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金屬防銹知識--緩蝕劑

金屬防銹知識--緩蝕劑

1、  概述 
在長期與金屬銹蝕抗爭的生產實踐中,人們發現一些物質能在腐蝕性介質中抑制金屬腐蝕,這些物質就叫緩蝕劑(也叫腐蝕抑制劑或阻蝕劑)。在ASTM-G15中將緩蝕劑定義為:“緩蝕劑是一種當其以適當的濃度和形式存在于介質中時,可防止或減緩腐蝕的化學物質或復合物!  用緩蝕劑防止金屬銹蝕,設備簡單,使用方便,成本低,效果顯著,已廣泛用于金屬防腐蝕領域。對于暫時性防銹材料中所用的緩蝕劑,人們習慣稱其為防銹添加劑。    2 2、緩蝕劑的分類    
緩蝕劑的種類較多,作用原理也不盡相同,并且有的還一劑多功能,因此,很難按某一具體的方式既能嚴格地將眾多緩蝕劑分門別類,又能反映出緩蝕劑的內在結構和緩蝕機理。因此,通常從不同的側面對它們進行分類,常見的分類方法有:  ⑴按化學成分分類:無機緩蝕劑和有機緩蝕劑。  ⑵按電化學作用機理分類:陽極抑制型緩蝕劑、陰極抑制型緩蝕劑和混合抑制型緩蝕劑。  ⑶按介質的pH值分類:酸性介質緩蝕劑、中性介質緩蝕劑和堿性介質緩蝕劑。  ⑷按被保護金屬分類:黑色金屬緩蝕劑、銅及銅合金緩蝕劑、鋁及鋁合金緩蝕劑等。  ⑸按物理狀態分類:水溶性緩蝕劑、油溶性緩蝕劑和氣相緩蝕劑。  
3、  暫時性防銹材料中常用的緩蝕劑  
所謂暫時性防銹材料,并非指這些材料的防銹有效期短,而是在必要時,可容易將它們從金屬表面去除掉。  常用的暫時性防銹材料主要有:水基防銹劑、防銹油脂和氣相防銹材料。為方便起見,下面就按水溶性緩蝕劑、油溶性緩蝕劑和氣相緩蝕劑的分類方法對常用的緩蝕劑作簡要介紹。 
水溶性緩蝕劑    水溶性緩蝕劑就是能溶解于水中的一類緩蝕劑。金屬在潮濕的大氣中或浸在水中是極易發生銹蝕的,原因是在金屬表面形成水膜,為電化學腐蝕提供了條件,若在水中加入少量特定的水溶性緩蝕劑,就可抑制電化學過程,就可減緩或防止金屬銹蝕。常見的這類緩蝕劑如表2-1所示:
   表2-1  常用的水溶性防銹添加劑
名  稱分子式簡要說明
鎢酸鈉NaWO4用于水基防銹劑和水基切削液,有鈍化作用
鉬酸鈉NaMoO4用于水基防銹劑和水基切削液,有鈍化作用
無水碳酸鈉Na2CO3常與其它緩蝕劑復合使用,調節溶液的pH值
磷酸鈉Na3PO4常與其它復合,用于水基防銹劑和合成切削液
三聚磷酸鈉Na5P3O10常與其它復合,用于水基防銹劑和合成切削液
硅酸鈉Na2SiO3用于鋁、鐵, 但在中性介質中的穩定性較差,易析出
苯甲酸鈉C6H5COONa有防銹和防腐作用
一乙醇胺HOCH2CH2NH2常與脂肪酸、硼酸、苯甲酸等復合使用
二乙醇胺(HOCH2CH2)2NH常與脂肪酸等生成酰胺后使用
三乙醇胺 (HOCH2CH2)3N可單獨使用也可復合使用,常用于切削液和水基防銹
癸二酸C10O4H18常與三乙醇胺等醇胺類水溶性緩蝕劑復合使用
十一碳烯二酸C11O4H18常與醇胺類水溶性緩蝕劑復合使用
尿素CO(NH2)2常與其它水溶性緩蝕劑復合使用,使用濃度較高
苯駢三氮唑C6H5N3用于銅及其合金,50ppm即有較好的緩蝕效果 
 
