緩蝕劑的特征及緩蝕機理

[db:作者] / 2023-01-09 00:00

緩蝕劑的特征及緩蝕機理

對緩蝕劑的緩蝕機理研究可追溯到20世紀初，而近30年來，這方面的研究更是引起了廣大科學工作者的重視，學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程的復雜性以及緩蝕劑的多樣性，且各種理論著重點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理。某些緩蝕劑的應用范圍分類見表6-2。

表6-2 某些緩蝕劑的應用范圍分類

(1)無機化合物緩蝕劑的特征及緩蝕機理

無機緩蝕劑大多是用于中性介質的體系，主要影響金屬的陽極過程和鈍化狀態。無機化合物有可能成為緩蝕劑的物質包括以下幾類。

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

②產生難溶鹽沉積膜類物質聚合磷酸鹽、硅酸鹽、HCO3-、OH-等。這類物質多是和水中Ca2+、Fe2+、Fe3+等在陰極區產生難溶鹽沉積來抑制腐蝕的。這類膜和被保護的金屬表面沒有緊密的聯系，它的生長與水溶液中緩蝕劑離子的量密切相關。

③活性陰離子主要指CI-、Br-、I-、HS-、SCN-等，可通過吸附在金屬的表面產生緩蝕作用。一般是和其他緩蝕劑配合使用，產生協同作用而獲得有工業應用價值的緩蝕劑。

④金屬陽離子指金屬離子Sn2+、Cu2+、Fe2+、Pb2+、A13+、Ag+等。金屬陽離子參加陰極反應，當金屬陽離子參加氧化/還原反應時，許多高價的離子就消耗由陽極反應形成的電子使金屬鈍化。

(2)有機化合物緩蝕劑的特征及緩蝕機理

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

目前認為有機化合物緩蝕劑的緩蝕作用機理主要有吸附機理、成膜機理以及電化學機理三個。吸附機理認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；成膜理論認為緩蝕劑與金屬作用生成鈍化膜，或緩蝕劑與介質中的離子反應形成沉淀膜而使金屬的腐蝕減緩；電化學理論則認為緩蝕劑的作用機理是對電極過程的阻滯作用。實際上這三種理論相互間均有著內在的聯系。

能形成吸附膜的緩蝕劑大多是有機物。吸附膜型緩蝕劑是通過緩蝕劑分子上極性基團的物理吸附或化學吸附作用，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和界面性質，使金屬表面的能量狀態趨于穩定化，從而增加腐蝕反應的活化能(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，尚能在金屬表面形成一層疏水性保護膜，阻礙著與腐蝕反應有關的電荷或物質的轉移(移動障礙)，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，就會對金屬的電極反應有抑制作用而減緩腐蝕。對于物理吸附的緩蝕劑保護膜，多數是陰極抑制型，即多數是吸附陽離子的。

許多含有氮、磷、硫、砷等元素的有機緩蝕劑，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元素的化合物(如含氮、硫、磷、砷等元素的化合物)，以孤電子對與氫離子或其他陽離子形成配價鍵。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

當陰極表面吸附了這種離子后，酸性介質中的氫離子便難以接近金屬表面進行還原，因而增加了氫離子反應的過電位而使腐蝕減緩。

在酸溶液中各種緩蝕劑的元素組成的化合物類別見表6-3?？捎糜诠I循環水和酸洗中的有機緩蝕劑見表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 酸洗和循環水用有機緩蝕劑

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