能造成影響，因此，其防護尤為重要。電子電器設(shè)備包含了多種金屬材料，尤其像金屬螺釘、接線端子、接插件、電路板通孔等如果腐蝕控制措施不當(dāng)，容易產(chǎn)生早期腐蝕問題，給產(chǎn)品后續(xù)運行使用埋下隱患。近些年，氣相防銹技術(shù)迅猛發(fā)展，因具有不挑設(shè)備形狀，無孔不入保護金屬設(shè)備的優(yōu)點，而廣泛應(yīng)用到車間儲存、包裝運輸?shù)刃袠I(yè)，其防護效果得到行業(yè)的廣泛認可。
目前市面上多以單金屬氣相防銹產(chǎn)品為主，隨著設(shè)備多金屬綜合防護日益增長的需求，單組份氣相防銹產(chǎn)品已不能滿足日常需求，而多種單組份金屬混用可能造成防銹不相容而導(dǎo)致加速部分金屬材料腐蝕的可能性，因此，利用復(fù)配技術(shù)來擴展其適用范圍、增強緩蝕效率成為氣相緩蝕劑研究的重要方向，但是對于復(fù)配基礎(chǔ)材料防銹機理、金屬表面對吸附分子的選擇以及表面活性差異性，導(dǎo)致部分金屬防銹性能存在不相容現(xiàn)象，進一步導(dǎo)致復(fù)配選材難以到達較好的效果，如碳酸環(huán)己胺（CHC）對鐵、鎂、鋁等金屬具有良好的的緩蝕效果，但是對Cu具有侵蝕作用，協(xié)同性不夠且其對人體和環(huán)境有毒。研究表明氨基酸對鋼材具有較好的防銹性能，且其具備綠色、合成技術(shù)簡單等優(yōu)點，張大全通過自組裝將組氨酸引入到對銅的緩蝕效果研究，通過不同pH下研究發(fā)現(xiàn)其緩釋效率與pH密切相關(guān)，堿性條件緩釋效率遠遠高于酸性條件下。有研究者發(fā)現(xiàn)添加植酸及其鹽對銅緩蝕增強，但除了鋁金屬以外，植酸在含量不足的情況下，對黑色金屬、銅、鋅非但沒有防銹效果，反而有加速腐蝕的趨勢，另外，植酸對金屬防銹性能還與PH密切相關(guān)。研究表明磷酸氫二鈉對鋼、鋁等具有防銹效果，但會加速銅的腐蝕，六偏磷酸鈉可作為鋼、鉛的緩蝕劑，但對銅、鋅、鋁具有腐蝕促進效果。
由于復(fù)配成分對鋼（Q235）、銅、鋅、鋁可能存在不相容問題，本文通過對四種金屬與10種常用防銹材料的腐蝕性、緩蝕性進行研究，從而為多金屬用氣相防銹劑的選材提供一定的數(shù)據(jù)支持。
試驗
1.試驗樣品
接觸腐蝕性試驗樣品是規(guī)格尺寸為25mm×50mm×3mm的鋼（Q235）、鋅、鋁、鋅板，電化學(xué)測試的試驗樣品是用環(huán)氧樹脂制備有效暴露面積為1cm×1cm的鋼（Q235）、銅、鋅、鋁的金屬片，分別240#、400#及800#砂紙依次打磨，至表面光亮無銹蝕、無坑點等較大表面缺陷，再用無水乙醇擦洗金屬表面除油，并在50℃烘干10min，放于干燥器中備用。
涉及的防銹藥品如表1所示：
表 1 試驗藥品及廠家信息表
2.試驗方法
主要通過接觸性腐蝕、電化學(xué)測試判斷其對金屬的腐蝕性及緩蝕性。
1. 接觸腐蝕性測試
接觸性腐蝕測試的具體操作步驟如下：
（1）金屬樣品準(zhǔn)備
將提前除油清洗干凈的Q235、銅、鋅、鋁板稱重，記錄浸泡前重量，稱重后浸沒約盛有35mL配制的藥品溶液的50mL離心管中，擰緊瓶蓋，放入烘箱，試驗條件為(50±2)℃，連續(xù)浸泡7天，浸泡結(jié)束后，取出金屬樣片沖洗表面，在50℃干燥10min后，放至常溫并稱重。
（2）配制大氣腐蝕模擬液
