在腐蚀环境中，通过添加少量能阻止或减缓金属腐蚀的物质以保护金属的方法，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，因而广泛用于石油、化工、钢铁、机械、动力和运输等部门，并已成为十分重要的防腐蚀方法之一。

缓蚀剂的保护效果与腐蚀介质的性质、温度、流动状态、被保护材料的种类和性质，以及缓蚀剂本身的种类和剂量等有密切的关系，也就是说，缓蚀剂保护是有严格的选择性的。对某些介质和金属具有良好保护作用的缓蚀剂，对另一种介质或另一种金属就不一定有同样的效果；在某些条件下保护效果很好，而在另一种条件下可能保护效果很差，甚至还会加速腐蚀。一般来说，缓蚀剂应该用于循环系统，以减少缓蚀剂的流失。同时，在应用中缓蚀剂对产品质量有无影响、对生产过程有无堵塞或起泡等副作用，以及成本的高低等，都应全面考虑。

下面通过几个例子来说明缓蚀作用：

(1)在稀盐酸中浸入铁片，可以观察到铁片表面会有大量氢气泡析出，同时铁片会被慢慢溶解。如果在此体系中加人少量苯氨，则氢气析出量大大减少，而铁片的腐蚀也受到强烈的抑制。因而苯氨就是抑止盐酸对铁腐蚀的缓蚀剂。

(2)在碳钢制的水贮槽中，在水——气接触界面上，常因水线腐蚀而产生红锈。如果事先在水中加人少量的聚磷酸钠，则红锈的生成可以大大减弱，此时聚磷酸钠是抑止碳钢水线腐蚀的缓蚀剂。

(3)钢材在轧制过程中需采用酸浸法除去表面的“氧化铁鳞”，这时酸中必须添加相应的缓蚀剂以抑止酸液对钢材的腐蚀，否则会给生产和产品的质量带来很大的危害。

有时采用一种缓蚀剂其缓蚀效果并不好，而采用不同类型的缓蚀剂配合使用，则可增加其缓蚀效果，此时在较低剂量下即可获得较好的缓蚀效果，这种作用称为协同效应。相反，如果不同类型缓蚀剂共同使用时反而降低各自的缓蚀效率，则称这种作用为拮抗效应。

缓蚀剂种类很多，可将缓蚀剂按它对腐蚀过程的阻滞作用分类，也可按腐蚀性介质的状态、性质分类。

(1)按介质的状态、性质可分为液相缓蚀剂和气相缓蚀剂。

(2)按缓蚀剂的化学成分可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。

(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。

缓蚀剂分类		缓蚀剂举例	保护膜特征
氧化膜性		络酸盐 亚硝酸盐 钼酸盐 钨酸盐等	致密   膜较薄 与金属结合紧密
沉 淀 膜 性	水中离子型	聚磷酸盐 硅酸盐 锌盐等	多孔 膜厚 与金属结合不太紧密
	金属离子型	疏基苯并噻唑 苯并三氮唑等	较致密 膜较薄
吸附膜性		有机胺 硫醇类 其他表面活性剂 木质素类 葡萄糖酸盐类等	在非清洁表面吸附性差

以上是对活性金属腐蚀而言。对于活性一一钝性金属，有促进钝化的缓蚀剂，也有促进阴极反应的缓蚀剂。腐蚀的二次产物所形成的沉淀膜，有时对阳极和阴极过程都有抑止作用，被称为混合型缓蚀剂。

凡添加到腐蚀介质中能有效地阻止或降低金属腐蚀速度的一类物质，统称为缓蚀剂或称为腐蚀抑制剂。当腐蚀介质为水时，所添加的缓蚀剂又称为水系统缓蚀剂，它们和酸洗缓蚀剂、油气井缓蚀剂等有所区别，当然有些缓蚀剂既可用在水系统又可用在其它系统，因此并没有绝对的界限。

