一种面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法

溶液以体积比(3-6):(450-600):(1-2)混合，使混合溶液中的铁离子全部转化为fe
3+
；其中，不含缓蚀剂的腐蚀性溶液和步骤s11中腐蚀性溶液相同，仅是未添加缓蚀剂；
13.s15、从孔板b每个小孔取出步骤s14中最后得到的溶液，对应置于孔板c中，每个小孔取出的溶液量不少于10μl；
14.s2、进行光谱吸收强度测试：
15.s21、用fecl3·
6h2o配制浓度范围为2.685ppm至16.110ppm的fe
3+
溶液，同时配制浓度为10wt.％的kscn溶液；
16.s22、将s21中配置的不同浓度的fe
3+
溶液分别与kscn溶液混合，再同时加入除锈液和不含缓蚀剂的腐蚀性溶液；
17.s23、待步骤s22中溶液混合均匀后，通过酶标仪的紫外可见光谱吸收强度测试功能获得不同浓度的fe
3+
与kscn反应络合产物的吸收峰值，特征吸收峰位在480nm，建立以fe
3+
浓度为横坐标，以吸收峰强度为纵坐标的标准曲线；
18.s24、在步骤s15中得到的孔板c的每个孔中加入浓度为10wt.％的kscn溶液，混合均匀后利用酶标仪测定480nm处吸收峰的强度，带入步骤s23得到的标准曲线中，得到步骤s14中铁离子全部转化为fe
3+
的混合溶液中的fe
3+
浓度；
19.s3、筛选得到铁溶解量最少时对应的缓蚀剂的种类、浓度和复配类型。
20.所述步骤s11中腐蚀性溶液为能够使钢铁材料发生腐蚀、铁离子溶解的溶液，一般选用nacl、h2so4、hcl、hno3溶液中的一种。
21.所述步骤s12中孔板a和钢铁材料表面紧密贴合，所述孔板a和钢铁材料表面之间设有密封垫板，所述密封垫板和孔板a相同位置开有通孔。
22.所述步骤s12中腐蚀反应池为孔板a的通孔，所述通孔不少于3个，单个所述腐蚀反应池能够盛装溶液500-1000μl，单个所述腐蚀反应池内金属的暴露面积为25-50mm2。
23.所述步骤s12中设置3-6个平行实验组，每个实验组内分别加入步骤s11中配置的所有含有缓蚀剂的腐蚀性溶液，所述每个反应池中加入的含有缓蚀剂的腐蚀性溶液300-600μl。
24.所述孔板a和孔板b均为普通塑料制成，所述孔板b上的开孔一端封闭，开孔容积保证大于孔板a通孔内溶液体积的2倍；所述孔板c和孔板b的结构及材质完全相同。
25.所述步骤s13中除锈液由盐酸、酒精和六次甲基四安混合而成，其中，盐酸和酒精的体积比为1:1，六次甲基四安的浓度为3.5-4.0g/l，盐酸浓度为12mol/l，酒精浓度为99.7wt.％。
26.所述步骤s21中fe
3+
溶液浓度分别为2.685ppm、5.370ppm、8.055ppm、10.740ppm、13.425ppm和16.110ppm。
27.所述步骤s22中fe
3+
溶液与kscn溶液体积比为1:(150-200)，除锈液与fe
3+
溶液的体积比为(2-4)：1，不含缓蚀剂的腐蚀性溶液与fe
3+
溶液的体积比为(2-4)：1，所述不含缓蚀剂的腐蚀性溶液和步骤s14中不含缓蚀剂的腐蚀性溶液相同。
28.所述步骤s24中kscn溶液与孔板c孔内溶液的体积比为(30-40):1。
29.上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
30.上述方案，将高通量腐蚀实验和光谱吸收强度测试相结合，表征不同缓蚀剂存在的情况下铁的氧化溶解量，进而反映缓蚀剂的缓蚀效率。本发明首先在多通道腐蚀反应池
中加入包含不同缓蚀剂的腐蚀溶液，并与钢铁材料基底接触；一段时间后将腐蚀溶液和腐蚀产物收集，利用双氧水将铁离子全部转化为fe
3+
，之后再与kscn反应，测量fe
3+
与kscn络合的特征光谱吸收峰强度；接着测量不同浓度fe
3+
与kscn络合吸收峰的标准曲线，基于标准曲线计算铁的氧化溶解量，进而反映不同缓蚀剂的腐蚀抑制效果。本发明可用于快速筛选铁溶解量最少时对应的缓蚀剂的种类、浓度和复配类型，对于基于缓蚀剂的高效腐蚀防护具有重要意义。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例1中采用的缓蚀剂高通量筛选方法孔板示意图；
