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缓蚀剂的作用原理、研究现状及发展方向

1缓蚀剂概述

在美国材料与实验协会《关于腐蚀和腐蚀试验术语的标准定义》中，缓蚀剂

是“一种以适当的浓度和形式存在于环境（介质）中时，可以防止或减缓腐蚀的

化学物质或几种化学物质的混合物” 。

缓浊剂是具有抑制金属锈蚀性质的一类无机物质和有机物质的总称。某些有

机物质，被有效地吸附在金属的表面上，从而明显地影响表面的电化学行为。其作用机理有抑制表面的阳极反应和抑制阴极反应两种，结果都是使腐蚀电流降

低。

缓蚀剂的作用不仅如此，它作为金属的溶解抑制剂还有许多实用价值。如用

在化学研磨、电解研磨、电镀和电解冶炼中的阳极解、刻蚀等。总之，在同时发

生金属溶解的工业方面，或县为了抑制过度溶解或是为了防止局部浸蚀使之均匀

溶解。缓蚀剂都起着重要的作用。另外，电镀中的整平剂，从其本来的定义备不

属于缓蚀剂的畴；但是，其作用机理( 吸附 ) 和缓蚀剂的机理类似。具有整平作

用的物质，同时有效地作为该金属的缓蚀剂的情况也是常的。下图给出了有无缓

蚀剂的不同效果：

图 1 缓蚀剂的效果

2不同类型的缓蚀剂及其作用原理

2.1阳极型缓蚀剂及其作用原理

阳极型缓蚀剂也称阳极抑制型缓蚀剂，主要是抑制阳极过程而使腐蚀速度减缓。如中性介质中的亚硝酸盐、铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐、苯甲酸钠等，它们能

增加阳极极化，从而使腐蚀电位正移。通常是缓蚀剂的阴离子移向金属阳极使金属钝化。该类缓蚀剂属于“危险型”缓蚀剂，用量不足会加快腐蚀。

作用过程：（a）具有强氧化作用的缓蚀剂，使金属钝化（亚硝酸钠，高铬酸等）；（b）具有阴极去极化性的钝化剂，在阴极被还原，加大阴极电流，使体系的氧化还原电位向正方移动，超过钝化电位，而使腐蚀电流达到很低的值。（亚硝酸盐、硝酸盐与高价金属盐属于此类；铬酸盐、磷酸盐、钼酸盐、钨酸盐等在

酸性溶液中也属于此类。）

图 2 阳极型缓蚀剂作用原理

2.2阴极型缓蚀剂及其作用原理

阴极型缓蚀剂也称阴极型抑制，其主要包括：酸式碳酸钙、聚磷酸盐、硫酸

锌、砷离子、锑离子等，能使阴极过程减慢，增大酸性溶液中氢析出的过电位，

使腐蚀电位向负移动。此类缓蚀剂是“安全型缓蚀剂”。

作用过程：（a）成膜型阴极缓蚀剂，腐蚀过程在研究生成的OH-与缓蚀剂反应生成的不溶性物质使金属表面形成膜层，阻碍阴极反应。（硫酸锌，碳酸氢钙及镁，锰等钢铁缓蚀剂）；（b）增加氢离子放电过电位的缓蚀剂，在酸性溶液中

砷离子、锑离子等在金属表面析出时，提高了氢离子放电的过电位而抑制氢离子

的还原反应。

图 3 阴极型缓蚀剂作用原理

2.3有机缓蚀剂的作用原理

2.3.1吸附性缓蚀剂的作用原理

缓蚀剂的吸附可以分为两类：起因于静电引力和德瓦尔斯力的物理吸附和基

于金属与极性基的电子共有的化学吸附。

2.3.1.1物理吸附作用

有机胺类在酸性溶液中对铁有很好的缓蚀效果，这是由于胺中氮带有正电

荷，因而被静电吸引到阴极部分并覆盖于其上，以致抑制氢离子放电。胺类物质中，有的 N原子具有非共价电子对 ( 在酸性溶液中结合的电子对) ，在酸性溶液中，它和负离子配位，成为R３Ｎ：Ｈ+- Ｒ３Ｎ：Ｈ+形式的含正电荷的离子，受到静电

