بازدارنده های خوردگی
بازدارنده های خوردگی واکنش فلز را با محیط کاهش می‌دهند یا از آن جلوگیری می‌کنند. آن‌ها میزان خوردگی را کاهش می‌دهند.
خوردگی عبارت است از زوال فلز در اثر حمله شیمیایی یا واکنش محیط با آن.
این یک مشکل مداوم و ثابت است، که از بین بردن آن به صورت کاملاً دشوار است. پیشگیری از آن نسبت به حذف کامل آن عملی‌تر و قابل دستیابیتر است. فرآیندهای خوردگی پس از برهم زدن مانع محافظتی سریعاً توسعه می‌یابد و با تعدادی واکنش همراه است که باعث تغییر ترکیب و خصوصیات سطح فلز و محیط به عنوان مثال، تشکیل اکسیدها، انتشار کاتیون‌های فلز به ماتریس پوشش، تغییرات pH محلی و پتانسیل الکتروشیمیایی می‌شود.
مطالعه خوردگی فولاد و آهن از لحاظ نظری و عملی بسیار نگران کننده است و به همین دلیل از لحاظ استفاده از بازدارنده های خوردگی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. محلول‌های اسیدی، که به طور گسترده در پاک‌سازی اسیدهای صنعتی، رسوب‌زدایی اسید، ترشیجات اسید و اسیدی شدن چربی روغن استفاده می‌شود، برای جلوگیری از حمله خوردگی آن‌ها به مواد فلزی، نیاز به استفاده از بازدارنده های خوردگی دارند.
بازدارنده های خوردگی
طی سال‌ها، تلاش‌های قابل توجهی برای یافتن بازدارنده های خوردگی مناسب با منشا آلی در محیط های مختلف خورنده انجام شده است. در محیط‌های اسیدی، از مواد پایه نیتروژن و مشتقات آن‌ها، ترکیبات حاوی گوگرد، آلدهیدها، تیوآلدهیدها، ترکیبات استیلنیک و آلکالوئیدهای مختلف، به عنوان مثال، پاپاورین، استریکنین، کینین و نیکوتین به عنوان بازدارنده استفاده می‌شود.
در محیط خنثی، بنزوات، نیتریت، کرومات و فسفات به عنوان بازدارنده های خوبی عمل می‌کنند.
- (i) جذب یون / مولکول بر روی سطح فلز
- (ii) افزایش یا کاهش واکنش آندی و / یا کاتدی
- (iii) کاهش سرعت انتشار برای واکنش دهنده‌ها به سطح فلز
- (iv) کاهش مقاومت الکتریکی سطح فلز
- (v) بازدارنده هایی که اغلب به راحتی قابل استفاده هستند و دارای مزیت کاربرد درجا هستند.
چندین عامل از جمله هزینه و مقدار، در دسترس بودن آسان و مهم‌ترین ایمنی محیط و گونه‌های آن باید در هنگام انتخاب یک بازدارنده در نظر گرفته شود.
۱- بازدارنده های خوردگی آلی
مهارکننده‌های آلی به طور کلی دارای هترواتم هستند. در این ترکیبات O، N و S یافت می‌شود که از بنیان و چگالی الکترون بالاتری برخوردار هستند و بنابراین به عنوان بازدارنده های خوردگی عمل می‌کنند. O، N و S مراکز فعال برای فرآیند جذب روی سطح فلز هستند.
میزان توان بازارندگی طبق دنباله O <N <S <P باشد.
استفاده از ترکیبات آلی حاوی اکسیژن، گوگرد و به ویژه نیتروژن برای کاهش حمله خوردگی به فولاد با جزئیات بررسی شده است. داده‌های موجود نشان می‌دهد که بیشتر بازدارنده های آلی با جابجایی مولکول‌های آب در سطح و تشکیل یک مانع فشرده، روی سطح فلز جذب می‌شوند. در دسترس بودن الکترون‌های غیر پیوندی (جفت تنها) و p در مولکول‌های بازدارنده انتقال الکترون را از بازدارنده به فلز تسهیل می‌کند.
ممکن است یک پیوند کووالانسی شامل انتقال الکترون‌ها از بازدارنده به سطح فلز تشکیل شود. قدرت پیوند شیمیایی به تراکم الکترون در اتم اهدا کننده گروه عاملی و همچنین قطبش پذیری گروه بستگی دارد. هنگامی که یک اتم H متصل به C در حلقه توسط یک گروه جایگزین جایگزین می‌شود (–NH۲، –NO۲، –CHO یا –COOH) باعث بهبود مهارکنندگی می‌شود.
