铝箔腐蚀中咪唑衍生物离子液体的缓蚀作用研究

第32卷第8期 2009年8月

自然科学版)

JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

合肥工业大学学报(

Vol.32No.8 Aug.2009

铝箔腐蚀中咪唑衍生物离子液体的缓蚀作用研究

李学良, 王 跃, 翁德明, 汪 华

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(1.合肥工业大学化学工程学院,安徽合肥 230009;2.淮北东磁电子有限公司,安徽淮北 2305000)

摘 要:文章采用自制的咪唑衍生物离子液体为缓蚀剂,结合典型生产工艺,研究了合成缓蚀剂在铝箔腐蚀中的作用。实验结果表明,温度、硫酸浓度和离子液体浓度对铝箔腐蚀有重要的影响。随硫酸浓度加大,腐蚀速率存在先减小后加大的现象,表面稀硫酸对该缓蚀剂有协同增强效应,离子液体浓度较小时,缓蚀效率变化明显。高温时离子液体缓蚀剂仍呈现出良好的缓蚀性能,离子液体在铝箔上吸附符合Langmuir公式,文中对腐蚀作用机制进行了探讨,分析结果与实验测量值相吻合。关键词:咪唑衍生物;铝箔;离子液体;缓蚀剂

中图分类号:TG174 文献标识码:A 文章编号:1003 5060(2009)08 1166 04

Studyoninhibitionofimidazolederivative

ionicliquidforaluminumfoilcorrosion

LIXue liang, WANGYue, WENGDe ming, WANGHua

Ltd.,Huaibei235000,China)

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(1.SchoolofChemicalEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China;2.HuaibeiEastMagneticElectronicsCo.,

Abstract:Inthispaper,akindofionicliquidmadefromimidazolewasusedasthecorrosioninhibitorandtheinhibitionofimidazolederivativeionicliquidforaluminumfoilcorrosionwasinvestigatedbytheweightlossexperiment.Theexperimentalresultsindicatethattheeffectofconditions,suchastemperature,ionicliquidconcentrationandsulfuricacidconcentration,playedanimportantroleonthecorrosionrateofaluminumfoil.Withtheincreaseintheconcentrationofsulfuricacid,thecorro sionratereducedslightlyattheconcentrationoflessthan0 500mol/Landthenincreased,showingthatsulfuricacidhadsomesynergyonthesurface.Atthelowconcentrationofionicliquid,thecorro sionratechangedobviously.Atthetemperatureof90 0 ,theionicliquidstillshowedgoodcorro sioninhibitionforaluminumfoil.BasedontheLangmuiradsorptionisotherm,theoreticalanalysiswasmadeandtheresultscoincidedwiththeexperimentalmeasurements.Keywords:imidazolederivative;aluminumfoil;ionicliquid;corrosioninhibitor 平衡电位很低的金属铝极易被腐蚀,铝箔的多孔腐蚀和氧化可用于电容器用化成箔的制备。强酸介质下的腐蚀成为化成箔的重要方法,由盐酸、硫酸组成的强酸溶液中的腐蚀已得到重要的应用。铝箔腐蚀能提供高比表面积,导致比电容加大。然而,强酸腐蚀成孔的同时,也会带来铝箔厚度的减薄,严重时导致铝箔的穿孔,反而使表面积大幅下降,同时铝箔的机械强度降低。因而,需

要发展一种微孔内部的腐蚀大于表面腐蚀的缓蚀剂。在生成孔的同时,能对整体进行缓蚀,这将有助于解决箔片高比容与一定机械强度之间的矛盾,进而提高产品质量和稳定性。

现有的缓蚀剂多是针对钢、铜等及其合金,关于铝箔的缓蚀研究较少[1-6]。因而,开发铝箔在盐酸和硫酸介质中的缓蚀剂具有重要理论意义和应用前景。新型功能化合物离子液体的合成和发

收稿日期:2008 09 27

基金项目:安徽省科技厅重点科研资助项目(07010202032);科技部科技型中小企业技术创新基金资助项目(07C26113400546)作者简介:李学良(1961-),男,湖北黄梅人,博士,合肥工业大学教授,硕士生导师.

