CN103233232A - 一种纯铜缓蚀剂 - Google Patents

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徐群杰
李美明
靳雪
刘明爽
周罗增
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Shanghai University of Electric Power
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Abstract

本发明公开了一种纯铜缓蚀剂及其制备方法，所述的纯铜缓蚀剂为浓度为1-8mg/L羧甲基纤维素钠的水溶液。其制备方法，即将含羧甲基纤维素钠加入到水中，控制温度为65℃下搅拌1h即得到纯铜的缓蚀剂即羧甲基纤维素钠的水溶液。本发明的一种纯铜缓蚀剂，其所用的原料羧甲基纤维素钠价格低廉、原料易得，因此其生产成本低。另外，本发明的一种纯铜缓蚀剂，由于羧甲基纤维素钠天然改性聚合物易生物降解，因此不会造成环境污染问题。

Description

一种纯铜缓蚀剂
技术领域
本发明涉及一种纯铜缓蚀剂，属于金属材料的防腐蚀技术领域。 
背景技术
铜及其合金因具有良好的导热、机械加工、耐蚀等性能，在电力，船舶等工业的热交换系统中得到广泛的应用。但在含Cl-、SO4 2-、HCO3-等的腐蚀性介质中，铜及其合金易发生腐蚀，缩短了使用寿命。 
添加无机或有机缓蚀剂已成为铜及其合金的重要防腐蚀技术。一些传统的高效铜缓蚀剂，如苯并三唑和噻二唑及其衍生物，都是含有N、S等杂环化合物，难生物降解，甚至有毒性，会造成严重的环境污染问题。 
因此，必须研究出新的绿色环境友好型铜缓蚀剂，来替代传统铜缓蚀剂。聚天冬氨酸、氨基酸类、咖啡酸等绿色铜缓蚀剂，受到了科研工作者的广泛关注。但目前，绿色铜缓蚀剂未能得到广泛的应用，其中有两个重要原因：一，价格昂贵；二，用量高。 
发明内容
本发明的目的是为了解决上述的铜缓蚀剂的价格昂贵、用量高等技术问题而提供一种价格低廉、用量少，且可生物降解的纯铜缓蚀剂。 
本发明的技术方案 
一种纯铜缓蚀剂，即为浓度为1-8mg/L羧甲基纤维素钠的水溶液，优选为5mg/L。
上述的一种纯铜缓蚀剂的制备方法，步骤如下： 
将含羧甲基纤维素钠加入到水中，控制温度为65℃下搅拌1h即得到羧甲基纤维素钠的水溶液。
本发明的有益效果 
本发明的一种纯铜缓蚀剂，即羧甲基纤维素钠的水溶液，由于羧甲基纤维素钠天然改性聚合物的价格低廉、原料易得，因此其生产成本低。
进一步，本发明的一种纯铜缓蚀剂与其他绿色缓蚀剂相比，由于羧甲基纤维素钠天然改性聚合物易生物降解，因此不会造成环境污染问题，另外，本发明的一种纯铜的缓蚀剂使用时，其用量少，因此，有利于其工业推广，降低使用成本。 
附图说明
图1、铜电极在添加不同浓度纯铜缓蚀剂的模拟冷却水中1h后的交流阻抗图； 
图2、铜电极在添加不同浓度纯铜缓蚀剂的模拟冷却水中1h后的极化曲线图；
图3a、铜电极在未添加纯铜缓蚀剂的模拟冷却水中1h后的SEM图；
图3b、铜电极在添加5mg/L纯铜缓蚀剂的模拟冷却水中1h后的SEM图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。 
本发明的一种铜缓蚀剂表面形貌表征的测定方法 
扫描电子显微镜（SU-1500，日本Hitachi公司）观察铜电极表面的SEM图。
电化学分析
交流阻抗测试和极化曲线的测量都在三电极体系中完成，工作电极为铜电极，辅助电极和参比电极分别为Pt电极和饱和甘汞电极（SCE）。
电化学测试采用仪器为EG&G公司的恒电位仪Potentiostat/Galvanostat Model 273A和锁相放大器 Model 1025 LOCK IN AMPLIFIER。 
交流阻抗测量使用 PRAC M398，其系统频率范围为100 kHz - 0.05 Hz，交流激励信号峰值为5 mV； 
极化曲线的测量采用恒电位仪Model 273A，其扫描范围-0.15- 0.15 V (vs. OCP)，扫描速度为1 mV/s。
实施例1
一种纯铜缓蚀剂，即浓度为1mg/L的羧甲基纤维素钠的水溶液。
上述的一种纯铜缓蚀剂的制备方法，步骤如下： 
将1mg的羧甲基纤维素钠加入到1000ml的水中，控制温度为65℃下搅拌1h，即得到浓度为1mg/L的羧甲基纤维素钠的水溶液。
实施例2
一种纯铜缓蚀剂，即浓度为2mg/L的羧甲基纤维素钠的水溶液。
上述的一种纯铜缓蚀剂的制备方法，步骤如下： 
将2mg的羧甲基纤维素钠加入到1000ml的水中，控制温度为65℃下搅拌1h，即得到浓度为2mg/L的羧甲基纤维素钠的水溶液。
实施例3
一种纯铜缓蚀剂，即浓度为3mg/L的羧甲基纤维素钠的水溶液。
上述的一种纯铜缓蚀剂的制备方法，步骤如下： 
将3mg的羧甲基纤维素钠加入到1000ml的水中，控制温度为65℃下搅拌1h，即得到浓度为3mg/L的羧甲基纤维素钠的水溶液。
实施例4
一种纯铜缓蚀剂，即浓度为5mg/L的羧甲基纤维素钠的水溶液。
上述的一种纯铜缓蚀剂的制备方法，步骤如下： 
将5mg的羧甲基纤维素钠加入到1000ml的水中，控制温度为65℃下搅拌1h，即得到浓度为5mg/L的羧甲基纤维素钠的水溶液。
实施例5
一种纯铜缓蚀剂，即浓度为8mg/L的羧甲基纤维素钠的水溶液。
上述的一种纯铜缓蚀剂的制备方法，步骤如下： 
将8mg的羧甲基纤维素钠加入到1000ml的水中，控制温度为65℃下搅拌1h，即得到浓度为8mg/L的羧甲基纤维素钠的水溶液。
应用实施例1
上述实施例1-5所得的纯铜缓蚀剂在铜缓蚀方面的应用，包括如下步骤：
（1）、铜的预处理
将6块铜电极依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨后，在丙酮液中用超声波清洗机清洗5min左右后，再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，以除去表面油污和油脂；
（2）、模拟冷却水的配制
      将NaCl,Na2SO4,NaHCO3加入到去离子水中，配制浓度为
[NaCl]=39mg/L,[NaSO4]=90mg/L,[NaHCO3]=70mg/L的模拟冷却水；
（3）、在6份1000ml的步骤（2）的模冷却水中，依次分别添加0mg、1mg、2mg、3mg、5mg和8mg的羧甲基纤维素钠，控制温度为65℃下搅拌1h，即分别得含0mg/L、1mg/L、2mg/L、3mg/L、5mg/L和8mg/L的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水；
