ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ ИНГИБИТОРАМИ

  

joomla

18:06, 17th August 2018
Август 2018
ВПВСЧПС
1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031
free templates joomla

ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ ИНГИБИТОРАМИ

    С целью повышения срока службы технологического оборудования, изделий и продукции из металла, выпускаемых промышленными предприятиями, металлоконструкций, необходимо проводить работы в области улучшения антикоррозионной защиты.

   Ингибитором коррозии называется вещество, присутствие которого в малых количествах в агрессивной среде предотвращает или значительно уменьшает скорость коррозии металлов.Сначала ингибиторы применялись главным образом в замкнутых системах с постоянным или мало обновляемым объемом растворов, например, в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания. В дальнейшем, по мере развития техники, ингибиторы получили более широкое распространение. Сейчас они применяются для защиты металлов от атмосферной коррозии, от коррозии в морской воде (в замкнутых системах). Известно, что некоторые нефтяные и газовые месторождения не могли быть пущены в эксплуатацию по причине интенсивной коррозии оборудования до тех пор пока не были найдены и применены эффективные ингибиторы.

   Весьма эффективно применяются ингибиторы и в металлургической промышленности при травлении стальных изделий с целью удаления окалины и ржавчины. Широко начали вводить ингибиторы в смазки, масла, топливо, тормозные жидкости, в жидкости теплообменных систем. Длительное хранение техники и ее дальние морские перевозки немыслимы-без ингибиторов коррозии.

В настоящее время известно более 3000 веществ, являющихся ингибиторами коррозии металлов в различных природных и искусственных средах. Однако практическое применение нашли несколько десятков ингибиторов[1]. Это обусловлено тем, что ингибиторы должны отвечать многим требованиям:

- обладать высокой устойчивостью против окисления и. термостабильностью;

- моментально действовать при введении в коррозионную среду;

- иметь определенный максимум защитного действия при минимальной концентрации;

- изготовляться на основе дешевого и доступного сырья.

   По механизму своего действия на процесс электрохимической коррозии ингибиторы можно разделить на анодные, катодные и смешанные. По составу ингибиторы делятся на органические и неорганические. По эффективности действия ингибиторы в зависимости от рН среды можно разделить на кислые, щелочные и ингибиторы для нейтральных сред. По условиям применения ингибиторы можно разделить на предназначенные для растворов и на летучие вещества, дающие защитный эффект в условиях атмосферной коррозии.

   Механизм действия ингибиторов очень сложен, и его не удается объяснить при помощи одной универсальной теории. В настоящее время действие ингибиторов объясняется адсорбционной и пленочной теориями, которые были рассмотрены при изучении пассивности металлов. Сначала ингибитор адсорбируется на поверхности металла, а в дальнейшем образует с металлом химическое соединение в виде пленки. Пленка обнаруживает хорошие защитные свойства лишь тогда, когда она является труднорастворимым соединением в данной среде.

Электрохимический коррозионный процесс включает две сопряженные реакции: анодное растворение металла и катодную ассимиляцию электронов каким-либо деполяризатором. Введенный в агрессивную среду ингибитор может уменьшить коррозию металлов:

- торможением анодного процесса (анодный ингибитор);

- торможением катодного процесса (катодный ингибитор);

- торможением анодного и катодного процессов одновременно (смешанный ингибитор).

   Например, поляризационные кривые (рисунок)[2], полученные для данного металла в растворе с ингибитором и без него, позволяют выяснить, какой процесс преимущественно тормозится. Ингибитор вызывает уменьшение плотности коррозионного тока и, следовательно, уменьшение скорости коррозии. В нейтральных средах большинство ингибиторов тормозят анодный процесс, в кислых средах преимущественно тормозят катодный процесс.

 Рисунок. Влияние ингибиторов на поляризационные кривые:

а-анодный ингибитор; б - катодный ингибитор; в - ингибитор

смешанного действия; 1 - без ингибитора; 2с ингибитором.