用于水系统的缓蚀剂品种繁多，来源复杂，效果也有较大的差异。它们的种类按其成分，可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂两大类；按其缓蚀机理，可分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂；若按其来源，则可分为天然产物和人工合成产物两类；但目前应用得比较多的分类方法是按缓蚀剂的作用机理来分类。

溴化十二烷基吡啶缓蚀剂制备

(1)吡啶

分子量M=79；性状：无色液体，有恶臭，辛辣味，易燃，具吸潮性。吡啶能与3分子水形成共沸混合物，其沸点为92~93℃；能随水蒸气挥发；能与水、醇、醚、石油醚、油类及多数有机溶剂混和，具弱碱性；能与强酸形成盐类；0.2M浓度水溶液pH值为8.5，密度为0.9780g/cm³，凝固点为-42℃，沸点为115~116℃，折光率为1.5092(20℃)；其分析纯99%，化学液98.5%。

(2)1-溴代二烷CH₃(CH₂)₁₁Br

分子量M=249.24；性状：无色到淡黄色液体，有椰子样气味，能溶于醇及乙醚，不溶于水。比重为1.0382(20℃)，熔点为-9.6℃，沸点为200~201℃(100mm)，折光率为1.4581(20℃)。

[分子量]

M=328.34

[合成配方]

吡啶                 0.33摩尔(26.1g,26.7ml)

1-溴化十二烷         0.3摩尔(74.8g，72.0ml)

异丙醇               20.18g

[合成步骤]

在三颈烧瓶中放入74.8g1-溴化十二烷在20.18g异丙醇中，在搅拌下于30min加入26.1g吡啶，升温回流六小时，得到溴化十二烷基吡啶粗产物。

由于该缓蚀剂是依靠静电吸附在钢片表面上，这种吸附并不很牢固，故吡啶盐对温度的变化较敏感。溴化十二烷基吡啶缓蚀剂在50~70℃温度范围内可获得最佳效果。但在高温或低温之下，缓蚀效果下降。

目前对缓蚀作用机理尚无统一的认识，下面介绍几种主要理论。

(1)吸附理论

认为缓蚀剂吸附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是由两部分组成：一部分是容易被金属吸附的亲水极性基，另一部分是憎水或亲油的有机原子团(如烷基)。极性基的一端被金属表面所吸附，而增水的一端向上形成定向排列，结果腐蚀介质被缓蚀剂分子排列挤出，这样吸附使得介质与金属表面隔开，起到保护金属的作用。

(2)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，如缓蚀剂氨基酸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保护作用。喹啉在浓盐酸中与Fe作用，在Fe表面上生成一种难溶的Fe络合物，使金属与酸不再接触，减缓了金属的腐蚀。

(3)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。缓蚀剂的加人可以阻滞任何一过程的进行或同时阻滞两个过程进行，从而实现减缓腐蚀速度的作用。这种作用可以用极化图表示，加大阳极极化或阴极极化，或者两者同时加大，使腐蚀电流I₁减少至I₂。当然阳极极化的同时也可能导致阴极去极化加强，使腐蚀电流增加到I₂′，从而加剧腐蚀。按上述电化学原理，缓蚀剂可分为阳极缓蚀剂、阴极缓蚀剂及混合型缓蚀剂。

①氧化膜型缓蚀剂

缓蚀剂直接或间接地与金属生成氧化物或氢氧化物，从而在金属表面上形成保护膜，这种保护膜薄而致密，与基体金属的粘附性强，结合紧密，能阻碍溶解氧扩散，使金属的腐蚀反应速度降低。这种保护膜在形成过程中，膜不会一直增厚，当这种氧化膜增大到一定厚度时，一部分氧化物会向溶液中扩散，当氧化物向溶液扩散的趋势成为膜增厚的障碍时，膜厚的增长就几乎自动停止。因此，氧化膜型缓蚀剂效果良好，而且有过剩的缓蚀剂也不会产生垢。