作用吸引到局部阴极上，从而覆盖的这一部分。

图 4 物理吸附原理

2.3.1.2化学吸附作用

有机缓蚀剂分子部分含有氧、氮、硫和磷等具有非共价电子对的元素，它们之所以表现缓烛作用是因为这些电子供给体和金属配位结合，形成牢固的化学吸附层。总之，缓蚀剂分子成为电子供给体，金属成为电子接受体，缓蚀剂和金属

的表面电子之间构成配位共价键。

图 5 化学吸附原理

2.4发生化学反应的缓蚀剂

在酸性溶液中有和质子反应后物理吸附的缓蚀剂，而这里援引的是更为复杂的反应。例如，作为还原反应如果E corr很低，缓蚀剂就被还原在金属表面上，三

+++苯烷基磷离子 (C H ) P R在阴极上物理吸附并被还原。成为：(C H) P R + 2e + H

→(C 6H5) 3P+RH反应生成 (C6H5 ) 3P 作为缓蚀剂起作用。

其次，如果与阳极反应溶解的阳离子生成不溶性的物质，就可能在金属表面上形成防蚀性沉淀膜，例如，在中性氧性腐蚀介质中，由于金属表面被氢氧化物

或氧化物覆盖，故直接吸附于金属表面而形成保护膜，不如和溶液中的金属离子反应在表面上形成保护膜来得容易。氨基三钾叉磷酸钠N(CH2PO3Na2) 3和羟基乙叉

二磷酸钠

2322

有与聚磷酸盐相似的防蚀作用，它们

2+

CHCH(OH)(PONa)Zn 与共存时

防蚀效果更为显著。

2.5气相缓蚀剂的作用机理

2.5.1钢铁缓蚀剂

气相缓饺剂虽然有若干例外，但大多数是由胺的有机酸盐或无机酸盐所组成的。因此，溶解于水时它的一部分离解为季胺离子和相应的阳离子，季胺离子的作用可以认为和胺基水解生成的季胺离子的作用相同。

2.5.2铜和铜合金的缓蚀剂

关于苯骈三氮唑 (BTA)抑制腐蚀的机理，一般的观点是认为形成不溶性的表

面保护膜。

图 6 苯骈三氮唑中经过处理的铜表面上形成的保护膜

3部分种类缓蚀剂的研究现状

3.1环境友好型缓蚀剂

随着人类环境保护意识的增强和可持续发展思想的深入，对缓蚀剂的开发和应用也提出了新的要求，围绕性能和经济目标研究开发对环境不构成破坏作用即

环境友好型缓蚀剂，成为未来缓蚀剂的发展的方向。

醛类化合物中较常见的环境友好缓蚀剂有肉桂醛、糠醛和香草醛等。肉桂醛具有高效、低毒等优点，已引起许多研究者的关注，是近年来发展的高效低毒有

机缓蚀剂。糠醛是一种混合控制性植物缓蚀剂，最初从米糠与稀酸共热制得，其他农副产品如麦秆、玉米芯等都用来制取糠醛。单独使用时环视效果并不理想，

但与六次甲基四胺复配后，环视性能大为改善。香草醛是香草属香料中的关键部

分，分子中含有芳环、羰基、甲氧基和羟基等多个吸附中心，对HCl中金属 Al 的腐蚀具有明显的阻抑作用。

周欣、何晓英等用电位扫描法研究了在盐酸腐蚀介质中，单组分肉桂醛缓蚀剂以及它与苯扎溴铵的协同效应对X60碳钢缓蚀作用的影响，并探讨了协同缓蚀

机理。结果表明，肉桂醛对X60碳钢在酸性腐蚀介质中有一定的缓蚀作用，经过

与苯扎溴铵进行复配，缓蚀率有较大的提高，苯扎溴铵对肉桂醛有缓蚀协同效应，

加速了肉桂醛在 X60碳钢电极表面的吸附，提高了缓蚀率。建凤等用电化学方法

测定糠醛在盐酸溶液中对20#碳钢的缓蚀作用，糠醛作为缓蚀剂，具有明显的缓

蚀性能，但单独使用时效果不显著，与六次甲基四胺复配之后，在5%HCl溶液中，室温至 30℃围缓蚀效果显著提高。从糠醛缓蚀性能极化曲线可看出，糠醛在增大

了阴极极化的同时，也增大了阳极极化，对阴极过程和阳极过程均有抑制作用，

说明了糠醛属于一种混合控制型植物缓蚀剂。