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第 8 期 郭 睿，等: 吗啉衍生物的制备及缓蚀性能 ·1407·

Casa XPS2316PR1 软件对 N 1s 峰进行了分峰拟合，
结果如图 9e 所示。396.2 eV 是 C—N 峰，397.52 eV 是
N 与 Fe 相互作用的结果，398.2 eV 是吗啉双季铵盐分
+
子中的 N 与 Fe 形成化学配位的结合能。通过 N 和
O 的 XPS 窄谱分析可知，两个元素都与 Fe 发生了
化学配合。N 有 3 个峰，其低结合能是吗啉缓蚀剂
+
分子中叔 N 的结合能，较高结合能是由季铵 N 离子
与 Fe 的化学配位所致。一般认为，N 元素与 Fe 发
生配位后，N 的电子云密度部分向 Fe 转移，导致 N
的电子云密度降低，由于价态对内层电子的微扰作
用，使得 N 1s 能层电子激发变得困难，最终使得结
合能升高 [12] 。
通过上述分析进一步证实了吗啉缓蚀剂分子中
的杂原子与 A3 钢表面的 Fe 原子以化学作用吸附在
钢片表面，形成一层致密的保护膜。
2.5 接触角分析
为了确定吗啉双季铵盐分子在钢片表面的成膜
情况，采用光学接触角测量仪测试添加缓蚀剂腐蚀
前后，在质量分数 6%HCl 中腐蚀后钢片表面的疏水
性，结果见表 1 和图 10。所使用的液滴为蒸馏水。
通过液滴在钢片表面的铺展程度，分析缓蚀剂分子
在钢片表面成膜的致密性。

表 1 不同缓蚀剂质量浓度下 A3 钢表面的接触角
Table 1 contact angles of A3 steel surface at different
concentrations of corrosion inhibitor
样品 缓蚀剂质量浓度/(g/L) 接触角/()
a 0 57.99
b 0.1 58.66
c 0.2 63.26

d 0.4 98.76
a—全谱；b—O 1s；c—C 1s；d—Fe 2p；e—N 1s e 0.6 91.11
图 9 添加缓蚀剂的钢片表面的 XPS 能谱图
Fig. 9 XPS energy spectra of the surface of steel sheet 结合图 10 和表 1 可以看出，在相同质量分数的
with corrosion inhibitor 盐酸介质中，随着缓蚀剂质量浓度的增大，钢片表

啉双季铵盐分子在钢片表面产生了一层吸附膜，抑 面的接触角增大。空白样的接触角为 57.99，在缓
制了金属的腐蚀。C 1s（284.6 eV）的结合能作为结 蚀剂质量浓度为 0.4 g/L 时，接触角为 98.76，这是
合能的荷电效应校正。图 9b 中，529.30 和 527.64 eV 因为吗啉双季铵盐分子中的碳十八疏水长链吸附在
的 O 1s 峰是由缓蚀剂分子中的氧和氧化态铁中的氧 钢片表面，阻碍了钢片与盐酸介质的接触。同时缓
构成。图 9d 中，722.03 和 708.63 eV 的峰分别是 Fe 蚀剂质量浓度越大，其疏水效果越好，接触角越大，
2p 1/2 和 Fe 2p 3/2 （Fe 2 O 3 ）的光电子发射峰，对应着 水滴在钢片表面的铺展程度越小，说明吗啉双季铵
[11]
铁的氧化态，表明铁的表面已经有一定程度的氧化 。 盐分子在钢片表面成膜的致密性越好，有效抑制了
由于吗啉双季铵盐分子中 N 的化学位置不同，采用 金属的腐蚀 [13-15] 。

图 10 不同质量浓度缓蚀剂下 A3 钢表面的接触角
Fig. 10 Contact angles of A3 steel surface at different concentrations
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