تراکم الکترون در فلز در نقطه اتصال تغییر می‌کند و منجر به عقب ماندگی واکنش‌های کاتدی یا آندی می‌شود. الکترون‌ها در کاتد مصرف می‌شوند و در آند انباشته می‌شوند. بنابراین، فرآیند خوردگی عقب می‌افتد. آمین‌های دارای زنجیره کربنی مستقیم حاوی سه تا چهارده کربن مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
مهارکنندگی با افزایش تعداد کربن در زنجیره به حدود ۱۰ کربن افزایش می‌یابد، اما با تعداد بالاتر، افزایش یا کاهش کمی در توانایی مهار خوردگی اتفاق می‌افتد. این امر به کاهش حلالیت در آب نسبت داده می‌شود.
با این حال، وجود یک گروه عملکردی آب دوست در مولکول باعث افزایش حلالیت بازدارنده ها می‌شود.
عملکرد یک بازدارنده آلی به ساختار شیمیایی و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی این ترکیب مانند گروه‌های عاملی، چگالی الکترون در اتم اهدا کننده، ویژگی p-اوربیتال و ساختار الکترونیکی مولکول مربوط است. این مهار می‌تواند به دلیل (i) جذب مولکول‌ها یا یون‌های آن در مکان‌های آندی و / یا کاتدی، (ii) افزایش ولتاژ کاتدی و / یا آندی و (III) تشکیل یک فیلم مانع محافظ باشد.
برخی از عواملی که در فعالیت بازدارنده ها نقش دارند، عبارتند از:
- (ط) طول زنجیر
- (ii) اندازه مولکول
- (III) پیوند، آروماتیک / مزدوج بودن
- (iv) مقاومت اتصال به بستر
- (v) توانایی اتصال متقابل
- (vi) حلالیت در محیط
نقش بازدارنده ها ایجاد سدی از یک یا چند لایه مولکولی در برابر حمله اسید است. این عمل محافظتی اغلب با جذب شیمیایی و / یا فیزیکی همراه است که شامل تغییر در بار ماده جذب شده و انتقال بار از یک فاز به فاز دیگر است.
گوگرد و / یا ترکیبات هتروسیکلیک حاوی نیتروژن با جایگزین‌های مختلف به عنوان بازدارنده های خوردگی موثر در نظر گرفته می‌شوند. مشتقات تیوفن، هیدرازین میل ویژه‌ای را برای مهار خوردگی فلزات در محلول‌های اسیدی ارائه می‌دهند. مواد معدنی مانند فسفات، کرومات، دی کرومات، سیلیکات، بورات، تنگستات، مولیبدات و آرسنات به عنوان بازدارنده های خوردگی فلزات موثر شناخته شده‌اند.
اعتقاد بر این است که پیرول و مشتقات حاصل از آن محافظت خوبی در برابر خوردگی در محیط‌های اسیدی دارند. این مهارکننده‌ها همچنین در فرمولاسیون آغازگرها و پوشش‌های ضد خوردگی کاربرد مفیدی پیدا کرده اند، اما یک نقطه ضعف عمده سمیت آن‌ها است و به همین دلیل استفاده از آن‌ها مورد انتقاد شدید قرار گرفته است.
گزارش شده است که در میان بازدارنده های خوردگی جایگزین، مواد آلی حاوی گروه‌های عاملی قطبی با نیتروژن، گوگرد و / یا اکسیژن در سیستم کونژوگه دارای خواص بازدارندگی خوبی هستند. ویژگی‌های مهاری این ترکیبات از توانایی جذب مولکول‌های آن‌ها ناشی می‌شود و گروه قطبی به عنوان مرکز واکنش فرآیند جذب عمل می‌کند. فیلم جذب شده در نتیجه به عنوان سدی عمل می‌کند که فلز را از ماده خورنده جدا می‌کند و بازده مهار بستگی به مشخصات مکانیکی، ساختاری و شیمیایی لایه‌های جذب ایجاد شده در شرایط خاص دارد.
بازدارنده ها غالباً در فرآیندهای صنعتی به منظور تأمین انحلال فلز از محلول‌های اسیدی، اضافه می‌شوند. پوشش‌های ضد خوردگی استاندارد که تا به امروز تولید شده‌اند به طور منفعلانه از تعامل گونه‌های خوردگی و فلز جلوگیری می‌کنند. اثرات خطرناک شناخته شده اکثر مهارکننده‌های آلی مصنوعی و نیاز به توسعه فرآیندهای ارزان، غیر سمی و سازگار با محیط زیست، اکنون محققان را ترغیب کرده است تا تمرکز خود را بر استفاده از محصولات طبیعی بگذارند.