33.图2为本发明实施例2中不同浓度fe
3+
与kscn络合的标准曲线；
34.图3为本发明实施例3中十六烷基三甲基溴化铵(ctab)和l-半胱氨酸(l-cysteine)以不同比例复配时，fe
3+
的氧化溶解量。
具体实施方式
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明提供了一种面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法。
37.该方法包括步骤如下：
38.s1、进行面向钢铁材料的高通量腐蚀试验：
39.s11、配置含有不同种类、不同浓度和不同复配类型缓蚀剂的腐蚀性溶液；
40.s12、将两端通透的孔板a紧贴在钢铁材料表面，孔板a的通孔形成多个腐蚀反应池，在每个反应池中加入步骤s11中配置的含有缓蚀剂的腐蚀性溶液；
41.s13、反应一段时间(一般为12-48h)后，将孔板a通孔内溶液吸出，对应置于一端封闭的孔板b中，再在孔板a的每一个孔中加入和孔板a通孔内溶液同体积的除锈液，经过15-20min静置后将除锈液吸出，加入孔板b中对应的小孔中；
42.s14、分别取孔板b中每个孔内的溶液和不含缓蚀剂的溶液、30wt.％的h2o2溶液以体积比(3-6):(450-600):(1-2)混合，使混合溶液中的铁离子全部转化为fe
3+
；
43.s15、从孔板b每个小孔取出步骤s14中最后得到的溶液，对应置于孔板c中，每个小孔取出的溶液量不少于10μl；
44.s2、进行光谱吸收强度测试：
45.s21、用fecl3·
6h2o配制浓度范围为2.685ppm至16.110ppm的fe
3+
溶液，同时配制浓度为10wt.％的kscn溶液；
46.s22、将s21中配置的不同浓度的fe
3+
溶液分别与kscn溶液混合，再加入除锈液和不
含缓蚀剂的腐蚀性溶液；
47.s23、待步骤s22中溶液混合均匀后，通过酶标仪的紫外可见光谱吸收强度测试功能获得不同浓度的fe
3+
与kscn反应络合产物的吸收峰值，特征吸收峰位在480nm，建立以fe
3+
浓度为横坐标，以吸收峰强度为纵坐标的标准曲线；
48.s24、在步骤s15中得到的孔板c的每个孔中加入浓度为10wt.％的kscn溶液，混合均匀后利用酶标仪测定480nm处吸收峰的强度，带入步骤s23得到的标准曲线中，得到步骤s14中铁离子全部转化为fe
3+
的混合溶液中的fe
3+
浓度；
49.s3、筛选得到铁溶解量最少时对应的缓蚀剂的种类、浓度和复配类型。
50.下面结合具体实施例予以说明。
51.实施例1
52.一种面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法，按如下步骤进行：
53.1.在3.5wt.％的nacl溶液中配置浓度分别为100ppm、200ppm、300ppm、400ppm和500ppm的含bta的腐蚀性溶液，在3.5wt.％的nacl溶液中配置浓度分别为100ppm、200ppm、300ppm、400ppm和500ppm的含mbt的腐蚀性溶液，在3.5wt.％的nacl溶液中配置浓度分别为100ppm、200ppm、300ppm、400ppm和500ppm的含8-hq的腐蚀性溶液，在3.5wt.％的nacl溶液中配置浓度分别为100ppm、200ppm、300ppm、400ppm和500ppm的含amt的腐蚀性溶液，在3.5wt.％的nacl溶液中配置浓度分别为100ppm、200ppm、300ppm、400ppm和500ppm的含ce(no3)3的腐蚀性溶液，在3.5wt.％的nacl溶液中配置浓度分别为100ppm、200ppm、300ppm、400ppm和500ppm的含单宁酸的腐蚀性溶液以及在3.5wt.％的nacl溶液中配置浓度分别为100ppm、200ppm、300ppm、400ppm和500ppm的含葡萄糖酸盐的腐蚀性溶液。
