专题 | 第五章 缓蚀技术在海洋工程中的应用
2020-12-07 13:23:55 作者:本网整理 来源:《腐蚀与防护之友》 分享至:

美国材料试验学会(ASTM)将缓蚀剂定义为以适当的浓度和形式存在于环境(介质)中时, 可以防止或减缓材料腐蚀的化学物质或复合物, 因此埋蚀剂也可以称为腐蚀抑制剂。


从缓蚀剂的定义可看出,凡是可以加入微量或 少量的物质就能降低介质的腐蚀性或防止、减 缓金属的腐蚀速度,同时还能保持金属材料原 有的物理机械性能不变的物质都属于缓蚀剂的范畴。


缓蚀效率


缓蚀剂对金属材料的保护能力可用缓蚀效率表示, 通过测金属分别在有、无缓蚀剂的介质中金属的 腐蚀速度来确定缓蚀效率。检测方法不同,分为:


1)失重法:取相同的金属材料,在相同的测试条件下,分别测量金属在添加和未添加缓蚀剂溶液中浸泡相同时间后的质量,计算缓蚀率:

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w0——未添加缓蚀剂条件下,金属材料的质量


w——添加缓蚀剂条件下,金属材料的质量


腐蚀速度法:比较金属材料在添加和未添加缓蚀剂的溶液中金属材料的腐蚀速度,计算缓蚀率。

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电化学法:当金属的腐蚀过程是电化学腐蚀时, 可以通过分别测量添加和未添加缓蚀剂的溶液中金属的腐蚀电流密度来计算缓蚀率。

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缓蚀剂的分类


1、按化学组成分类(2种)


无机缓蚀剂:绝大部分为各种无机盐类。这类 缓蚀剂的缓蚀作用一般是和金属发生反应,在 金属表面生成钝化膜或生成结合牢固、致密的金属盐的保护膜,阻止了金属的腐蚀过程。有机缓蚀剂:基本上是含有O、N、S、P元素的各类有机物质,这类缓蚀剂的作用是由于有机物质在金属表面发生的化学吸附或物理吸附 作用,覆盖了金属表面或活性部位,从而阻止了金属的电化学腐蚀过程。


2、按电化学作用机理分类(3类)


金属的电化学腐蚀过程包括阴极过程和阳极过程。根据缓蚀剂在介质中主要抑制阴极反应还是阳极反应,或者能够同时抑制阴极反应和阳极反应,可将缓蚀剂分为三类:


阴极型缓蚀剂:抑制阴极反应。阳离子移向阴 极表面,在电极表面生成沉淀型的保护膜或覆 盖层,使阴极反应极化增大。阴极型缓蚀剂也称为安全缓蚀剂。


阳极型缓蚀剂:抑制阳极反应,增大阳极极化,使 阳极反应速率下降。这类缓蚀剂通常是阴离子向阳 离子表面移动,使金属阳极表面钝化,从而使腐蚀 速度下降。阳极型缓蚀剂也称为危险型缓蚀剂。


混合型缓蚀剂:可以同时抑制阳极过程和阴极过程, 同时增大了阴极极化和阳极极化,使阴、阳反应速率下降,最终结果会使腐蚀电流下降很多。


3、按金属表面层结构分类


缓蚀剂加入介质后,按照对金属表面层结构的影响, 可分为3类:


1)氧化膜型缓蚀剂:可以直接或间接氧化金属,在 金属表面形成金属氧化物膜,或通过缓蚀剂物质的还原产物修补金属原有的不致密的氧化膜,达到缓蚀的作用。这种缓蚀剂一般对金属有钝化作用,也称为钝化剂。


2)沉淀膜型缓蚀剂:能与介质中的离子反应生成附着在金属表面的沉淀膜,生成的沉淀膜比钝化膜厚(几十至100纳米),但是致密性和附着力比钝化膜差,因此防腐效果不如钝化膜。


(1)水中离子型是指缓蚀剂和水溶液介质中的一些离子,如钙离子、铁离子等,发生沉淀反应,生成 难溶的沉淀物膜。这种膜较厚并且多孔,和金属表 面的结合力也较差。


(2)金属离子型是指缓蚀剂和金属表面腐蚀产物层的金属离子反应生成保护膜,这种膜致密性好,厚 度也比较薄,和金属的结合也较牢固,这种缓蚀剂 生成的保护膜的防腐性能比水中离子型好。


这两种缓蚀剂使金属表面生成新的化合物相,这是一种三 维新相,介于金属相和介质相之间,阻断金属和腐蚀介 质的接触,达到保护金属的目的。因此,这两种缓蚀剂 也称为相间型缓蚀剂。


3)吸附型缓蚀剂:吸附型缓蚀剂是通过吸附作用,吸附在金属表面,从而改变了金属表面性质,达到缓蚀的目 的。在金属表面仅发生界面吸附,不构成三维新相。因 此,这类缓蚀剂也称为界面缓蚀剂。通过2种吸附方式达到缓蚀目的:


(a)缓蚀剂在部分金属表面上发生吸附,覆盖了部分金属表面,减小了发生腐蚀作用的面积,减小了腐蚀。吸 附是动态吸附,或称为非定位吸附。


(b)缓蚀剂在金属表面的反应活性点上发生吸附,降低了反应活性点的反应活性,使腐蚀速度下降,达到缓蚀 的作用,这种吸附是一种定位吸附。


从可持续发展战略出发,“绿色”化无疑是21世纪防腐蚀技术发展的中心战略,“绿色化学”的概念正在重新塑造防腐蚀技术的发展方向。因此,缓蚀剂的开发和利用也要本着“绿色化”的原则,向高效、无毒、无公害、可生物降解的环境友好化方向发展。几点发展趋势:


1)利用现代先进的分析测试仪器和计算机,深入了解金属腐蚀的基本原理,从分子和原子水平上研究缓蚀剂分子在金属表面上的行为及其作用机理、缓蚀剂之间的协同作用原理,指导缓蚀剂的研究和开发,合成高效缓蚀剂。


2)利用无毒无害的农副产品、食品医药加工副产物进行分离提 纯,并通过改性处理和复配研制缓蚀剂,从而变废为宝,实现资源的最优化利用。215


3)利用微生物的生理活动进行缓蚀保护或模拟海洋动植物的天然自我保护机能进行缓蚀保护。


4)进一步对钼酸盐、钨酸盐、硼酸盐及改性硅酸盐和铈盐等无机缓蚀剂进行研究,掌握其缓蚀机理,从而合成出廉价高效的有机物来提高其缓蚀性能。研究有机缓蚀剂与无机缓蚀剂的协同效应,开发出性能更好的复合缓蚀剂。

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