5.3　腐蚀防护技术

5.3.1　电流防腐蚀

电流防腐蚀是指对金属施加外电动势。将其电位移向免蚀区域或者钝化区以减小或者防止腐蚀的方法。电流防腐蚀技术发明100多年来得到了飞速的发展，无论是理论研究还是实际应用都达到了很高水平。目前该技术已经广泛应用于舰船、海洋工程、石油、化工及城市管道的防护。

电流防腐蚀只适用于电化学腐蚀情况，按作用原理可以分为阴极保护和阳极保护。

　　1.阴极保护

阴极保护时将保护金属构件作为阴极，进行外加阴极极化减少或者防止金属腐蚀的方法。外加的阴极极化可采用两种方法实现：①将保护金属与直流电源的负极相连，利用外加阴极电流进行阴极保护，这种方法称为外加电流阴极保护法（如图5-6所示）；②在被保护设备上连接一个电位更负的金属作为阳极，它与被保护金属的电解质溶液中形成大电池，而使设备进行阴极极化，这种方法称为牺牲阳极保护法。

（1）阴极保护的基本控制参数

在阴极保护中，判断金属是否达到完全保护，通常采用最小保护电位和最小保护电流密度两个基本参数表征。①最小保护电位：要使金属达到完全保护，必须将金属加以阴极极化，使它的总电位达到其腐蚀电池的阳极平衡电位。这时的电位称为最小保护电位。最小保护电位的数值与金属的种类、介质条件有关，并可以通过经验数据或者实验来确定。②最小保护电流密度：使金属完全保护时所需的电流密度称为最小保护电路密度。它的数值与金属的种类、金属表面状态、介质条件等有关。一般当金属在介质中的腐蚀性越强，阴极极化程度越低时，所需的保护电流密度也越大。因而，凡是增加腐蚀速率、降低阴极极化的因素，如温度升高、压强增加、流速加快，都使最小保护电流密度增加。

在海水中，含钙、镁离子较多的天然淡水及其他介质中进行阴极保护时，随着阴极保护时间的增加，保护电流会逐渐降低。这是因为阴极保护时，金属表面附近介质的pH值增加，钙、镁离子容易生成难溶的碳酸钙及氢氧化镁混合物的缘故：

Mg²⁺+2OH^-Mg（OH）₂↓

这些混合物在金属表面上沉淀形成石灰质膜，起着与覆盖层类似的作用，使电流大大降低。因此这些离子的存在，对于实现阴极保护是一个很有利的因素。

上述两个参数中，保护电位是最主要的参数，因为电极过程取决于电极电位，如金属的阳极溶解、电极上氢气的析出决定于电极电位。它决定金属的保护程度，并且可利用它来判断和控制阴极保护是否完全。而保护电流密度的影响因素很多，数值变化很大，从最小的每平方米几十分之一毫安到最大的每平方米几百安培。在保护过程中，当电位一定时，电流密度还会随系统的变化而改变，因此是一个次要参数。

（2）外加电流阴极保护法

外加电流阴极保护系统的主要组成部分有辅助阳极、直流电源以及测量和控制保护电位的参比电极。

①直流电源用于向构筑物提供阴极保护电流，是外加电流阴极保护系统的心脏。对直流电源的基本要求有：a.适合现场工作环境，在长期运行时能安全、可靠地工作；b.保证有足够大的输出电流，而且可以在较大范围内进行调节；c.有足够高的输出电压，以克服系统中的电阻，而且输出阻抗应与回路电阻相匹配；d.安装容易，操作简单，不需要经常检修。目前可用于电源设备的有整流器、恒电位仪、热电发生器、密闭循环蒸汽发电机、风力发电机、太阳能电池及大容量蓄电池组等。

