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缓蚀剂的作用机理

发布时间:2021-10-11 11:45:42浏览次数:
  缓蚀剂的作用机理可归纳为两种,即电化学机理和物理化学机理。电化学机理基于金属表面的电化学过程,解释了缓蚀剂的作用。物理化学机理是基于金属表面的物理化学变化,解释了缓蚀剂的作用。两种机制处理问题的方式不同,但并不矛盾,存在因果关系。
 
  缓蚀剂的电化学机理。
 
  金属的腐蚀大多是金属表面电偶反应的结果,也是引起腐蚀的最重要因素。电化学反应包括阳极反应和阴极反应。如果缓蚀剂能抑制阳极和阴极反应中的一种或两种,则电偶反应将减慢,金属的腐蚀速度将减慢。我们称能抑制阳极反应的缓蚀剂为阳极抑制缓蚀剂。能抑制阴极反应的缓蚀剂称为阴极抑制缓蚀剂。既能抑制阳极反应又能抑制阴极反应的缓蚀剂称为混合缓蚀剂。
 
  重铬酸钾、铬酸钾、亚硝酸钠、硝酸钠、高锰酸钾、磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、碳酸盐、苯甲酸盐和肉桂酸盐都是阳极缓蚀剂。I型阳极缓蚀剂对阳极过程的影响如下:(1)在金属表面形成一层薄氧化膜,将金属与腐蚀介质分离;特征吸附抑制金属电离过程;使金属电极电位达到钝化电位。
 
  阴极缓蚀剂主要通过以下作用实现缓蚀作用:提高阴极反应的过电位。有时阴离子缓蚀剂通过增加氢离子放电的过电位来抑制氢离子放电反应。例如:Na2C03、三乙醇胺等碱性缓蚀剂可以中和水中的酸性物质,降低氢离子浓度,增加析氢过电位,从而阻碍金属表面氢离子的还原,减缓腐蚀;金属表面形成的化合物膜,如有机缓蚀剂中的低分子有机胺及其衍生物,可在金属表面阴极区形成多分子层,使去极化剂难以到达金属表面,减缓腐蚀;吸收水中的溶解氧,降低腐蚀反应中阴极反应物-02的浓度,从而减缓金属的腐蚀。
 
  混合缓蚀剂对腐蚀电化学过程的影响如下:(1)混合缓蚀剂与阳极反应产物反应形成不溶物,紧密沉积在金属表面,起到缓蚀作用。磷酸盐如Na3P04和Na2HP04在铁、镁和铝的腐蚀抑制中属于这种类型;形成胶体物质,能形成复杂胶体体系的化合物可作为有效的缓蚀剂,如Na2Si03等。吸附在金属表面形成吸附膜进行缓蚀。明胶和阿拉伯胶可以吸附在铝表面,而吡啶和有机胺可以吸附在镁和镁合金表面,因此它们都可以起到缓蚀作用。缓蚀剂的物理化学机理。
 
  从物理和化学的角度来看,缓蚀剂的作用可分为三种类型:形成氧化膜、沉淀膜和吸附膜。因此,缓蚀剂也分为氧化膜缓蚀剂、沉淀膜缓蚀剂和吸附膜缓蚀剂。
 
  1氧化膜缓蚀剂。
 
  氧化膜缓蚀剂本身是一种氧化剂,能与金属发生反应。或者本身不具有氧化性,利用介质中的溶解氧作为氧化剂,在金属表面形成致密的氧化膜,阻碍金属的电离过程,从而减缓金属的腐蚀。这种缓蚀剂也被称为钝化剂。重铬酸钾、铬酸钾和高锰酸钾在含氧水溶液中对铝和镁的缓蚀作用属于这一类。氧化膜缓蚀剂因其缓蚀效率高而得到广泛应用。但如果用量不足,可能会在金属表面形成大阴极和小阳极,导致点蚀。因此,这种缓蚀剂也被称为“危险缓蚀剂”。
 
  2 .沉淀膜缓蚀剂。
 
  沉淀型缓蚀剂,顾名思义就是在金属表面形成一层沉淀膜。缓蚀剂分子之间的相互作用,或者缓蚀剂与腐蚀介质中的金属离子之间的相互作用,都可以形成沉淀膜。大多数情况下,沉淀膜形成于阴极区域并覆盖阴极表面,将金属与腐蚀介质分离,抑制金属电化学腐蚀的阴极过程,即阴极抑制型。有时沉淀膜可以覆盖金属的整个表面,抑制金属电化学腐蚀的阳极和阴极过程,称为混合抑制型。
 
  硫酸锌、碳酸氢钙、石灰、多聚磷酸盐、硅酸盐和有机膦酸盐都是阴极抑制缓蚀剂。在中性含氧水中,锌离子可与阴极反应生成的氢氧离子反应,形成不溶性氢氧化锌沉淀膜覆盖阴极,从而抑制阴极反应。在溶解氧存在的情况下,磷酸盐如Na2HP04或Na3P04能与Fe3反应形成r-fe2o  3和FeP04 2H20的不溶性混合膜,能抑制铁的腐蚀。应该注意的是,介质中氧气的存在可以增强缓蚀剂。只有在氧气存在的情况下,才能起到缓蚀剂的作用。例如,苯甲酸钠抑制铁的腐蚀,在氧气存在下,形成不溶性铁盐,起到保护金属的作用。但在无氧条件下,会产生二价可溶性铁盐,不能起到缓蚀作用。
 
  混合缓蚀剂多为有机化合物。有机缓蚀剂分子上的反应基团与腐蚀过程中产生的金属离子相互作用,形成沉淀膜,抑制阴极和阳极的电化学过程。例如炔丙醇在酸性水溶液中对铁有很好的缓蚀作用。发现炔丙醇首先吸附在金属表面,被铁沉淀出来的氢还原,然后聚合形成聚合复合膜。覆盖整个金属表面,同时抑制腐蚀电化学反应的阳极反应和阴极反应。在另一个例子中,8-羟基喹啉对铝在碱性介质中的腐蚀具有缓蚀作用,这是由于缓蚀剂与铝离子反应形成的不溶性复合沉淀膜覆盖在铝表面,抑制了铝在碱性水溶液中的腐蚀。苯并三唑对铜的缓蚀作用也被认为是不溶性聚合物沉淀膜的形成。