استفاده از بازدارنده های خوردگی شیمیایی برای کاهش میزان خوردگی فرایندها کاملاً متنوع است. در صنایع استخراج و فرآوری نفت، بازدارنده ها همیشه خط اول محافظت در برابر خوردگی در نظر گرفته شده اند. تعداد زیادی از مطالعات علمی به موضوع مهار کننده های خوردگی اختصاص یافته است. با این حال، بیشتر آنچه که شناخته شده است، از آزمایشات آزمایشی و خطا ، چه در آزمایشگاه ها و چه در زمینه رشد یافته است. قوانین، معادلات و نظریه ها برای توسعه یا استفاده از ضد خوردگی ها بسیار محدود است.
ضد خوردگی یک ماده شیمیایی است که وقتی با غلظت بسیار کم به یک محیط افزوده می شود، میزان خوردگی به طور موثری کاهش می یابد. بازده یک بازدارنده خوردگی می تواند توسط اندازه گیری این پیشرفت بیان شود:

بازدارنده خوردگی

به طور کلی ، بازده یک بازدارنده خوردگی با افزایش در غلظت بازدارنده افزایش می یابد (به عنوان مثال ، یک بازدارنده خوردگی معمولاً خوب، در غلظت ۰٫۰۰۸٪ بازدارندگی ۹۵% و در غلظت ۰٫۰۰۴٪ بازدارندگی ۹۰% نشان می دهد). هم افزایی یا همکاری، اغلب بین بازدارنده های مختلف و محیطی که کنترل می شود وجود دارد. خوردگی علمی و فنی شامل لیست بسیاری از ترکیبات شیمیایی است که خاصیت بازدارندگی دارند. از این تعداد بسیار زیاد مواد شیمیایی ضد خوردگی ، فقط تعداد بسیار کمی در عمل استفاده می شود. این امر تا حدی به این دلیل است که خواص مطلوب یک بازدارنده خوردگی معمولاً فراتر از مواردی است که به حفاظت فلز مربوط می شوند. ملاحظات مربوط به هزینه، سمیت، در دسترس بودن و دوستدار با محیط زیست از اهمیت قابل توجهی برخوردار است.
خوردگی فلزات در محلول های اسیدی به طور گسترده ای قابل مهار است طیف وسیعی از مواد، مانند یون های هالید ، مونواکسید کربن و بسیاری از آنها ترکیبات آلی، به ویژه آنهایی که حاوی عناصر گروه های V و VI جدول تناوبی هستند (یعنی نیتروژن، فسفر، آرسنیک، اکسیژن، گوگرد و سلنیوم). ترکیبات آلی حاوی پیوندهای متعدد، به ویژه پیوندهای سه گانه ، بازدارنده های مؤثری هستند. مرحله اول در مورد عملکرد بازدارنده های خوردگی که در محلول های اسیدی اتفاق می افتد، جذب روی سطح فلز باشد، که معمولاً در محلول های اسیدی عاری از اکسید است. بازدارنده جاذب سپس برای مهار فرآیندهای خوردگی الکتروشیمیایی کاتدی و / یا آندی عمل می کند.
مهار کننده های خوردگی در محلول اسید می توانند با فلزات واکنش دهند و واکنش خوردگی را از چند طریق تحت تأثیر قرار دهند، که برخی از آنها ممکن است همزمان اتفاق بیفتند. اغلب اختصاص یک مکانیسم عملکرد واحد کلی به یک مهارکننده خوردگی امکان پذیر نیست زیرا این مکانیسم ممکن است با شرایط آزمایشی تغییر کند. بنابراین ، مکانیسم غالب عملکرد یک مهارکننده خوردگی ممکن است با عواملی مانند غلظت بازدارنده خوردگی، pH اسید، ماهیت آنیون اسید، وجود گونه های دیگر در محلول، میزان واکنش به شکل ثانویه، متفاوت باشد. مکانیسم عملکرد بازدارنده های خوردگی با گروه های عاملی مشابه می تواند با عواملی مانند تأثیر ساختار مولکولی بر چگالی الکترونی گروه عاملی و اندازه بخش هیدروکربن مولکول متفاوت باشد.

جذب بازدارنده های خوردگی بر روی فلزات

بازده مهاری معمولاً متناسب با کسری از سطح پوشیده Ɵ از مهارکننده جاذب است. با این حال، در پوشش سطح پایین ، اثربخشی گونه های بازدارنده جاذب در مهار واکنش های خوردگی ممکن است بیشتر از پوشش سطح بالا باشد. در موارد دیگر، جذب مهارکننده ها از قبیل تیو اوره و آمین ها از محلول های رقیق شده ممکن است باعث تحریک خوردگی شود. اطلاعات در مورد جذب بازدارنده خوردگی، که از اندازه گیری مستقیم و از اندازه گیری بازده بازدارنده خوردگی بدست آمده است، در رابطه با دانش عمومی از جذب از محلول، نشان می دهد که جذب مهار کننده خوردگی بر روی فلزات تحت تأثیر ویژگی های اصلی زیر است.