②辅助阳极材料。在外加电流阴极保护系统中与直流电源正极相连接的电极称为辅助阳极。它的作用是使外加阴极电流得以从阳极经过介质流到被保护体，构成电流的回路。辅助阳极的电化学性能、力学性能、工艺性能、阳极的形状及布置方法等均对阴极保护的效果有重要的影响，因此，必须合理地选用阳极材料。辅助阳极应满足以下要求：a.具有较好的导电性和较小的表面输出电阻；b.在高电流密度下阳极极化小，而排流量大。即在一定电压下，阳极单位面积上能够通过较大的电流；c.具有较低的溶解速率、耐蚀性好，使用寿命长；d.具有一定的机械强度、耐磨、耐冲击震动；e.材料来源广，价格便宜，容易制作。

目前，外加电流阴极保护系统中采用的辅助阳极品种甚多，基本上可以分为可溶性阳极（钢铁、铝及铝合金等）和难溶性阳极（石墨、高硅铸铁、磁性氧化铁、钛基金属氧化物）两大类。

③阳极屏。在外加电流阴极保护系统工作时，从阳极排出很大的电流。阳极周围被保护结构的电位往往很低，抑制析出氢气，溶液的碱性增大，并使阳极附近大小的涂层破坏，降低了保护效果。为了防止电流短路，扩大电流分布，在阳极周围要加屏蔽层即阳极屏。阳极屏的材料应具有较高的黏附力和一定的韧性，能够防止介质的冲击并耐海水或Cl^-、OH^-的侵蚀，且介电性高，寿命长，并易于施工。

目前使用的阳极屏主要有涂层类、非金属薄板类及覆盖绝缘层的金属板等。阳极屏的形状一般取决于阳极的形状。阳极屏的尺寸与阳极最大排流量和所用涂料的种类有关，通常以确保阳极屏边缘被保护结构的电位不超过析氢电位的原则。

④参比电极。参比电极在外加电流阴极保护系统中是用来测量被保护结构的电位并向控制系统传送信号的。为了调节保护电流的大小，使结构的电位处于给定的范围内，通常要求参比电极在长期使用的时候必须电位稳定，重现性好，不易老化，使用寿命长，并且有一定的机械强度。

（3）牺牲阳极保护法

牺牲阳极保护法是在被保护金属上连接一个电位较负的金属作为阳极，它与被保护金属在电解液中形成一个大电池。电池由阳极经过电解液而流入金属设备，并使金属设备阴极极化而得到保护。

牺牲阳极保护法的原理和外加电流阴极保护一样，都是利用外加阴极极化使金属腐蚀减缓。但是后者是依靠外加直流电源的电流来进行极化，而牺牲阳极保护则是借助于牺牲阳极与被保护金属之间有较大的电位差所产生的电流来达到极化的目的。

①牺牲阳极材料。牺牲阳极材料应具有以下特点：a.阳极电位要负，即它与被保护金属之间的有效电位差要大。电位比铁负而适合做牺牲阳极的材料有锌基、铝基及镁基三大类合金；b.在使用过程中电位要稳定，阳极极化要小，表面不产生高电阻的硬壳，溶解均匀；c.单位重量阳极产生的电量大，即产生1A时的电量损失的阳极重量要小；d.阳极的自溶量小，电流效率高。由于阳极本身的局部腐蚀，产生的电流并不能全部用于保护作用；e.价格低廉，来源充分，无公害，加工方便。

②牺牲阳极的安装。水中结构，如热交换器、储罐、大口径管道内部、船壳、闸门等保护，阳极可以直接安装在被保护结构的本体上。将牺牲阳极内部的钢质芯棒焊接在被保护金属基体上时，必须注意阳极与金属本体间应有良好的绝缘，一般采用橡胶垫、尼龙垫等。如果阳极芯棒直接焊接在被保护设备上，则必须注意阳极本身与被保护设备之间有一定的距离，而不能直接接触。

地下管道保护时，为了使阳极的电位分布均匀，阳极应离管道一定距离，一般为2～8m。阳极与管道用导线连接。为了调节阳极输出电流，可在阳极与管道直接串联一个可调电阻（见图5-7）。