水溶性緩蝕劑的防銹原理可分三類:
 ⑴在金屬表面形成致密的氧化膜。這類緩蝕劑能和金屬表面發生反應,形成一層不溶性的致密的氧化保護膜,從而阻止金屬的陽極過程,減緩或終止腐蝕的電化學過程,實現對金屬的保護。這類緩蝕劑也可能吸附在金屬表面的活性點,降低金屬表面的反應活性而起緩蝕作用,如鉬酸鹽和鎢酸鹽就屬這一類緩蝕劑。   
⑵在金屬表面生成難溶的鹽類保護膜。緩蝕劑分子能與金屬上溶下來的金屬離子作用而生成難溶的鹽,沉積在金屬的表面,形成一層致密的保護層,阻止金屬的進一步溶解,起保護作用,如磷酸鹽和硅酸鹽就屬于這一類緩蝕劑。   
⑶生成難溶的絡合物覆蓋膜。這類緩蝕劑的分子中大多含有N、O、S等元素的雜環基團,它們能與金屬表面的金屬原子或金屬表面附近的金屬離子絡合,附著在金屬的表面形成一層難溶的絡合物保護膜,阻止金屬的溶解,起緩蝕作用。苯駢三氮唑對銅的緩蝕就屬于這一類。
為了充分發揮各種緩蝕劑的作用,實現正的協同效果,通常將多種緩蝕劑復合使用,因此,在金屬緩蝕防護中各種緩蝕作用可能同時存在。   
油溶性緩蝕劑    油溶性緩蝕劑是一種當其以適當的濃度和形式存在于基礎油中時可以防止或明顯減緩金屬銹蝕的油溶性化學物質或復合物。油溶性緩蝕劑是防銹油、脂中的主要添加劑,是油的表面活性劑,這類緩蝕劑分子結構的共同點通常是具有結構不對稱性,一般由極性基團和非極性基團組成,常見的極性基團有:—OH、—NH2、—COO—、 等,它們與水和金屬離子有親和力;非極性基團一般為烴基,它有親油性,有的緩蝕劑由多個極性基團和非極性基團組成。按極性基團的種類可將油溶性緩蝕劑分成五大類:磺酸鹽及其含硫化合物、胺類及其它含氮化合物、酯類化合物、羧酸及其金屬皂、含磷化合物及其它。常用的油溶性緩蝕劑如表2-2所示。   
表2-2 常用的油溶性緩蝕劑
緩蝕劑名稱簡要說明
石油磺酸鋇優良的抗濕熱和表面吸附能力, 是防銹油中的主添加劑,由于其原料來源受限,現已逐漸被合成重烷基磺酸鋇替代
石油磺酸鈉乳化性和防銹性好,原料來源受限,現已基本上被合成磺酸鈉替代
石油磺酸鈣常用其過堿性化合物,有清凈分散性,同時能中和油中的酸性物質,可用于成型油的防銹,抗大氣性差
二壬基萘磺酸鋇防銹性能與石油磺酸鋇相似,但有效含量高,是防銹油脂中的主添加劑
N-油酰肌胺酸在金屬表面的吸附能力強,有較好的抗濕熱和抗鹽霧能力,常與其它添加劑成鹽后用于防銹油脂,抗大氣性能不及石油磺酸鹽
N-油酰肌胺酸十八胺在金屬表面的吸附能力強,有較好的抗濕熱和抗鹽霧能力,但在油中的溶解度低
苯駢三氮唑是銅及其合金的有效緩蝕劑,常用司本-80或鄰苯二甲酸二丁酯等助溶劑將其溶入油中
苯駢三氮唑十八胺油溶性較好,對銅及其合金及黑色金屬均有防護防銹效果
N,N-(雙苯駢三氮唑亞甲基)月桂胺油溶性較好,對銅及其合金及黑色金屬均有防護防銹效果
十二烷基  苯駢三氮唑油溶性較好,對銅及其合金和黑色金屬均有防護防銹效果
苯駢三氮唑二環已胺溶于油,對黑色金屬和銅及其合金均有氣相和油相防護防銹性,用于配制氣相防銹油
N-乙;今壢比苯駢三氮唑的油溶性好,在防銹油中作銅及其合金的緩蝕劑
2-氨基乙基十七烯基咪唑啉十二烯基丁二酸鹽咪唑啉類防銹添加劑對黑色金屬有較好的抗濕熱和抗鹽霧性,但抗大氣性能不及磺酸鹽類防銹添加劑
司盤80較好的抗濕熱性能,乳化能力強,常作其它防銹添加劑的助劑,但使防銹油更易吸濕,抗大氣性能差
十二烯基丁二酸表面吸附能力強,是防銹油中的常用添加劑,但呈酸性,常與其它防銹添加劑配合使用
十二烯基丁二酸半甲酯性能與十二烯基丁二酸相近,由于其中一個羧基成酯后酸值降低,可適當增加其在配方中的用量,但吸附能力下降
環烷酸鋅極易溶于礦物油中,較好的抗濕熱性能,由于制造工藝等原因,色較深,味較重 
十二烷基酸性磷酸酯表面吸附能力強,呈酸性,常與其它堿性防銹添加劑配合使用
聚氧乙烯烷基醚酸性磷酸酯表面吸附能力強,呈酸性,常與其它堿性防銹添加劑配合使用
T8-MC防銹潤滑添加劑較好的潤滑性和防銹性,可與堿性添加劑配合用于配制防銹潤滑兩用油

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