无机缓蚀剂的作用机理
在电解质溶液中,金属的腐蚀过程服从电化学过程,因此腐蚀的发生存在着阴极反应与阳极反应。阴极反应对应的是去极化剂接受电子的过程,最常见的两种去极化剂为氢质子与氧气,而阳极反应对应的是金属的溶解过程。从腐蚀电化学原理分析,缓蚀剂加入后使得腐蚀反应的阳极过程或者阴极过程受到抑制,有些缓蚀剂可以同时抑制腐蚀反应的阴极与阳极过程。 大多数无机型缓蚀剂主要使用在中性或偏碱性的介质环境中,它们通常对电极的阳极过程有显著的抑制作用,通过使金属表面钝化或者在金属表面形成沉积膜进而起到缓蚀作用。随着缓蚀剂应用的发展,无机缓蚀剂的使用并未局限在中性或碱性介质中,如在酸性介质中添加碘化物、亚铜、亚锑盐后,能显著增强有机缓蚀剂的作用效果。有机缓蚀剂在酸性介质中的使用非常广泛,它们通过物理或化学作用力吸附在金属表面,通过改变双电层结构,提高腐蚀反应活化能以及将腐蚀介质与金属基体隔离,进而抑制腐蚀速率,有机缓蚀剂在中性介质中也取得了成功的应用,如有机磷酸盐、苯钾酸盐、咪唑啉在工业水和油田污水处理的应用。
上图为阳极抑制型钝化剂作用原理图,当介质中存在阳极抑制型缓蚀剂时,极化曲线阳极部分从活化区转为钝化区,使得腐蚀电流密度显著降低,而极化曲线的阴极部分并没有显著的改变。
(2)阴极型缓蚀剂
介质中有阴极型缓蚀剂存在时,极化曲线的阴极部分塔菲尔斜率明显增加,而阳极部分塔菲尔斜率却没有改变,这说明阴极型缓蚀剂主要增加了电极的阴极极化过程,这使得金属的开路电位以及腐蚀电流密度均下降。阴极型缓蚀剂可以通过在金属表面的阴极区成膜来增加阴极极化过程,也可以通过提高阴极反应的过电位从而抑制阴极反应,而在中性介质中,阴极过程主要为氧去极化过程为,因此也可以通过吸收体系中的氧来增加阴极反应的极化,根据阴极型缓蚀剂的不同作用原理,其可以进一步细分为以下几种:
A.成膜类阴极型缓蚀剂。这类阴极缓蚀剂通过与介质中的物质反应或者自身吸附,在金属的阴极区间成膜,形成的膜能有效地抑制阴极去极化剂如O2、H+等向界面扩散,使得阴极去极化作用受到有效抑制,进而减缓了腐蚀速率。
B.提高阴极反应过电位缓蚀剂。腐蚀反应的阴极过程大多为氢质子或氧的还原反应,这些阴极反应发生的电位均高于其理论的平衡电位,即存在过电位。特别是在酸性介质中,氢质子的还原反应在不同金属上存在显著的差异,而当介质中存在铋、汞、锑等重金属离子时,将会显著提高氢质子的还原过电位,从而使阴极过程受到抑制,降低腐蚀反应速度。
C.耗氧型阴极缓蚀剂。在中性介质中,腐蚀反应的阴极过程多为氧去极化过程,因此在介质中加入可以与氧发生反应的物质,则可降低介质中的氧含量,使阴极反应受到抑制,进而抑制腐蚀速率。
(3)混合型缓蚀剂
该类型缓蚀剂对腐蚀的阴阳极反应均有明显的抑制作用,由于加入混合型缓蚀剂后电极的阴阳极塔菲尔斜率同时增加,因此自腐蚀电位没有显著改变,但是腐蚀电流密度显著降低,使得金属腐蚀速度受到抑制。
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