改善腐蚀性环境的方法与应用

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：通过合理地调整、控制这些因素就能有效地改善腐蚀环境，达到减蚀、缓蚀的目的。在防腐实践中，改善腐蚀环境最有效的方法是在电解液中添加适当的缓蚀剂，抑制腐蚀过程，达到缓蚀的目的。因此，当腐蚀介质中加入电极过程抑制型缓蚀剂后能够抑制阴极过程或者阳极过程或者同时抑制两个过程，分别称为阴极抑制型缓蚀剂、阳极抑制型缓蚀剂和混合抑制型缓蚀剂。

电解液的存在是金属发生腐蚀的必备条件，电解液的成分、浓度、温度、pH值等均会影响金属材料在电解液中的腐蚀形态和腐蚀速度。通过合理地调整、控制这些因素就能有效地改善腐蚀环境，达到减蚀、缓蚀的目的。在防腐实践中，改善腐蚀环境最有效的方法是在电解液中添加适当的缓蚀剂，抑制腐蚀过程，达到缓蚀的目的。

缓蚀剂又称阻蚀剂或腐蚀抑制剂，是一种当它以适当的浓度或形式存在于腐蚀介质中时，可以防止或减缓金属材料腐蚀的化学物质或复合物质。缓蚀剂的特点是用量很小，但对腐蚀的抑制作用很大。

与其他防护措施相比，缓蚀剂的应用时间不长，由于缓蚀剂的使用不需要特殊的附加设备，无需对金属进行特殊的处理以改变材料的性质和表面。再则，其用量很小，腐蚀介质的性质基本不变，成本较低且应用方便，现已在许多工业部门得到广泛的使用。

但是缓蚀剂只适用于有限的腐蚀介质体系，对于腐蚀介质无限量的腐蚀体系，如船舶防止海水腐蚀，桥梁防止大气腐蚀就受到限制。尽管如此，人们还是千方百计地扩大缓蚀剂的应用，如将缓蚀剂加入油漆中，用于船舶及桥梁的腐蚀防护中。

缓蚀剂种类繁多，并没有统一的分类方法，目前常见的分类方法有：

1）按化学结构分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。

2）按使用介质的pH值分为酸性介质缓蚀剂、中性介质缓蚀剂和碱性介质缓蚀剂。

3）按使用介质的性质可分为油溶性缓蚀剂、水溶性缓蚀剂和气相缓蚀剂。

4）按成膜特性分为氧化膜型缓蚀剂、沉淀膜型缓蚀剂和吸附膜型缓蚀剂。

5）按对电化学过程抑制作用分为阳极抑制型缓蚀剂、阴极抑制型缓蚀剂和混合抑制型缓蚀剂。

6）按被保护金属分为钢铁用缓蚀剂、铜和铜合金用缓蚀剂、铝和铝合金用缓蚀剂等。

在上述缓蚀剂中，酸性和中性的水溶性缓蚀剂及气相缓蚀剂应用最为广泛。

由于缓蚀剂种类多，各种缓蚀剂的保护机理并不同，因此缓蚀原理也多种多样，其中吸附理论、成膜理论和电极过程抑制理论最为常用。

缓蚀剂的吸附理论认为，许多有机缓蚀剂属于表面活性物质，这些有机物分子由亲水疏油的极性基和亲油疏水的非极性基组成，缓蚀剂的极性基可定向吸附在金属的表面，而非极性基可以将水性的腐蚀介质隔离，从而起到缓蚀作用。许多有机缓蚀剂如各种胺类化合物的缓蚀机理都可以用吸附理论予以解释。

缓蚀剂的成膜理论认为，缓蚀剂能与金属或腐蚀介质的离子发生反应，结果在金属表面上生成不溶或难溶的具有保护作用的各种膜层，阻碍了腐蚀过程，起到缓蚀作用。比如，铬酸盐、重铬酸盐、亚硝酸盐等氧化剂，可以使金属表面生成具有保护作用的氧化膜或钝化膜，将金属与腐蚀介质机械隔离，抑制腐蚀过程。再如硫醇与铁在酸性介质中、喹啉与铁在盐酸中，能够生成难溶的化合物膜层，叫作沉淀膜。当沉淀膜比较致密时也可以将金属与腐蚀介质机械隔离，从而达到缓蚀效果。

从电化学腐蚀的动力学可以知道，电化学腐蚀必然包括阳极过程和阴极过程两个同时进行的共轭过程，因此无论抑制哪个过程都可以有效地抑制腐蚀过程的进行。因此，当腐蚀介质中加入电极过程抑制型缓蚀剂后能够抑制阴极过程或者阳极过程或者同时抑制两个过程，分别称为阴极抑制型缓蚀剂、阳极抑制型缓蚀剂和混合抑制型缓蚀剂。

阳极抑制型缓蚀剂可以抑制阳极过程，增大阳极极化，其机理可能是缓蚀剂吸附于金属表面，阻碍了金属离子进入溶液；或者是与金属表面反应生成氧化膜或钝化膜，阻碍了阳极过程，从而起到缓蚀作用。常用的阳极缓蚀剂包括两类：一类是氧化性物质，如铬酸盐、亚硝酸盐等；另一类是非氧化性物质，如磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐及苯甲酸盐。

阴极抑制型缓蚀剂可以抑制阴极过程，增加阴极极化，其机理可能是增大了阴极过程的过电位，使阴极反应难以启动或者在阴极表面形成难溶的化合物保护层，阻碍了阴极过程，从而起到缓蚀作用。工业应用的阴极缓蚀剂主要有聚磷酸盐、碳酸钙、As³⁺、Sb²⁺的盐类及有机物等。

混合型缓蚀剂可以同时抑制阳极过程和阴极过程，常用的多为有机物，如琼脂、生物碱及许多气相缓蚀剂。

当两种或多种缓蚀剂混合使用时，有时会呈现出强烈的相互促进的缓蚀效果，这种现象称为缓蚀剂的协同效应。

缓蚀剂的类型不同，其应用范围也不相同。例如水溶性缓蚀剂主要用于配制工序间防锈用的防锈水，或者配制作为切削加工冷却液使用的防锈水，或者配制用于水处理的水质稳定剂等。油溶性缓蚀剂最主要的用途是用作防锈油中的防锈添加剂。气相缓蚀剂能够自行挥发，形成挥发性保护气氛，从而对金属实施缓蚀保护，主要用于密封包装中的金属材料防锈，或者用于制作气相防锈油，或者溶于乙醇、汽油等有机溶剂，通过浸、喷、淋使工件表面形成防锈膜，或者溶于水中制成防锈纸及其他包装材料等。

改善腐蚀性环境的方法与应用

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