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第 11 期 李向红，等: 核桃青皮缓蚀剂的提取制备及其缓蚀性能 ·1831·

进行反应的面积。 采用图 11 中所示 R s (QR t )的等效电路图对 EIS
Tafel 斜率 b a 和 b c 在添加缓蚀剂 WGHI 前后亦 实验数据拟合。
基本未产生明显改变，表明钢电极在酸溶液中的腐
蚀电化学反应机理未发生改变 [18] 。I corr 随 WGHI 质
量浓度的增加而不断下降，相应地，η p 随 WGHI 质
量浓度的增加而增大，即冷轧钢的腐蚀程度随
WGHI 质量浓度增加而下降 [18] 。当 WGHI 的质量浓
度为 100 mg/L 时，η p 高达 88.4%，表明 WGHI 对钢 图 11 等效电路图
Fig. 11 Equivalent circuit
在 0.5 mol/L HCl 溶液中具有良好的缓蚀作用。

2.6 电化学阻抗谱（EIS） 其中，R s 为电解质溶液电阻，R t 为腐蚀反应的
20 ¥冷轧钢电极在不含和含有不同 WGHI 浓 电荷转移电阻，Q 为常相位角元件。和界面双电层
度的 0.5 mol/L HCl 介质中的 Nyquist 图见图 10。图 电容（C dl）相比，Q 能更好地拟合存在频率弥散效应
10 中，各测试液中的 Nyquist 曲线主要呈单个容抗 的容抗弧实验数据，Q 与 C dl 存在如下转换关系式 [30] ：
弧特征，表明冷轧钢在 HCl 介质中发生的腐蚀反应 C  Q  (2πf ) a 1 （10）
dl
max
主要受钢/酸界面上的电荷转移控制 [28] ，且电化学腐 式中：f max 为 Nyqutist 图上虚轴（Z im ）达到最高值
蚀机理在添加 WGHI 前后基本未发生改变 [29] 。与未 时对应的特征频率，Hz；a 为描述弥散效应程度大
添加缓蚀剂的空白 HCl 溶液相比，添加 WGHI 后容 小的弥散系数；π 为圆周率，此处近似取值为 3.142。
抗弧半径随缓蚀剂浓度的增加而明显变大，表明钢
表 4 列出了对 EIS 进行拟合出的电化学元件参数。
在缓蚀体系中的电极表面阻抗显著增加，从而导致 由表 4 可见，衡量拟合准确度的拟合卡方(χ )
2
钢的腐蚀速率下降， WGHI 表现出缓蚀作用 [30] 。对 数值很小，故进一步印证了所用等效电路图拟合的
容抗弧进一步观察可发现容抗弧的圆心在横轴下
电化学元件参数具有较高的准确性。各测试液中 R s
方，说明电极腐蚀过程中存在有电极表面粗糙不平 低于 2 Ω·cm ，表明所测试溶液的欧姆电位降效应可
2
整和溶液中分子离子在电极/酸界面吸脱附不均匀 以忽略，这主要是由于强电解质 HCl 在水溶液可完
引起的频率弥散效应 [30] 。 全电离，溶液的电导率较大 [30] 。在 HCl 溶液中添加

缓蚀剂后 R t 增大，且当 WGHI 浓度用量增大后 R t
增大幅度尤为显著，与之对应的是 η R 随缓蚀剂的浓
度增加而增大，100 mg/L WGHI 的 η R 为 87.2%，再
次表明 WGHI 对冷轧钢在 0.5 mol/L HCl 溶液中的
腐蚀产生了明显抑制作用。弥散系数 a 在添加各浓
度的 WGHI 后基本保持不变，表明钢/酸界面的弥
散效应在添加缓蚀剂前后基本保持不变。添加
WGHI 的缓蚀溶液体系中 Q 和 C dl 均下降，且随缓
蚀剂浓度用量的增加下降趋势愈加明显，这可能是

由于钢电极表面吸附 WGHI 时取代挤走了介电常数
图 10 钢在不含及含有 WGHI 的 HCl 中的 Nyquist 曲线 较大的 H 2 O 分子，且随缓蚀剂质量浓度增加后吸附
Fig. 10 Nyquist curves of steel in HCl in the absence and
presence of WGHI 缓蚀膜层增厚 [13-14,18] 。

表 4 冷轧钢在 HCl 中的电化学阻抗谱参数
Table 4 Electrochemical impedance spectroscopy parameters for cold rolled steel in HCl
ρ(WGHI)/ 2 2 a 2 2 2
R s/(Ω·cm ) R t/(Ω·cm ) Q/[s /(μΩ·cm )] a χ C dl/(μF/cm ) η R/%
(mg/L)
— 0.47 134 322.9 0.8817 4.94×10 2 217 —
10 0.65 331 216.9 0.8882 5.58×10 2 159 59.5
50 1.56 850 107.3 0.8643 1.62×10 2 73 84.2
100 1.09 1052 86.5 0.8608 4.87×10 3 59 87.2

2.7 扫描电子显微镜（SEM） 从图 12a 中可以看出钢表面光滑平整，且表面
为了从微观角度探究 WGHI 的缓蚀性能，对钢 可观察到砂纸打磨处理留下的痕条。由图 12b 中可
表面进行微观形貌观察，SEM 照片见图 12。 看出，冷轧钢表面被酸严重腐蚀，龟裂状腐蚀产物