如果管子直径较大，阳极应安装在管子两侧或埋在较深的部位，以减小屏蔽作用。

（4）外加电流保护法与牺牲阳极保护法的比较

两种方法各有优缺点，具体比较见表5-3。

　　2.阳极保护

将被保护设备与外加直流的正极相连，在一定的电解质溶液中将金属进行阳极极化至一定电位，如果在此电位下金属能够建立起钝化并维持钝态，则阳极过程受到抑止，使金属的腐蚀速度显著降低，这时设备得到了保护，这种方法称为阳极保护法，如图5-8所示。

在1954年有人提出阳极保护的可能性，1958年正式应用于工业上。我国在1961年开始研究，1967年已成功地应用在碳酸氢铵生成中的碳化塔上，效果很好，造纸的硫酸盐煮锅用阳极保护在世界上是阳极保护应用最多的。

（1）阳极保护的基本原理

阳极保护的基本原理就是将金属进行阳极极化，使其进入钝化区而得到保护。但是并非所有的情况下将金属阳极极化都可能得到保护，阳极保护的关键是要使金属表面建立钝态并维持钝态，设备得到保护，反之会加速金属腐蚀。

为了判断一个腐蚀体系是否可以进行阳极保护，首先要根据恒电位法测得的阳极极化曲线进行分析，如图5-9所示的阳极极化曲线没有钝化特征，因而这种情况不能采用阳极保护；如图5-10所示的阳极极化曲线有明显的钝化特征，说明这一体系具有采用阳极保护的可能性，图中对应于b点的电流密度称为致钝电流密度，对应于c-d端的电流密度称为维钝电流密度。如果对金属通以对应于b点的电流，使其表面生成一层钝化膜，电位进入钝化区（c-d区），再用维钝电流将其维持在这个区域内，保持其表面的钝化膜不消失，则金属的腐蚀速度会大大降低，这就是阳极保护的基本原理。

（2）阳极保护的主要参数

阳极保护的关键是建立和维持钝态，因此阳极保护的主要参数是围绕怎样建立钝态和保持钝态而提出的。

①致钝电流密度　我们希望致钝电流密度（i_pp）越小越好，这样就可以选择小容量的电源设备，减少设备的投资和耗电量，同时也可减少致钝过程中设备的阳极溶解，并且设备也比较容易达到钝态，影响致钝电流密度的因素，除金属材料的腐蚀介质的性质（组成、温度、浓度、pH值）外，还与致钝时间有关，由于钝化膜的生成需要一定的电量，所以，对于一定的电量，时间越长，所需要的电流越小，因此，延长建立钝化的时间，可以减小致钝电流密度。

②维钝电流密度　维钝电流密度（i_p）代表着阳极保护时金属的腐蚀速度、根据法拉第定律，钝化稳定区的腐蚀速度V^-（g/m²·h）可以近似地计算为：

　　（5-1）

式中，A——铁的克原子量；

i_pp——致钝电流密度，A/m²；

F——法拉第常数，96500C/mol；

n——铁的化合价；

N——金属生成钝化膜的克当量。

由上式可以看出，维钝电流密度越小，保护效果越显著，日常的耗电量也越小。必须注意的是，腐蚀介质中的某些成分或杂质在阳极上产生副反应时，其维钝电流密度将会偏高。

例如碳化塔阳极保护时，由于碳化液中含有S^2-或HS^-，在阳极下面的反应被氧化成单质硫：S^2--2eS或HS^-+OH^--2eS↓+H₂O。

此副反应引起维钝电流密度有所增加，但此时金属的腐蚀速率并没有增加。因此，在这种情况下，维钝电流并不能代表阳极保护时金属真正的腐蚀速度，还必须用失重法来测量维钝情况下金属真正的腐蚀速度。

③钝化区的电位范围　钝化区的电位范围越宽越好，钝化区电位范围宽，电位就允许在较大的数值范围内波动而不至于发生进入活化区的危险。这样，对控制电位的电器设备的要求就不必太高。

从图5-10可以看出，钝化区电位范围宽则是阳极保护得以实施的充分条件，因此，尽管有钝化特征，如果致钝电流很大，则致钝困难，需要的电源容量很大，而且在致钝过程中可能造成较大的阳极溶解；如果维钝电流相当大，则在阳极保护后金属仍以相当的速度进行腐蚀，保护效果不好而且不经济；如果钝化区电位范围相当窄，则进行阳极保护时操作困难，这时只有采用恒电位仪才能保证阳极不至于处于活化电位。

