缓蚀剂性能的测试和评定

• 极化曲线法只适用于活化控制的腐蚀体系，如金属在酸中的析氢反应 腐蚀。对于浓度极化较大的体系、电阻较大的溶液以及在强烈极化时 金属表面发生钝化或溶解的情况则不适用。利用极化曲线法评定缓蚀 剂是基于缓蚀剂会抑制腐蚀电极反应，降低腐蚀速率，从而改变受抑 制的电极反应的极化曲线走向，如图8-13所示。在缓蚀剂加入后，阴、 阳极理想极化曲线的交点由S。移动到S，腐蚀电流密度则由i。移动 到i，腐蚀电流密度明显减少，说明缓蚀剂起到了显著的缓蚀作用。根 据缓蚀剂对电极反应的抑制机理不同，即极化曲线走向的不同，可以 将缓蚀剂分为阴极、阳极和混合抑制型缓蚀剂。
• 下面着重介绍石油工业的油气井酸化缓蚀剂缓蚀 效率的静态失重法。 • 试验条件和技术要求
– 试验条件。试验温度为60、90、120、150、180度， 试验压力为常压（60度和90度）和30MPa（120、150、 180度在高压釜内进行）；试片为N80油管钢，J-55油 管钢或其他油管钢；试验酸液为15%-28%HCl溶液， 土壤溶液由3%-6%HF和6%-12%HCl组成，酸液浓度 误差不超过正负0.2%；酸液用量为每平方厘米试片表 面积，盐酸或土壤溶液为15mL；试验时间为4h，若现 场施工条件要求，可延长试验时间。 – 试验技术要求。盐酸溶液用玻璃容器，土壤溶液使用 聚四氟乙烯容器。试验次数，一般要做3个平行试验， 必要时重复平行试验以保证实验数据的准确可靠。
• 缓蚀剂性能的测试方法可分为静态试验和动态试 验两类。动态试验又可分为实验室动态试验和现 场动态试验。 • 静态试验时，金属试样和介质处于静止状态。油 气田主要采用的有密闭法和开式法，实验设备与 都较为简单，但所得测试结果与实际应用出入较 大，因此主要用于缓蚀剂初步筛选和评定。 • 在动态试验中，实验室动态试验占有很重要的地 位。这是因为，缓蚀剂的筛选和评定工作量较大， 只能在实验室模拟现场条件下进行，而且试验方 法力求迅速。而用于实验室并不能完全模拟生产 现场的介质条件等情况，因此实验室的模拟结果 还需要在生产实践中进行验证，从而得出最终结 论。
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电化学法
• 电化学是一种间接方法，测量时先对电极 进行“阴极”和“阳极”极化，根据极化 曲线推算出腐蚀电流密度I。再换算出腐蚀 速率。下面主要介绍极化曲线法和线性极 化法在缓蚀剂性能测试和评定中的应用。
极化曲线法
• 利用电化学测量技术测得以 金属电极自腐蚀电位为起点 的完整极化曲线，如图8-12 所示。 • 极化曲线可分为3个区：线性 区---AB段；弱极化区---BC段； 塔菲尔区---CD段。在E-lgi图 上将塔菲尔区的CD段外推， 使其与自腐蚀电位E。的水平 线相交于O“点。该点所对应 电流密度即为金属的自腐蚀 电流密度i。，根据法拉第定 律，即可将电流密度i。换算 为腐蚀速率。
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试验结果评价
– – 试片表面状况描述。对于试片腐蚀后表面是否光亮均 匀，是否有斑蚀、点蚀、氢鼓泡等现象，进行详细记 录，对腐蚀严重的试片，注意拍照并保留试片。 试验溶液的描述。实验前、后都应观察酸溶液是否透 明清亮，是否有分层、乳化、浑浊、沉淀等现象，并 记入试验结果报告中。 腐蚀速率和缓蚀效率计算。 试验结果报告。试验结果报告包含酸液浓度、配方和 用量，缓蚀剂名称和用量;试验温度、压力、时间； 试片材质、名称和化学组成；试片质量损失；试片表 面腐蚀现象；腐蚀速率和缓蚀效率等内容。
• 根据极化曲线法得到腐蚀电流密度后，缓 蚀剂的缓蚀效率n可通过下式获得：
• 式中，i。和i分别是缓蚀剂加入前、后金属 的自腐蚀电流密度。
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极化曲线测量所用的仪器、药品和试验装置主要有恒电位 仪、饱和甘汞电极、栢电极、金属电极、恒温水浴槽、盐 桥、电解池、酸溶液（盐酸、硫酸、氢氟酸等）、缓蚀剂、 盐酸和硫酸用玻璃烧杯或烧瓶、氢氟酸用塑料容器，以及 其他试件、夹具和预处理品。恒电位法的极化曲线测量操 作步骤如下： 1 将准备好的待测电极（面积尺寸一定），经细砂纸打磨、 石油醚脱脂、水洗、无水乙醇脱水、吹干后安装到夹具上， 置于电解池中。 2 接好电路，装好仪器。按恒电位仪的操作规程进行操作， 按恒电位仪的“电路测量”置于最大量程，预热、调零。 测定待测电极的自腐蚀电位，调节给定电位等于自腐蚀电 位，然后把“电流测量”置于适当的量程，再把“电源开 关”置于“极化”，进行极化测量，即从电极的自腐蚀电 位开始，由小到大增加极化电位。电位调节幅度可由 10mV，20mV，30mV逐渐增加到200mV左右。每调节一 次电位值在1-2min后读取电流值。以电位值为纵坐标，电 流密度值（电流值除以电极面积值）对数为横坐标绘制极 化曲线。
