缓蚀剂作用机理、研究现状及发展方向

缓蚀剂作用机理、研究现状及发展方向

摘要：本文详细介绍了缓蚀剂的分类、性能指标、保护的特点、作用理论、应用实例、研究现状及发展方向。

关键词：缓蚀剂；防腐技术；发展方向

1 前言

缓蚀剂是一种在低浓度下能阻止或减缓金属在环境介质中腐蚀的物质。缓蚀剂又叫作阻蚀剂、阻化剂或腐蚀抑制剂等。缓蚀剂保护技术已经发展为一项重要的防腐蚀技术，广泛用在石油、冶金、化工、机械制造、动力和运输等部门。

2 缓蚀剂的分类

缓蚀剂的品种繁多，常用的如亚硝酸钠、铬酸盐、磷酸盐、石油磺酸钡、亚硝酸二环已胺等，至今尚难以有统一的分类方法。常见到的分类方法有以下几种。

2.1 按缓蚀剂作用的电化学理论分类

(1)阳极型缓蚀剂通过抑制腐蚀的阳极过程而阻滞金属腐蚀的物质。这种缓蚀剂通常是由其阴离子向金属表面的阳极区迁移，氧化金属使之钝化，从而阻滞阳极过程。例如，中性介质中的铬酸盐与亚硝酸盐。一些非氧化型的缓蚀剂，例如苯甲酸盐、正磷酸盐、硅酸盐等在中性介质中，只有与溶解氧并存，才起到阳极抑制剂的作用。

(2)阴极型缓蚀剂通过抑制腐蚀的阴极过程而阻滞金属腐蚀的物质。这种缓蚀剂通常是由其阳离子向金属表面的阴极区迁移，或者被阴极还原，或者与阴

离子反应而形成沉淀膜，使阴极过程受到阻滞。例如ZnSO

4、Ca(HCO

3

)

2

、As3+、Sb3+

可以分别和OH-生成Zn(OH)

2、Ca(OH)