④最佳保护电位　在阳极保护时有一个最佳保护电位，阳极处于这一电位时维钝电流密度及双电层电容值最小，表面膜电阻值最大，钝化膜最致密，保护效果最好。阳极处于最佳保护电位时，不仅可以减少维钝电流，而且还可以降低阳极腐蚀速度，增加保护效果。

　　3.阴极保护与阳极保护的比较

阴极保护和阳极保护都属于电流保护，适用于电解质溶液中连续液相部分的保护，不能保护气相部分，但阴极保护与阳极保护有各自的特点见表5-4。

5.3.2　缓蚀剂

缓蚀剂是一种以较低的浓度和适当的形式存在于环境中，能阻止或者减缓金属腐蚀的物质。在腐蚀环境中通过添加缓蚀剂来减缓材料腐蚀的方法称为缓蚀剂防腐。采用缓蚀剂防止腐蚀，由于设备简单、使用方便、投资少、收效快，因而在化工、钢铁、机械、石油和运输部门广泛采用，并且是十分重要的防腐蚀手段之一。

缓蚀剂在使用过程中直接加到腐蚀系统中即能有效保护整个系统。缓蚀剂的用量一般很少，通常从千分之几到千万分之几，极少数情况下用量达到百分之几。缓蚀剂的性能可以通过缓蚀效率I来表征，即

　　（5-2）

式中　I——缓蚀效率；

v₀——未加缓蚀剂时金属的腐蚀速度；

v——加缓蚀剂时金属的腐蚀速度。

在某些文献中也采用抑制系数（γ）来表示：

　　（5-3）

由式（5-2）、式（5-3）可以看出，缓蚀剂的效率越大，抑制系数也就越大，选用这种缓蚀剂，其阻止腐蚀的效果就越好。

在许多情况下，金属表面常产生点蚀等局部腐蚀，此时，评定缓蚀剂的有效性，除了缓蚀效率外，还需测量金属表面的点蚀深度等。实验室中，缓蚀剂的测量方法主要有重量法，电化学测试方法，如塔菲尔直线外推法、交流阻抗法、线性极化法等。近年来有人用光电化学法、电化学发射质谱法、谐波分析法和电子旋共振技术等新方法来测试缓蚀剂的缓蚀率。

　　1.缓蚀剂的分类

缓蚀剂的种类繁多，缓蚀机理复杂，目前尚没有统一的方法将其合理分类以反映其分子结构和作用机理之间的关系。为了研究方便，常用多种角度对缓蚀剂进行分类。

①按介质的状态、性质可分为液相缓蚀剂和气相缓蚀剂。液相缓蚀剂包括酸性液相缓蚀剂、中性液相缓蚀剂、碱性液相缓蚀剂，气相缓蚀剂有亚硝酸二环己烷铵。

②按化学成分可以分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂两大类。

无机缓蚀剂一般是通过氧化金属表面而生成钝化膜，在金属表面形成沉淀盐膜来抑制腐蚀反应的进行。其典型物质有亚硝酸盐、硝酸盐、铬酸盐、磷酸盐、聚磷酸盐、硅酸盐、含砷化合物等。20世纪80年代以来，无机缓蚀剂的研究侧重于寻找对生态环境无污染的无机化合物，以取代对环境有害的化合物的应用。钼酸盐、钨酸盐和稀土化合物是近期开发应用的环境友好无机缓蚀剂。

有机缓蚀剂在金属表面上形成物理或化学的吸附，从而阻止腐蚀性物质接近金属的表面。作为缓蚀剂的有机化合物，通常是由电负性较大的氮、氧、硫等原子为中心的极性基构成，能够以某种键的形式与金属表面相结合。