多数氧化膜型缓蚀剂都是重金属含氧酸盐，如铬酸盐、铂酸盐、钨酸盐等。因重金属缓蚀剂易造成环境污染，所以一般应用较少。

亚硝酸盐借助于水中溶解氧在金属表面形成氧化膜而成为氧化膜型氧化剂，具有代表性的有亚硝酸钠和亚硝酸按。值得注意的是，这种缓蚀剂在含有氧化剂的水中使用时，它会被氧化成硝酸盐，其缓蚀效果就会减弱，因此它不能与氧化型杀菌型(如氯等)同时使用。此外，亚硝酸盐在长期使用后，系统内的硝化细菌会大量繁殖，能氧化亚硝酸盐成为硝酸盐，使得防腐效果降低。因此，亚硝酸盐的使用也受到一定限制。

②水中离子沉淀膜型缓蚀剂

沉积膜型缓蚀剂能与溶解于水中的离子生成难溶盐或络合物，在金属表面上析出沉淀，从而形成防腐蚀薄膜，这种薄膜多孔、较厚、比较松散，大多与金属基体的粘合性差。因此，它防止氧向金属表面扩散不完全，防腐效果不很理想，如果这种缓蚀剂用量过多，所生成的膜厚度会不断增加，这样由于垢层加厚而影响传热，如果水温较高，而且水中有碳酸氢盐，就会生成碳酸盐垢以及溶解更多二氧化碳，这样对系统是不利的。沉淀膜型缓蚀剂有聚磷酸盐、硅酸盐和锌盐等。

通常认为聚磷酸盐是阳极型缓蚀剂，因为它主要形成以Fe₂O₃和FePO₄为主的保护膜，它能抑制阳极反应，但油田水中Ca² 、Mg² 浓度较高，聚磷酸盐易与它们生成络合物而沉积的保护膜主要是聚磷酸钙、聚磷酸镁等，它们沉积在阴极表面上，能抑制阴极反应。因此，在采用聚磷酸盐作为缓蚀剂时，水中应该有一定浓度的Ca² 、Mg² 离子，这样的缓蚀效果更显著。如果使用聚磷酸盐作为缓蚀剂，必须采取措施以控制微生物的生长，因为聚磷酸盐是微生物生长的营养成分，它的存在会促进微生物的繁殖，造成大量的细菌结膜，使水质变差，因此采用有效的杀菌措施是必要的。

锌盐是一种阴极缓蚀剂，其中起作用的是锌离子，它在阴极部位产生Zn(OH)₂沉淀，起保护膜作用。锌盐的阴离子一般不影响它的缓蚀能力，氯化锌、硫酸锌以及硝酸锌等都可以选用，但如果用氯化锌，水中氯离子含量会增加，它能破坏保护膜，从而产生一些不良后果，这在使用时应注意，锌盐一般不单独使用，如果它和其它缓蚀剂联合使用，会有明显的增效作用。锌盐的使用有一定的局限，它对环境的污染很严重，如果能找到其他无污染的缓蚀剂，那么应尽量避免使用重金属作为缓蚀剂。

④金属离子沉淀膜型缓蚀剂

这种缓蚀剂是由于使金属活化溶解，并在含金属离子的部位与缓蚀剂形成沉淀，产生致密的薄膜，其缓蚀效果良好。在防蚀膜形成之后，即使在缓蚀剂过剩的情况下，薄膜也停止增长，因为防蚀膜一经形成，它将金属包裹起来，而不与缓蚀剂继续作用，也就停止生成沉淀，防蚀膜也不再增厚。其保护作用是因为它在铜体的表面形成螫合物，从而抑制腐蚀。这类缓蚀剂还有杂环硫醇等。巯基苯并磷酸与聚磷酸盐共同使用，对防止金属的点蚀有良好效果。

⑤吸附膜型缓蚀剂

吸附膜型缓蚀剂都是有机化合物，分子中具有亲水基团和疏水基团，其分子的亲水基团能有效地吸附在洁净的金属表面上，而将疏水基因朝向水侧，阻碍溶解氧和水向金属表面扩散，从而抑制腐蚀反应。这类缓蚀剂的防蚀效果与金属表面的洁净程度有很大关系，如果金属表面有很多污垢，所形成的吸附膜就不严密，起不到隔绝腐蚀介质的作用，在局部地方腐蚀会很严重。吸附膜型缓蚀剂主要有胺类化合物及其它表面活性剂类有机化合物。

