缓蚀剂的特征及缓蚀机理

[db:作者] / 2023-01-09 00:00

缓蚀剂的特征及缓蚀机理

对缓蚀剂的缓蚀机理研究可追溯到20世纪初，而近30年来，这方面的研究更是引起了广大科学工作者的重视，学者们先后提出了吸附理论，修饰理论，软硬酸碱理论(SHAB)，钝化理论，尖端突变理论等。由于金属腐蚀和缓蚀过程的复杂性以及缓蚀剂的多样性，且各种理论着重点及研究角度都不尽相同，难以用同一种理论解释各种各样缓蚀剂的作用机理。某些缓蚀剂的应用范围分类见表6-2。

表6-2 某些缓蚀剂的应用范围分类

(1)无机化合物缓蚀剂的特征及缓蚀机理

无机缓蚀剂大多是用于中性介质的体系，主要影响金属的阳极过程和钝化状态。无机化合物有可能成为缓蚀剂的物质包括以下几类。

①形成钝化保护膜类物质主要是含MeO4n-型阴离子的化合物，如K2CrO4、KMnO4、Na2MoO4、Na2WO4、Na3WO4等，另外还有NaNO3、NaNO2等。

②产生难溶盐沉积膜类物质聚合磷酸盐、硅酸盐、HCO3-、OH-等。这类物质多是和水中Ca2+、Fe2+、Fe3+等在阴极区产生难溶盐沉积来抑制腐蚀的。这类膜和被保护的金属表面没有紧密的联系，它的生长与水溶液中缓蚀剂离子的量密切相关。

③活性阴离子主要指CI-、Br-、I-、HS-、SCN-等，可通过吸附在金属的表面产生缓蚀作用。一般是和其他缓蚀剂配合使用，产生协同作用而获得有工业应用价值的缓蚀剂。

④金属阳离子指金属离子Sn2+、Cu2+、Fe2+、Pb2+、A13+、Ag+等。金属阳离子参加阴极反应，当金属阳离子参加氧化/还原反应时，许多高价的离子就消耗由阳极反应形成的电子使金属钝化。

(2)有机化合物缓蚀剂的特征及缓蚀机理

有机缓蚀剂主要是指那些含有未配对电子元素(如O、N、S)的化合物和各种含极性基团的化学物质，特别是含有氨基、醛基、羧基、羟基、巯基的物质。

目前认为有机化合物缓蚀剂的缓蚀作用机理主要有吸附机理、成膜机理以及电化学机理三个。吸附机理认为缓蚀剂在金属表面具有吸附作用，能生成一种吸附在金属表面的吸附膜，从而使金属的腐蚀减慢；成膜理论认为缓蚀剂与金属作用生成钝化膜，或缓蚀剂与介质中的离子反应形成沉淀膜而使金属的腐蚀减缓；电化学理论则认为缓蚀剂的作用机理是对电极过程的阻滞作用。实际上这三种理论相互间均有着内在的联系。

能形成吸附膜的缓蚀剂大多是有机物。吸附膜型缓蚀剂是通过缓蚀剂分子上极性基团的物理吸附或化学吸附作用，使缓蚀剂吸附在金属表面。这样，一方面改变金属表面的电荷状态和界面性质，使金属表面的能量状态趋于稳定化，从而增加腐蚀反应的活化能(能量障碍)，使腐蚀速度减慢；另一方面被吸附的缓蚀剂上的非极性基团，尚能在金属表面形成一层疏水性保护膜，阻碍着与腐蚀反应有关的电荷或物质的转移(移动障碍)，因而也使腐蚀速度减小。不论金属表面吸附的是哪种离子，只要它能形成一层完好的吸附膜，就会对金属的电极反应有抑制作用而减缓腐蚀。对于物理吸附的缓蚀剂保护膜，多数是阴极抑制型，即多数是吸附阳离子的。

许多含有氮、磷、硫、砷等元素的有机缓蚀剂，在酸性水溶液中能与氢离子形成Onium离子。所谓Onium离子就是指含有未共用电子对元素的化合物(如含氮、硫、磷、砷等元素的化合物)，以孤电子对与氢离子或其他阳离子形成配价键。这些Onium离子能以单分子层吸附在金属表面，如图6-1所示。

图6-1 单分子层吸附在金属表面示意

当阴极表面吸附了这种离子后，酸性介质中的氢离子便难以接近金属表面进行还原，因而增加了氢离子反应的过电位而使腐蚀减缓。

在酸溶液中各种缓蚀剂的元素组成的化合物类别见表6-3。可用于工业循环水和酸洗中的有机缓蚀剂见表6-4。

表6-3 酸溶液中缓蚀剂的元素组成和化合物类别

表6-4 酸洗和循环水用有机缓蚀剂

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