③按阻滞作用原理可分阳极性受阻滞的缓蚀剂、阴极性受阻滞的缓蚀剂和混合型的缓蚀剂。

阳极性缓蚀剂又称阳极抑制性缓蚀剂，通常是缓蚀剂的阴离子移向金属阳极使金属钝化。对于非氧化性缓蚀剂（如苯甲酸钠等），只有依靠溶解氧存在，才能起抑制作用。阳极性缓蚀剂是一类应用广泛的缓蚀剂。但如果用量不足，不能充分覆盖阳极表面，就会形成小阳极大阴极的腐蚀电池，反而会加剧金属的腐蚀，因此阳极性缓蚀剂又有“危险性缓蚀剂”之称。

阴极性缓蚀剂又称为阴极抑制性缓蚀剂，能使阴极过程减慢，增大酸性溶液中氢析出的过电位，使腐蚀电位负移。这类缓蚀剂通常是阳离子移向阴极表面，形成化学的或者电化学的沉淀保护膜。这类缓蚀剂当用量不足时并不会加速腐蚀，故阴极性缓蚀剂又有“安全缓蚀剂”之称。

混合性缓蚀剂也叫做混合抑制性缓蚀剂，这类缓蚀剂对阴极过程和阳极过程同时起抑制作用。虽然使用这类缓蚀剂使腐蚀电位变化不大，但腐蚀电流却减少很多。这类缓蚀剂主要有三种：含氮的有机化合物、含硫的有机化合物及含硫、氮的有机化合物。

　　2.缓蚀剂的作用机理

目前对缓蚀作用机理尚无统一认识，下面介绍几种主要理论。

（1）电化学理论

从电化学角度出发，金属的腐蚀是在电解质溶液中发生的阳极过程和阴极过程。缓蚀剂的加入可以阻滞任何一过程的进行或者同时阻滞两个过程的进行，从而实现减缓腐蚀速度的作用。按电化学原理，缓蚀剂可分为阳极缓蚀剂、阴极缓蚀剂及混合缓蚀剂。

①阳极缓蚀剂大部分是氧化剂，如过氧化氢、重铬酸盐、铬酸盐、亚硝酸钠等。它们可使腐蚀金属的电位正移，进入钝化曲线的稳定钝化区，从而阻滞了金属的腐蚀。例如在含氧的中性水溶液中加入少量铬酸盐，可以使钢铁、铝、锌、铜等金属的腐蚀速率显著降低，其机理如图5-11所示。

当未加缓蚀剂时，金属的阳极极化曲线为A，添加缓蚀剂后金属的阳极极化曲线为A'，假定两种情况下的阴极极化曲线不变，均为NMC。由于添加了铬酸盐这类具有氧化性的金属盐，在金属表面容易形成钝化膜，或者使原来破损的氧化膜得到修复，提高了金属的钝性，因此阳极氧化曲线由A变成A'，致钝电流I_pp和维钝电流I_p都减小，钝化电位区扩大，致钝电位下的。缓蚀剂的加入使得阳极极化曲线和阴极极化曲线的交点由活化态的点M变成钝态的点N，腐蚀电流由I_corr减小到。

②阴极缓蚀剂。在近中性的含氧溶液中，利用亚硝酸盐抑制铁的腐蚀就属于这种类型。亚硝酸盐是很强的阴极去极化剂，加速阴极反应过程，即：

增大阴极电流，缓蚀机理如图5-12所示。当溶液中未加入硝酸盐时，金属的腐蚀介质的阳极极化曲线为曲线1，阴极极化曲线为曲线2，两极化曲线相交于点S，相应的腐蚀电位为E_corr，腐蚀电流为I_corr。此时金属处于活化状态，腐蚀速率较大。当腐蚀介质中加入足够的亚硝酸盐时，对阳极极化曲线并没有明显影响，但缓蚀剂的阴极去极化作用使阴极极化曲线2处移至曲线3处。此时，阴极极化曲线和阳极极化曲线相交在钝化区的点，即金属进入钝态电位区，腐蚀电位正移到，腐蚀电流大大降低，即缓蚀剂通过阴极去极化而使金属发生钝化。