    Анодные ингибиторы увеличивают анодную поляризацию металла, вследствие чего коррозионный потенциал сдвигается в сторону более положительных значений (рисунок а).

  Действие анодных ингибиторов основано на пассивации анодных участков корродирующей поверхности металла. Торможение коррозии сводится к уменьшению скорости перехода ионов металла в раствор и уменьшению площади анодных участков за счет их изоляции защитными пленками. Анодные ингибиторы нередко называют пассиваторами. Любой пассиватор является анодным ингибитором, катодный ингибитор может и не быть пассиватором.

  Анодные ингибиторы коррозии относятся к категории опасных, так как при определенных условиях они из замедлителей коррозии превращаются вее стимуляторов. Концентрация анодного ингибитора не должна быть ниже определенной величины, иначе пассивация может не наступить или будет неполной. При концентрации ниже минимального значения ингибитор способен ускорить коррозию.

Катодные ингибиторы уменьшают скорость коррозии:

- торможением отдельных стадий катодного процесса за счет затруднения доступа деполяризатора к поверхности металла или за счет уменьшения концентрации деполяризатора вследствие взаимодействия с ингибитором;

- за счет сокращения площади катодных участков, которое достигается путем образования нерастворимых защитных пленок.

  Изменение поляризационных кривых в присутствии катодных ингибиторов показано на рисунке бИнгибитор понижает плотность коррозионного тока и снижает скорость коррозии.

  Катодными ингибиторами в кислых средах являются в большинстве своем органические вещества — декстрин, уротропин и др. Катодные ингибиторы по защитному действию менее эффективны, чем анодные. Однако они совершенно безопасны для металла, так как не вызывают усиления коррозии при их недостаточной концентрации.

   Ингибиторы смешанного действия являются наиболее эффективными. Влияние этих ингибиторов на форму поляризационных кривых показано на рисунке в. Эти ингибиторы уменьшают скорости анодной и катодной реакций, результатом чего является, уменьшение скорости коррозии.

   Говоря об ингибиторах коррозии, необходимо рассматривать конкретную коррозионную систему (металл и среда), так как универсальных ингибиторов не существует. Определенное химическое соединение может быть ингибитором коррозии одного металла и одновременно в той же среде стимулировать коррозию другого металла.

   Сегодня широко используют следующие основные способы сохранения металлоконструкций и металлоизделий от коррозии: формирование защитных покрытий; гальваническая защита металлов; химическая обработка коррозионно-активной среды для снижения ее агрессивности.

   Из применяемых на практике мероприятий защиты металлоизделия от атмосферной коррозии, наиболее распространенным является использование ингибиторов коррозии и консервационных составов, которые обеспечивают сохранение товарного вида и эксплуатационных свойств металлопродукции в период ее транспортировки и хранения.

   Ингибиторы коррозии могут иметь органическую и неорганическую природу. Они могут защищать от воздействия жидких сред или газового воздействия. Ингибиторы коррозии в нефтяной промышленности в большинстве случаев сопряжены с торможением анодных и катодных процессов электрохимических повреждений, формировании пассивирующих и защитных пленок. Можно рассмотреть суть этого. Анодные ингибиторы коррозии действуют на основе пассивации анодных участков корродирующей поверхности металла, что и стало причиной появления названия пассиваторов. В таком качестве традиционно используются окислители неорганического происхождения: нитраты, хроматы и молибдаты. Они легко восстанавливаются на катодных поверхностях, из-за чего становятся схожими с деполяризаторами, снижая скорость анодного перехода в раствор, содержащий ионы корродирующего металла. Анодными замедлителями считаются еще и некоторые соединения, которые не характеризуются наличием окислительных свойств: полифосфаты, фосфаты, бензоат натрия, силикаты. Их действие в качестве ингибиторов проявляется исключительно при наличии кислорода, которому отведена роль пассиватора. Эти вещества приводят к адсорбции кислорода на металлических поверхностях. Помимо этого, они становятся причиной торможения анодного процесса растворения из-за формирования защитных пленок, которые состоят из трудно растворимых продуктов взаимодействия ингибитора и ионов металла, переходящего в раствор[1, 2].