54.2.将两端通透的孔板a紧贴在q420钢表面，产生多个腐蚀反应池，每个反应池中加入300μl的上述缓蚀剂溶液，并准备三个平行样品以确保试验准确性。其中，孔板a设计有120个通孔。
55.3.经过24h的腐蚀试验后，将孔板a内溶液吸出，置于一端封闭的同孔板a规格相同的孔板b中，再在孔板a的每一个孔中加入除锈液，除锈液由150μl盐酸(浓度为12mol/l)、150μl酒精(99.7wt.％)和0.00105g六次甲基四胺组成，经过15min静置后将除锈液吸出，加入孔板b中对应的小孔中。
56.4.取孔板b中每个孔内的溶液100μl和9.9ml的3.5wt.％nacl溶液混合，再添加20μl的30wt.％h2o2溶液，使混合溶液中的铁离子全部转化为fe
3+
。
57.5.从步骤4最后获得的溶液中分别取出10μl，对应置于和孔板b相同的孔板c相应孔中。
58.6.用fecl3·
6h2o配制浓度范围为2.685ppm至16.110ppm的fe
3+
溶液，同时配制浓度为10wt.％的kscn溶液。
59.7.将20μl不同浓度的fe
3+
溶液分别与3ml的kscn溶液混合，再同时加入40μl除锈液(除锈液成分配比和步骤3相同)和40μl不含缓蚀剂的3.5wt.％nacl溶液。
60.8.混合均匀后通过酶标仪测量不同浓度的fe
3+
与kscn反应络合产物的吸收峰值，特征吸收峰位在480nm，建立以fe
3+
浓度为横坐标，以吸收峰强度为纵坐标的标准曲线。
61.9.在孔板c的每个孔中加入300μl的10wt.％kscn溶液，混合均匀后利用酶标仪测定480nm处吸收峰的强度，带入标准曲线即可求得腐蚀溶液中的fe
3+
浓度。
62.10.取三个平行试验的均值作为fe
3+
的浓度，fe
3+
浓度最低的样品即为最佳的缓蚀剂种类和浓度。
63.图1为实施例1中采用的缓蚀剂高通量筛选方法孔板示意图。通过配置包含不同浓度、种类缓蚀剂的腐蚀性溶液，可以高通量测量产生的fe
3+
浓度，进而实现缓蚀剂的高效筛选。
64.实施例2
65.1.在0.5mol/l的h2so4溶液中分别配置浓度为100ppm的十二烷基三甲基溴化铵(dtab)、十四烷基三甲基溴化铵(ttab)、十六烷基三甲基溴化铵(ctab)缓蚀剂溶液。
66.2.将两端通透的孔板a紧贴在不锈钢表面，产生多个腐蚀反应池，每个反应池中加入400μl的上述缓蚀剂溶液，并准备四个平行样品以确保试验准确性。
67.3.经过24h的腐蚀试验后，将孔板a内溶液吸出，置于一端封闭的孔板b中，再在孔板a的每一个孔中加入除锈液，除锈液由200μl盐酸(浓度为12mol/l)、200μl酒精(99.7wt.％)和0.0014g六次甲基四胺组成，经过15min静置后将除锈液吸出，加入孔板b中对应的小孔中。
68.4.取孔板b中每个孔内的溶液80μl和11ml的0.5mol/l h2so4溶液混合，再添加30μl的30wt.％h2o2溶液，使混合溶液中的铁离子全部转化为fe
3+
。
69.5.从步骤4最后获得的溶液中分别取出15μl，对应置于和孔板b相同的孔板c相应孔中。
70.6.用fecl3·
6h2o配制浓度范围为2.685ppm至16.110ppm的fe
3+
溶液，同时配制浓度为10wt.％的kscn溶液。
71.7.将20μl不同浓度的fe
3+
溶液分别与3.5ml的kscn溶液混合，再同时加入50μl除锈液(除锈液成分配比和步骤3相同)和50μl不含缓蚀剂的0.5mol/l h2so4溶液。
72.8.混合均匀后通过酶标仪测量不同浓度的fe
3+
与kscn反应络合产物的吸收峰值，特征吸收峰位在480nm，建立以fe
3+
浓度为横坐标，以吸收峰强度为纵坐标的标准曲线。
73.9.在孔板c的每个孔中加入500μl的10wt.％kscn溶液，混合均匀后利用酶标仪测定480nm处吸收峰的强度，带入标准曲线即可求得腐蚀溶液中的fe
3+
浓度。
74.10.取四个平行试验的均值作为fe
3+
的浓度，fe
3+
浓度最低的样品即为最佳的缓蚀剂种类。
75.图2为实施例2中不同浓度fe
3+
与kscn络合的标准曲线。可以看到随着fe
3+
