一般我們把在腐蝕介質(zhì)中加入一種能在很低濃度下抑制金屬破壞過程的物質(zhì)(稱為緩蝕劑)的防腐方法稱為緩蝕劑法。在腐蝕介質(zhì)中加入少量的緩蝕劑(如幾萬分之幾)可顯著減緩金屬的腐蝕速率。采用緩蝕劑防止金屬腐蝕的方法是防腐中應(yīng)用 廣泛的方法之一。根據(jù)極化圖說明了緩蝕劑抑制金屬腐蝕的基本原理。電化學(xué)腐蝕速率由陽極過程和陰極過程的極化特性決定。只要添加的緩蝕劑能抑制上述一種或兩種過程,腐蝕速率就會降低。
根據(jù)緩蝕劑所能抑制的過程,我們可以把緩蝕劑分為陽極型緩蝕劑、陰極型緩蝕劑和混合型緩蝕劑。加入緩蝕劑,加快極化程度,降低腐蝕電流。作用的機理主要是在電極表面形成鈍化膜或者吸附膜。緩蝕劑的種類繁多,屬于無機類的緩蝕劑有亞硝酸鹽、鉻酸鹽、重鉻酸鹽,磷酸鹽等等;屬于有機類的緩蝕劑有胺類、醛類、雜環(huán)化合物、咪唑啉類等等。具體使用時,需根據(jù)要保護的金屬種類和腐蝕介質(zhì)等條件通過篩選試驗來確定。
(1)無機緩蝕劑
大多用在中性介質(zhì)體系,緩蝕劑主要影響金屬的陽極過程和鈍化狀態(tài),在金屬表面形成氧化膜或鈍化膜,使腐蝕受到抑制。通常在中性介質(zhì)中使用的無機緩蝕劑有NaNO2、K2Cr2O7、Na3P04等。在堿性介質(zhì)中使用的NaNO2、NaOH、Na2CO3、Ca(HCO3)2等。生成的難溶鹽層覆蓋于陽極表面,成為具有保護性的薄膜,阻滯了陽極反應(yīng),降低了金屬的腐蝕速率。
有些無機緩蝕劑使陽極過程變慢,稱為陽極型緩蝕劑,如促進陽極鈍化的氧化劑(鉻酸鹽、亞硝酸鹽、Fe3+)或陽極成膜劑(堿、磷酸鹽、硅酸鹽、苯甲酸鹽);另一類無機緩蝕劑是促進陰極極化,稱為陰極緩蝕劑,如Ca2+、Zn2+、Mg2+、Cu2+、Cd2+、Mn2+、Ni2+等,能與在陰極反應(yīng)中產(chǎn)生的OH-形成不溶性的氫氧化物,以厚膜形態(tài)覆蓋在陰極表面,因而阻滯氧擴散到陰極,增大濃差極化。也有同時阻滯陽極過程和陰極過程的混合型緩蝕劑。有些溶液中的雜質(zhì),如S、Se、As、Sb、Bi等化合物,能阻抑陰極放氫過程,使陰極極化增大,減緩腐蝕。緩蝕劑的用量一般要先通過試驗才能確定。
(2)有機緩蝕劑
通常在酸性介質(zhì)中使用, 有機緩蝕劑屬于吸附型緩蝕劑,它們吸附在金屬表面形成幾個分子厚的不可見膜,一般同時阻滯陽極和陰極反應(yīng),但阻滯效果并不相同。常用品種有含N、含S、含O、含P的有機化合物,如胺類、雜環(huán)化合物、長鏈脂肪酸化合物、硫腺類、醛類、有機磷類等。緩釋劑的吸附類型有靜電吸附、化學(xué)吸附。靜電吸附劑有苯胺及其取代物,吡啶、丁胺、苯甲酸及其取代物如苯磺酸等;化學(xué)吸附劑有氮和硫雜環(huán)化合物;有些化合物同時具有靜電和化學(xué)吸附作用。此外,有些螯合劑能在金屬表面生成一薄層金屬有機化合物。近年來,有機緩蝕劑發(fā)展很快,應(yīng)用廣泛,使用這些緩蝕劑也會產(chǎn)生缺點,如可能污染產(chǎn)品,可能對生產(chǎn)流程產(chǎn)生不利影響等。
(3)氣相緩蝕劑
氣相緩蝕劑多是揮發(fā)性強的物質(zhì),也屬于吸附型緩蝕劑。它的蒸氣被大氣中水分解出有效的緩蝕基團,吸附在金屬表面使腐蝕減緩,一般用于金屬零部件的保護、貯藏和運輸。它必須用于密封包裝內(nèi),海洋油輪內(nèi)艙也可用它來保護。常見的有效氣相緩蝕劑有脂環(huán)胺和芳香胺;聚甲烯胺;亞硝酸鹽與硫脲混合物;烏洛托品和乙醇胺;硝基苯和硝基萘等。