   Анодные ингибиторы коррозии металлов принято относить к категории опасных, ведь при определенных условиях они превращаются из замедлителей в инициаторы разрушительного процесса. Чтобы избежать этого, необходимо, чтобы коррозионный ток по плотности был выше той, при которой формируется абсолютная пассивация анодных участков. Концентрация пассиватора не должна снижаться ниже конкретной величины, иначе может не наступить пассивация, либо она будет неполной. Последний вариант таит в себе большую опасность, ведь он становится причиной сокращения анодной поверхности, увеличения глубины и скорости разрушения металла на небольших участках.

  Получается, что обеспечить эффективную защиту можно в том случае, если поддерживать концентрацию анодного ингибитора выше максимального значения на всех зонах изделия, которое подвергается защите. Эти вещества достаточно чувствительны к уровню pH среды. Чаще всего хроматы и нитраты используются в теплообменниках и для обеспечения защиты поверхности труб.

   По защитному действию эти вещества отличаются меньшей эффективностью в сравнении с анодными. Их действие базируется на том, что местное подщелачивание среды приводит к формированию на катодных участках нерастворимых продуктов, изолирующих часть поверхности от раствора. В качестве такого вещества может выступить, к примеру, бикарбонат кальция, выделяющий в подщелоченной среде карбонат кальция в виде осадка, трудно подвергающегося растворению. Катодный ингибитор коррозии, состав которого зависит от среды использования, не приводит к усилению разрушительных процессов даже при недостаточном содержании.

   В нейтральных средах в качестве катодных и анодных ингибиторов часто выступают неорганические вещества, но в сильно кислых растворах они не способны помочь. В качестве замедлителей в процессе производства кислот используются органические вещества, у которых молекулы содержат специфические или полярные группы, к примеру амины, тиомочевина, альдегиды, соли карбонатов и фенолы[2].

   По механизму действия эти ингибиторы коррозии отличаются адсорбционным характером. После адсорбции на катодных или анодных участках они сильно затрудняют разряд ионов водорода, а также реакцию ионизации металла. В значительной степень защитный эффект основан на температуре, концентрации, виде аниона кислоты, а также концентрации ионов водорода. Их чаще всего добавляют в малых количествах, ведь защитное действие ряда органических ингибиторов в больших концентрациях может представлять даже опасность.

   Таким образом, специалисты говорят о том, что нельзя сравнивать между собой газотермические методы напыления и тем более утверждать, что какой-то из них лучше другого. У любого из них имеются определенные достоинства и недостатки, а получаемые покрытия обладают разными свойствам, что говорит об их возможности решать какие-то свои задачи. Оптимальный состав, которым должны характеризоваться ингибиторы коррозии, а также метод их нанесения выбираются в зависимости от конкретного случая. На предприятиях химической отрасли этот метод используется чаще всего в процессе проведения текущих ремонтов. Даже если применяются ингибиторы кислотной коррозии, то следует сначала качественно подготовить поверхность металла. Только так можно гарантировать получение качественного покрытия. Перед непосредственным нанесением лакокрасочного материала можно использовать струйную обработку, с помощью которой обеспечивается получение достаточно шероховатой поверхности. С каждым годом на рынке появляется все больше новых разработок, и тут есть немалый выбор. Однако химикам следует решить, что будет выгоднее – проводить своевременную защиту оборудования либо полную замену всех конструкций.

Джайлоев Дж.Х., Сафарова Ф.Р., Ширинов М.Ч., Сироджидинов Э.Н.

Научные сотрудники  Института  химии им. В.И.Никитина  АН РТ