浓度的升高，480nm处的光谱吸收峰逐渐增强，并且吸收峰强度和fe
3+
浓度呈现良好的相关性，可以用于高通量腐蚀试验后fe
3+
浓度的定量计算。
76.实施例3
77.1.在0.5mol/l的h2so4溶液中配置总浓度为100ppm的ctab和l-cysteine混合缓蚀剂溶液。其中，ctab:l-cysteine的浓度比例分别为4:0、3:1、2:2、1:3、0:4。
78.2.将两端通透的孔板a紧贴在q235碳钢表面，产生多个腐蚀反应池，每个反应池中加入500μl的上述缓蚀剂溶液，并准备六个平行样品以确保试验准确性。
79.3.经过48h的腐蚀试验后，将孔板a内溶液吸出，置于一端封闭的孔板b中，再在孔板a的每一个孔中加入除锈液，除锈液由250μl盐酸(浓度为12mol/l)、250μl酒精(99.7wt.％)和0.00175g六次甲基四胺组成，经过15min静置后将除锈液吸出，加入孔板b中
对应的小孔中。
80.4.取孔板b中每个孔内的溶液100μl和1.5ml的0.5mol/l h2so4溶液混合，再添加50μl的30wt.％h2o2溶液，使混合溶液中的铁离子全部转化为fe
3+
。
81.5.从步骤4最后获得的溶液中分别取出20μl，对应置于和孔板b相同的孔板c相应孔中。
82.6.用fecl3·
6h2o配制浓度范围为2.685ppm至16.110ppm的fe
3+
溶液，同时配制浓度为10wt.％的kscn溶液。
83.7.将20μl不同浓度的fe
3+
溶液分别与4ml的kscn溶液混合，再加入60μl除锈液(除锈液成分配比和步骤3相同)和60μl不含缓蚀剂的0.5mol/lh2so4溶液。
84.8.混合均匀后通过酶标仪测量不同浓度的fe
3+
与kscn反应络合产物的吸收峰值，特征吸收峰位在480nm，建立以fe
3+
浓度为横坐标，以吸收峰强度为纵坐标的标准曲线。
85.9.在孔板c的每个孔中加入600μl的10wt.％kscn溶液，混合均匀后利用酶标仪测定480nm处吸收峰的强度，带入标准曲线即可求得腐蚀溶液中的fe
3+
浓度。
86.10.取六个平行试验的均值作为fe
3+
的浓度，fe
3+
浓度最低的样品即为最佳的缓蚀剂种类。
87.图3为ctab和l-半胱氨酸以不同比例复配时，fe
3+
的氧化溶解量。可以看出，缓蚀剂复配后，相较于单一ctab和l-cysteine，fe
3+
含量均有所下降，说明复配缓蚀剂具有更好的腐蚀抑制效果。其中ctab和l-cysteine复配浓度为1:1时，fe
3+
浓度最低，说明采用该高通量缓蚀剂筛选方法获得了最佳的缓蚀剂复配参数。
88.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法，其特征在于，包括步骤如下：s1、进行面向钢铁材料的高通量腐蚀试验：s11、配置含有不同种类、不同浓度和不同复配类型缓蚀剂的腐蚀性溶液；s12、将两端通透的孔板a紧贴在钢铁材料表面，孔板a的通孔形成多个腐蚀反应池，在每个反应池中加入步骤s11中配置的含有缓蚀剂的腐蚀性溶液；s13、反应12-48h后，将孔板a通孔内溶液吸出，对应置于一端封闭的孔板b中，再在孔板a的每一个孔中加入和孔板a通孔内溶液同体积的除锈液，经过15-20min静置后将除锈液吸出，加入孔板b中对应的小孔中；s14、分别取孔板b中每个孔内的溶液和不含缓蚀剂的腐蚀性溶液、30wt.％的h2o2溶液以体积比(3-6):(450-600):(1-2)混合，使混合溶液中的铁离子全部转化为fe
3+
；s15、从孔板b每个小孔取出步骤s14中最后得到的溶液，对应置于孔板c中，每个小孔取出的溶液量不少于10μl；s2、进行光谱吸收强度测试：s21、用fecl3·
6h2o配制浓度范围为2.685ppm至16.110ppm的fe
3+
溶液，同时配制浓度为10wt.％的kscn溶液；s22、将s21中配置的不同浓度的fe
3+
溶液分别与kscn溶液混合，再同时加入除锈液和不含缓蚀剂的腐蚀性溶液；s23、待步骤s22中溶液混合均匀后，通过酶标仪的紫外可见光谱吸收强度测试功能获得不同浓度的fe
3+