（2）吸附理论

吸附理论认为缓蚀剂在金属表面形成连续的吸附层，将腐蚀介质与金属隔离因而起到保护作用。目前普遍认为，有机缓蚀剂的缓蚀作用是吸附作用的结果。这是因为有机缓蚀剂的分子式由两部分组成：一部分是容易被金属吸附的亲水极性基，另一部分是憎水极性基或亲油的有机原子团。当极性基的一端被金属表面吸附，而憎水的一端形成定向排列，结果腐蚀介质被缓蚀剂分子排列挤出，这样使得介质与金属表面隔离，起到保护金属的作用。

（3）成相膜理论

成相膜理论认为金属表面生成一层不溶性的络合物，这层不溶性络合物是金属缓蚀剂和腐蚀介质的离子相互作用的产物，如缓蚀剂氨基醇在盐酸中与铁作用生成［HORNH₂］［FeCl₄］或［HORNH₂］［FeCl₂］络合物，覆盖在金属的表面上起到保护作用。喹啉在浓盐酸中与铁作用，在铁表面生成难溶的铁络合物，使金属与酸不再接触减缓了金属的腐蚀。

　　3.缓蚀作用的影响因素

（1）浓度的影响

缓蚀剂浓度对金属腐蚀速率的影响分三种情况：①缓蚀效率随缓蚀剂浓度的增加而增加，例如在盐酸和硫酸中，缓蚀效率随着浓度的增加而增加，实际上几乎很多有机和无机缓蚀剂，在酸性及浓度不大的中性介质中，都属于这种情况。但在实际情况中，从节约原则出发，应以保护效果及减少缓蚀剂消耗量全面考虑来确定实际用量。②缓蚀剂的缓蚀效率与浓度存在极限关系，即在某一浓度时缓蚀效果最好，浓度高于或者低于这一浓度值都会使缓蚀效率降低。③当缓蚀剂用量不足时，不但起不到缓蚀作用，反而会加速金属的腐蚀或引起孔蚀。

有时，采用不同类型的缓蚀剂配合使用，常可在较低浓度下获得较好的缓蚀效果，即产生协同作用。如铬酸盐与锌盐混合使用时能明显产生协同作用，提高缓蚀效率。

（2）温度的影响

温度对缓蚀剂缓蚀效果的影响有以下三种情况：①在较低温度范围内缓蚀效果很好，当温度升高时，缓蚀效果降低。这是由于温度升高时，缓蚀剂的吸附作用降低，而使金属腐蚀加快。大多数无机及有机缓蚀剂都属于这种情况。例如，硫酸中的硫脲缓蚀剂、盐酸中的πB-5缓蚀剂均是这类情况；②在一定温度范围内对缓蚀效果影响不大，但是超过某一温度时却使缓蚀效果明显降低。如，苯甲酸钠在20～80℃的水溶液中对碳钢腐蚀的抑制能力变化不大，但在沸水中，苯甲酸钠已经不能防止钢的腐蚀。这是因为沸水中的气泡破坏了铁与苯甲酸钠生成的络合物保护膜。用于中性水溶液和水中的缓蚀剂，其缓蚀效率几乎不随温度的升高而改变，对于沉淀膜型缓蚀剂，一般也应在介质沸点以下使用才会有较好的效果；③随温度的升高，缓蚀效率也增高。这是由于温度升高时缓蚀剂可依靠的化学吸附于金属表面结合，生成一层反应产物膜，或者当温度升高时，缓蚀剂容易于金属表面生成一层类似钝化膜的膜层，从而使腐蚀速率降低。

此外，温度对缓蚀剂的影响有时与缓蚀剂的水解有关。如，介质温度升高会促进各种磷酸钠的水解，因而它们的缓蚀速率一般随温度升高而降低。另外，由于介质温度对氧的溶解量明显减小，因而在一定程度会降低阴极反应速率，但当所用的缓蚀剂需要溶解氧参与形成钝化膜时，则温度升高时缓蚀效率反而降低。

