金属防锈知识--缓蚀剂-江苏省海安石油化工厂

1、概述
在长期与金属锈蚀抗争的生产实践中,人们发现一些物质能在腐蚀性介质中抑制金属腐蚀，这些物质就叫缓蚀剂（也叫腐蚀抑制剂或阻蚀剂）。在ASTM-G15中将缓蚀剂定义为：“缓蚀剂是一种当其以适当的浓度和形式存在于介质中时，可防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物。” 用缓蚀剂防止金属锈蚀，设备简单，使用方便，成本低，效果显著，已广泛用于金属防腐蚀领域。对于暂时性防锈材料中所用的缓蚀剂，人们习惯称其为防锈添加剂。    2 2、缓蚀剂的分类
缓蚀剂的种类较多，作用原理也不尽相同，并且有的还一剂多功能，因此，很难按某一具体的方式既能严格地将众多缓蚀剂分门别类，又能反映出缓蚀剂的内在结构和缓蚀机理。因此，通常从不同的侧面对它们进行分类，常见的分类方法有： ⑴按化学成分分类：无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。 ⑵按电化学作用机理分类：阳极抑制型缓蚀剂、阴极抑制型缓蚀剂和混合抑制型缓蚀剂。 ⑶按介质的pH值分类：酸性介质缓蚀剂、中性介质缓蚀剂和碱性介质缓蚀剂。 ⑷按被保护金属分类：黑色金属缓蚀剂、铜及铜合金缓蚀剂、铝及铝合金缓蚀剂等。 ⑸按物理状态分类：水溶性缓蚀剂、油溶性缓蚀剂和气相缓蚀剂。
3、暂时性防锈材料中常用的缓蚀剂
所谓暂时性防锈材料，并非指这些材料的防锈有效期短，而是在必要时，可容易将它们从金属表面去除掉。常用的暂时性防锈材料主要有：水基防锈剂、防锈油脂和气相防锈材料。为方便起见，下面就按水溶性缓蚀剂、油溶性缓蚀剂和气相缓蚀剂的分类方法对常用的缓蚀剂作简要介绍。
水溶性缓蚀剂    水溶性缓蚀剂就是能溶解于水中的一类缓蚀剂。金属在潮湿的大气中或浸在水中是极易发生锈蚀的，原因是在金属表面形成水膜，为电化学腐蚀提供了条件，若在水中加入少量特定的水溶性缓蚀剂，就可抑制电化学过程，就可减缓或防止金属锈蚀。常见的这类缓蚀剂如表2-1所示：
   表2-1  常用的水溶性防锈添加剂

名称	分子式	简要说明
钨酸钠	NaWO4	用于水基防锈剂和水基切削液，有钝化作用
钼酸钠	NaMoO4	用于水基防锈剂和水基切削液，有钝化作用
无水碳酸钠	Na2CO3	常与其它缓蚀剂复合使用，调节溶液的pH值
磷酸钠	Na3PO4	常与其它复合，用于水基防锈剂和合成切削液
三聚磷酸钠	Na5P3O10	常与其它复合，用于水基防锈剂和合成切削液
硅酸钠	Na2SiO3	用于铝、铁, 但在中性介质中的稳定性较差,易析出
苯甲酸钠	C6H5COONa	有防锈和防腐作用
一乙醇胺	HOCH2CH2NH2	常与脂肪酸、硼酸、苯甲酸等复合使用
二乙醇胺	(HOCH2CH2)2NH	常与脂肪酸等生成酰胺后使用
三乙醇胺	(HOCH2CH2)3N	可单独使用也可复合使用，常用于切削液和水基防锈
癸二酸	C10O4H18	常与三乙醇胺等醇胺类水溶性缓蚀剂复合使用
十一碳烯二酸	C11O4H18	常与醇胺类水溶性缓蚀剂复合使用
尿素	CO(NH2)2	常与其它水溶性缓蚀剂复合使用，使用浓度较高
苯骈三氮唑	C6H5N3	用于铜及其合金，50ppm即有较好的缓蚀效果

