沈陽中科銘陽腐蝕與防護有限公司

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腐蝕克星——緩蝕劑知識知多少

2019-12-23來源:31fabu.com

一、金屬腐蝕簡介

所謂金屬腐蝕即:金屬或者合金在環境中受到諸如潮濕、高鹽分、微生物等種種不利條件下,表面理化性質發生改變,使得金屬材料的強度、塑性、韌性等受到破壞的現象。金屬腐蝕無時無刻不對我們生活中的各種生產設備、生活設施和電子產品等帶來巨大的損害。根據世界腐蝕組織(WCO)的統計,每年因金屬腐蝕引起的經濟損失在各國的GDP中占比達到了5%左右。可見,抑制或者緩解金屬的腐蝕以延長金屬壽命對于經濟建設具有十分重要的意義。

為抑制金屬腐蝕,科研工作者進行了孜孜不倦的探索工作,通過前赴后繼的不斷研究,大致總結出了三條行之有效的防腐技術:一是表面涂覆處理,二是材料合金化處理,三是電化學保護。本文重點介紹第一種技術,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合等形式,在金屬或者合金表面形成一層保護膜覆蓋在金屬表面,進而起到保護內層金屬的作用。

二、緩蝕劑的概念

緩蝕劑:以適當的濃度和形式存在于金屬表面,可以防止或減緩材料腐蝕的化學物質或復合物,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,起到抑制細菌、微生物生存的作用。

三、緩蝕劑的類型

無機緩蝕劑

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緩蝕劑,其對碳鋼的緩蝕效果優良。科研工作者通過對氫氧化鈣進行緩蝕掛片靜態和動態試驗,發現其緩蝕效率可達到57.46%。    

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層達到了阻礙腐蝕的一種狀態。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。對鋼鐵、銅、鋅、鋁及其合金均有良好的緩蝕作用,尤其對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,主要應用于清潔金屬表面上,可以與聚磷酸鹽、有機膦酸鹽、鉬酸鹽等復配使用。

4.鉬酸鹽

鉬酸鹽是無機功能材料中兩個重要家族之一,屬陽極鈍化型緩蝕劑。其對鋼材表面的緩蝕機理為:MoO42-與Fe2+先形成非保護性絡合物,隨后Fe2+被氧化成Fe3+,這時Fe2+- MoO42-絡合物就轉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,形成穩定的保護膜。

5. 碳酸鈉

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

有機緩蝕劑

1. 苯并三氮唑

苯并三氮唑,江湖人稱“BTA”是一種超強緩蝕劑,市面上最常見且應用最廣泛的緩蝕劑,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的添加量即可達到理想的抑制腐蝕效果。

2.氨基酸類

氨基酸是構成人體營養所需蛋白質的基本物質,科研工作者對20種氨基酸進行了大量的研究發現: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的添加量下即可對濃堿性環境下AA5052鋁合金的緩蝕效果達到優良的效果。

3.二羧酸類

二羧酸類化合物分子中含有兩個羧基(-COOH),很容易吸附與金屬表面或者與金屬離子形成配合物,進而起到緩蝕效果。科研人員對常見的三種二羧酸:丁二酸、己二酸和葵二酸進行緩蝕效果研究,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,其學名叫羽扇豆,是一種天然草本植物。科研人員曾對其種子提取物進行緩蝕效果的研究,發現羽扇豆種子提取物在2M NaOH電解液中的抑制效率達到了62%。

復配緩蝕劑

人類對于事物的探索總是經歷著從簡單到復雜,從表面到深入,從單一到全面的過程。對金屬腐蝕防護的探索同樣遵循這樣的規律,隨著研究的深入,科研人員發現:單一的添加劑已經很難滿足在保持金屬表面性能基本不受影響的同時還具備較高緩蝕效率的要求。于是人們開始關注二元添加劑乃至三元添加劑的復配效果。

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

錫酸鈉+酪蛋白:傳統防腐抑制劑錫酸鹽與生物蛋白的結合取得了不錯的效果。聶玉娟等[31]提出了一種Na2SnO3和酪蛋白復配抑制劑,以緩解堿性溶液中鋁陽極的腐蝕。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數量級。

氨基酸+稀土離子:稀土離子對金屬腐蝕有較強的作用,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配型緩蝕劑對4mol/L NaOH 電解液中鋁陽極的緩蝕效果。結果表明:兩種添加劑之間存在協同作用,分子中的氨基、羧基和巰基等極性基團能夠很好的吸附在鋁陽極表面,進而達到抑制腐蝕的效果。

氧化鈣+L-天冬氨酸:又是一種常見無機物與氨基酸結合的成功案例。康等研究了氧化鈣+L-天冬氨酸復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。研究結果表明:10mmol/L CaO+4mmol/L Asp復配添加劑大大改善了鋁合金表面的析氫自腐蝕情況,同時對其化學性能幾乎沒有影響。

羧甲基纖維素+氧化鋅:這是一組天然高分子化合物與無機物的結合。劉潔等研究了羧甲基纖維素和氧化鋅復合添加劑對AA5052鋁在4mol/L NaOH 堿性溶液中的腐蝕情況。實驗結果表明:8g/L ZnO+10g/L CMC復配緩蝕效率最高。

四、總結

今天,人類生活已經離不開金屬制品,未來,對其的需求量也必將是只增不減。因此,金屬的腐蝕防護對于社會經濟發展乃至人類技術進步都具有重要的意義。我們對金屬緩蝕的努力也一直在路上。


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