2-己基咪唑作为铜的盐酸酸洗缓蚀剂作用机理的研究

1 　实验部分

1.1 　实验条件及方法

用AR 级36 %～38 %盐酸加去离子水配成5 % 盐酸酸洗液,酸洗介质为5 %盐酸或不同浓度缓蚀剂溶于5 %盐酸。缓蚀剂用自制的22He IM ,可直接溶于盐酸酸洗液。实验对象为铜试片。

实验采用失重法。实验前先将铜片打磨至镜面光亮,去脂、水洗、干燥、称重,然后将平行挂片挂在装有酸洗液的玻璃瓶中,再浸到恒温水浴中。经18h腐蚀后,取出试片,先除去铜表面的腐蚀产物然后用稀NaOH溶液中和,最后用自来水清洗、干燥、称重。每组数据取三次平行测定的平均值。

1.2 　实验内容

分别在15 、20 、25 、30 、35 ℃下用含不同浓度22 He IM 的5 %盐酸酸洗液进行实验,从中得出温度和缓蚀剂浓度对缓蚀率的影响,并进一步探讨缓蚀剂的作用机理。其中缓蚀率η的定义为:

其中, v 和v0 分别为加缓蚀剂和不加缓蚀剂时单位时间、单位面积铜片的失重量,在腐蚀时间和铜片厚度都一定的情况下,可以分别用各自的失重率z 来代替。z =Δw/ w0 ,Δw 和w0 分别代表腐蚀过程的失重量和铜片的原重。

2 　结果与讨论

2.1 　22HeIM的浓度对缓蚀率的影响

30 ℃时5 %盐酸中22He IM 的浓度与对铜的缓蚀率的关系,如图1 所示。

由图1 可知,缓蚀率η随着22He IM 浓度C 的提高而提高。在015 mmol/ L 到1 mmol/ L 的低浓度范围内缓蚀率随浓度的变化而变化得较为缓慢,主要是因为低浓度时22He IM 在铜表面的吸附量有限。在1 mmol/ L 到6 mmol/ L 范围内,缓蚀率η的变化非常显著, 说明浓度在此范围内变化时, 22 He IM 在铜表面所成膜的覆盖度变化比较明显。当 22He IM 的浓度大于6mmol/ L 时,缓蚀率基本不变, 说明在6 mmol/ L 时,22He IM 在铜表面已基本达到饱和吸附。所以本文选择6 mmol/ L 为最佳添加浓度。30 ℃时加6 mmol/ L 22He IM 的酸洗液中对铜的缓蚀率为591693 %。

2.2 　22HeIM的缓蚀作用机理

2.2.1 　2-HeIM在铜表面的吸附等温式及分子间作用力的探讨Frumkin吸附等温式考虑了吸附分子间的侧向作用力,已经有人用此等温式在研究缓蚀剂的作用机理,并取得了令人满意的结果。选择此等温式来研究30 ℃下,5 %盐酸中22HeIM浓度从2mmol/L变到6mmol/L时的吸附情况。Frumkin吸附等温式为:

式中　C 为被吸附物的摩尔浓度, B 为吸附平衡常数,θ为表面覆盖度, a 为被吸附粒子间的作用力常数,当0 < a < 2 时为引力, a < 0 时为斥力。

22He IM 属吸附型缓蚀剂, 表面覆盖度θ等于缓蚀率η ,将(2) 式取对数,整理得:

对ln[η/ (1 - η) C]～η线性回归得缓蚀率η与缓蚀剂浓度的关系,如图2 所示。

由回归方程求得, a = 01256 6 ,lnB = 51227 4 。因为0 < a < 2 ,所以浓度在2 mmol/ L 到6 mmol/ L 范围内,22He IM 在铜表面吸附时分子间的作用力整体表现为引力。当22He IM 的浓度大于6 mmol/ L 时,22He IM 在铜表面的覆盖度增大,从铺在铜表面的咪唑环上伸出的—C6H13取代基较多,使得空间效应引起的分子间排斥力超过了库仑力和范德华力等引力,分子间整体表现为斥力,从而使22He IM 在铜表面达到饱和吸附,缓蚀率趋于稳定值。