一、防腐蚀的重要意义

    金属腐蚀是指金属在周围介质的作用下对金属产生的破坏，是一种自然界的现象。然而就是这种自然现象对我们人类的生产生活会产生巨大的影响。

    每年由于腐蚀所造成的损失是非常巨大的，2017年《nature》的子刊《npj Materials Degration》就刊登了这么一篇文章《The Corrosion Cost in China》，报道了我国2014年腐蚀成本为2.1278万亿人民币（约3.1千亿美元），占当年GDP的3.34%。而且我国这些年的腐蚀成本是在不断增加。

    二、气相防锈技术

    气相防锈技术是指通过气相缓蚀剂（Volatile Corrosion Inhibitor，简称VCI）向空气中挥发，使得空气中含有一定浓度的气相缓蚀剂，之后缓蚀剂通过与金属表面结合，在金属表面形成一层保护膜。从而阻隔金属与腐蚀介质的接触。

    目前大气腐蚀是覆盖面最广、破坏性最大的一种腐蚀，金属无时不刻不受到大气腐蚀。并且由于大气湿度的不同和大气所含成分的不同，使得大气腐蚀的情况比较复杂。而传统的防腐蚀方法这时就面临着局限性和成本问题。面对大气腐蚀的这些特点，气相防锈技术就体现出他的优势所在。

    虽然气相防锈技术是以气相缓蚀剂为核心，但是随着气相防锈技术的开发的深入，它的使用方式不再单一。出现了各种各样的气相防锈材料，如气相防锈纸、气相防锈膜、气相防锈袋等。我们可以根据气相缓蚀剂适用金属的种类，将气相防锈材料分为：黑色金属类气相防锈产品、有色金属类气相防锈产品、多种金属类气相防锈产品、金银专用类气相防锈产品。我们也可以根据气相缓蚀剂的应用形态，将气相防锈材料分为：液态气相防锈产品、载体和涂布类气相防锈产品、固态气相防锈产品。

    三、气相防锈材料的发展

    气相缓蚀剂的历史最早可以追溯到1933年，1933年考克斯最早将乙二胺和吗啉用作锅炉腐蚀抑制剂， 这成为气相缓蚀剂研究与发展的开端。第二次世界大战期间， 美军使用亚硝酸二环己胺、碳酸环己胺等作为气相缓蚀剂，成功地解决了武器军械封存的锈蚀问题， 使气相缓蚀剂的研究和应用得到迅猛发展。六十年代是腐蚀科学技术发展最活跃的时期，重要的腐蚀与防护方面的国际学术会议均在60年代初举行首届会议；一批腐蚀专业刊物亦均在60年代创刊发行。这些学术活动及专业刊物的出版发行，对气相缓蚀剂的学术交流和发展起着重要的推动作用。我国气相缓蚀剂的研究开始于五十年代。1956年，上海造漆颜料中心实验室、上海第二印刷厂首先合成亚硝酸二环己胺。1957年一机部机械研究院材料研究所制成碳酸环己胺。1958年沈阳化工研究院合成了亚硝酸二环己胺，为寻求有色金属气相缓蚀剂，还试制了铬酸二环己胺、磷酸二环己胺及磷酸环己胺等。哈尔滨市化工四厂和大连民兴化工厂，在1964年前后分别将亚硝酸二环己胺和碳酸环己胺投入生产。

    近些年不断有新的气相缓蚀剂被合成。Quraishi等通过巯基三唑和芳醛进行缩合反应， 合成出一系列三唑衍生物， 这些三唑化合物的分子结构中含有3 个氮原子的三唑环、巯基和甲亚胺基等多个吸附中心， 可以通过这些活性中心吸附于金属表面， 从而显示出良好的缓蚀性能。冯辉霞等合成了一系列的苯胺缩聚物， 对碳钢具有优良的缓蚀性能。张大全等采用模拟大气腐蚀水薄层电解液下的电化学测试技术对苯甲酸吗啉盐的气相缓蚀性能进行研究， 结果表明这类物质缓蚀性能优良， 属于多金属通用型气相缓蚀剂。