大氣腐蝕模擬液是含有100mg/L的NaHCO3、Na2SO4及NaCl的混合溶液。
（3）配制氣相防銹溶液
配制氣相防銹溶液以大氣腐蝕液為基礎(chǔ)溶液，配制含有1g/L的氣相防銹溶液。
2.電化學(xué)測試
電化學(xué)測試采用三電極體系，制備的1cm×1cm的金屬試樣為工作電極，飽和Ag/AgCl為參比電極，鉑片為對電極，電解液為氣相防銹溶液，空白試驗電解液為大氣腐蝕模擬液。極化曲線法采用動電位掃描測試，極化曲線測試電位掃描范圍±250mV（vs OCP），掃描速度 5mV/s，所有電化學(xué)測試均在常溫下進行。
3.數(shù)據(jù)處理方法
（1）接觸腐蝕性
采用腐蝕前后重量差計算腐蝕速率v（g/（m2•h）），公式如下：
式中：
v—腐蝕速率，g/（m2•h）；
W1—腐蝕后的金屬質(zhì)量，g；
W0—腐蝕前的金屬質(zhì)量，g；
A—金屬樣品表面積，m2；
T—腐蝕時間，h。
注：腐蝕后樣品僅用去離子水沖洗，不做其他處理，隨后50℃烘干，稱重。腐蝕速率數(shù)據(jù)取絕對值，“+”表示增重，即表面有腐蝕產(chǎn)物覆蓋，“-”表示失重，即金屬在浸泡過程中部分溶于模擬液中。
緩釋效率效率計算公式如下：
式中：
η—緩釋率，%；
V0—未加入氣相防銹成分時的腐蝕速率，g/（m2•h）；
V1—加入氣相防銹成分時的腐蝕速率，g/（m2•h）。
（2）電化學(xué)測試
繪制 E-log|i|圖像，數(shù)據(jù)分析主要利用 tafel 曲線在平衡電位±60mV 做切線擬合，陰陽極切線相交，且交點與 tafel 曲線最低點延長線相交，交點對應(yīng)的電位為自腐蝕電位，電流為自腐蝕電流。電化學(xué)實驗緩蝕劑對金屬的緩蝕率計算公式如下：
式中：
η—緩蝕率（%）；
Icorr —為金屬在沒有添加緩蝕劑時的腐蝕電流密度（mA/cm2）；
I′corr —為金屬在添加緩蝕劑時的腐蝕電流密度（mA/cm2）。
結(jié)果與討論
鋼（Q235）、銅、鋅、鋁在大氣腐蝕模擬液中浸泡7天后的腐蝕速率圖分別為圖1~圖4，圖中黑色虛線表示增重/失重腐蝕速率分界線，紅色虛線表示無防銹成分腐蝕速率，介于紅線之間即為正向緩蝕，紅線之外即為反向緩蝕（即加速腐蝕），由圖1可以看出編號2、3、4、5、7、9的藥品對鋼（Q235）具有良好的緩蝕作用，其他編號（6和8）的藥品對鋼（Q235）幾乎無作用效果，編號1和10的藥品甚至加速鋼腐蝕。圖2可以看出所有藥品均對銅具有正向防銹作用。圖3可以看出編號1、4、5、6、8、10的藥品對鋅具有正向防銹作用。圖4可以看出除了編號3、5的藥品外，其他藥品對鋁均勻正向防銹作用。圖5為鋼（Q235）、銅、鋅、鋁不同藥品浸泡7天后緩蝕效率圖，由圖5可看出編號2（酒石酸鉀鈉）、4（苯丙三唑）、6（水溶性羊毛脂）、8（十二烷基苯丙磺酸鈉）的藥品對四種金屬都具有正向緩蝕效果。
圖 1 鋼（Q235）不同藥品藥品浸泡7天后腐蝕速率
圖 2 銅不同藥品藥品浸泡7天后腐蝕速率
圖 3 鋅不同藥品藥品浸泡7天后腐蝕速率
圖 4 鋁不同藥品藥品浸泡7天后腐蝕速率
圖 5 鋼（Q235）、銅、鋅、鋁不同藥品藥品浸泡7天后緩蝕效率