2

沉淀和被还原为As、Sb覆盖在阴极表面，

以阻滞腐蚀。

(3)混合型缓蚀剂这种缓蚀剂既可抑制阳极过程，又可抑制阴级过程。例如含氮和含硫的有机化合物。

2.2 按化学成分分类

(1)无机缓蚀剂，如铬酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐等。

(2)有机缓蚀剂，如胺、硫脲、乌洛托品等。

2.3 按缓蚀剂所形成保护膜的特征分类

(1)氧化膜型缓蚀剂通过使金属表面形成致密的、附着力强的氧化膜而阻滞金属腐蚀的物质。例如，铬酸盐、重铬酸盐、亚硝酸钠等。由于它们具有钝化作用，故又称为钝化剂。

(2)沉淀膜型缓蚀剂由于与介质中的有关离子反应并在金属表面生成有一定保护作用的沉淀膜，从而阻滞金属腐蚀的物质。例如在中性介质中的硫酸锌、聚磷酸钠、碳酸氢钙等。

(3)吸附膜型缓蚀剂能吸附在金属表面形成吸附膜从而阻滞金属腐蚀的物质。例如酸性介质中的许多有机化合物。

上述缓蚀剂所形成的三种保护膜的不同特征比较见表1。

表1 缓蚀性保护膜的比较

缓蚀剂类

型保护膜示意

图

膜的保护性能

氧化膜型薄而致密，与金属的结合力强，防腐蚀效果好

沉淀膜型厚而多孔，与金属的结合力较差，缓蚀效果较差，可能

造成结垢

吸附膜型与不洁净的金属表面吸附不好，在酸性介质中效果较好

2.4 按缓蚀剂的用途分类

可分为冷却水、油气井、酸洗、气相缓蚀剂等。

2.5按缓蚀剂的溶解特性分类

可分为水溶性的，如亚硝酸盐、磷酸盐、苯甲酸盐等；油溶性的，如石油磺酸钡、十二烯茎丁二酸等。

2.6 按金属材料的品种分类

分为黑色金属(如亚硝酸盐、钼酸盐、胺等)、铜(如苯并三氮唑、2-巯基苯

并噻唑等)、铝(如硫脲、硅酸盐等)、不锈钢(如CdSO

4、CaSO

4

等)缓蚀剂等。

2.7按介质的酸碱性分类

分为酸性介质、中性介质和碱性介质缓蚀剂。

3 缓蚀剂的性能指标

3.1 缓蚀效率

缓蚀剂的保护效率用缓蚀效率(缓蚀率)或叫作抑制效率I来表示。

I=(υ

0-υ)/(υ

)×100%=(1-(υ)/(υ

))×100%

式中υ

——未加缓蚀剂时金属的腐蚀速度，g/m2*h

υ——添加缓蚀剂后金属的腐蚀速度，g/m2*h

此方法只适用于均匀腐蚀的缓蚀效率。对于孔蚀、应力腐蚀等局部腐蚀要用评价局部腐蚀的方法来表示。

3.2缓蚀剂的后效性能

缓蚀剂的后效性能是指当缓蚀剂的浓度由其正常使用浓度大幅度降低时，缓蚀作用所能维持的时间。这个时间越长，缓蚀剂的后效性能越好，亦表示由缓蚀剂作用而产生的金属表面保护膜的寿命越长。

在判定缓蚀剂的性能好坏时，首先要考察上述两项指标。此外，它的毒性、成本、发泡性能等也应加以考虑。

4 缓蚀剂保护的特点

4.1 缓蚀剂保护的优点

(1)保护效果好。采用合适的缓蚀剂及保护工艺，可以取得良好的保护效果，保护效率可达99%～100%。不但对金属的均匀腐蚀可采用缓蚀剂保护，对应力腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀与腐蚀疲劳等也可采用缓蚀剂保护。多种缓蚀剂的配合使用，还可以同时保护与腐蚀介质接触的多种金属材料。缓蚀剂不仅可有效地减缓金属的腐蚀，有时在保护金属的机械强度、加工性能以及改善生产环境、降低原料消耗上也有一定的效果。

(2)使用方便，技术比较容易掌握；投资少，成本低，一般的中小企业较适宜使用。

(3)用途广。缓蚀剂已用在各个工业部门。在工业水、海水、酸、石油、油脂、蒸汽冷凝管线、大气以及钢筋混凝土等环境中都已有应用成功的报道，可以保护各种与介质直接接触的材料、设备、管道、阀门、泵和仪表等。缓蚀剂还可以和涂料、电化学保护等联合使用。

4.2 缓蚀剂保护的局限性

(1)缓蚀剂对材料—环境体系有极强的针对性，要针对不同的体系通过实验室及现场的试验选择缓蚀剂的配方和有关参数。

(2)缓蚀剂一般只用在封闭和循环的体系中。

(3)缓蚀剂一般不适用于高温环境，大多数在150℃以下使用。

(4)对于不允许污染的产品及生产介质的场合不宜采用，要考虑缓蚀剂对环境有无污染。

(5)在强腐蚀性的介质(如酸)中，不宜用缓蚀剂作长期保护。

5 缓蚀作用理论

5.1吸附理论

缓蚀作用的吸附理论认为缓蚀剂分子与金属表面由于有静电引力和分子间作用力而发生物理吸附。有的缓蚀剂分子还可以和金属表面形成化学键而发生化学吸附。缓蚀剂分子吸附在金属表面，形成了连续的吸附层，把腐蚀介质与金属表面隔离开，从而起到抑制腐蚀的作用。

5.2 成膜理论

成膜理论认为缓蚀剂所以能起缓蚀作用是由于它能在金属表面生成一层难溶的保护膜。这种保护膜可以是缓蚀剂氧化金属表面生成的氧化物膜，也可以是

缓蚀剂与腐蚀介质中的分子或离子反应生成的沉淀膜。例如K

2CrO

4

在中性水中可

以氧化铁的表面而生成氧化铁钝化膜。ZnSO

4

在中性水中可以在铁表面生成

Zn(OH)

2

沉淀膜。

5.3电化学理论

根据电化学学说，认为缓蚀剂是通过加大腐蚀的阴极过程或阳极过程的阻力(即极化)，从而减缓金属腐蚀的。

6 缓蚀作用的影响因素

影响缓蚀剂的缓蚀作用因素是复杂的，可以分为材料、环境、缓蚀剂添加浓度以及设备结构与力学因素等方面。

6.1 金属材料的性能与表面状态

大多数缓蚀剂对金属的缓蚀作用都有极强的针对性。在同种腐蚀介质中，同一种添加剂对不同的金属材料有不同的作用。例如，硫酸盐对于水中的碳钢是有