    随着科学技术的进步，又有一大批运用新仪器和方法研究气相缓蚀性的成果。齐勇通过在植酸中加入氨水后不同pH值的气相缓蚀试验， 确定植酸作为气相防锈纸缓蚀剂使用的最佳pH 值， 同时与亚硝酸二环己胺进行比较， 这类缓蚀剂对黑色金属、镀锡钢板、镀锌钢板等缓蚀性能优于亚硝酸二环己胺。艾武全等人借助静态质量损失法研究二乙醇胺作为缓蚀剂在质量分数分别为3%的氢氟酸、盐酸、硫酸和硝酸中对Q235A钢和20号碳钢的缓蚀性能，确定了二乙醇胺在上述酸介质中的最佳量。朱紫晶等人研究了薄层液膜下空间电场对碳酸环己胺（CHC）缓蚀性能的影响。结果表明，CHC主要抑制碳钢腐蚀反应的阳极过程，对碳钢腐蚀具有显着的缓蚀效果。刘宏伟等人采用电化学方法，系统的研究了动态条件下，3%（质量分数）NaCl腐蚀介质中，十二胺缓蚀剂对Q235碳钢CO2腐蚀的缓蚀行为。结果表明，静态条件下，十二胺对碳钢CO2腐蚀具有较好的缓蚀效果，当缓蚀剂浓度为60 mg/L时，缓蚀效率可以达到93.44%。张大全等人通过高压反应釜模拟试验，结合失重法、原子力显微镜，考察了多元胺锅炉给水处理剂在15 MPa、342℃条件下对20号钢的保护效果；利用极化曲线和电化学阻抗，研究了多元胺化合物在25℃的50mg/L Cl-+50mg/L SO42-溶液中对20号钢的缓蚀作用。高效环保的气相缓蚀剂新品种开发日益受到重视。将有机二胺或多胺化合物作为气相缓蚀剂的研究越来越多， 如以1, 3-二胺基-2-丙醇衍生物作为气相缓蚀剂， 包括1, 3 -二吗啉基-2-丙醇（DMP）和1, 3-双-二乙胺基-2-丙醇（DEAP）， 能有效地防止碳钢、黄铜的大气腐蚀， 通过阻止金属活性位溶解来抑制腐蚀的阳极过程。

    四、气相防锈技术原理的研究

    目前对气相防锈技术的主流解释是，气相缓蚀剂通过挥发到金属表面，与金属表面结合生成保护层，对金属进行保护。而缓蚀剂与金属进行结合的方式可以分为：氧化、螯合、吸附。因此缓蚀剂在金属表面生成的保护膜也可以分为以下三种：氧化膜、沉淀膜、吸附膜。

    在气相缓蚀剂的开发过程中，不断有人对气相缓蚀剂的防锈原理进行了研究。其中鞠玉琳等人介绍了有机胺这类气相缓蚀剂能够通过水解和解离反应释放出游离的小分子胺或者经自由基吸附在金属表面从而抑制金属腐蚀过程；同时分散在气相中的NH3对酸性气体有一定的中和作用，从而加强了大分子胺类阻止腐蚀过程的作用。Belarbi Z等人提出了有机胺的存在可以降低CO2对金属的顶部腐蚀。Valente MAG等人通过对胺基盐衍生物和锌金属表面的相互作用进行研究，提出了缓蚀剂分子尺寸是抑制效率的决定性因素。

    气相缓蚀剂的挥发特性取决于其饱和蒸汽压和晶格的稳定性， 对其应用性能具有重要的影响。张大全总结了不同结构的气相缓蚀剂， 其挥发到达金属表面的不同方式， 大致有2种方式：

    （1）在空气作用下水解或离解生成挥发性的缓蚀基团或缓蚀分子， 然后借助自身挥发性到达金属表面；

    （2）整体挥发到达金属表面后， 在金属表面电解液薄层中水解或离解出保护基团。

    目前，关于气相缓蚀剂缓蚀机理的主流观点，是气相缓蚀剂通过挥发扩散到达金属表面，之后与金属表面进行结合，形成一层保护膜。从而抑制金属腐蚀。

    五、气相缓蚀剂存在的问题及其展望

    虽然气相缓蚀剂对于抑制大气腐蚀有着良好的效果，但是目前的大多数气相缓蚀剂属于易挥发性有机物。而且部分气相缓蚀剂还有一定的毒性，长时间的接触会对人体健康有巨大影响。当居室中的挥发性有机物达到一定浓度时，短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重时会出现抽搐、昏迷，并会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。近些年引起巨大社会恐慌的雾霾，其来源之一就有挥发性有机物。大规模的使用气相缓蚀剂还是对我们的空气质量有一定的危害，所以开发新型环保气相缓蚀剂和怎么在使用过程中控制其对环境的危害，也是下一个阶段气相防锈技术开发所要面对的问题。

    虽然气相防锈技术目前存在以上的环境问题，但是由于气相防锈技术的高效与成本优势，气相防锈技术还是有很好的前景。目前已经有不少无毒害，无污染、易降解的气相缓蚀剂被研发出来。还有不少人从植物中提取了具有缓蚀效果的物质，制成了新型的缓蚀剂，实验发现它们也有不错的缓蚀效果。随着人们对气相防锈技术不断的研究，新型的气相防锈技术将更加符合我们社会的生产与生活要求。

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责任编辑：王元

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