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腐蝕克星之緩蝕劑知識(shí)知多少？

2019-09-23 10:48:28 作者：李曉徽來源：綠色緩蝕技術(shù) 分享至：

一、金屬腐蝕簡(jiǎn)介

所謂金屬腐蝕即：金屬或者合金在環(huán)境中受到諸如潮濕、高鹽分、微生物等種種不利條件下，表面理化性質(zhì)發(fā)生改變，使得金屬材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等受到破壞的現(xiàn)象。金屬腐蝕無時(shí)無刻不對(duì)我們生活中的各種生產(chǎn)設(shè)備、生活設(shè)施和電子產(chǎn)品等帶來巨大的損害。根據(jù)世界腐蝕組織（WCO）的統(tǒng)計(jì)，每年因金屬腐蝕引起的經(jīng)濟(jì)損失在各國(guó)的GDP中占比達(dá)到了5%左右?？梢姡种苹蛘呔徑饨饘俚母g以延長(zhǎng)金屬壽命對(duì)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的意義。

為抑制金屬腐蝕，科研工作者進(jìn)行了孜孜不倦的探索工作，通過前赴后繼的不斷研究，大致總結(jié)出了三條行之有效的防腐技術(shù)：一是表面涂覆處理，二是材料合金化處理，三是電化學(xué)保護(hù)。本文重點(diǎn)介紹第一種技術(shù)，不同類型的緩蝕劑通過吸附成膜、沉淀成膜、氧化成膜以及金屬絡(luò)合等形式，在金屬或者合金表面形成一層保護(hù)膜覆蓋在金屬表面，進(jìn)而起到保護(hù)內(nèi)層金屬的作用。

被腐蝕的金屬（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

二、緩蝕劑的概念

緩蝕劑：以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诮饘俦砻妫梢苑乐够驕p緩材料腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或復(fù)合物，它的用量很小（0.1%～1%），但效果顯著。類似于家庭中使用的樟腦丸，通過升華作用，緩慢釋放到空氣中，起到抑制細(xì)菌、微生物生存的作用。

三、緩蝕劑的類型

無機(jī)緩蝕劑

1.氫氧化鈣俗稱“熟石灰”的氫氧化鈣是生活中很常見的一種無機(jī)緩蝕劑，其對(duì)碳鋼的緩蝕效果優(yōu)良?？蒲泄ぷ髡咄ㄟ^對(duì)氫氧化鈣進(jìn)行緩蝕掛片靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其緩蝕效率可達(dá)到57.46%。

熟石灰粉末圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

2.鉻酸鹽

鉻酸鹽是一種使用較早的緩蝕劑，是典型的鈍化膜型緩蝕劑。所謂鈍化膜，即在一定條件下，金屬材料表面形成一層非常薄的保護(hù)層達(dá)到了阻礙腐蝕的一種狀態(tài)。鉻酸鈉（Na2CrO4·4H2O）和重鉻酸鉀（K2Cr2O7）是鉻酸鹽家族中被人們研究較多的兩大品種。對(duì)鋼鐵、銅、鋅、鋁及其合金均有良好的緩蝕作用，尤其對(duì)碳鋼的緩蝕效果非常明顯，腐蝕速度降低到每年0.025毫米以下。

3. 硅酸鹽

俗稱“水玻璃”的硅酸鈉（xNa2O·ySiO2）也是生活中很常見的金屬緩蝕劑，主要應(yīng)用于清潔金屬表面上，可以與聚磷酸鹽、有機(jī)膦酸鹽、鉬酸鹽等復(fù)配使用。

硅酸鈉晶體圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

4.鉬酸鹽

鉬酸鹽是無機(jī)功能材料中兩個(gè)重要家族之一，屬陽(yáng)極鈍化型緩蝕劑。其對(duì)鋼材表面的緩蝕機(jī)理為：MoO42-與Fe2+先形成非保護(hù)性絡(luò)合物，隨后Fe2+被氧化成Fe3+，這時(shí)Fe2+- MoO42-絡(luò)合物就轉(zhuǎn)化為不溶于堿性或中性水溶液的鉬酸高鐵，最終鋼鐵表面被鉬酸高鐵所覆蓋，形成穩(wěn)定的保護(hù)膜。

5. 碳酸鈉

生活中隨處可見的蘇打碳酸鈉也是一種優(yōu)良的金屬防腐緩蝕劑，科研人員研究了碳酸鈉對(duì)鎂合金的緩蝕作用發(fā)現(xiàn)：5g/L碳酸鈉濃度下，鎂合金的緩蝕效率可達(dá)到76.8%。

碳酸鈉粉末圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

有機(jī)緩蝕劑

1. 苯并三氮唑

苯并三氮唑，江湖人稱“BTA”是一種超強(qiáng)緩蝕劑，市面上最常見且應(yīng)用最廣泛的緩蝕劑，是目前已知的有幾類緩蝕劑中的“龍頭老大”。其可有效用于銅制品及銅合金類的防腐蝕，30mg/kg的添加量即可達(dá)到理想的抑制腐蝕效果。

