1. 引言
从原理上讲，防止金属腐蚀的方法，有合理选材、表面处理、环境介质处理和电化学保护。对于一般的碳钢-除盐水体系，密封性难以维持，且要求防腐蚀方法不污染除盐水水质，因此，选材、一般的表面处理、电化学保护不适于防止除盐水中碳钢的腐蚀，主要通过环境介质处理，如调节除盐水pH值来防腐，但防腐效果不佳[1] 。因此本文开发研究缓蚀剂防腐。
咪唑啉是一类应用非常广泛的缓蚀剂，主要应用于酸洗、油田酸化等酸性介质中，应用于中性介质中对碳钢等材料防腐的很少，尤其是应用于除盐水中对碳钢防腐的几乎没有[2] -[8] 。为此，我们研究开发了一种可应用于防止除盐水中碳钢腐蚀的咪唑啉类缓蚀剂。这种咪唑啉缓蚀剂在除盐水中对碳钢的缓蚀效率高，经济实用，对环境也友好。这里报道它在40℃除盐水中对碳钢腐蚀的缓蚀情况，主要是报道它抑制除盐水中碳钢腐蚀的浓度作用规律和缓蚀作用类型。
2. 试验方法
本文采用失重法、极化曲线法研究碳钢在加不同浓度缓蚀剂的40℃除盐水中的腐蚀与缓蚀情况。
2.1. 失重法
目前测定金属腐蚀的方法中，失重法是一种经典的方法，适用于实验室和现场试验，它既是测定金属腐蚀速度最可靠的方法之一，也是其他测定金属腐蚀速度方法的基础[9] 。
失重法是通过向介质中添加缓蚀剂，比较其腐蚀速度的变化来确定缓蚀剂的缓蚀性能[10] 。失重法可分为静态失重法和动态失重法，主要是根据金属在介质中是否移动来划分的，本文采用静态失重法。
试样材料为20号碳钢，用0~6砂纸逐级打磨，使其光滑平整。在最后一道砂纸打磨之前，用游标卡尺分别测量各试片长、宽、厚、孔径等尺寸，最后一道砂纸打磨完毕后，将试片依次在无水乙醇中擦洗两次后用滤纸吸干表面残留乙醇，再用滤纸包好试片置于干燥器中干燥至恒重后称重。然后将试片悬挂在加入不同浓度咪唑啉的除盐水中，按照设定的试验时间和水浴温度进行试验。试验过程中观察试片表面腐蚀状况并记录。试验结束后将片取出，用除盐水将表面腐蚀产物清洗干净，依次用无水乙醇擦洗2次，用滤纸包好置于干燥器干燥至恒称重。通过腐蚀前后试片的质量差及试片的表面积，计算腐蚀速率、缓蚀效率。
2.2. 极化曲线法
极化曲线法也叫做塔菲尔(Tafel)线外推法，其原理是利用电化学测试技术，以自腐蚀电位为起点测量极化曲线，将测得的极化曲线的塔菲尔区外推相交于自腐蚀电位的水平线，所对应的电流密度即为金属的腐蚀电流，根据加入缓蚀剂前后腐蚀电流的变化计算缓蚀效率。
本文采用稳态动电位扫描技术进行极化曲线测定，仪器为CS300电化学工作站，测试软件为Corrtest4,扫描速度为2 mV/s。试验采用三电极体系，工作电极为20号碳钢，材料密度为7.8 g/cm3，材料化学当量为28 g，辅助电极及参比电极均用光亮铂电极。将250 ml加入一定浓度咪唑啉的除盐水置于三电极电解池中，放在恒温水浴锅中升至设定温度，极化范围相对开路电位为−200~+200 mV。开路电位设为稳定后的自腐蚀电位。文中电位均相对于铂电极。测试完毕后用CView2软件处理数据。
3. 试验结果与讨论
3.1. 碳钢在加入不同浓度咪唑啉缓蚀剂的除盐水中的腐蚀与耐蚀性
表1、图1是静态挂片法得到的碳钢在加入不同浓度咪唑啉缓蚀剂的40℃除盐水中的腐蚀与耐蚀情况。
由表1和图1可知，碳钢在加入不同浓度咪唑啉的除盐水中，随着咪唑啉浓度的增加，其对碳钢的缓蚀效果越来越好，咪唑啉浓度达到60 mg/L时，碳钢在除盐水中的腐蚀能被抑制住。原因是咪唑啉通
