緩蝕劑的特征及緩蝕機(jī)理

[db:作者] / 2023-01-09 00:00

緩蝕劑的特征及緩蝕機(jī)理

對(duì)緩蝕劑的緩蝕機(jī)理研究可追溯到20世紀(jì)初，而近30年來(lái)，這方面的研究更是引起了廣大科學(xué)工作者的重視，學(xué)者們先后提出了吸附理論，修飾理論，軟硬酸堿理論(SHAB)，鈍化理論，尖端突變理論等。由于金屬腐蝕和緩蝕過(guò)程的復(fù)雜性以及緩蝕劑的多樣性，且各種理論著重點(diǎn)及研究角度都不盡相同，難以用同一種理論解釋各種各樣緩蝕劑的作用機(jī)理。某些緩蝕劑的應(yīng)用范圍分類見(jiàn)表6-2。

表6-2 某些緩蝕劑的應(yīng)用范圍分類

(1)無(wú)機(jī)化合物緩蝕劑的特征及緩蝕機(jī)理

無(wú)機(jī)緩蝕劑大多是用于中性介質(zhì)的體系，主要影響金屬的陽(yáng)極過(guò)程和鈍化狀態(tài)。無(wú)機(jī)化合物有可能成為緩蝕劑的物質(zhì)包括以下幾類。

①形成鈍化保護(hù)膜類物質(zhì)主要是含MeO4n-型陰離子的化合物，如K2CrO4、KMnO4、Na2MoO4、Na2WO4、Na3WO4等，另外還有NaNO3、NaNO2等。

②產(chǎn)生難溶鹽沉積膜類物質(zhì)聚合磷酸鹽、硅酸鹽、HCO3-、OH-等。這類物質(zhì)多是和水中Ca2+、Fe2+、Fe3+等在陰極區(qū)產(chǎn)生難溶鹽沉積來(lái)抑制腐蝕的。這類膜和被保護(hù)的金屬表面沒(méi)有緊密的聯(lián)系，它的生長(zhǎng)與水溶液中緩蝕劑離子的量密切相關(guān)。

③活性陰離子主要指CI-、Br-、I-、HS-、SCN-等，可通過(guò)吸附在金屬的表面產(chǎn)生緩蝕作用。一般是和其他緩蝕劑配合使用，產(chǎn)生協(xié)同作用而獲得有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的緩蝕劑。

④金屬陽(yáng)離子指金屬離子Sn2+、Cu2+、Fe2+、Pb2+、A13+、Ag+等。金屬陽(yáng)離子參加陰極反應(yīng)，當(dāng)金屬陽(yáng)離子參加氧化/還原反應(yīng)時(shí)，許多高價(jià)的離子就消耗由陽(yáng)極反應(yīng)形成的電子使金屬鈍化。

(2)有機(jī)化合物緩蝕劑的特征及緩蝕機(jī)理

有機(jī)緩蝕劑主要是指那些含有未配對(duì)電子元素(如O、N、S)的化合物和各種含極性基團(tuán)的化學(xué)物質(zhì)，特別是含有氨基、醛基、羧基、羥基、巰基的物質(zhì)。

目前認(rèn)為有機(jī)化合物緩蝕劑的緩蝕作用機(jī)理主要有吸附機(jī)理、成膜機(jī)理以及電化學(xué)機(jī)理三個(gè)。吸附機(jī)理認(rèn)為緩蝕劑在金屬表面具有吸附作用，能生成一種吸附在金屬表面的吸附膜，從而使金屬的腐蝕減慢；成膜理論認(rèn)為緩蝕劑與金屬作用生成鈍化膜，或緩蝕劑與介質(zhì)中的離子反應(yīng)形成沉淀膜而使金屬的腐蝕減緩；電化學(xué)理論則認(rèn)為緩蝕劑的作用機(jī)理是對(duì)電極過(guò)程的阻滯作用。實(shí)際上這三種理論相互間均有著內(nèi)在的聯(lián)系。

能形成吸附膜的緩蝕劑大多是有機(jī)物。吸附膜型緩蝕劑是通過(guò)緩蝕劑分子上極性基團(tuán)的物理吸附或化學(xué)吸附作用，使緩蝕劑吸附在金屬表面。這樣，一方面改變金屬表面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)，使金屬表面的能量狀態(tài)趨于穩(wěn)定化，從而增加腐蝕反應(yīng)的活化能(能量障礙)，使腐蝕速度減慢；另一方面被吸附的緩蝕劑上的非極性基團(tuán)，尚能在金屬表面形成一層疏水性保護(hù)膜，阻礙著與腐蝕反應(yīng)有關(guān)的電荷或物質(zhì)的轉(zhuǎn)移(移動(dòng)障礙)，因而也使腐蝕速度減小。不論金屬表面吸附的是哪種離子，只要它能形成一層完好的吸附膜，就會(huì)對(duì)金屬的電極反應(yīng)有抑制作用而減緩腐蝕。對(duì)于物理吸附的緩蝕劑保護(hù)膜，多數(shù)是陰極抑制型，即多數(shù)是吸附陽(yáng)離子的。

許多含有氮、磷、硫、砷等元素的有機(jī)緩蝕劑，在酸性水溶液中能與氫離子形成Onium離子。所謂Onium離子就是指含有未共用電子對(duì)元素的化合物(如含氮、硫、磷、砷等元素的化合物)，以孤電子對(duì)與氫離子或其他陽(yáng)離子形成配價(jià)鍵。這些Onium離子能以單分子層吸附在金屬表面，如圖6-1所示。

圖6-1 單分子層吸附在金屬表面示意

當(dāng)陰極表面吸附了這種離子后，酸性介質(zhì)中的氫離子便難以接近金屬表面進(jìn)行還原，因而增加了氫離子反應(yīng)的過(guò)電位而使腐蝕減緩。

在酸溶液中各種緩蝕劑的元素組成的化合物類別見(jiàn)表6-3。可用于工業(yè)循環(huán)水和酸洗中的有機(jī)緩蝕劑見(jiàn)表6-4。

表6-3 酸溶液中緩蝕劑的元素組成和化合物類別

表6-4 酸洗和循環(huán)水用有機(jī)緩蝕劑

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