緩蝕劑是一種能在極低濃度下抑制腐蝕介質(zhì)中金屬破壞過程的物質(zhì)。在各種金屬防腐方法中,緩蝕劑的使用是一種工藝簡單、成本低廉、適應(yīng)性強的方法,已廣泛應(yīng)用于油氣開采與煉制、機械、化工、能源等行業(yè),效果良好,經(jīng)濟(jì)效益較高。
但緩蝕劑只適用于腐蝕性介質(zhì)有限的相對封閉的系統(tǒng),如海洋平臺和碼頭腿的海水腐蝕、橋梁的大氣腐蝕等,不適合防護(hù)。然而,近年來,針對海水和大氣腐蝕,開發(fā)了在涂層中添加緩蝕劑以提高耐腐蝕性的技術(shù)。
緩蝕劑的分類
緩蝕劑種類繁多,緩蝕機理復(fù)雜。沒有統(tǒng)一的方法對它們進(jìn)行合理的分類,反映它們的分子結(jié)構(gòu)和作用機制之間的關(guān)系。為了研究和使用的方便,緩蝕劑往往從各個角度進(jìn)行分類。
根據(jù)化學(xué)成分分類的第一名。
根據(jù)物質(zhì)的化學(xué)組成,緩蝕劑可分為無機緩蝕劑和有機緩蝕劑。在實際應(yīng)用中,緩蝕劑不是單一組分,而是多組分化合物,從而充分利用“協(xié)同效應(yīng)”增加緩蝕效果。
無機化合物在早期常被用作緩蝕劑,如亞硝酸鹽、鉻酸鹽、磷酸鹽、砷化物、氰化銨等。但大多數(shù)都不盡如人意,因為它們存在一些缺點,如毒性大,在酸性介質(zhì)中的緩蝕效率低(例如,鉻酸鹽處理過程中,鉻酸鹽氧化物的沉積往往會造成堵塞;砷化物毒性很大,有引起氫脆的危險。目前,它已經(jīng)被有機化合物所取代。
有機化合物被廣泛用作緩蝕劑,并在不斷發(fā)展。常用的有機胺及其衍生物、咪唑啉及其衍生物、季銨鹽、松香胺衍生物、炔醇等。
號按電化學(xué)機理分類。
根據(jù)緩蝕劑對電極過程的影響,緩蝕劑可分為三類:陽極緩蝕劑、陰極緩蝕劑和混合緩蝕劑。
型陽極緩蝕劑是陽極抑制緩蝕劑,能延緩陽極過程,增加陽極極化,使腐蝕電位前移。陽極緩蝕劑通常是緩蝕劑。緩蝕劑的陰離子轉(zhuǎn)移到金屬陽極上鈍化金屬。如果陽極緩蝕劑用量不足,陽極表面不能完全覆蓋,就會形成陽極小陰極大的腐蝕電池,相反會加劇金屬的點蝕。因此,陽極緩蝕劑也被稱為“危險緩蝕劑”。
陰極緩蝕劑類型,可阻斷陰極過程,減緩陰極過程,使腐蝕電位負(fù)移。陰極緩蝕劑通常由移動到陰極表面并形成化學(xué)或電化學(xué)沉淀保護(hù)膜的陽離子組成。這種緩蝕劑在用量不足時不會加速腐蝕,因此陰極緩蝕劑也被稱為“安全緩蝕劑”?;旌弦种苿┦且环N混合抑制劑,既能抑制陰極過程,又能抑制陽極過程。此時腐蝕電位變化不大,但腐蝕電流可以降低很多。
號根據(jù)物理和化學(xué)機理分類。
根據(jù)緩蝕劑對金屬表面的物理化學(xué)作用,緩蝕劑可分為三類:氧化膜緩蝕劑、沉淀膜緩蝕劑和吸附膜緩蝕劑。
根據(jù)EpH圖,當(dāng)許多金屬暴露在中性介質(zhì)(包括大氣)中時,它們的表面會被氧化物涂層覆蓋。這些涂層通常不致密,會導(dǎo)致局部腐蝕。氧化膜緩蝕劑直接或間接氧化金屬,在其表面形成金屬氧化膜,從而修復(fù)原有涂層,防止腐蝕反應(yīng)。這種緩蝕劑很容易促進(jìn)被腐蝕金屬的陽極鈍化,所以也叫鈍化型緩蝕劑,或者直接叫鈍化劑。