（3）流动速度的影响

腐蚀介质的流动性对缓蚀剂的效率有很大的影响。一般有三种情况：①流速加快时，缓蚀效率降低，有时由于流速加快，甚至会加剧腐蚀，使缓蚀剂成为腐蚀的激发剂；②流速加快时，缓蚀效率提高，当缓蚀剂由于扩散不良而影响保护效果时，则增加介质流速可使缓蚀剂能够轻易、均匀地扩散到金属表面，从而有助于缓蚀效率的提高；③介质流速对缓蚀剂的影响在不同使用浓度出现相反变化。如，采用六偏磷酸钠/氯化锌做循环冷却水的缓蚀剂时，缓蚀剂的浓度在8×10^-6以上时，缓蚀效率随介质流速的增加而提高；8×10^-6以下时，则变成随介质流速的增加而减小。

　　4.缓蚀剂的选择

采用缓蚀剂防腐蚀，由于设备简单、使用方便、投资小、收效大，因而得到广泛应用。缓蚀剂有明显的选择性，应根据金属和介质等具体条件选择合适的缓蚀剂。

（1）腐蚀介质

不同pH的水介质中金属的腐蚀机理可能有很大的差异，因此缓蚀剂的选用也有所不同。一般中性水质中使用的缓蚀剂以无机物为多，且以被膜型或成膜型为主；酸性介质中则以有机物为主，且以吸附型为主。使用缓蚀剂时，必须考虑它与腐蚀介质的“相容性”或溶解度问题。如果缓蚀物质的溶解度太低，则影响它在介质中的传递，不能有效地到达金属表面。因此，在实际应用中一方面可以添加适当的表面活性剂，以增加缓蚀物质的分散性；另一方面也可以通过化学处理，在缓蚀物质分子上接联亲水的极性基团以增加在水中的溶解度。

（2）金属

不同金属原子的电子排布不同，因此它们的化学、电化学和腐蚀特性不同，它们在不同的介质中的吸附和钝化特性也不同。因此要根据金属特性进行复配缓蚀剂。

（3）缓蚀剂的用量和复配

缓蚀剂的用量，只要能产生有效的防护作用，当然是越少越好。缓蚀剂用量过大，能改变介质的性质，甚至减弱缓蚀效果，降低经济效益。由于金属腐蚀情况复杂，现代缓蚀剂很少仅采用单种缓蚀物质。多种缓蚀剂进行复配使用时往往比单独使用时总的效果高出许多，即发挥协同作用，缓蚀剂的复配也是目前提高缓蚀效率的研究重点。

（4）缓蚀剂的整体运行效果及环境保护

缓蚀剂使用时除了考虑抑制腐蚀的目的外，还应考虑工业系统的总体效果。如，工业用循环冷却水，除能引起冷却管道金属的腐蚀外，还能结垢，使冷却效果下降。在非密闭的系统中，菌藻物质的繁殖，可以加重腐蚀，甚至堵塞管道。因此，作为循环冷却水的处理，除需要加入缓蚀剂外，还应加入阻垢剂和杀菌剂，这样的复配水处理一般称为水质稳定剂。

许多高效缓蚀剂往往具有毒性，这使它们的使用范围受到很大限制。近些年来，随着人类环境保护意识的增强和可持续发展观的深入人心，对缓蚀剂的开发和应用也提出了新的要求。围绕性能和经济目标，研究、开发对环境不构成破坏作用即环境友好缓蚀剂已成为缓蚀剂的发展方向。

5.3.3　涂装

涂装是保护材料的有效手段，涂装即涂料覆盖在材料表面。常用的涂料主要以植物油或漆树上的漆液为原理加工而成，现代随着石油和有机合成工业的发展，涂料的原材料更加广泛。

　　1.涂装的保护机理

一般认为涂装对金属表面的保护主要有以下三个方面。

（1）屏蔽作用

金属表面涂覆涂料以后，相对来说就把金属表面和环境隔离，这种保护作用可称为屏蔽作用。但是薄薄的一层涂料不可能起到绝对的屏蔽作用。因为高聚物都具有一定的透气性，其结构气孔的平均直径一般在10^-5～10^-7cm，而水和氧的分子直径通常只有几埃。所以在涂层很薄时，它们是可以自由通过的。为了提高涂装的抗渗性，防腐涂料应选用透气性小的成膜物质和屏蔽性大的固体填充料，同时应增加涂覆层数，以使涂层达到一定的厚度且致密无孔。

