厦门胜泉化工科技有限公司有机缓蚀剂与金属作用的机理.doc

有机缓蚀剂与金属作用的机理
本文总结了吸附型缓蚀剂在金属表面不同吸附机理,软硬酸碱理论在缓蚀剂设计中的应用,阐述了分子结
构和环境因素对缓蚀剂缓蚀性能的影响。
缓蚀剂吸附影响因素
,,,
油·
缓蚀剂是一种重要的对金属保护的方法,对于
缓蚀剂与金属作用有许多的认识,随着各种学科对腐
蚀科学的渗透,这种认识不断加深和拓展。例如,簇
集和配位理论引入缓蚀剂理论中为澄清一些模糊的认
识提供了必要的理论工具,而许多理论还不很成熟,
对这些零散分布在各种文献中的理论需要进行必要的
整理,为此,本文从几个角度对缓蚀剂与金属之间的
作用,给予了总结。
,有机缓蚀剂的吸附作用机理
有机型缓蚀剂通过与金属表面的作用起到缓蚀
作用,缓蚀剂与金属表面的作用形式和作用程度与金
属和缓蚀剂的种类有密切的关系,同时还受腐蚀环境
的影响。因此,缓蚀剂与金属表面作用表现了多样
性,表现在科学认识上有多种认识模型来理解缓蚀剂
与金属的作用和分类方法。缓蚀剂的本质是通过与金
属的作用物理吸附和化学键,从而抑制金属腐蚀
的发生。吸附膜型缓蚀剂加入到腐蚀介质中后,通过
吸附一方面改变了金属表面的电荷状态和界面性质,
使金属表面能量状态趋于稳定,增加腐蚀反应的活化
能,减缓腐蚀速度另一方面被吸附的缓蚀剂分子上
的非极性基团能在金属表面形成一层疏水性保护膜,
阻碍与腐蚀反应有关的电荷或物质的转移,也使腐蚀
速度减小。化学作用是缓蚀剂与金属之间形成化学
键,实质上是金属表面或者氧化的金属表面通常存在
空位,缓蚀剂通过空位与金属形成的化学键的类型包
括离子键、共价键、配位键,同时,缓蚀剂之间也
存在一定的相互作用。
,物理吸附
缓蚀剂在金属表面的物理吸附源于缓蚀剂离子
和金属表面电荷产生的静电引力和两者之间的范德华
力。其中静电引力起着重要的作用,这种吸附迅速、
可逆,其吸附热小,受温度影响小。金属和缓蚀剂之
间没有特定的组合,但金属表面带电荷情况对物理吸
附影响很大。
金属表面没有电荷时的电位称零电荷电位
凡“「’】,当金属在某腐蚀介质中的腐蚀电位大于零电
荷电位凡“时,则金属表面带正电荷,易于
吸附阴离子型缓蚀剂当金属腐蚀电位小于零电荷
电位护时,金属表面带有负电荷,易于吸
附阳离子型缓蚀剂当腐蚀电位近似等于零电荷电
位马”时,金属表面几乎没有电荷,此时容
易吸附中性分子缓蚀剂。不论金属表面吸附哪种离
子,只要能形成一层完好的吸附膜,就会对金属的电
极反应有抑制作用而减缓腐蚀,对于物理吸附缓蚀剂
保护膜,多数属于阴极抑制型,即吸附阴离子。在
一一
全面腐蚀控制
极性基团作物理吸附时,非极性基团和金属表面的
夹角是不固定的。如烷基胺在低浓度时,烷基对金
属表面是倾斜的,随着浓度的增大,则逐渐倾向垂
直。角度不同,缓蚀剂在金属表面所覆盖的面积不
同。覆盖面积大,防腐效果好。
有机缓蚀剂在金属表面的化学吸附,既可以通
过提供电子对,也可以通过提供质子来完成,因此,
将进行化学吸附的有机缓蚀剂分为供电子型缓蚀剂和
供质子型缓蚀剂。
供电子型缓蚀剂
若缓蚀剂的极性基团的中心原子、、等有
未共用的孤对电子,而金属表面存在空的轨道时,
中心原子的孤对电子就会与金属中空的轨道相互作
用形成配位键,使缓蚀剂分子吸附于金属表面。把这
种缓蚀剂称为供电子型缓蚀剂。供电子型缓蚀剂化学
吸附是通过共用电子对实现的,如果缓蚀剂有电子提
供性及高电子云密度,化学吸附就会变的容易,防腐
蚀效果就会更好。
供质子型缓蚀剂
另一种有机缓蚀剂能提供质子与金属表面发生
吸附反应,这种缓蚀剂称为供质子型缓蚀剂。例如,
十六硫醇,与十六硫醚,相
比,十六硫醇的缓蚀效率高于十六硫醚。其原因在于
原子的供电子能力低,它有可能吸引相邻的原子
上的电子,使原子类似于正电荷质子一样,吸附在
金属表面的多电子阴极区,起到缓蚀作用。显然,它
是通过向金属提供质子而进行化学吸附。值得注意的
是,、原子的电负性比原子更负,吸引相邻
原子上电子的能力更大。因此,含、原子的_______缓蚀
剂也存在供质子进行吸附的情况。
化学吸附时,非极性基团排列的特点和物理吸附
是不同的。在化学吸附时,极性基团和金属表面的夹
角是固定的,非极性基团并不自由,只能绕轴旋转。邻
近的分子如果相距较近,就可以覆盖较大的面积。这
个覆盖的面积近似等于分子以结合键为轴旋转时在金
属表面上投影的面积,吸附力相似的缓蚀剂覆盖面积
越大,则防蚀效果越好。化学吸附速度小于物理吸附,
而且是不可逆的,受温度影响小。另外,化学吸附是
中性分子在金属表面的吸附,不像物理吸附那样取决
于金属表面的电荷状况,但比物理吸附更容易受缓蚀
剂分子结构的影响。
在分子结构中含有二电子物质一般包括双键、
叁键,它具有给电子能力。所谓键吸附就是具有二
电子结构的有机缓蚀剂能向金属表面空