緩蝕劑在金屬表面的成膜觀點

成膜理論的要點是在金屬與介質兩相之間，由于緩蝕劑的作用而存在界面膜的獨立相，用于水介質的緩蝕劑，一般其本身可溶于水，但在一系列的物理化學作用下，可在金屬表面形成不溶于水或難溶于水的保護膜，它阻礙了金屬離子的水合反應或與溶解氧發生的還原反應，從而抑制金屬的腐蝕過程；緩蝕劑在金屬表面形成的獨立相很薄，習慣稱為保護膜。通常根據保護膜的性質將緩蝕劑膜分為：氧化膜型(鈍化膜型)、沉淀膜型和吸附膜型。 氧化型膜是致密的，與基礎金屬結合緊密，膜比較薄，所以并不使金屬在兩相間傳熱效率降低。氧化薄膜型緩蝕劑大多具有優良的防腐效果，其缺點是在低濃度下使用容易發生局部腐蝕，同時向環境排放時受到嚴格限制。氧化膜型緩蝕劑在成膜過程中一般消耗較大，水介質中有還原性物質存在時消耗量更大，因此在投加初期，需要較高的使用濃度。 典型的沉淀膜型緩蝕劑(如聚磷酸鹽)與水中鈣離子和作為緩蝕劑而加入的鋅離子結合，在碳鋼表面形成不溶性薄膜而其起作用。沉淀薄膜型緩蝕劑薄膜與氧化膜型緩蝕劑薄膜相比，膜沒有與金屬表面直接結合，因而質地多孔，緩蝕效果較差一些。這種膜與金屬的附著力不強，所以不能在流速很大的系統中使用。如果為提高緩蝕效果而增加緩蝕劑量，則導致薄膜過厚而不可能影響傳熱。 以胺類為代表的吸附性薄膜緩蝕劑，大多是在同一分子內具有能吸附到金屬表面的極性基和遮蔽金屬表面的疏水基的有機化 合物。這類緩蝕劑在清潔活性的金屬表面擴散，從而抑制腐蝕反應。如果在金屬表面已經有腐蝕產物或少量污垢存在時，就無法形成良好完整的保護膜，這時應向水介質中添加分散劑、濕潤劑等，幫助緩蝕劑向金屬基體表面滲透，從而提高緩蝕效果。 無論何種類型緩蝕劑，單獨使用時都會因藥劑缺點而達不到完美的使用效果，所以通常把數種藥劑配合起來使用。 對緩蝕劑成膜過程進行電化學研究發現，有的緩蝕劑對金屬在水介質中腐蝕的陽極過程產生阻抑，有的會抑制腐蝕電池的陰極反應進行，也有的緩蝕劑對金屬腐蝕的陰陽極反應都有影響，有的通過不同途徑使金屬在水介質中產生鈍化。典型的陽極型緩蝕劑有鉻酸鹽、亞硝酸鹽和磷酸三鈉等。從組成腐蝕電池的理論極化曲線上看到 金屬氧化的陽極過程變得愈來愈困難，極化曲線變陡，陽極電流下降；金屬離子化過程受阻的結果使腐蝕電位上升。在對腐蝕電池進行實際極化曲線測量時，明顯可以看到，腐蝕電位的上升和陽極極化曲線變陡，而陰極曲線幾乎沒有變化。 常見的陰極型緩蝕劑有聚合磷酸鹽和鋅鹽等。這里緩蝕劑或是直接使陰極還原過程受阻(如提高陰極反應的過電位)，或是與陰極還原產物結合在金屬表面生成難溶或不溶的表面化合物，阻礙了陰極過程的進一步進行。其特征為陰極極化曲線變陡、腐蝕電位負移和腐蝕電流的下降。由于陰極型緩蝕劑對金屬表面的陽極區沒有直接的覆蓋，因此當其用量不足時也會引起局部腐蝕。而且一旦發生局部腐蝕以后，再加大緩蝕劑的濃度，也不會消除已經產生的局部腐蝕。有時把消耗介質中氧化性物質的藥劑也常稱為陰極型緩蝕劑。 混合型緩蝕劑形成的保護膜往往能把金屬表面全部覆蓋，其特點是腐蝕電流明顯減小，而腐蝕電位卻變化不大。 鈍化一般是由陽極過程引起的。陽極型鈍化緩蝕劑投加到水溶液中以后，與金屬氧化產物作用而形成鈍化膜，抑制金屬離子化過程，腐蝕電位明顯上升，致鈍電流和維鈍電流有很大的減少。陰極極化曲線沒有明顯變化，但與陽極極化曲線的交點由活性溶解去區移到鈍化區。只要鈍化膜不受機械損傷或局部沉積臟物而影響氧化性物質對金屬表面的補充，這種緩蝕劑能使金屬的腐蝕速度控制在很小數值。 可鈍化的金屬在一定的水溶液中，投加強烈陰極還原藥劑以后，可使金屬由活性溶解狀態進入鈍化狀態，這種藥劑稱為陰極鈍化劑。這時金屬本身的陽極極化曲線沒有變化，而陰極過程變得更容易了，當在致鈍電位下，陰極還原電流超過金屬陽極調節電流時，金屬就能進入鈍化狀態。實現這種形式的鈍化，可以提高緩蝕劑的濃度，可以使用多種緩蝕劑聯合作用。其特征是腐蝕電位上升，腐蝕速度下降，但腐蝕速度只能下降到金屬原有鈍化區維鈍電流的大小。很明顯地看到，當這類緩蝕劑用量不足時，很有可能加快金屬局部腐蝕。 相關鏈接
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