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1、緩蝕劑的成膜機理分析1 緩蝕劑的分類 緩蝕劑的應用廣泛,種類繁多,分類方法也較多,人們常常從不同的角度對緩蝕劑進行分類,常見的分類方法有: 1)根據(jù)化學組成分類[1].按照構成緩蝕劑的物質是無機化合物還是有機化合物可分為無機緩蝕劑和有機緩蝕劑. 2)根據(jù)所抑制的電極過程分類.按照緩蝕劑在電化學腐蝕過程中抑制的電極反應是陽極反應還是陰極反應或兩者兼而有之,緩蝕劑可分為陽極型緩蝕劑,陰極型緩蝕劑或混合型緩蝕劑. 一般來說,陽極型緩蝕劑使金屬的腐蝕電位Ec向正的方向移動,陰極型緩蝕劑使金屬的腐蝕電位Ec向負的方向移動;而混合型緩蝕劑則對腐蝕電位Ec的影響較小,故
2、腐蝕電位的移動很小或沒有移動. 3)根據(jù)所生成保護膜的類型分類[2].按照緩蝕劑在保護金屬過程中所形成的保護膜的類型,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膜的機理分析2.1 鈍化膜型緩蝕劑 鈍化膜型緩蝕劑簡稱鈍化劑,為無機強氧化劑[3].如鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽和鎢酸鹽等.在反應中比較容易被還原的強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,分子結構中鉻為正六價.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)稱為鉻酸鹽. 鉻酸鹽有很強的氧化能力,發(fā)生氧化反應時Cr6+還原為Cr3+.鉻酸鹽在較高濃度時是十分有效的陽極鈍化劑.鉻酸鹽對碳鋼的鈍化與碳鋼在H2SO4中的電位極化相似,鈍化時鐵表面發(fā)生的反應為: Cr2O72-+8H++6e→Cr2O3+4H2O 反應時被還原的鉻酸鹽以Cr2O3的形態(tài)吸附在鐵的表面和鐵表面同時生成的Fe2O3共同組成鈍化膜,反應為: 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,結構致密,防
4、腐性能好.而其它緩蝕劑處理鐵都無法得到這樣的膜,甚至用KMnO4強氧化劑也不能達到鉻酸鹽鈍化鐵的那種程度. 鉻酸鹽的優(yōu)點是:它不僅對鋼鐵,而且對銅、鋅、鋁及其合金都能給予良好的保護;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,碳鋼的腐蝕速度可低于0.025mm/年.鉻酸鹽的缺點是:毒性大,環(huán)境保護部門對鉻酸鹽的排放有嚴格的要求;容易被還原而失效,不宜用于有還原性物質(例如硫化氫)泄露的煉油廠的冷卻系統(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.它們是一些線形無機聚合物。聚磷酸鹽具有強表面活性,其分子結構中的PO基能容易提供電子對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.聚磷酸鹽具有陽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反應的可能性.而且,它使溶解氧更容易吸附在金屬表面.當足量的氧吸附在金屬表面時,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)出陽極極化的緩蝕性能.聚磷酸鹽和水中存在的二價金屬離子如鐵、鈣、鋅等結合,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)開工時可以用它對系統(tǒng)進行全面的清洗.如果系統(tǒng)的污垢不嚴重,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,它對于控制點蝕和瘤狀或結節(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很大.使用聚磷酸鹽時,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值應嚴格控制在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,不但會產生磷酸鹽垢,同時也會發(fā)生局部的腐蝕.還有磷酸鹽含磷,是微生物生長繁殖的養(yǎng)料,在水中聚磷酸鹽會被許多的微生物分解而降低緩蝕性能,也會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],當設備用銅和銅合金制造時,存在一種特殊的腐蝕問題:被腐蝕而產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: 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