与kscn反应络合产物的吸收峰值，特征吸收峰位在480nm，建立以fe
3+
浓度为横坐标，以吸收峰强度为纵坐标的标准曲线；s24、在步骤s15中得到的孔板c的每个孔中加入浓度为10wt.％的kscn溶液，混合均匀后利用酶标仪测定480nm处吸收峰的强度，带入步骤s23得到的标准曲线中，得到步骤s14中铁离子全部转化为fe
3+
的混合溶液中的fe
3+
浓度；s3、筛选得到铁溶解量最少时对应的缓蚀剂的种类、浓度和复配类型。2.根据权利要求1所述的面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法，其特征在于，所述步骤s11中腐蚀性溶液为能够使钢铁材料腐蚀的溶液。3.根据权利要求1所述的面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法，其特征在于，所述步骤s12中孔板a和钢铁材料表面紧密贴合，所述孔板a和钢铁材料表面之间设有密封垫板，所述密封垫板和孔板a相同位置开有通孔。4.根据权利要求1所述的面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法，其特征在于，所述步骤s12中腐蚀反应池为孔板a的通孔，所述通孔不少于3个，单个所述腐蚀反应池能够盛装溶液500-1000μl，单个所述腐蚀反应池内金属的暴露面积为25-50mm2。5.根据权利要求1所述的面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法，其特征在于，所述步骤s12中设置3-6个平行实验组，每个实验组内分别加入步骤s11中配置的所有含有缓蚀剂的腐蚀性溶液，所述每个反应池中加入的含有缓蚀剂的腐蚀性溶液300-600μl。6.根据权利要求1所述的面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法，其特征在于，所述孔板a和孔板b均为普通塑料制成，所述孔板b上的开孔一端封闭，开孔容积保证大于孔板a通孔内溶液体积的2倍；所述孔板c和孔板b的结构及材质完全相同。7.根据权利要求1所述的面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法，其特征在于，所述步
骤s13中除锈液由盐酸、酒精和六次甲基四安混合而成，其中，盐酸和酒精的体积比为1:1，六次甲基四安的浓度为3.5-4.0g/l，盐酸浓度为12mol/l，酒精浓度为99.7wt.％。8.根据权利要求1所述的面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法，其特征在于，所述步骤s21中fe
3+
溶液浓度分别为2.685ppm、5.370ppm、8.055ppm、10.740ppm、13.425ppm和16.110ppm。9.根据权利要求1所述的面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法，其特征在于，所述步骤s22中fe
3+
溶液与kscn溶液体积比为1:(150-200)，除锈液与fe
3+
溶液的体积比为(2-4):1，不含缓蚀剂的腐蚀性溶液与fe
3+
溶液的体积比为(2-4):1，所述不含缓蚀剂的腐蚀性溶液和步骤s14中不含缓蚀剂的腐蚀性溶液相同。10.根据权利要求1所述的面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法，其特征在于，所述步骤s24中kscn溶液与孔板c孔内溶液的体积比为(30-40):1。

技术总结
本发明提供一种面向钢铁材料的缓蚀剂高通量筛选方法，属于腐蚀与防护研究技术领域。该方法首先将多孔孔板紧贴在钢铁材料表面，构成多个腐蚀反应池，在每个反应池中加入包含不同缓蚀剂的腐蚀溶液；一段时间后将腐蚀溶液和腐蚀产物收集，利用双氧水将铁离子全部转化为Fe


技术研发人员：马菱薇 张达威 丁小伦 王金科 任晨浩 李晓刚
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/8/13