一种氮杂轮烯化合物用做铝及其合金缓蚀剂的应用

本发明涉及金属材料的腐蚀与防护，具体涉及一种氮杂轮烯化合物用做铝及其合金缓蚀剂的应用。

背景技术：

1、缓蚀剂，作为一种重要的化学添加剂，被广泛应用于工业领域，其主要作用是防止金属在特定环境下遭受腐蚀。特别是在酸性或含cl-等腐蚀性介质中，缓蚀剂能够显著减少或抑制金属表面的腐蚀现象，从而保护金属材料的完整性和使用寿命。这些应用场景包括但不限于日常酸性介质处理、清洗、除锈、除油过程，以及电镀或喷涂前的表面活化处理等。

2、针对铁及其合金在酸性介质中的缓蚀剂研究最多，这类缓蚀剂主要以含有杂原子的杂环化合物为主，如三氮唑、硫唑，以及其他具有较强吸附能力的有机无机化合物等，通过有机化合物的分子轨道与铁的金属键轨道相互作用，在铁及其合金表面形成吸附层，隔绝腐蚀介质的腐蚀发生。

3、相对于钢铁，铝及其合金的缓蚀剂可选种类少很多。原因在于铝原子的3d轨道能级较高(-1.7ev)，很难和有机缓蚀剂分子的最高占据轨道(homo,-4--8ev)产生有效的相互作用，且其3d轨道为空轨道无法向有机缓蚀剂分子的最低空轨道(lumo)提供d电子，这造成对针对铁的有机缓蚀剂分子无法对铝及其合金起到有效的缓蚀作用。

4、目前，工业应用中较为成熟的铝及其合金的缓蚀剂主要是无机含氧酸盐和稀土离子。铬酸盐和钨酸盐等无机含氧酸盐属于阳极缓蚀剂，通过对铝表面进行氧化钝化来保护铝不被介质腐蚀，这类缓蚀剂如果用量不足则可能加速腐蚀，属于“危险缓蚀剂”；稀土离子能填补铝表面的晶格缺陷或电化学活性点位，并促进铝表面的氧化保护层的形成，从而抑制腐蚀的发生。稀土离子大多与无机含氧酸和有机物一起协同使用提供缓蚀效果，在应用中也面临稀土离子的对铝表面的污染以及缓蚀剂难以回收等问题。

5、实验室研究中，专利cn202211547791.0，cn202111416965.5，cn202111416987.1等都公开了利用有机硅氧烷化合物作为铝缓蚀剂的内容，硅氧烷化合物在酸性溶液中的稳定性以及从水溶液中回收等问题需要进一步的验证；专利cn202311580189.1则公开了从植物矮陀陀中提取天然组成用作铝缓蚀剂的方法，天然缓蚀剂具有环境友好性，但其多为混合物，应用中存在活性成分定量和质量稳定性等问题。

6、除了可供选择的种类较少之外，成本和绿色环保性也是铝及其合金缓蚀剂遇到的问题。一些性能良好的铝及其合金缓蚀剂的原料需要单独合成，生产成本过高，重金属和稀土离子等缓蚀剂的回收和环境风险问题等也是限制其应用可行性的问题。因此，无论是在实验室研究，还是实际应用领域，寻找新的铝及其合金的缓蚀剂都有重要的价值。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种氮杂轮烯化合物用做铝及其合金缓蚀剂的应用。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种氮杂轮烯化合物用做铝及其合金缓蚀剂的应用，所述氮杂轮烯化合物用于铝及其合金在酸性溶液或酸性盐溶液中的缓蚀剂，所述氮杂轮烯化合物的结构式如下：

3、

4、其中x为c或者n；r为h，ch3，c2h5，c3h7，cooh中的一种；r’为h，ch3，c2h5，c3h7，cooh中的一种。

5、进一步地，所述氮杂轮烯化合物应用介质的ph值为0～6。

6、进一步地，所述铝及其合金为2a以上级别的纯铝，202x，508x和707x系列铝合金。

7、进一步地，所述氮杂轮烯化合物的使用方法为：预先将所述氮杂轮烯化合物溶解于5～10mol/l的强酸溶液中，再配制氮杂轮烯化合物质量分数为0.1～1％的溶液，所述溶液应用温度为0～50℃。