Table 1. The corrosion status of carbon steel 20# in the desalting water at 40˚C with different imidazoline content
表1. 碳钢在加入不同浓度咪唑啉的40℃除盐水中的腐蚀与耐蚀情况
过吸附在在碳钢表面形成覆盖层防腐蚀，缓蚀剂浓度越高，其覆盖层越好，缓蚀效果当然越好。
3.2. 加合适浓度缓蚀剂咪唑啉防止碳钢在除盐水中腐蚀的较长时间缓蚀效果
图1(h)是挂片法得到的碳钢在加合适浓度缓蚀剂咪唑啉的除盐水中的长期耐蚀效果。由图1(h)可知，碳钢在加入60 mg/L咪唑啉的除盐水中，时间长达96 h也没有腐蚀，为防止碳钢在除盐水中的腐蚀，加入咪唑啉60 mg/L的防腐效果更好。
3.3. 咪唑啉对碳钢在除盐水中腐蚀的缓蚀机理
表2是碳钢在加入不同浓度咪唑啉缓蚀剂的除盐水中的稳定自腐蚀电位，图2(a)、图2(b)是碳钢在加入不同浓度咪唑啉缓蚀剂的除盐水中的极化曲线。
由表2、图2(a)可知，随着咪唑啉浓度的增加，自腐蚀电位升高；由图2(b)可知，在相同阳极极化电位下，加入缓蚀剂后的阳极极化曲线均在空白极化曲线的左方，即加入缓蚀剂后的阳极极化电流小于空白阳极极化电流.且随着咪唑啉浓度的增加，阳极极化电流越来越小，而阴极电流在加入缓蚀剂咪唑啉前后变化不大，说明该咪唑啉在除盐水中对碳钢是阳极型缓蚀剂。
咪唑啉缓蚀剂从性能上可分为阳极型、阴极型和混合性缓蚀剂，从生成的保护膜可分成钝化膜型、吸附膜型和沉淀膜型缓蚀剂，阳极型缓蚀剂通过吸附作用在碳钢表面形成覆盖层防腐蚀 [11] [12] 。
Table 2. The sable self corrosion potential of carbon steel 20# in the desalting water with different imidazoline content
表2. 碳钢在加入不同浓度咪唑啉缓蚀剂的除盐水中的稳定自腐蚀电位
(a)
(b)
Figure 2. The polarization curves of carbon steel 20# in the desalting water with different imidazoline content (a) The original polarization curves of carbon steel 20# in the desalting water with different imidazoline content; (b) The polarization curves with the initial polarization potential to zero of carbon steel 20# in the desalting water with different imidazoline content after
图2. 碳钢在加入不同浓度咪唑啉的除盐水中的极化曲线 (a) 碳钢在加入不同浓度咪唑啉除盐水中的原始极化曲线；(b) 碳钢在加入不同浓度咪唑啉的除盐水中的起始极化电位归零极化曲线
4. 结论
1) 碳钢在加入不同浓度咪唑啉的除盐水中，随着咪唑啉浓度的增加，其对碳钢的缓蚀效果越来越好，当咪唑啉浓度达到60 mg/L时，碳钢在除盐水中的腐蚀能被抑制住。
2) 该咪唑啉在除盐水中对碳钢是阳极型缓蚀剂，通过吸附在碳钢表面形成覆盖膜防腐。