鋼（Q235）、銅、鋅、鋁四種金屬在不同防銹液中的極化曲線測試曲線如圖6所示，通過數(shù)據(jù)分析獲得極化電流密度如圖7所示，分析數(shù)據(jù)可以看出，對Q235鋼而言，二甲基咪唑、檸檬酸鈉、酒石酸鉀鈉、司盤40、苯并三唑以及水性羊毛脂均對其具有防銹效果，苯并三唑、司盤40、十二烷基苯磺酸鈉、酒石酸鉀鈉、烏托洛品、檸檬酸鈉、水溶性羊毛脂、苯甲酸銨、二甲基咪唑均對銅具有防銹效果，苯并三唑、水性羊毛脂和烏托洛品對鋅具有一定的防銹效果，司盤40、水性羊毛脂、烏托洛品、酒石酸鉀鈉和苯并三唑?qū)︿X具有正向保護作用。數(shù)據(jù)綜合分析發(fā)現(xiàn)苯并三唑?qū)︺~、鋅具有良好的防銹效果，二甲基咪唑、檸檬酸鈉對Q235鋼防銹效果較為突出，而司盤40對鋁具有較好的防護性能。其中，苯丙三唑、十二烷基苯磺酸鈉以及水性羊毛脂對四種金屬均具有正向防銹效果。
圖 6 Q235(a)、銅(b)、鋅(c)、鋁(d)在不同藥品中的極化曲線
圖 7 Q235、銅、鋅、鋁在不同藥品中的緩釋效率
通過浸泡試驗以及電化學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)，苯丙三唑?qū)λ姆N金屬均具有良好的緩蝕效果，對鋼的緩蝕機理主要在苯丙三唑含有N雜化原子，易與鋼表面形成Fe-N鍵，其親和力較好，因此，形成的保護膜牢固且致密可有效減少腐蝕性介質(zhì)與金屬表面接觸而發(fā)生腐蝕，且氮原子與鐵形成穩(wěn)定的配位鍵，提高鐵在腐蝕介質(zhì)中的陽極活化能，降低腐蝕發(fā)生，另外，雙鍵可形成Π-d鍵，增大分子的吸附能力。苯丙三唑?qū)︺~的緩蝕效果較好主要是其可以吸附在銅表面，形成較為致密的絡(luò)合物膜，從而達到良好的緩蝕效果。苯丙三唑與鋅形成[Zn(BTA)2]m絡(luò)合膜，有效抑制鋅的溶解，苯丙三唑中的孤對電子和Π鍵以配位鍵和共價鍵的形式交替與鋁結(jié)合，使得鋁表面產(chǎn)生的鈍化膜牢固且難溶，從而達到良好的防護作用。水溶性羊毛脂對鋼、銅、鋅、鋁具有良好的緩蝕性能，緩蝕機理尚不明確，可能是由于水溶性羊毛脂改變了金屬與液面接觸的表面張力。十二烷基磺酸鈉中磺酸根具有一定的電負性，可吸附在金屬表面，而烷基鏈具有憎水性，可有效阻止水分子與金屬表面接觸，從而達到防銹效果，其吸附緩蝕機理如圖8。
圖 8 長鏈緩蝕成分防銹機理
結(jié)論
通過對十種常用氣相防銹材料對鋼（Q235）、銅、鋅、鋁四種金屬直接浸泡腐蝕性研究和電化學(xué)性能研究，結(jié)果表明苯丙三唑、水溶性羊毛脂、十二烷基磺酸鈉對四種金屬均具有正向緩蝕效果，其中，苯丙三唑?qū)︺~、鋅防銹效果突出。二甲基咪唑、檸檬酸鈉和酒石酸鉀鈉對鋼表現(xiàn)出良好的緩釋效果，相容性對比下，二甲基咪唑更適合用于多金屬氣相緩蝕劑中提高鋼緩釋能力的藥品，司盤40對鋁具有良好的緩釋性，且對其他金屬腐蝕性較小，可用于提高鋁的緩釋能力?？傊?，多金屬用氣相防銹材料復(fù)配應(yīng)盡可能選擇正向防銹效果的材料，或者促進腐蝕效果較小的成分，并選擇緩蝕機理相同或相似的成分，通過協(xié)同效果增大緩釋效率，達到良好的防銹性能，從而為電器設(shè)備防腐防護提供支持。
引用本文：
楊贈儒，林錦鵬，鄧子喬，向利，陳川.氣相防銹材料對海上風(fēng)電常用金屬材料的緩蝕性影響研究[J].環(huán)境技術(shù),2023,41(10):46-51.
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