（4）、将步骤（1）预处理后的6块规格相同的铜电极分别放入步骤（3）所得的含0mg/L、1mg/L、2mg/L、3mg/L、5mg/L和8mg/L的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中1h。
采用PRAC M398测定上述在含不同浓度的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水1h的铜电极的交流阻抗图，结果如图1所示,从图1中可以看出随着纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液浓度的增加，铜电极阻抗明显增加，但当浓度8mg/L时，阻抗值却有所下降。 
铜电极在含不同浓度的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中的电化学交流阻抗参数，即缓蚀效率IE%可通过方程（1）计算： 
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，Rct(inh)为铜电极在含不同浓度的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中的电荷转移电阻；
Rct(0)为铜电极在含0mg/L的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中的电荷转移电阻；
    最终铜电极在含不同浓度的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中的电化学交流阻抗参数结果见下表1：
表 1、添加不同浓度纯铜的缓蚀剂的铜电极的电化学交流阻抗参数
Figure 2013101285403100002DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE002
从表1可以看出，随着纯铜的缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液浓度的增加，相应的电荷转移电阻和缓蚀效率呈现出增大的趋势，表明羧甲基纤维素钠逐渐取代水分子吸附在铜表面，形成了一层致密的缓蚀剂膜，阻碍了腐蚀性离子的侵蚀，使铜得到更好的腐蚀防护。
采用恒电位仪Model 273A测定上述在含不同浓度的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中1h的铜电极的极化曲线，结果如图2所示，从图2中可以看出在含有1mg/L、2mg/L、3mg/L、5mg/L和8mg/L的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中的铜电极的阳极和阴极的电流密度相对于0mg/L即不含纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中的铜电极的电流密度有明显的减少，由此表明了纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液对铜电极起到了良好的防腐蚀效果。 
其相应的电化学动力学参数腐蚀电位（Ecoor）,腐蚀电流（Icoor），缓蚀效率IE见如下表2： 
其中缓蚀效率根据方程（2）计算得出：
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE003
                  （2）
其中Icoor(0)为铜电极在未添加即0mg/L的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的的模拟冷却水中的腐蚀电流密度
Icoor(inh)为添加了含不同浓度的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的的模拟冷却水中的腐蚀电流密度。
表2、添加不同浓度纯铜缓蚀剂的铜电极的腐蚀电位、腐蚀电流及缓蚀效率
Figure 2013101285403100002DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE004
从表2中可以看出，随着纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液浓度的增大，腐蚀电位稍有正移，腐蚀电流密度明显的减少，缓蚀效率提高，表明纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液在铜表面形成了一层缓蚀剂膜，阻碍了腐蚀性离子的侵蚀，与交流阻抗的分析结果是一致的。
将在含0mg/L即未添加纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中1h的铜电极和在含5mg/L的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中1h的铜电极的表面分别用扫描电子显微镜（SU-1500，日本Hitachi公司）进行扫描，得到的SEM图分别见图3a、图3b，从图3a可以看出，未添加即含0mg/L纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中1h的铜电极表面有明显的粗糙和多孔的腐蚀现象，从图3b中可以看出，在含5mg/L纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中1h的铜电极表面没有明显的腐蚀现象，由此表明纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液对铜表面起到了良好的保护。 
综上所述，本发明的纯铜缓蚀剂即羧甲基纤维素钠水溶液，最终可以在铜表面形成一种缓蚀剂膜，保护铜表面不被腐蚀。 
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。 

Claims (3)

1.一种纯铜缓蚀剂，其特征在于所述的纯铜的缓蚀剂为羧甲基纤维素钠的水溶液。
2.如权利要求1所述的一种纯铜缓蚀剂，其特征在于所述的羧甲基纤维素钠的水溶液的浓度为1-8mg/L。
3.如权利要求2所述的一种纯铜缓蚀剂，其特征在于所述的羧甲基纤维素钠的水溶液的浓度为5mg/L。
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