Classification of corrosion inhibitors according to mechanism and composition

مقدمه ای بر ممانعت کننده های خوردگی

ممانعت کننده های خوردگی موادی هستند که وقتی به مقادیر کم به یک محیط خورنده اضافه شوند، سرعت خوردگی را کم می کنند. در واقع ممانعت کننده را می توان یک کاتالیزور باز دارنده فرض کرد. ممانعت کننده های بسیار زیادی با ترکیبات مختلف موجود می باشند. اکثر این مواد با آزمایشات تجربی پیدا شده و اصلاح یافته اند و بسیاری از آنها با نام های تجارتی عرضه می گردند و ترکیبات شیمیایی آنها مخفی نگه داشته می شود. به همین دلیل فرآیند حفاظت به این روش بطور کامل مشخص و روشن نیست. لکن ممانعت کننده های خوردگی را میتوان بر حسب مکانیزم و ترکیب طبقه بندی نمود.

ممانعت کننده های جذب

این مواد بزرگترین گروه ممانعت کننده های خوردگی هستند. بطور کلی، این نوع ممانعت کننده ها ترکیبات آلی هستند که جذب سطح فلز شده و واکنشهای انحلال فلز و احیاء را کند می نمایند. در اکثر موارد، ممانعت کننده های جذبی بر هر دو فرآیند آندی و کاتدی تاثیر می گذارند، هر چند که در بعضی موارد این تاثیر یکسان نیست. آمین های آلی نمونه ای از این گروه می باشند.

سموم تصعید هیدروژن

این مواد مثل یونهای آرسنیک و آنتیموان، مانع از واکنش آزاد شدن هیدروژن می گردند. در نتیجه اینگونه مواد در محلول های اسیدی خیلی موثر هستند ولی در محیط هایی که واکنش های کاتد دیگری مثل احیاء اکسیژن کنترل کننده است بی اثر می باشند.

مواد جذب کننده عوامل مضر

این مواد عوامل خورنده را از محیط حذف می نمایند. مثالهایی از این نوع ممانعت کننده عبارتند از سولفیت سدیم و هیدرازین که طبق روابط زیر با اکسیژن حل شده در محیط ترکیب می شوند:

۲Na2SO3+O2 = 2Na2SO4

N2H4+O2 = N2.H2O

واضح است که این نوع ممانعت کننده های خوردگی در محلول هایی که احیا اکسیژن کنترل کننده است خیلی خوب عمل خواهند نمود و در محلول های اسیدی قوی موثر نخواهند بود.

مواد اکسید کننده

موادی مثل کرومات، نیترات و نمکهای فریک نیز در بسیاری موارد به عنوان یک بازدارنده خوردگی مورد استفاده قرار میگیرند. بطور کلی، این مواد برای جلوگیری از خوردگی فلزات و آلیاژهایی که انتقال فعال - غیرفعال از خودشان می دهند، بکار برده می شود. مثل فولاد و آلیاژهای آن و فولادهای زنگ نزن.

ممانعت کننده های فاز بخار

این ترکیبات خیلی شبیه ممانعت کننده های جذبی بوده و دارای فشار بخار خیلی بالایی می باشند. در نتیجه، از این مواد می توان بدون تماس مستقیم برای جلوگیری از خوردگی اتمسفری فلزات استفاده نمود. در عمل این ممانعت کننده ها را نزدیک فلزی که بایستی محافظت شود قرار می دهند، در نتیجه تبخیر و میعان (کندانس) شدن آنها روی سطح فلز باعث حفاظت فلز می شوند. ممانعت کننده های فاز بخار معمولاً موقعی موثر واقع خواهند بود که در فضای بسته مثل داخل بسته بندی قطعات یا داخل ماشین آلات در مراحل انبار و حمل و نقل مورد استفاده قرار بگیرند.

لازم به ذکر است که ممانعت کنند ها از نظر فلز، محیط خورنده، درجه حرارت و غلظت معمولاً منحصر بفرد هستند. همانطور که در بالا بدان اشاره شد غلظت و نوع ممانعت کننده ای که در یک محیط خورنده مورد نظر بایستی استفاده شود با آزمایش و به تجربه تعیین می گردد، و اینگونه اطلاعات را معمولاً از تولید کنندگان آن مواد می توان دریافت نمود.

غلظت ممانعت کننده

در صورتی که غلظت ممانعت کننده های خوردگی کمتر از اندازه کافی باشد، ممکن است خوردگی تسریع شود، مخصوصاً خوردگی های موضعی مثل حفره دار شدن. لذا در صورتی که غلظت ممانعت کننده کمتر از اندازه کافی باشد خسارت بیش از موقعی خواهد بود که ممانعت کننده اصلاً بکار برده نشود.برای پرهیز از این خطر بایستی غلظت ممانعت کننده های خوردگی همواره بیش از مقدار مورد نیاز باشد و غلظت آن بطور متناوب تعیین گردد. موقعی که دو یا چند ممانعت کننده به یک سیستم خورنده اضافه می گردد، تاثیر آنها گاهی اوقات بیشتر از تاثیر هر کدام به تنهایی است. این خاصیت را اثر تقویتی می نامند. مکانیزم اثر تقویتی کاملاً روشن نیست.