苯并三氮唑抑制銅腐蝕機(jī)理圖

2.氨基酸類

氨基酸是構(gòu)成人體營(yíng)養(yǎng)所需蛋白質(zhì)的基本物質(zhì)，科研工作者對(duì)20種氨基酸進(jìn)行了大量的研究發(fā)現(xiàn)：甘氨酸、半胱氨酸和天冬氨酸等都是很好的金屬防腐添加劑。L-半胱氨酸在30mmol/L的添加量下即可對(duì)濃堿性環(huán)境下AA5052鋁合金的緩蝕效果達(dá)到優(yōu)良的效果。

L-半胱氨酸分子式圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

3.二羧酸類

二羧酸類化合物分子中含有兩個(gè)羧基（-COOH），很容易吸附與金屬表面或者與金屬離子形成配合物，進(jìn)而起到緩蝕效果?？蒲腥藛T對(duì)常見的三種二羧酸：丁二酸、己二酸和葵二酸進(jìn)行緩蝕效果研究，在堿性溶液中鋁合金的最佳緩蝕效率分別達(dá)到了80.1%、88.2%和85.7%。

4.魔芋葡甘聚糖

魔芋葡甘聚糖，是一種天然的高分子可溶性膳食纖維，為所有膳食纖維中的優(yōu)品，不含熱量、有飽腹感，且能減少和延緩葡萄糖的吸收，抑制脂肪酸的合成，具有極佳的減脂瘦身作用。200ppm的添加量即可達(dá)到94%的緩蝕效率。

5.羽扇豆

那首著名的兒歌《魯冰花》中提到的魯冰花，其學(xué)名叫羽扇豆，是一種天然草本植物。科研人員曾對(duì)其種子提取物進(jìn)行緩蝕效果的研究，發(fā)現(xiàn)羽扇豆種子提取物在2M NaOH電解液中的抑制效率達(dá)到了62％。

魯冰花圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

復(fù)配緩蝕劑

人類對(duì)于事物的探索總是經(jīng)歷著從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從表面到深入，從單一到全面的過程。對(duì)金屬腐蝕防護(hù)的探索同樣遵循這樣的規(guī)律，隨著研究的深入，科研人員發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)我坏奶砑觿┮呀?jīng)很難滿足在保持金屬表面性能基本不受影響的同時(shí)還具備較高緩蝕效率的要求。于是人們開始關(guān)注二元添加劑乃至三元添加劑的復(fù)配效果。

聚乙二醇二酸+氧化鋅：有機(jī)物與無機(jī)物配合的典范，Danny Gelman研究了基于聚乙二醇二酸（PEGdi-acid）和氧化鋅（ZnO）的復(fù)配型抑制劑的緩蝕作用。取得了鋁合金腐蝕速率降低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的優(yōu)良效果。

圖片摘自文獻(xiàn)

錫酸鈉+酪蛋白：傳統(tǒng)防腐抑制劑錫酸鹽與生物蛋白的結(jié)合取得了不錯(cuò)的效果。聶玉娟等[31]提出了一種Na2SnO3和酪蛋白復(fù)配抑制劑，以緩解堿性溶液中鋁陽(yáng)極的腐蝕。在含有0.05M Na2SnO3和0.6g·L-1酪蛋白的4mol/L NaOH溶液中，析氫速率降低了約一個(gè)數(shù)量級(jí)。

酪蛋白分子式圖片摘自文獻(xiàn)

氨基酸+稀土離子：稀土離子對(duì)金屬腐蝕有較強(qiáng)的作用，與氨基酸的組合可謂“絕配”。王大鵬研究了L-半胱氨酸和硝酸鈰復(fù)配型緩蝕劑對(duì)4mol/L NaOH 電解液中鋁陽(yáng)極的緩蝕效果。結(jié)果表明：兩種添加劑之間存在協(xié)同作用，分子中的氨基、羧基和巰基等極性基團(tuán)能夠很好的吸附在鋁陽(yáng)極表面，進(jìn)而達(dá)到抑制腐蝕的效果。

鋁合金表面復(fù)合膜圖片摘自文獻(xiàn)

氧化鈣+L-天冬氨酸：又是一種常見無機(jī)物與氨基酸結(jié)合的成功案例?？档妊芯苛搜趸}+L-天冬氨酸復(fù)配型防腐劑的緩蝕效果，同樣采用AA5052鋁合金在4mol/L NaOH堿性溶液。研究結(jié)果表明：10mmol/L CaO+4mmol/L Asp復(fù)配添加劑大大改善了鋁合金表面的析氫自腐蝕情況，同時(shí)對(duì)其化學(xué)性能幾乎沒有影響。

緩蝕機(jī)理圖圖片摘自文獻(xiàn)

羧甲基纖維素+氧化鋅：這是一組天然高分子化合物與無機(jī)物的結(jié)合。劉潔等研究了羧甲基纖維素和氧化鋅復(fù)合添加劑對(duì)AA5052鋁在4mol/L NaOH 堿性溶液中的腐蝕情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：8g/L ZnO+10g/L CMC復(fù)配緩蝕效率最高。