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• 用失重法时，试样表面在腐蚀结束后通常 会附有一层腐蚀产物或其他附着物，称重 前必须要将其清除。在清除表面附着物前， 需要仔细观察试样表面的颜色、腐蚀产物 的附着状况、致密程度以及分布情况等， 并做详细记录。必要时还需拍照及收集腐 蚀产物样品进行化学分析或微观分析。在 清除腐蚀产物后，要仔细观察试样表面有 无坑蚀、开裂等局部腐蚀现象，并根据实 验要求考虑是否进行材料力学性能的研究。
8.4.1 失重法
• 失重法目前应用最广泛。 • 它通过称量金属试样在侵入腐蚀介质一定 时间后的失质量来确定金属试样在该条件 下的腐蚀速率，从而评定缓蚀剂的缓蚀性 能。 • 该方法的缺点是得到的是金属试样在一定 时间内的平均失质量，因此只对全面腐蚀 有效，而对于局部严重腐蚀的金属则不能 反映腐蚀的实际情况。
8.4 缓蚀剂性能的测试与评定
缓蚀剂性能的测试与评定
• 失重法 • 电化学法
极化曲线法 线性极化法
• 缓蚀剂性能的测试方法实际上就是金属腐 蚀速率的测量方法，即测量不同条件下， 腐蚀介质中加入缓蚀剂前、后金属的腐蚀 速率，对比后确定缓蚀效率和最佳使用条 件。腐蚀速率可用通用单位表示，如每平 方米金属表面积每小时的腐蚀质量g/（m“。 h）、一年内金属表面积的腐蚀深度 （mm/a）等。
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试片的加工和清洗
– 试片加工。用油管钢经过铣、磨、钻等机加工制得， 试片表面清洁度应达到#7要求，应避免敲打及热处理。 试片形状为长方形，尺寸为50mm*10mm*3mm，公 差要求为正负0.2mm。 试片的清洗和称重。先用石油醚清洗试片在加工中残 留的油脂，然后用无水乙醇清洗水汽或杂质，洗涤要 用镊子夹持进行，然后用冷风吹干，储存于干燥器中， 30min后在分析天平上进行称重，把称好的试片再放 进干燥器中保存待用。实验做完后，取出试片进行清 洗除去试片上的腐蚀产物和附着物，在分析天平上称 重，计算出腐蚀的质量损失
2、线性极化法
• 线性极化法是快速测定金属在腐蚀介质中 腐蚀速率的一种电化学方法。其优点是快 速、灵敏检测金属在介质中的腐蚀速率。 它适用于任何电介质溶液所构成的腐蚀体 系，由于它极化电流很小，因此不至于损 坏电极表面状态，用一个电极可以多次连 续测量，可测不同缓蚀剂品种，并且适用 于现场监控。
• 线性极化的原理是金属电极在腐蚀介质中， 施加一外加电流对电极进行极化，使金属 （工作）电极的电位在自腐蚀电位附近变 化（正负10mV），此时，施加的电位E对 应产生i电流，E对i为线性关系，根据斯特 恩和盖里的理论推导，对于活化极化控制 的腐蚀体系，极化电阻率与自腐蚀电流密 度之间存在如下关系： • 式中，E为极化电位（V）；i为极化电流密 度（A/cm-m），R为极化电阻率
腐蚀产物的清除通常有物理（机械）法、化学法和电化学法3种方法
• 1、物理（机械）方法，试样从腐蚀介质中取出后，先在 水中冲洗，然后用橡皮、毛刷等不损伤金属基体的工具刷 洗，除去绝大部分厚而疏松的腐蚀产物。有些不容易去除 的，也可用超声波方法除去。 • 2、化学方法，利用化学药剂与金属表面的附着物发生化 学反应，溶解除去腐蚀产物和其他附着物，但不损伤金属 基体。 • 3、电化学方法，将试样作为阴极侵泡在适当的电解质溶 液中，加入辅助阳极，在较大的电流密度下进行电解，利 用试样表面产生氢气气泡的物理作用，将腐蚀产物和附着 物从金属表面剥离。 • 必须指出，用化学方法或者电化学方法清洗时，需要空白 试样进行对比试验。如果空白试样的失重比由于腐蚀引起 的平均失重高出10%以上，则这种清洗液对试样的腐蚀较 重，不易采用，需要更换其他清洗液。在化学或电化学清 洗之后，必须立即用清水清洗，除去黏附在试样上的清洗 液，用无水乙醇脱水，放入干燥器中5-10h，然后称重， 进行失重以及腐蚀速率和缓蚀效率的计算。