محدودیت استفاده از ضدخوردگی

اگر چه در موارد بسیاری از ممانعت کننده ها به خوبی می توان استفاده نمود، ولی محدودیتهایی نیز برای این نوع محافظت از خوردگی وجود دارد. ممکن است اضافه کردن ممانعت کننده به سیستم بخاطر آلوده کردن محیط عملی نباشد. به علاوه بسیاری از ممانعت کننده ها سمی بوده و کاربرد آنها محدود به محیط هایی است که بطور مستقیم یا غیر مستقیم در تهیه مواد غذایی یا محصولات دیگری که مورد استفاده انسان قرار می گیرند، نمی باشد.

به همین دلیل نمک های آرسنیک که در اسیدهای قوی ممانعت کنند های بسیاری موثری هستند کاربرد محدودی دارند. ممانعت کننده ها عمدتاً در سیستم های بسته کاربرد داشته معمولاً در سیستم های کاملاً باز بکار برده نمی شوند. بالاخره با افزایش درجه حرارت و غلظت محیط درجه موثر بودن ممانعت کننده ها به سرعت از بین می رود.

ابزارهای ممانعت کنندگی

روزنفلد در نطق افتتاحیه کنگره سالانهNACEدر بحث تئوریکی و همچنین کاربرد محاسبات شیمی کوانتم، اسپکتروسکوپی فتوالکترون اشعه ایکس، ردیاب هایی رادیو اکتیو مثلاً(Cl 36)و پولاریزاسیون شیمیایی را بعنوان «ابزارهایی» برای مطالعه پدیده ممانعت کنندگی بحث می کند.

ممانعت کنندگی می تواند هم بوسیله جذب سطحی و هم لایه های فازی روی سطح فلز صورت پذیرد. وی نشان میدهد که ممانعت کنندگی با جذب سطحی مانع از حفره دار شدن فولادهای زنگ نزن می شود. حفاظت به جذب سطحی یونهای غیر فعال کننده به سطح فلز و جایگزین شدن آنها به جای عامل مخرب(Cl–)نسبت داده شده است. حفاظت به قدرت جایگزین شدن نسبت داده شده تا به قدرت اکسیدکنندگی، آنیونNO3 موثرتر ازCrO4 است، هر چند که دومی اکسید کننده قویتری است.

روزنفلد نشان می دهد که حفاظت فولاد در برابر خوردگی بوسیله سولفیدهیدروژن به خاطر ظهور فیلم های فازی شامل آهن، گوگرد، و اجزاء ممانعت کننده روی سطح فولاد است، وی همچنین اشاره می کند که فقط درصد کوچکی (در یک مورد ۴%) از سطح بایستی بوسیله ممانعت کننده جذب سطحی پوشیده شود تا خوردگی متوقف گردد. جذب سطحی در بعضی موارد دارای ماهیت شیمیایی است. نکته اصلی کلام روزنفلد آن است که «مکانیزم ممانعت کننده، بدون توجه به مقداری که جذب سطح می شود، مشتمل است بر تغییر خواص الکتروفیزیکی اتمهای سطح بوسیله واکنشهای سطحی تا پوشاندن سطح فلز و جدا کردن آن از محیط خورنده».

ضدخوردگی با تشکیل فاز محافظ یا جذب سطح فلز شدن

در ماه مه ۱۹۸۳ یک کنفرانس بین المللی در مورد ممانعت کنندگی برگزار گردید. شواهدی در سال های اخیر ارائه شده اند که بسیاری از ممانعت کننده های آلی و معدنی با اندرکنش کردن با یکی از چند محصول خوردگی و تشکیل یک فاز محافظ عمل حفاظت را انجام می دهند تا با جذب سطح فلز شدن.

در این کنفرانس بر متمایز کردن ممانعت کننده های خوردگی از نظر آنکه جذب سطح فلز می شوند و یا با تشکیل فازها حفاظت را انجام می دهند تاکید گردید. مجموعه مقالات این کنفرانس حاوی حدود ۳۰ مقاله بوسیلهNACEدر ۱۹۸۴ بچاپ رسیده است. یک ممانعت کننده و بر طرف کننده رنگ با نام تجارتی ۹۹- KOاز نوعی فازی است.

یک علت مهم خوردگی در مسیرهای بالایی در پالایشگاه های نفت، خوردگی بوسیله سولفیدهیدروژن و اسید کلریدریک است. در این موارد ممانعت کننده های تشکیل دهنده فیلم بوسیله ناتان و پروگیونی پیشنهاد می شود. ممانعت کننده های خوردگی همچنین در کم کردن تاول زدن هیدروژنی مفید هستند.

ملاحظات محیط زیستی باعث معطوف شدن توجه به ممانعت کننده های خوردگی حاوی فلزات سبک شده است (مثلاً کاربرد کروماتها ممنوع شده است).

در مقاله ای توسط برسک اطلاعاتی در مورد آزمایشات و تجربیات عملی با این ممانعت کننده های خوردگی در محیط های آبی ارائه شده است. رشد جلبک ها (و راسب شدن) نیز بحث شده است. بران کرومات را بوسیله ممانعت کننده ترای اوزول جایگزین نموده است.

ویوکازویش و سولیوان اثرات مشترک و جداگانه مولیبدات، فسفات، و بورات را با نیترات و توی ترای اوزول در آبهای خنک کننده در اتومبیل مطالعه نموده و روش آزمایشات را بیان نموده است. اضافه کردن ۰٫۲% آب به آمونیاک آن را هیدراته کرده و باعث توقف خوردگی فولاد شده است.