緩蝕劑的作用機理和特性
緩蝕劑的作用機理
緩蝕劑是一種延緩、減少腐蝕介質對金屬侵蝕的特殊材料。
正確使用緩蝕劑可使其吸附在金屬基材表面，阻礙腐蝕介質中的水與氧氣對金屬表面的腐蝕，使腐蝕速度在可控范圍內鈍化，原理是通過氧化還原反應，在金屬表面生成致密的氧化膜或化合物，形成保護膜，提高金屬材料在使用中的耐腐蝕性能。
上述腐蝕介質是金屬對浸蝕溶液的反應或金屬對涂層界面的反應所形成的。在金屬與腐蝕介質的界面上，電荷有集中的覆蓋，這就是所謂的雙電層。金屬表面上的第一層電荷，是由于電子的過量或不足所產生的；另一層是在界面的溶液一邊吸收空間離子所生成。
這些電荷的夾層現象，形成了雙層的內側Helmholtz平面。這些離子可以失去它們的水外殼，并置換金屬表面所吸附的水，從而使它們自己吸附在鐵的部分表面上。上面的電荷部分地為在水相中或在外側Helmholtz平面上的反向電荷所平衡，這就是抗衡離子。抗衡離子的濃度在從界面朝向腐蝕介質或電解質的整體方向上逐漸降低，在緊靠金屬表面處使金屬電荷得到平衡。
組成雙層的離子的形成，不僅僅是因為它們的表面電場和動力學運動，也是離子與內表面之間相互化學作用的結果。這些作用包括氫鍵、共價鍵抑或官能團等的相互作用。這些作用不在介質整體中發生。任一材料引入電雙層均會改變它的組成與結構。因此在加入緩蝕劑之前或以后，測量雙層的電容，可作為是否吸收緩蝕劑的監測手段。
雙電層的形成，導致了電位的差別。這就是在液體腐蝕劑與受腐蝕金屬表面之間的電極電位。金屬與含有其離子的溶液接觸，構成了相對于任何其它金屬在相同條件下的電位差。這就是金屬的電化學系列，該系列在氫和金屬之間列出了它們的電位差，系列中金屬的電位愈高，愈易于被腐蝕。當兩個金屬連接在一起時，電位高的成為陽極，另一個成為陰極。這就是富鋅底漆的原理。鋅在海水中對于參考電極的電位是1050mV，離子的電位是500~800mV。這種電位差創造了鋅陽極電化學腐蝕電流的條件，因此就提供了對鐵陰極的保護。
緩蝕劑的作用機理概括起來可以分為兩種，即電化學機理和物理化學機理。電化學機理是金屬表面發生了電化學過程并起到了抑制作用；而物理化學機理是金屬表面發生了物理化學變化起到了阻隔作用。這兩種機理解釋方式不同，但它們并不矛盾，而且實際上還存在著某種因果關系。
重鉻酸鉀、鉻酸鉀、亞硝酸鈉、硝酸鈉、高錳酸鉀、磷酸鹽、硅酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽、苯甲酸鹽、肉桂酸鹽等都屬于陽極型緩蝕劑。陽極型緩蝕劑對陽極過程的影響是：
(1) 在金屬表面生成薄的氧化膜，將金屬和腐蝕介質隔離開來；
(2) 因特性吸附抑制金屬離子化過程；
( 3) 使金屬電極電位達到鈍化電位。
對緩蝕劑的特性要求
一個理想涂料緩蝕劑應該是：
1）在寬的pH范圍內有效。
2）與金屬表面反應，其所生成的產物，比未反應的緩蝕劑的溶解度應低得多。
3）有足夠的溶解度，以維持其在涂料中的貯備；當然溶解度首先必須相當小，以確保曝露時緩蝕劑不致從涂料中遷移滲透而出。
4）涂在基材界面而形成的緩蝕劑，不應降低涂料對基材的附著力。
5）緩蝕劑應對陽極和陰極均有效，應能防止水和氫的陰極還原反應。
最普遍的陰極反應是：
1/2 O2+H2O+2e → 2 OH-
當然，在一定的條件下，如在生物降解過程中，氧在涂層處的濃度可能是低的。在此情況下，氫氣的生成可能發生：
2H++2e → H2↑
緩蝕劑可分為陽極型緩蝕劑、陰極型緩蝕劑、混合型緩蝕劑。
陽極型緩蝕劑對陽極過程的影響如上。
陰極型緩蝕劑對陽極過程的影響是：
(1) 提高陰極反應的過電位。即通過提高氫離子放電的過電位抑制氫離子放電反應，減緩腐蝕；
(2) 在金屬表面形成化合物膜，使去極化劑難以達到金屬表面而減緩腐蝕。典型商品如：三乙醇胺、低分子有機胺及其衍生物等。
混合型緩蝕劑既能抑制陽極反應，又能抑制陰極反應。典型商品如：硅酸鈉、磷酸鈉、磷酸氫鈉、吡啶等。
大多數有機涂料允許特定的離子滲透到金屬界面，其結果是陽極區域的pH下降，陰極區域pH上升。這種情況導致聚合物涂層附著力的喪失，因聚合物在寬的pH范圍下是不穩定的。這說明對緩蝕劑有這樣一種特殊要求，即當涂層不能抗水解時，能夠抑制前述的電化學反應發生。有研究發現底漆附著力在鋼板的早期腐蝕階段就損壞了。結論認為鹽霧試驗中引起的附著力損壞，是漆膜陰極堿置換作用的結果。緩蝕劑顏料在鹽霧情況下通過減慢總的腐蝕速度而改善涂料性能。
進一步研究表明，即使是對水解穩定的涂料，如基于聚丁二烯或環氧樹脂的涂料，在施加陰極電位試驗時，也會損失在鋼板上的附著力。這種情況下附著力的喪失，是因陰極極化作用，使位于界面的薄層氧化鐵發生了化學變化所致。