一般來說,氧化膜緩蝕劑對鈍化金屬(鐵族過渡金屬)有很好的保護(hù)作用,但對銅、鋅等非鈍化金屬無明顯作用,對能溶解氧化膜的酸無作用。氧化膜較薄(. ~ .微米),致密性好,對金屬附著力強,耐蝕性好。緩蝕劑過量不會因保護(hù)膜不斷增厚而導(dǎo)致結(jié)垢或鐵結(jié)垢,但用量不足會加速腐蝕。
膜緩蝕劑本身沒有氧化性,但能與金屬的腐蝕產(chǎn)物(Fe、Fe)或陰極反應(yīng)產(chǎn)物(一般為OH)一起沉淀,在金屬表面形成防腐蝕沉淀膜,也能有效修復(fù)氧化膜的缺陷。沉淀膜的厚度低于一般鈍化膜(約幾十到一百納米),致密性和附著力也低于鈍化膜。此外,沉淀膜的厚度會不斷增加,可能會造成結(jié)垢的副作用。通常情況下,有必要將其與洗滌劑結(jié)合使用,以達(dá)到更好的效果。
氧化型和沉淀型緩蝕劑一般也稱為涂層型緩蝕劑,文獻(xiàn)中也有人稱之為“相間緩蝕劑”,它在金屬表面形成三維新相(具有一定厚度的表面膜)。它們在中性介質(zhì)中有效,但在酸性介質(zhì)中很差。在酸性介質(zhì)中,氧化物不能穩(wěn)定存在,大部分金屬表面裸露。此時,氧化物質(zhì)的加入不僅會抑制腐蝕,還會由于額外的陰極反應(yīng)而加速腐蝕。此時,由于沉淀溶解度的增加和氫氣從金屬表面的不斷逸出,沉淀緩蝕劑也將失效。
吸附型緩蝕劑不會在被腐蝕的金屬表面形成三維新相,只會形成連續(xù)或不連續(xù)的原子或分子吸附層。這種緩蝕劑在文獻(xiàn)中又稱為“界面抑制劑”,能吸附在金屬表面,改變金屬表面的性質(zhì),從而起到防腐蝕和產(chǎn)生緩蝕作用。根據(jù)吸附機理的不同,可進(jìn)一步分為物理吸附型和化學(xué)吸附型。在化學(xué)吸附中,粒子必須吸附在可以鍵合的吸附中心,而物理吸附?jīng)]有這樣的限制,可以吸附在表面的任何位置,所以物理吸附的覆蓋率遠(yuǎn)大于化學(xué)吸附。物理吸附和化學(xué)吸附可以同時發(fā)生,在整個吸附過程中往往需要考慮兩種吸附的效果。為了形成良好的吸附膜,金屬必須具有干凈(即活性)的表面,因此這種緩蝕劑在酸性介質(zhì)中的使用往往多于中性介質(zhì)。吸附型緩蝕劑分子中存在極性基團(tuán),能在金屬表面吸附成膜,分子中的疏水基團(tuán)阻止水和去極化劑到達(dá)金屬表面,保護(hù)金屬。在酸性和非水溶液中,緩蝕劑在金屬表面形成的膜極薄,一般只有單分子層或幾個分子的厚度。
按物理狀態(tài)分類的第名。
根據(jù)緩蝕劑的物理狀態(tài),緩蝕劑可分為油溶性緩蝕劑、水溶性緩蝕劑和氣相緩蝕劑。
油溶性緩蝕劑是一種水溶性差、油溶性好的緩蝕劑,基本由有機緩蝕劑組成。作用機理一般認(rèn)為是由于極性基團(tuán)的存在,這類緩蝕劑分子吸附在金屬表面,從而隔離了金屬與油界面的腐蝕介質(zhì)。水溶性緩蝕劑是一種水溶性好、油溶性差的緩蝕劑。一般來說,無機和有機化合物都可以用作水溶性緩蝕劑。
蒸汽緩蝕劑(揮發(fā)性緩蝕劑或蒸汽防銹劑)是一種在常溫下能揮發(fā)成氣體的緩蝕劑。所以,如果是固體,就一定有升華;如果是液體,它的蒸汽分壓必須大于一定值。人們可以根據(jù)它是否具有這一特性來將其與其他水溶性緩蝕劑區(qū)分開來。