بارسطحی روی فلز

جذب ممکن است به دلیل نیروهای جذب الکترواستاتیک بین بارهای یونی یا دوقطبی ها روی گونه های جذب شده و بار الکتریکی روی فلز در رابط بین فلز و محلول باشد. در محلول، بار روی فلز می تواند با توجه به پتانسیل شارژ صفر توسط پتانسیل آن بیان شود. این پتانسیل نسبت به پتانسیل بار صفر که غالباً از آن به عنوان ( ϕ-پتانسیل) یاد می شود با توجه به جذب نسبت به پتانسیل موجود در رسوب هیدروژن از اهمیت بیشتری برخوردار است و در واقع علائم این دو پتانسیل ممکن است متفاوت باشد بعنوان مثال پتانسیل یک سطح فلزی مثبت تر می شود، وجذب آنیون ها تحت تاثیر قرار می گیرد و هرچه ϕ-پتانسیل منفی تر شود، جذب کاتیون ها تحت تاثیر قرار می گیرد.

گروه عاملی و ساختار بازدارنده خوردگی

بازدارنده های خوردگی همچنین می توانند با انتقال الکترون به فلز به سطوح فلزی پیوند بزنند تا نوع مختصات پیوند را تشکیل دهند. این فرآیند با حضور در مدارهای الکترونی خالی فلز با انرژی کم، مانند اتفاقاتی که در فلزات گذار رخ می دهد، تقویت می شود. انتقال الکترون از گونه های جاذب به دلیل وجود الکترون های نسبتاً محدود، مانند آنهایی که در آنیون ها یافت می شود، و مولکول های آلی خنثی حاوی الکترون های جفت تنها یا سیستم های پای الکترونی مرتبط با حلقه های متعدد بویژه پیوندهای سه گانه ، یا حلقه های آروماتیک ، تقویت می شود. با افزایش بازده بازدارنده خوردگی در یک سری از ترکیبات مرتبط، با تراکم الکترون در گروه های عاملی افزایش می یابد. این با افزایش استحکام پیوند کوئوردینه به دلیل انتقال آسانتر الکترونی و در نتیجه جذب بیشتر سازگار است.

تعامل بازدارنده خوردگی با مولکول های آب

جذب مولکول های بازدارنده معمولاً یک واکنش جابجایی است که شامل حذف مولکول های آب جذب شده از سطح است. در طی جذب یک مولکول، تغییر در انرژی تعامل با مولکولهای آب در عبور از محلول به حالت جذب شده بخش مهمی از تغییر انرژی آزاد در جذب را تشکیل می دهد. نشان داده شده است که افزایش انرژی حل شدن گونه های جاذب، با بزرگ شدن اندازه بخش هیدروکربن یک مولکول آلی افزایش می یابد. بنابراین افزایش اندازه منجر به کاهش حلالیت و افزایش جذب می شود. این با افزایش بازده مهاری مشاهده شده در غلظت های ثابت با افزایش اندازه مولکولی در یک سری از ترکیبات مرتبط سازگار است.

تعامل گونه های بازدارنده خوردگی جذب شده

برهمکنش های جانبی بین گونه های بازدارنده خوردگی جذب شده ممکن است با توجه به پوشش سطح حاءز اهمیت شوند و از این رو گونه های جذب شده در مجاورت آن ها افزایش یابد. این برهمکنش های جانبی ممکن است از نوع جذبی یا دافعه باشد. برهمکنش های جذبی بین مولکول های حاوی عناصر بزرگ هیدروکربن (به عنوان مثال ، زنجیره های n-alkyl) رخ می دهد. با افزایش طول زنجیره ، افزایش نیروی جذبب واندروالس بین مولکول های مجاور باعث می شود تا در پوشش زیاد جذب بیشتری داشته باشیم. اثر متقابل دافعه بین یون ها یا مولکول های حاوی دوقطب ها رخ می دهد و در پوشش زیاد منجر به جذب ضعیف می شود. در مورد یون ها ، اگر یونی با بار مخالف به طور هم زمان جذب شود، برهمکنش دفع کننده می تواند به یک برهمکنش جذبی تغییر یابد. در یک محلول حاوی آنیون ها و کاتیون های بازدارنده ، جذب هر دو یون ممکن است افزایش یافته و بازده مهاری در مقایسه با محلول های یون های فرد تا حد زیادی افزایش یابد. بنابراین، اثرات مهاری هم افزایی در چنین مخلوطی از بازدارنده های خوردگی آنیونی و کاتیونی رخ می دهد.

