緩蝕劑的成膜機(jī)理分析

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1、緩蝕劑的成膜機(jī)理分析1　緩蝕劑的分類(lèi)　　緩蝕劑的應(yīng)用廣泛,種類(lèi)繁多,分類(lèi)方法也較多,人們常常從不同的角度對(duì)緩蝕劑進(jìn)行分類(lèi),常見(jiàn)的分類(lèi)方法有:　　1)根據(jù)化學(xué)組成分類(lèi)[1].按照構(gòu)成緩蝕劑的物質(zhì)是無(wú)機(jī)化合物還是有機(jī)化合物可分為無(wú)機(jī)緩蝕劑和有機(jī)緩蝕劑.　　2)根據(jù)所抑制的電極過(guò)程分類(lèi).按照緩蝕劑在電化學(xué)腐蝕過(guò)程中抑制的電極反應(yīng)是陽(yáng)極反應(yīng)還是陰極反應(yīng)或兩者兼而有之,緩蝕劑可分為陽(yáng)極型緩蝕劑,陰極型緩蝕劑或混合型緩蝕劑.　　一般來(lái)說(shuō),陽(yáng)極型緩蝕劑使金屬的腐蝕電位Ec向正的方向移動(dòng),陰極型緩蝕劑使金屬的腐蝕電位Ec向負(fù)的方向移動(dòng);而混合型緩蝕劑則對(duì)腐蝕電位Ec的影響較小,故

2、腐蝕電位的移動(dòng)很小或沒(méi)有移動(dòng).　　3)根據(jù)所生成保護(hù)膜的類(lèi)型分類(lèi)[2].按照緩蝕劑在保護(hù)金屬過(guò)程中所形成的保護(hù)膜的類(lèi)型,緩蝕劑可以分為鈍化膜型緩蝕劑、沉淀膜型緩蝕劑和吸附膜型緩蝕劑.其中沉淀膜型緩蝕劑又分為水中離子型和金屬離子型兩種.2　緩蝕劑在金屬表面形成保護(hù)膜的機(jī)理分析2.1　鈍化膜型緩蝕劑　　鈍化膜型緩蝕劑簡(jiǎn)稱(chēng)鈍化劑,為無(wú)機(jī)強(qiáng)氧化劑[3].如鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽和鎢酸鹽等.在反應(yīng)中比較容易被還原的強(qiáng)氧化劑才能作鈍化劑.以鉻酸鹽為例,鉻酸鹽包括鉻酸(H2CrO4)和重鉻酸(H2Cr2O7)的可溶性鹽,如Na2Cr2O7、Na2CrO4、K2Cr2O7、(N

3、H4)2CrO4等,分子結(jié)構(gòu)中鉻為正六價(jià).鉻酸鹽和重鉻酸鹽可以以任何比例混合而不影響緩蝕效果,所以一般統(tǒng)稱(chēng)為鉻酸鹽.　　鉻酸鹽有很強(qiáng)的氧化能力,發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)Cr6+還原為Cr3+.鉻酸鹽在較高濃度時(shí)是十分有效的陽(yáng)極鈍化劑.鉻酸鹽對(duì)碳鋼的鈍化與碳鋼在H2SO4中的電位極化相似,鈍化時(shí)鐵表面發(fā)生的反應(yīng)為:　　Cr2O72-+8H++6e→Cr2O3+4H2O　　反應(yīng)時(shí)被還原的鉻酸鹽以Cr2O3的形態(tài)吸附在鐵的表面和鐵表面同時(shí)生成的Fe2O3共同組成鈍化膜,反應(yīng)為:　2Fe+3H2O→Fe2O3+6H++6e　　用鉻酸鹽鈍化的鐵的表面那層鈍化膜,充分脫水,結(jié)構(gòu)致密,防