（2）缓蚀作用

借助涂料的内部组分与金属反应，使金属表面钝化或生成保护性的物质，以提高涂层的防护作用。另外，一些油料在金属皂的催化作用下产生的降解产物，也能起到有机缓蚀剂的作用。

（3）电化学保护作用

介质渗透涂装层接触到金属表面下就会形成膜下电化学腐蚀。在涂料中使用活性比铁高的金属作填料，例如，锌等会起到牺牲阳极的保护作用，而且锌的腐蚀产物是盐基性的氯化锌、碳酸锌，它会填满膜的空隙，使膜紧密，而使腐蚀大大降低。

　　2.涂装层的破坏

一般认为涂装层的破坏是由于环境介质对涂装层的腐蚀作用而引起的。事实上这种情况是极少发生的，特别是现在人工合成的许多树脂都具有比较优异的耐蚀性能，只要根据腐蚀条件合理地筛选涂料，是不会发生这种破坏的。涂装层的破坏绝大多数是由于涂层存在缺陷而引起的。因为缺陷的地方会发生金属的局部腐蚀，而金属的局部腐蚀往往会导致涂装层的剥离、鼓包、龟裂等。

①由于金属基体表面处理不干净，存在残碱、残盐、残存氧化皮或锈斑等所引起的破坏作用，酸洗后的金属不宜用碱中和，因为残存的碱比残存的酸更危险。碱对金属有较大的亲和势，即使在涂装后，它还是能自发地沿着涂装层使醇酸和酚醛类涂料皂化，使涂装层变软而丧失其原有的物理力学性能，导致破坏。

②由于水的渗透使涂装层的体积增加所引起的破坏，有些涂装层在水的浸泡过程中因吸收水分使体积增加而产生内应力，这时在任何黏附较差的点上涂装层就会脱离金属并隆起成泡。

③介质渗透后使涂装层下金属表面发生电化学腐蚀。介质可以透过薄涂装层扩散到金属表面，由于液滴边沿供氧充足，扩散到金属表面的氧量比液滴中心部位的高，这时就形成了氧浓度差电池，液滴中心的金属表面为正极，产生阳极反应，受到腐蚀，出现锈污；液滴边沿的金属表面为负极，产生阴极反应，呈现碱性，当涂装层不耐碱性时就会产生破坏。

④涂装层由于电内渗所引起的破坏。溶液中离子透过涂装层迁移的速度一般都比水分子慢，但在电场的作用下，离子透过涂装层迁移的速度就会加快，结果会加剧涂装层的破坏。

⑤由于光照、温度、化学介质、磨损或机械损伤等某一原因引起的破坏，光照会使涂装层老化、粉化；化学介质会使涂装层溶胀或溶解、催化等；机械损伤会使涂装层破裂。所有这些都会引起金属的腐蚀，对于这些损坏机理应通过选择正确的涂装材料以及采取合理的使用条件来防止或者避免。

　　3.涂装材料合理选用

合理选用涂料是保证涂料能够长期使用的重要方面，其基本原则如下。

①根据环境介质正确选用涂料。在生成过程中，腐蚀介质种类繁多，不同场合引起的腐蚀原因各不一样。选用涂料，必须考虑保护物面的使用条件、涂料的使用条件与涂料的使用范围的一致性。如介质的酸碱性、氧化性、腐蚀性、环境温度和光照条件等。

②根据被保护表面的性质选用涂料。不同保护材质的保护界面，其性质是不同的，如非金属与金属的表面性质就有很大的差异，选用时要考虑涂料对表面是否具有足够的黏结能力，会不会发生不利黏结的化学反应。

③根据涂料的性能合理地配套使用涂料。涂料的种类繁多，性能各异，若配套使用可以得到一个性能良好、优于单一涂料的混合涂料。