واکنش مهارکننده های خوردگی جذب شده

در بعضی موارد، مهارکننده های خوردگی جاذب، معمولاً با کاهش الکتروشیمیایی، واکنش نشان می دهند تا محصولی را تشکیل دهند که ممکن است مهار کننده باشد. مهار به دلیل ماده اضافه شده به عنوان مهار اصلی شناخته شده است و به دلیل محصول واکنش، مهار ثانویه است. در چنین مواردی، بسته به اینکه مهار ثانویه بیشتر یا کمتر از مهار اولیه مؤثر باشد، بازده مهاری ممکن است با گذشت زمان افزایش یا کاهش یابد. به عنوان مثال ، سولفوکسیدها می توانند به سولفیدها کاهش پیدا کنند، که مهار کننده های کارآمدتری هستند.

اثر بازدارنده های خوردگی روی فرآیند خوردگی

در محلول های اسیدی، فرآیند خوردگی آندی عبور یون های فلزی از سطح فلز بدون اکسید به محلول است و فرآیند کاتدی اصلی تخلیه یون های هیدروژن برای تولید گاز هیدروژن است. در محلول های اسید اشباع شده در هوا، کاهش کاتدی اکسیژن محلول نیز اتفاق می افتد، اما برای آهن سرعت در مقایسه با سرعت آزاد شدن یون هیدروژن قابل مقایسه نیست تا زمانیکه pH از مقدار ۳ بیشتر شود. یک مهارکننده خوردگی ممکن است میزان آندی را کاهش دهد. فرآیند، روند کاتدی یا هر دو فرآیندهای تغییر پتانسیل خوردگی علاوه بر این مهار كننده غالباً نشانه مفیدی است كه روند آن عقب مانده است. جابجایی پتانسیل خوردگی در جهت مثبت، به طور عمده تاخیر روند آندی (کنترل آندی) را نشان می دهد، در حالیکه جابجایی در جهت منفی، عمدتا تاخیر روند کاتدی (کنترل کاتدی) را نشان می دهد. تغییر اندک در پتانسیل خوردگی نشان می دهد که هر دو فرآیند آندی و کاتدی تاخیری هستند.
عملکرد ترکیبی از رشد فیلم و رسوب از محلول منجر به رسوب می شود که برای بازگرداندن بازده مبدل های حرارتی، دیگ های بخار و ژنراتور بخار باید حذف شوند. نمودارهای E-pH نشان می دهد که رسوب لوله های دیگ بخار مبتنی بر آهن ، توسط Fe3O4 و Fe2O3 ، می تواند در هر دو منطقه از نظر خوردگی اسیدی یا قلیایی حل شود. در عمل، اسید هیدروکلریک مهار شده به طور مکرر اثبات شده است که کارآمدترین روش برای از بین بردن رسوب است. چهار معادله در اصل برای توضیح شیمی مورد نظر در حذف رسوب مورد نیاز است.

بازدارنده خوردگی

این معادلات نشان می دهد كه آهن پایه به عنوان كاهش دهنده در انحلال اکسیدهای آهن عمل می كند. از آنجا که تعیین نقطه پایانی برای انحلال اکسیدهای رسوب دشوار است، یک مهار کننده خوردگی به طور کلی برای اهداف ایمنی اضافه می شود. هر دو مهارکننده آندی و کاتدی می توانند برای مهار خوردگی فلز خالص پس از انحلال اکسیدهای رسوبی اضافه شوند.
از طرف دیگر، مهار کننده خوردگی کاتدی هر دو کاهش پروتون ها به هیدروژن و انحلال باز را به تاخیر می اندازد، در حالیکه کاهش اکسیدهای رسوبی بی تأثیر باقی مانده است. نمودارهای E-pH همچنین نشان می دهد که انحلال اکسیدهای رسوب دهنده نیز در محلول های قلیایی امکان پذیر است. اما سینتیک واکنش های آندی و کاتدی در محیط های با pH بسیار آهسته تر است، به همین دلیل این واکنش ها کمتر موثر هستند.

تشکیل یک سد انتشار توسط بازدارنده خوردگی

مهارکننده جذب شده ممکن است یک فیلم سطحی تشکیل دهد که به عنوان یک مانع فیزیکی برای محدود کردن انتشار یون ها یا مولکول ها از داخل یا از سطح فلز عمل می کند و بنابراین سرعت واکنش های خوردگی را عقب می اندازد. این اثر به ویژه هنگامی رخ می دهد که گونه های مهار کننده خوردگی مولکول های بزرگی هستند (به عنوان مثال پروتئین هایی مانند ژلاتین یا آگار آگار ، پلی ساکاریدها ، مانند دکسترین یا ترکیباتی که زنجیره های طولانی هیدروکربن دارند). فیلم های سطحی از این نوع مهارکننده های خوردگی باعث مقاومت پلاریزاسیون و همچنین قطبش غلظت می شوند که واکنش های آندی و کاتدی را تحت تأثیر قرار می دهد.