水溶性缓蚀剂的防锈原理可分三类：
⑴在金属表面形成致密的氧化膜。这类缓蚀剂能和金属表面发生反应，形成一层不溶性的致密的氧化保护膜，从而阻止金属的阳极过程，减缓或终止腐蚀的电化学过程，实现对金属的保护。这类缓蚀剂也可能吸附在金属表面的活性点，降低金属表面的反应活性而起缓蚀作用,如钼酸盐和钨酸盐就属这一类缓蚀剂。
⑵在金属表面生成难溶的盐类保护膜。缓蚀剂分子能与金属上溶下来的金属离子作用而生成难溶的盐，沉积在金属的表面，形成一层致密的保护层，阻止金属的进一步溶解，起保护作用，如磷酸盐和硅酸盐就属于这一类缓蚀剂。
⑶生成难溶的络合物覆盖膜。这类缓蚀剂的分子中大多含有N、O、S等元素的杂环基团，它们能与金属表面的金属原子或金属表面附近的金属离子络合，附着在金属的表面形成一层难溶的络合物保护膜，阻止金属的溶解，起缓蚀作用。苯骈三氮唑对铜的缓蚀就属于这一类。
为了充分发挥各种缓蚀剂的作用，实现正的协同效果，通常将多种缓蚀剂复合使用，因此，在金属缓蚀防护中各种缓蚀作用可能同时存在。
油溶性缓蚀剂    油溶性缓蚀剂是一种当其以适当的浓度和形式存在于基础油中时可以防止或明显减缓金属锈蚀的油溶性化学物质或复合物。油溶性缓蚀剂是防锈油、脂中的主要添加剂，是油的表面活性剂，这类缓蚀剂分子结构的共同点通常是具有结构不对称性，一般由极性基团和非极性基团组成，常见的极性基团有：—OH、—NH2、—COO—、等，它们与水和金属离子有亲和力；非极性基团一般为烃基，它有亲油性，有的缓蚀剂由多个极性基团和非极性基团组成。按极性基团的种类可将油溶性缓蚀剂分成五大类：磺酸盐及其含硫化合物、胺类及其它含氮化合物、酯类化合物、羧酸及其金属皂、含磷化合物及其它。常用的油溶性缓蚀剂如表2-2所示。
表2-2 常用的油溶性缓蚀剂

缓蚀剂名称	简要说明
石油磺酸钡	优良的抗湿热和表面吸附能力, 是防锈油中的主添加剂，由于其原料来源受限，现已逐渐被合成重烷基磺酸钡替代
石油磺酸钠	乳化性和防锈性好，原料来源受限，现已基本上被合成磺酸钠替代
石油磺酸钙	常用其过碱性化合物，有清净分散性，同时能中和油中的酸性物质，可用于成型油的防锈，抗大气性差
二壬基萘磺酸钡	防锈性能与石油磺酸钡相似，但有效含量高，是防锈油脂中的主添加剂
N-油酰肌胺酸	在金属表面的吸附能力强，有较好的抗湿热和抗盐雾能力，常与其它添加剂成盐后用于防锈油脂，抗大气性能不及石油磺酸盐
N-油酰肌胺酸十八胺	在金属表面的吸附能力强，有较好的抗湿热和抗盐雾能力，但在油中的溶解度低
苯骈三氮唑	是铜及其合金的有效缓蚀剂，常用司本-80或邻苯二甲酸二丁酯等助溶剂将其溶入油中
苯骈三氮唑十八胺	油溶性较好，对铜及其合金及黑色金属均有防护防锈效果
N,N-（双苯骈三氮唑亚甲基）月桂胺	油溶性较好，对铜及其合金及黑色金属均有防护防锈效果
十二烷基苯骈三氮唑	油溶性较好，对铜及其合金和黑色金属均有防护防锈效果
苯骈三氮唑二环已胺	溶于油，对黑色金属和铜及其合金均有气相和油相防护防锈性，用于配制气相防锈油
N－乙酰基苯骈三氮唑	比苯骈三氮唑的油溶性好，在防锈油中作铜及其合金的缓蚀剂
2－氨基乙基十七烯基咪唑啉十二烯基丁二酸盐	咪唑啉类防锈添加剂对黑色金属有较好的抗湿热和抗盐雾性,但抗大气性能不及磺酸盐类防锈添加剂
司盘80	较好的抗湿热性能,乳化能力强,常作其它防锈添加剂的助剂，但使防锈油更易吸湿，抗大气性能差
十二烯基丁二酸	表面吸附能力强,是防锈油中的常用添加剂，但呈酸性,常与其它防锈添加剂配合使用
十二烯基丁二酸半甲酯	性能与十二烯基丁二酸相近,由于其中一个羧基成酯后酸值降低,可适当增加其在配方中的用量,但吸附能力下降
环烷酸锌	极易溶于矿物油中，较好的抗湿热性能,由于制造工艺等原因,色较深,味较重
十二烷基酸性磷酸酯	表面吸附能力强,呈酸性,常与其它碱性防锈添加剂配合使用
聚氧乙烯烷基醚酸性磷酸酯	表面吸附能力强,呈酸性,常与其它碱性防锈添加剂配合使用
T8-MC防锈润滑添加剂	较好的润滑性和防锈性,可与碱性添加剂配合用于配制防锈润滑两用油