книги из ГПНТБ / Ингибиторы коррозии металлов сборник трудов

С. А. ЕАЛЕЗИ Н, Т. 11. КНЯЗЕВА, Е. С. ИВАНОВ

КАТАПИН К — ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ В ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЕ

Сообщение II.

В предыдущем сообщении [4] было установлено, что катании К обладает высокими защитными свойствами по отношению к стали 3 в 15 я растворе фосфорной кислоты. Представляло интерес изучить скорость растворения стали 3 в зависимости от температуры и кон­ центрации фосфорной кислоты с добавкой катаггина К. Испытания проводились на плоских образцах стали размером 50X20X3 мм. Для оценки действия ингибитора использовался весовой метод оп­ ределения коррозионных потерь в 1, 10, 15 я растворах фосфорной кислоты при 40, 60, 80 и 100°С. Время экспозиции образца (4 ча­ са) выбрано исходя из кинетических данных, представленных в ра­ боте [1]. Оптимальная концентрация катапина К, найденная нами экспериментально, составила 0,5%. Для сравнения были исследо­ ваны неингнбированные растворы фосфорной кислоты при тех же условиях.

Результаты эксперимента и их обсуждение.

На рис. 1 представлены зависимости логарифма скорости кор­ розии от обратного значения абсолютной температуры для различ­ ных концентраций фосфорной кислоты.

Анализ этих кривых показывает, что с повышением температу­ ры растворов от 40 до 100°С скорость коррозии возрастает. В этом интервале температур при всех исследованных концентрациях фос­ форной кислоты (как с ингибитором так и без него) выше 80°С наблюдается изменение угла наклона прямых lgp — f (1/Т). Для 10 и 15 я растворов чистой фосфорной кислоты угол наклона при температурах выше 80°С увеличивается, для 1 я кислоты — умень­ шается. Такой характер изменения скорости коррозии с температур рой связан с различными физико-химическими процессами, проте­ кающими на стали в фосфорной кислоте, о чем можно судить по изменению эффективной энергии активации (Табл. 1).

При малых концентрациях фосфорной кислоты в интервале тем­ ператур 40—80°С скорость растворения стали протекает в кинети­

ческой области. ( £ эфф = 8 ккал/моль). При температурах выше 80°С растворение лимитируется диффузионными ограничениями (£ эфф = 1,2 ккал/моль) , что связано с образованием на поверхности металла фосфатных пленок препятствующих растворению металла И. Увеличение концентрации фосфорной кислоты приводит к уве­ личению скорости коррозии стали. В данных условиях на поверхно­ сти не происходит образования защитной фосфатной пленки. Во всем

141

интервале исследованных температур растворение стали протекает только в кинетической области. Добавление ингибитора в раство­ ры кислоты значительно снижает скорость коррозии стали. Для 10 и 15 . растворов фосфорной кислоты в интервале температур

Рис. 1. Зависимость логарифма скорости коррозии стали от обратной абсолютной температуры:

40—80°С снижение скорости растворения связано с адсорбцией ин­ гибитора на поверхности металла. Адсорбированные молекулы ин­ гибитора образуют при этом «барьерный» слой», препятствуя пере­ ходу ионов железа в раствор. Снижение эффективной энергии ак­ тивации (табл. 1), определяемой по углу наклона прямых l g р = /(1 /Т), характеризует, по-видимому, в данном случае hi столько процесс растворения металла, сколько процесс адсорбции ингибитора и вызываемое этой адсорбцией замедление скорости растворения. При таком предположении невысокие значения энер­ гии активации указывают на преобладание процесса физической адсорбции ингибитора в этом интервале температур.

142

Таблица I'

Значения эффективной энергии активации (ккал/моль) коррозии стали 3 в растворах фосфорной кислоты

Y

Рис. 2. Зависимость ингибиторного эффекта катапина К от температуры;.

/ -1 н Н 3Р О 4: 2 - ю н Н 3РО<] 5 -1 5 н Н 3 Р О 4

При температурах выше 80°С физическая адсорбция переходит в химическую, о чем свидетельствует значительное увеличение энер­

ленный изменением характера адсорбции. Максимум ингибиторного эффекта наблюдается при 80°С (рис. 2). Энергия активации в тем­ пературных интервалах 40—80°С и 80—100°С в 10 и 15 я раство­ рах фосфорной кислоты соответственно возрастает с 8,6 ккал/моль до 29 ккал/моль и с 2,9 ккал/моль до 37,1 ккал/моль, что связано с переходом физической адсорбции в химическую.

Следует отметить отсутствие максимума ингибиторного эффекта в 1н фосфорной кислоте, что по-видимому, связано с образовани­ ем в данном растворе при высоких температурах фосфатной плен­ ки, препятствующей физической адсорбции молекул ингибитора.

Вы в о д ы

1.Изучена коррозия стали 3 в зависимости от температуры и концентрации фосфорной кислоты в присутствии ингибитора и без

него.

2.Установлено, что катапин К является эффективным ингибито­ ром коррозии стали 3 в растворах фосфорной кислоты различной концентрации во всем интервале температур от 40 до 100°С.

3.Установлен максимум ингибиторного эффекта катапина К при

80°С.

4. Дано объяснение ингибиторного действия катапина К при различных температурах.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.В. А. Хитрое, В. М. Кирнос, Сб. «Вопросы коррозии и защиты металлов».

Воронеж, 1969, стр. 106.

2.В. М. Кирнос. Автореферат панд. дисс. Воронеж, 1972 г.