به طور فزاینده‌ای، نیاز به توسعه پوشش‌های پیشرفته نسل جدید برای بهبود عملکرد آن‌ها وجود دارد، به ویژه با توجه به اینکه استفاده از Cr (VI) ممنوع است و به عنوان ماده سرطان زا برچسب گذاری می‌شود. استفاده از بازدارنده ها یکی از بهترین گزینه‌ها برای محافظت از فلزات در برابر خوردگی است.
چندین بازدارنده در حال استفاده یا از ماده اولیه ارزان ساخته می‌شوند یا از ترکیبات دارای هترواتم در سیستم کربن آروماتیک یا زنجیره بلند خود انتخاب می‌شوند. با این حال، بیشتر این مهارکننده‌ها برای محیط زیست سمی هستند. این امر جستجوی در زمینه بازدارنده های خوردگی سبز را برانگیخته است.
۲- بازدارنده های خوردگی سبز
بازدارنده های خوردگی سبز قابل تجزیه هستند و حاوی فلزات سنگین یا سایر ترکیبات سمی نیستند. برخی از گروه‌های تحقیقاتی استفاده موفقیت آمیز از مواد طبیعی را برای جلوگیری از خوردگی فلزات در محیط اسیدی و قلیایی گزارش کرده‌اند.
عصاره درخت طاووس از خوردگی آلومینیوم در محلول‌های اسید کلریدریک جلوگیری می‌کند، برگ‌های رزماری به عنوان بازدارنده خوردگی برای آلیاژ Al + 2.5Mg در محلول ۳٪ NaCl در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد مورد مطالعه قرار گرفتند، عسل به عنوان یک بازدارنده خوردگی برای مس و عصاره انجیر تیغی را روی آلومینیوم بررسی کرده‌اند.
اثر بازدارندگی عصاره دانه شوید بر خوردگی فولاد SX 316 در محلول HCl با استفاده از اندازه گیری‌های کاهش وزن و همچنین روش پتانسیواستاتیک تعیین شده است. مکانیسم عمل به تشکیل کمپلکس‌های نامحلول در نتیجه تعامل بین کاتیون‌های آهن و خلین و… نسبت داده می‌شود.
مهار خوردگی فولاد در H۲SO۴ در حضور صمغ عربی (GA) (پلیمر طبیعی) و پلی اتیلن گلیکول (PEG) (پلیمر مصنوعی) مطالعه شده است. مشخص شد که PEG موثرتر از صمغ عربی است.
۳- بازدارنده های خوردگی پوشش‌های Sol-Gel
در سال‌های اخیر، پوشش‌های سل _ ژل با مهار کننده‌هایی که برای جایگزینی پوشش‌های تبدیل کرومات تولید شده‌اند، نوید واقعی را نشان می‌دهند. نتایج نشان می‌دهد که مقاومت به خوردگی پوشش‌های سل_ژل حاوی CeCl۳ بهتر از پوشش‌های سل_ژل خالص و MBT– اضافه شده با روش‌های الکتروشیمیایی است.
با این حال، برخلاف کروم، پوشش‌های سل _ ژل بر پایه سیلان عمدتا به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می‌کنند تا اینکه پیوند شیمیایی با بستر ایجاد کنند. بازدارنده ها لازم است که در فیلم پوشش آزاد شوند تا روند خوردگی از طریق اثر خود ترمیم کند. در میان بازدارنده ها، عناصر خاکی کمیاب به طور کلی در پوشش‌های سل-ژل موثر و غیر سمی در نظر گرفته می‌شوند. علاوه بر این، برخی از مهار کننده‌های آلی، به ویژه ترکیبات هتروسیکلیک، به عنوان بازدارنده هایی که به آرامی آزاد می‌شوند، در پوشش سل _ ژل مؤثر هستند.
فرآیندهای خوردگی با تغییر مقدار pH در منطقه خورنده و تخریب فلز دنبال می‌شود. خود ترمیم شدن مناطق آسیب دیده در اثر خوردگی را می‌توان با سه مکانیزم انجام داد: خنثی‌سازی pH، غیرفعال شدن سطح فلز آسیب دیده توسط مهارکننده‌هایی که بین لایه‌های پلی‌الکترولیت گیر افتاده‌اند و ترمیم پوشش.
بازدارنده های خوردگی به عنوان یک جز a از فیلم لایه به لایه در پوشش محافظ گنجانده شده است که مؤثرترین مکانیسم مهار خوردگی است. کینولین‌ها بازدارنده های خوردگی سازگار با محیط زیست هستند که به عنوان گزینه‌هایی جایگزین برای کرومات‌های مضر، توجه بیشتر و بیشتری را به خود جلب می‌کنند.