展,为新型缓蚀剂开发和应用提供了新的发展契机。针对改变结构能调节分子的缓蚀作用和缓蚀性能,本文采用自制的具有含羟基咪唑衍生物的离子液体作为缓蚀剂,利用失重法研究了添加物对铝的缓蚀作用,分析了温度、浓度等因素对缓蚀作用的影响,同时将该离子液体的缓蚀性能与乌洛托品进行了比较,并对缓蚀机理进行了初步探讨。

[5-9]

选定温度范围内,测定了不同硫酸浓度下铝片的腐蚀情况。不同温度下缓蚀效率与硫酸浓度的关系曲线如图1所示。从图1可看出,在咪唑衍生物离子液体存在下,硫酸具有一定抑制腐蚀的能力,表明稀硫酸对该缓蚀剂有协同增强效应,抑制了铝的腐蚀。当硫酸浓度小于0 500mol/L时,随着硫酸浓度的增加,呈现出缓蚀率逐步加大。当硫酸浓度为0 500mol/L时,缓蚀效率达最大。当硫酸浓度大于0 500mol/L时,随着硫酸浓度的进一步增加,铝的腐蚀速率又加大。随着温度上升,

缓蚀效率逐步下降。

1 实验部分

主要仪器有电子天平和电热恒温水浴锅,主要试剂为:铝箔( 99 99%)、盐酸、硫酸、乙醇、丙

酮和自制含羟基的咪唑衍生物的离子液体等。

实验中主要采用失重方法进行腐蚀测量。将铝箔先打磨光滑,再分别用无水乙醇和丙酮进行清洗和脱脂,干燥后精确称重,并置于干燥器中备用。将铝片置入不同溶液中,腐蚀一段时间,取出铝片,用蒸馏水反复冲洗,烘干后精确称重。失重法平均腐蚀速率计算公式为:

V=(m0-m1)/(tA)。

其中,m0、m1和V分别为金属样品腐蚀前质量、腐蚀后质量和平均腐蚀速率;t和A分别为腐蚀时间和铝箔的面积。

缓蚀效率 计算公式为:

=(V0一V1)/V0!100%。

其中,V0和V1分别为未加缓蚀剂和添加缓蚀剂后样品的腐蚀速率。

相对腐蚀速率E为:

E=V/V0!100%。

为防止误差,相同条件实验重复多次,所得数据取平均值。

通过电热恒温水浴锅,控制和恒定溶液温度。改变离子液体缓蚀剂的浓度、酸浓度和腐蚀体系的温度,重复上述实验,得到不同温度下不同缓蚀剂浓度和酸性溶液时铝片的损失质量。

图1 缓蚀率与硫酸浓度的关系

2 2 离子液体浓度对相对腐蚀速率的影响

采用盐酸和硫酸浓度分别为1 00mol/L和0 500mol/L溶液作为腐蚀介质,加入不同浓度的咪唑衍生物离子液体,在70.0 和90.0 时测定了铝片的腐蚀速率,得出相对腐蚀速率与缓蚀剂浓度的关系,如图2所示。从图2中可见,咪

唑衍生物离子液体能降低铝箔的腐蚀速率。

2 结果与讨论

温度、硫酸浓度和离子液体浓度是影响铝腐蚀的重要因素,依据生产中的典型工艺,着重分析盐酸浓度为1 00mol/L时,不同浓度的硫酸和添加剂对腐蚀过程的影响,考虑到实际腐蚀工艺中采用较高的温度,本文考察温度为70.0 和90.0 。2 1 硫酸浓度的影响

分别选定含羟基的咪唑衍生物离子液体(23 0mmol/L),盐酸的浓度为1 00mol/L。在

图2 相对腐蚀速率与缓蚀剂浓度的关系

从图2可看出,在同一温度下,离子液体浓度小于7 5mmol/L时,随着离子液体浓度增大,金属铝片腐蚀速率明显下降;当离子液体浓度增大

23 0mmol/L时,铝片的腐蚀速度基本保持不变,离子液体的缓蚀效率变化很小。随着离子液体浓度增大,吸附量逐渐增大,带羟基和长碳链的咪唑离子液体在表面上产生定向排列,当离子液体浓度增大到一定浓度时,吸附量已基本达到饱和,铝腐蚀速率基本保持不变。

实验中发现,当温度升高到90.0 时,相对腐蚀速率为23 9%,这说明在相对高的温度下,离子液体缓蚀剂具有优良的抗酸性能。高温的水溶液体系中呈现良好的缓蚀性能,这为腐蚀铝箔生产中改进工业技术和优化腐蚀工艺提供了新的缓蚀剂。

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