4、腐性能好.而其它緩蝕劑處理鐵都無(wú)法得到這樣的膜,甚至用KMnO4強(qiáng)氧化劑也不能達(dá)到鉻酸鹽鈍化鐵的那種程度.　　鉻酸鹽的優(yōu)點(diǎn)是:它不僅對(duì)鋼鐵,而且對(duì)銅、鋅、鋁及其合金都能給予良好的保護(hù);適用的pH值范圍很寬(pH=6～11);緩蝕效果特別好,使用鉻酸鹽作緩蝕劑時(shí),碳鋼的腐蝕速度可低于0.025mm/年.鉻酸鹽的缺點(diǎn)是:毒性大,環(huán)境保護(hù)部門(mén)對(duì)鉻酸鹽的排放有嚴(yán)格的要求;容易被還原而失效,不宜用于有還原性物質(zhì)(例如硫化氫)泄露的煉油廠(chǎng)的冷卻系統(tǒng)中.2.2　沉淀膜型緩蝕劑水中離子型緩蝕劑分析以聚磷酸鹽為例,聚磷酸鹽是目前使用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的冷卻水緩蝕劑之一.除了具有良好的緩

5、蝕性能外,聚磷酸鹽還是優(yōu)良的阻垢劑,可阻止水中碳酸鈣和硫酸鈣結(jié)垢.最常用的聚磷酸鹽是六偏磷酸鈉和三聚磷酸鈉.它們是一些線(xiàn)形無(wú)機(jī)聚合物。聚磷酸鹽具有強(qiáng)表面活性,其分子結(jié)構(gòu)中的PO基能容易提供電子對(duì)給具有空軌道的金屬,牢牢地吸附在金屬上.聚磷酸鹽的緩蝕、阻垢性能都和它的表面活性有關(guān).聚磷酸鹽具有陽(yáng)極極化和陰極極化雙重緩蝕性能.　　聚磷酸鹽是一種非氧化型的鈍化劑.聚磷酸鹽加入水中之后,很容易吸附在金屬表面上,并且置換出吸附在金屬表面的一部分H+和H2O分子,降低了溶解氧和H+及H2O反應(yīng)的可能性.而且,它使溶解氧更容易吸附在金屬表面.當(dāng)足量的氧吸附在金屬表面時(shí),氧使金屬

6、表面鈍化,所以,聚磷酸鹽必須在溶解氧存在條件下才能表現(xiàn)出陽(yáng)極極化的緩蝕性能.聚磷酸鹽和水中存在的二價(jià)金屬離子如鐵、鈣、鋅等結(jié)合,在金屬表面形成一層沉積物膜,起陰極極化作用,抑制金屬的腐蝕,所以聚磷酸鹽又是陰極型緩蝕劑.聚磷酸鹽的表面活性使它具有清洗金屬表面的能力.在冷卻水系統(tǒng)開(kāi)工時(shí)可以用它對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的清洗.如果系統(tǒng)的污垢不嚴(yán)重,聚磷酸鹽能逐漸的將污垢清洗出去.逐漸建立完整的腐蝕控制,它對(duì)于控制點(diǎn)蝕和瘤狀或結(jié)節(jié)狀的腐蝕特別有效.　　聚磷酸鹽在堿性條件下,形成磷酸鈣垢的危險(xiǎn)很大.使用聚磷酸鹽時(shí),如系統(tǒng)中只有鋼鐵材料,水中的pH值在5.0～7.0為宜.如系統(tǒng)中存在銅

7、和銅合金,低pH值易使銅受到腐蝕,水中的pH值應(yīng)嚴(yán)格控制在6.7～7.0或添加銅緩蝕劑并降低pH值,以避免生成磷酸鈣垢.pH值高于8,不但會(huì)產(chǎn)生磷酸鹽垢,同時(shí)也會(huì)發(fā)生局部的腐蝕.還有磷酸鹽含磷,是微生物生長(zhǎng)繁殖的養(yǎng)料,在水中聚磷酸鹽會(huì)被許多的微生物分解而降低緩蝕性能,也會(huì)局部腐蝕并造成微生物污染.　　　　金屬離子型緩蝕劑分析以銅緩蝕劑為例[4],當(dāng)設(shè)備用銅和銅合金制造時(shí),存在一種特殊的腐蝕問(wèn)題:被腐蝕而產(chǎn)生的銅離子很容易和較活潑的金屬,如鐵和鋁等發(fā)生如下反應(yīng):　　Fe+Cu2+→Cu+Fe2+　　2Al+3Cu2+→2Al3++3Cu銅離子經(jīng)還原而生成的金屬銅便沉

8、積在活潑金