بازدارنده‌های 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 می‌شود. به عنوان مثال، تشکیل اکسیدها، انتشار کاتیون‌های فلز به ماتریس پوشش، تغییرات pH محلی و پتانسیل الکتروشیمیایی .
مطالعه خوردگی فولاد و آهن از لحاظ نظری و عملی بسیار نگران کننده است و به همین دلیل از لحاظ استفاده از بازدارنده‌های 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 بازدارنده‌های خوردگی دارند.
بازدارنده‌های خوردگی
طی سال‌ها، تلاش‌های قابل توجهی برای یافتن بازدارنده‌های خوردگی مناسب با منشا آلی در محیط‌های 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 استفاده می‌شود. به عنوان مثال: پاپاورین، استریکنین، کینین و نیکوتین به عنوان بازدارنده در محیط خنثی، بنزوات، نیتریت، کرومات و فسفات به عنوان بازدارنده‌های 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) بازدارنده‌هایی 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 ایمنی محیط و گونه‌های آن باید در هنگام انتخاب یک بازدارنده در نظر گرفته شود.
1- بازدارنده‌های خوردگی آلی
مهارکننده‌های آلی به طور کلی دارای هترو اتم هستند. در این ترکیبات O، N و S یافت می‌شود که از بنیان و چگالی الکترون بالاتری برخوردار هستند و بنابراین به عنوان بازدارنده‌های 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 بازدارنده‌های 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 (–NH2، –NO2، –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 10 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 بازدارنده‌ها 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 بازدارنده‌ها 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 بازدارنده‌ها ایجاد سدی از یک یا چند لایه مولکولی در برابر حمله اسید است. این عمل محافظتی اغلب با جذب شیمیایی یا فیزیکی همراه است که شامل تغییر در بار ماده جذب شده و انتقال بار از یک فاز به فاز دیگر است.
گوگرد یا ترکیبات هتروسیکلیک حاوی نیتروژن با جایگزین‌های مختلف به عنوان بازدارنده‌های خوردگی موثر در نظر گرفته می‌شوند. مشتقات تیوفن، هیدرازین میل ویژه‌ای برای مهار خوردگی فلزات در محلول‌های اسیدی ارائه می‌دهند. مواد معدنی مانند فسفات، کرومات، سدیم دی کرومات، سیلیکات، بورات، تنگستات، مولیبدات و آرسنات به عنوان بازدارنده‌های 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 کرده‌اند، 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 بازدارنده‌های خوردگی جایگزین، مواد آلی حاوی گروه‌های عاملی قطبی با نیتروژن، گوگرد 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.
بازدارنده‌ها 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 بازدارنده‌ها 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 بازدارنده‌های خوردگی سبز را برانگیخته است.
2- بازدارنده‌های خوردگی سبز
بازدارنده‌های 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 3٪ NaCl در دمای 25 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 H2SO4 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.
3- بازدارنده‌های 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 CeCl3 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. بازدارنده‌ها لازم است که در فیلم پوشش آزاد شوند تا روند خوردگی از طریق اثر خود ترمیم کند. در میان بازدارنده‌ها، 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 بازدارنده‌هایی که به آرامی آزاد می‌شوند در پوشش سل_ژل مؤثر هستند.
فرآیندهای خوردگی با تغییر مقدار pH در آن ناحیه و تخریب فلز دنبال می‌شود. 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.
بازدارنده‌های خوردگی به عنوان یک جز a از فیلم لایه به لایه در پوشش محافظ گنجانده شده است که مؤثرترین مکانیسم مهار خوردگی است. کینولین بازدارنده‌های خوردگی سازگار با محیط زیست هستند که به عنوان گزینه‌هایی جایگزین برای کرومات‌های مضر، توجه بیشتر و بیشتری را به خود جلب می‌کنند.