8、进一步地，当溶液的ph值大于等于9时，所述氮杂轮烯化合物从溶液中析出。

9、进一步地，所述氮杂轮烯化合物的合成路径为：

10、

11、其中x为c或者n；r为h，ch3，c2h5，c3h7，cooh中的一种；r’为h，ch3，c2h5，c3h7，cooh中的一种。

12、进一步地，所述式ⅰ的制备方法为：

13、将乙酰丙酮或取代的乙酰丙酮与邻二胺结构的六元氮杂芳香化合物混合于甲醇中，加入无水醋酸镍，合成相应的氮杂镍代轮烯；

14、将得到的氮杂镍代轮烯溶解在乙腈中，通入干燥的hcl气体，脱除氮杂镍代轮烯中心的ni原子，过滤回收固体产物，在异丙醇中重结晶后得到相应的目标化合物；

15、所述式ⅱ和式ⅲ的制备方法为：

16、丙炔醛或取代的丙炔醛与具备邻二胺结构的六元或多元氮杂芳香环化合物在dmf中回流反应；

17、加入氢氧化钠溶液使产物析出，以乙腈为溶剂重结晶提纯得到相应的目标化合物。

18、本发明所达到的有益效果为：

19、1、本发明中的氮杂轮烯化合物合成路线简便，所用原料均为常见精细化学品，成本获得性好，便于广泛应用；本发明中氮杂轮烯化合物具有在酸性溶液中溶解，在碱性溶液中析出的特性，便于氮杂轮烯化合物在使用后的回收和重复利用，是一种环境友好的绿色缓蚀剂，经过失重和电化学以及表面形貌测试，氮杂轮烯化合物可以防止铝及其合金在酸性溶液或酸性含氯离子溶液中的均匀腐蚀或者点蚀的发生。

20、2、本发明中的氮杂轮烯化合物分子结构中具有较多的n原子和大π共轭体系，使得整个分子具备较高的电子云密度，在酸性溶液中有很强的质子化倾向，经过量子化学计算，质子化可以提升氮杂轮烯最低占据轨道(lumo)的能量(-4.0--4.5ev)，增强分子与铝原子3p金属轨道(-3.5ev)之间的轨道相互作用；此外，质子化的氮杂轮烯分子带有正电中心，也能够与在酸性溶液中呈负电性的铝及其合金表面产生静电相互作用，更好的在铝及其合金表面形成吸附膜，发挥缓蚀作用。

技术特征：

1.一种氮杂轮烯化合物用做铝及其合金缓蚀剂的应用，其特征在于，所述氮杂轮烯化合物用于铝及其合金在酸性溶液或酸性盐溶液中的缓蚀剂，所述氮杂轮烯化合物的结构式如下：

2.根据权利要求1所述的一种氮杂轮烯化合物用做铝及其合金缓蚀剂的应用，其特征在于，所述氮杂轮烯化合物应用介质的ph值为0～6。

3.根据权利要求1所述的一种氮杂轮烯化合物用做铝及其合金缓蚀剂的应用，其特征在于，所述铝及其合金为2a以上级别的纯铝，202x，508x和707x系列铝合金。

4.根据权利要求1所述的一种氮杂轮烯化合物用做铝及其合金缓蚀剂的应用，其特征在于，所述氮杂轮烯化合物的使用方法为：预先将所述氮杂轮烯化合物溶解于5～10mol/l的强酸溶液中，再配制氮杂轮烯化合物质量分数为0.1～1％的溶液，所述溶液应用温度为0～50℃。

5.根据权利要求4所述的一种氮杂轮烯化合物用做铝及其合金缓蚀剂的应用，其特征在于，当溶液的ph值大于等于9时，所述氮杂轮烯化合物从溶液中析出。

6.根据权利要求1所述的一种氮杂轮烯化合物用做铝及其合金缓蚀剂的应用，其特征在于，所述氮杂轮烯化合物的合成路径为：

7.根据权利要求1所述的一种氮杂轮烯化合物用做铝及其合金缓蚀剂的应用，其特征在于，

技术总结本发明涉及金属材料的腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种氮杂轮烯化合物用做铝及其合金缓蚀剂的应用，其分子结构为环状结构和取代基团含氮的轮烯化合物，可由乙酰丙酮或取代的乙酰丙酮与邻二胺结构的六元氮杂芳香化合物制备或者丙炔醛或取代的丙炔醛与具备邻二胺结构的六元或多元氮杂芳香环化合物制备。氮杂轮烯化合物能够有效的抑制铝及其合金在酸性或酸性盐溶液中的均匀腐蚀或点蚀的发生，且具备酸性溶液中溶解和碱性溶液中析出的特性，便于氮杂轮烯化合物在使用后的回收和重复利用，是一种环境友好的绿色缓蚀剂。技术研发人员：赵澎,梁利花,王东,李梦鑫,温佳宁,毛毅哲,张燚彤,王锡朋受保护的技术使用者：青岛职业技术学院技术研发日：技术公布日：2024/9/26