3.5%NaCl溶液中硝基巴比妥酸对AZ31B与AZ91D镁合金腐蚀的缓蚀作用及机理研究

翟亚如¹, 熊金平¹, 赵景茂^1,2

1 北京化工大学材料科学与工程学院 北京 100029

2 材料电化学过程与技术北京市重点实验室 北京 100029

中国腐蚀与防护学报  2025, Vol. 45  Issue (4): 916-926

CSTR: 32134.14.1005.4537.2024.301

DOI: 10.11902/1005.4537.2024.3011

摘要: 

为了探究一种缓蚀剂对于不同型号的镁合金的缓蚀效果是否存在差异，本文采用静态失重法、析氢和电化学测试、SEM-EDS、XRD和XPS等手段对镁合金表面形成的腐蚀产物形貌、成分和元素组成进行分析，探究硝基巴比妥酸(NBA)对AZ31B和AZ91D镁合金的缓蚀作用机理。结果表明：NBA能明显抑制AZ31B镁合金在3.5% (质量分数) NaCl溶液中的腐蚀速率，而对于AZ91D镁合金则表现为促进腐蚀。NBA为酸性物质，加入3.5%NaCl溶液后，降低了溶液的pH值，初始由于AZ31B镁合金基体的溶解，基体表面产生大量Mg²⁺，与阴极反应产生的OH^-发生反应，在合金表面沉积一层致密的Mg(OH)2保护膜，从而抑制腐蚀；而对于AZ91D镁合金，由于不能在表面快速形成致密的Mg(OH)₂保护膜，从而腐蚀加速。

关键词：硝基巴比妥酸,  AZ31B,  AZ91D,  镁合金,  缓蚀剂,  缓蚀机理1

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图1 AZ31B与AZ91D镁合金在含/不含1 g/L NBA的盐水溶液中浸泡24 h后的动电位极化曲线

Fig.1 Potentiodynamic polarization curves of AZ31B and AZ91D Mg-alloys soaked for 24 h in 3.5%NaCl solution with/without 1 g/L NBA: (a) AZ31B, (b) AZ91D

图2 AZ31B镁合金在含/不含1 g/L NBA的3.5%NaCl溶液中浸泡24 h的Nyquist图、Bode图以及等效电路图

Fig.2 AZ31B Mg-alloy soaked in 3.5%NaCl solution with/without 1 g/L NBA for 24 h: (a) Nyquist plot, (b) Bode plot, and equivalent circuit of (c) blank, (d) 1 g/L NBA

图3 AZ91D镁合金在含/不含1 g/L NBA的3.5%NaCl溶液中浸泡24 h的Nyquist图、Bode图和等效电路图

Fig.3 AZ91D Mg-alloy soaked in 3.5%NaCl solution with/without 1 g/L NBA for 24 h: (a) Nyquist plot, (b) Bode plot, (c) equivalent circuit

图4 AZ31B与AZ91D镁合金分别在含有1 g/L NBA的25、35和50 ℃的盐水溶液中浸泡72 h的表面腐蚀产物的XRD谱

Fig.4 XRD of surface corrosion products of AZ31B and AZ91D Mg-alloys soaked in 3.5%NaCl solution containing 1 g/L NBA at 25, 35 and 50 ℃ for 72 h, respectively. AZ31B: (a) 25 ℃, (b) 35 ℃, (c) 50 ℃; AZ91D: (d) 25 ℃, (e) 35 ℃, (f) 50 ℃

图5 AZ31B镁合金在含有1 g/L NBA的3.5%NaCl溶液中分别浸泡24、48和72 h的SEM图

Fig.5 SEM images of AZ31B Mg-alloy soaked in 3.5%NaCl solution containing 1 g/L NBA for 24, 48 and 72 h, respectively: (a) 24 h, (b) 48 h and (c) 72 h at 25 ℃, (d) 24 h, (e) 48 h and (f) 72 h at 35 ℃, (g) 24 h, (h) 48 h and (i) 72 h at 50 ℃

图6 AZ31B镁合金在含有1 g/L NBA的3.5%NaCl溶液中浸泡72 h的EDS图谱

Fig.6 EDS patterns of AZ31B Mg-alloy soaked in 3.5%NaCl solution containing 1 g/L NBA for 72 h: (a) 25 ℃, (b) 35 ℃, (c) 50 ℃

图7 AZ91D镁合金在含有1 g/L NBA的3.5%NaCl溶液中分别浸泡24、48和72 h的SEM图

Fig.7 SEM images of AZ91D Mg-alloy soaked in 3.5%NaCl solution containing 1 g/L NBA for 24, 48 and 72 h, respectively: (a) 24 h, (b) 48 h and (c) 72 h at 25 ℃; (d) 24 h, (e) 48 h and (f) 72 h at 35 ℃; (g) 24 h, (h) 48 h and (i) 72 h at 50 ℃

图8 AZ31B镁合金在含有1 g/L NBA的3.5%NaCl溶液中浸泡72 h的EDS图谱

Fig.8 EDS of AZ31B Mg-alloy soaked in 3.5%NaCl solution containing 1 g/L NBA for 72 h: (a) 25 ℃, (b) 35 ℃, (c) 50 ℃

图9 AZ31B镁合金在25 ℃的含有1 g/L NBA的3.5% NaCl溶液中浸泡72 h后的截面SEM图像

Fig.9 SEM image of cross-sections of AZ31B Mg-alloy soaked in 3.5%NaCl solution containing 1 g/L NBA at 25 ℃ for 72 h

图10 AZ31B和AZ91D镁合金在50 ℃的含有1 g/L NBA的3.5%NaCl溶液中浸泡72 h后得到的XPS全谱

Fig.10 Wide-scan spectra of AZ31B (a) and AZ91D (b) Mg-alloys soaked in 3.5%NaCl solution with 1 g/L NBA at 50 ℃ for 72 h

图11 AZ31B镁合金试样在50 ℃的含有1 g/L NBA的3.5%NaCl溶液中浸泡72 h后得到的XPS高分辨谱

Fig.11 High resolution spectra of AZ31B Mg-alloy soaked in 3.5%NaCl solution with 1 g/L NBA at 50 ℃ for 72 h: (a) C 1s, (b) Mg 1s, (c) O 1s, (d) N 1s

结论：

(1) NBA能够有效抑制AZ31B镁合金的腐蚀，并且随着温度升高和浸泡时间的延长，缓蚀率均增大，在50 ℃，3.5%NaCl溶液中浸泡72 h时，由失重法得到的缓蚀率达到92%，而NBA会促进AZ91D的腐蚀。

(2) 溶液中加入NBA后，AZ31B腐蚀过程中表面形成了致密的Mg(OH)₂保护膜，起到了阻止腐蚀的作用。而AZ91D镁合金表面没有生成致密的保护膜层，因此在NBA溶液中腐蚀被加速。

本文引用格式：

翟亚如, 熊金平, 赵景茂. 3.5%NaCl溶液中硝基巴比妥酸对AZ31B与AZ91D镁合金腐蚀的缓蚀作用及机理研究. 中国腐蚀与防护学报[J], 2025, 45(4): 916-926 DOI: 10.11902 / 1005. 4537. 2024. 301

ZHAI Yaru, XIONG Jinping, ZHAO Jingmao. Corrosion Inhibition Performance of Nitrobarbituric Acid on Mg-alloys AZ31B and AZ91D in 3.5%NaCl Solution. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2025, 45(4): 916-926

DOI:10.11902/1005.4537.2024.301