综上所述，氧化膜型缓蚀剂如铬酸盐虽然效果好，而且在经济上较合理可行，但从环境保护考虑，预计今后不会有很大发展，金属离子沉淀膜型缓蚀剂发展也不大。到目前为止，主要采用的还是水中离子沉淀膜型缓蚀剂，即聚磷酸盐和锌盐。近年来，国外对吸附膜型缓蚀剂作了大量的研究，国内也在开展这方面试验，今后可望大量用在生产上。

6.1浓度的影响

缓蚀剂浓度对金属腐蚀速度的影响，大致有三种情况：

①缓蚀效率随缓蚀剂浓度的增加而增加。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。但在实际使用中，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缓蚀剂的缓蚀效率与浓度的关系存在极限，即在某一浓度时缓蚀效果最好，浓度过低或过高都会使缓蚀效率降低。例如硫化二乙二醇在盐酸中就属于这种情况。当浓度大于150mg/L时，腐蚀比未加缓蚀剂时要快，变成了腐蚀激发剂。因此对于此问题必须注意，缓蚀剂不宜过量。

②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。在海水中若加人的亚硝酸钠剂量不足时，碳钢腐蚀加快，而且产生孔蚀。故添加量太少是危险的。属于这类缓蚀剂的还有大部分的氧化剂，如铬酸盐、重铅酸盐、过氧化氢等。对于长期采用缓蚀剂保护的设备，为了形成良好的基础保护，首先缓蚀剂用量往往比正常操作时高4~5倍。对于陈旧设备采用缓蚀剂保护时，剂量应适当增加，此时金属表面存在的垢层和氧化铁鳞等常要消耗一定量的缓蚀剂。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，即产生协同效应。

6.2温度的影响

温度对缓蚀剂缓蚀效果的影响有下列三种情况：

①在较低温度范围内缓蚀效果很好，当温度升高时，缓蚀效果便显著下降。这是由于温度升高时，缓蚀剂的吸附作用明显降低，因而使金属腐蚀加快。大多数有机及无机缓蚀剂都用于这一情况。

②在一定温度范围内对缓蚀效果影响不大，但超过某很度时却使缓蚀效果显著降低。用于中性水溶液和水中的不少缓蚀剂，其缓蚀效率几乎是不随温度的升高而改变的，对于沉淀膜型缓蚀剂，一般也应在介质的沸点以下使用才会有较好的效果。

③随着温度的升高，缓蚀效率也增高。这可能是由于温度升高时，缓蚀剂可依靠化学吸附与金属表面结合，生成一层反应产物薄膜，或者是温度升高时，缓蚀剂易于在金属表面生成一层类似钝化膜的膜层，从而降低腐蚀速度。因此，当介质的温度较高时，这类缓蚀剂最有实用价值。

此外，温度对缓蚀剂效率的影响有时是与缓蚀剂的水解因素有关的，例如，介质温度升高会促进各种磷酸钠的水解，因而它们的缓蚀效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少，因而在一定程度上虽然可以降低阴极反应速度，但当所用的缓蚀剂需由溶解氧参与形成钝化膜时(例如苯甲酸钠等缓蚀剂)，则温度升高时缓蚀效率反而会降低。

6.3流动速度的影响

腐蚀介质的流动状态，对缓蚀剂的使用效果有相当大的影响。大致有下面三种情况：

①流速加快时，缓蚀效率降低。有时由于流速增大，甚至还会加速腐蚀，使缓蚀剂变成腐蚀的激发剂(例如盐酸中的三乙醇胺和碘化钾)。

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比较容易、均匀地扩散到金属表面，而有助于缓蚀效率的提高。

③介质流速对缓蚀效率的影响，在不同使用浓度时还会出现相反的变化。