3.С. А. Балезин. Сб. «Ингибиторы коррозии металлов», Изд. МГПИ им. В. И. Ле­

нина. М, 1962, стр. 3.

4. Г. П. Князева, С. А. Балезин, Е. С. Иванов. См. наст, сборник, стр. 141.

В. Ф. ГОРШЕНЕВА, Н. Г. КЛЮЧНИКОВ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ СО СТАЛЬЮ 10 И ВЛИЯНИЕ ИНГИБИТОРОВ

За последние годы в литературе появилось много сообщений о применении растворов фосфорной кислоты для очистки металлов от ржавчины и окалины, травления железа и сталей в гальванотехни­

144

ке, перед нанесением лакокрасочных покрытий [1,2,3]. Вопрос о коррозионном поведении железа и углеродистых сталей в растворах фосфорной кислоты и влияние ингибиторов на этот процесс осве­ щен в литературе недостаточно. Цель настоящей работы — иссле­ довать влияние некоторых ингибиторов на процесс растворения стали в растворах фосфорной кислоты.

Исследовались образцы стали 10 состава: углерод—0,07%, мар­ ганец— 0,35%, кремний — 0,02%, фосфор — 0,02%, сера — 0,027%,

изготовленных в виде пластинок размером 50x20x2,5 мм с общей поверхностью 22 см2. Исследуемый электролит с концентрациями 3, 5, 7, 10 г-экв/л готовился из фосфорной кислоты марки «х.ч.». Образцы шлифовались наждачной бумагой, промывались водой, обезвоживались и обезжиривались этиловым спиртом, эфиром, вы­ держивались в эксикаторе, взвешивались и погружались в иссле­ дуемый раствор, количество которого составляло 150 мл на два об­ разца. Время выдержки в растворе — 6 часов. После выдержки в электролите образцы промывались проточной водой, продукты кор­ розии удалялись мягкой резинкой, затем снова образцы промы­ вались водой, обрабатывались спиртом, эфиром и взвешивались. Потеря в весе пересчитывалась в г/м2час.

Как следует из приведенных данных, при комнатной температу­ ре скорость растворения стали максимальна в 7 н кислоте. Даль­ нейшее увеличение концентрации приводит к уменьшению растворе­ ния стали вследствие снижения растворимости кислых фосфатов железа. При повышении температуры указанный максимум исче­ зает, вследствие увеличения растворимости фосфатов железа.

Данные о влиянии ингибиторов на скорость растворения приве­ дены в табл. 2. Ингибиторы добавлялись в количестве 0,5%.

Таблица 2

Влияние ингибиторов на скорость растворения стали 10 в фосфорной кислоте, г1м2часг /° = 20°С

Таблица 3

Влияние температуры фосфорной кислоты на защитные свойства ингибиторов: катапин — 0,5% и смесь KI — 0,25% -f уротропин—0,25%.

образцов проводили в специальных сосудах емкостью 250 мл с об­ ратными холодильниками. Сосуды термостатировались с точностью

± ГС . Продолжительность травления — 2 часа. Испытания образ­ цов на излом проводили на машине МП—1.

Основной уровень и область исследований приведены в табл. 1,

Таблица 1

мент 23.

В табл. 2 приводится матрица планирования и результаты опы­ тов. Каждое значение числа перегибов У, является средним из ре­ зультатов пяти параллельных опытов у\, у2, Уз, Уа, Уб-

148

Коэффициенты уравнения регрессии расчитывали по формулам: где N — число опытов (N = 8).

В результате было получено уравнение регрессии, которое име­ ло вид:

У =■ 17,25 — Х\ -|- 5,75*2 — 2,/5*з -т 0,50*1*2 1,75*2*з — 0,50*1*2*3

он» Далее был проведен полный статистический анализ полученного

уравнения регрессии [3], который показал, что все коэффициенты регрессии (и значимы, а само уравнение адэкватно.

Из рассмотрения уравнения регрессии видно, что наиболее силь­ ное воздействие на снижение механических свойств стали за счет водородного охрупчивания оказывает температура, а также соче­ тание концентрации кислоты и температуры (коэффициенты ре­ грессии отрицательны).

Травление стали в присутствии БА—б мало изменяет ее меха­ нические свойства (коэффициенты регрессии при *2 — положитель­ ны).

'Следует отметить, что БА—б более эффективно действует в со­ четании с температурой, чем в сочетании с концентрацией кислоты (b2z в 3 раза больше чем Ь\2) .

При 20°С с ростом концентрации соляной кислоты от 1н до 7 н

гибов по сравнению с исходным состоянием снижается всего в 1,2 раза, т. е. БА—6 эффективно препятствует наводороживанию и при высоких температурах.

Ранее полученные нами данные [3] показали, что при повышен­ ных температурах и концентрациях соляной кислоты защитные свойства БА—6 возрастают.

Таким образом в интервале температур от 20 до 80°С и концен­ трации кислоты от 1 до 7 г-жв/л ингибитор БА—б значительно снижает как скорость коррозии, так и водородную хрупкость.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.С. А. Балезин. Сб. «Интибитсиры коррозии металлов», -выл. 2, Изд. МГПИ им. В. И. Ленина, М., 1962, стр. 3.

2.Я. И. Подобаев, В. И. Комаров. Со. Ингибиторы коррозии металлов, Над*. «Судостроение», Л., 1965, стр. 37.

3.Е. С. Иванов, С. А. Балезин. «Защита металлов», в печати.

149