4.3. Защита металлов от коррозии обработкой коррозионной среды

Широкое распространение получили методы защиты металлов, основанные на обработке среды с целью уменьшения её агрессивности. Они применяются для защиты как от электрохимической, так и от химической коррозии. Наиболее часто используют следующие методы:

- введение в коррозионную среду замедлителей коррозии - ингибиторов;

- обработка коррозионной среды (удаление или ввод кислорода);

- образование солевых пленок из солей жесткости.

4.3.1. Ингибиторная защита

Ингибиторами коррозии называют химические соединения или композиции, которые присутствуя в коррозионной системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии без значительного изменения концентрации любого корозионного реагента (Стандарт ISO 8044-1986). Эффективность действия ингибиторов характеризуют степенью защиты z или коэффициентом торможения g , которые вычисляются по формулам:

z = {(K_o - K₁)_/Ko } · 100,% , (4.1.)

g = K_o / K_1, (4.2.)

где K₁, Ko - скорости коррозии в присутствии ингибитора и без него соответственно

По механизму тормозящего действия на процесс электрохимической коррозии различают ингибиторы:

- анодные, затрудняющие протекание анодного процесса, пассивируя металл;

- катодные, повышающие перенапряжение катодного процесса;

- экранирующие, действие которых связано с формированием на поверности металла хемосорбционного слоя или защитной пленки нерастворимых продуктов, образующихся при взаимодействии замедлителей с первичными анодными или катодными продуктами коррозии;

- ингибиторы, имеющие смешанный характер замедляющего действия.

По условиям применения различают: ингибиторы коррозии металлов в растворах кислот, ингибиторы коррозии металлов в воде и водных растворах, ингибиторы коррозии в неводных жидких средах, ингибиторы атмосферной коррозии, а также ингибиторы коррозии в расплавленных средах.

4.3.1.1. Ингибиторы кислотной коррозии металлов

Действие большинства ингибиторов кислотной коррозии связано с их адсорбцией на границе раздела фаз металл-кислота, что приводит к торможению анодного или катодного процесса и уменьшает скорость коррозии. Адсорбция ингибиторов существенно зависит от величины приведенного потенциала j на поверхности корродирующего металла, которая определяется как разность стационарного потенциала e _стац и потенциала нулевого заряда e_o :

j = e _стац - e_o .

Величина и знак потенциала металла в приведенной шкале указывает на преимущественную адсорбцию на его поверхности анионов или катионов поверхностно-активных веществ. Если e >0, то на поверхности металлов преимущественно адсорбируются анионы, которые тормозят коррозию. При e <0 происходит преимущественная адсорбция катионов, которые также способны уменьшить скорость коррозии. Значения приведенных потенциалов некоторых металлов при e _стац = e^о по Л.И. Антропову приведены в табл. 4.3.1.

Таблица 4.3.1.

Значения приведенных потенциалов металлов

Металл	Hg	Pb	Fe	Zn	Ni	Cd	Ag
Приведенный потенциал, В	-1,0	-0,69	-0,44	-0,13	00	0,3	1,2

Ингибиторы кислотной коррозии широко применяются в технологических процессах, где в качестве рабочих сред используются кислоты или различного рода кислые среды:

- при травлении металлов с целью удаления технологической окалины, ржавчины и оксидов металла, например, перед нанесением гальванических покрытий или лакокрасочных матеоиалов;

- при снятии накипи и минеральных отложений в паровых котлах, теплообменниках, с внутренних поверхностей различного оборудования технического водо- и теплоснабжения.

В химической и нефтехимической промышленности большинство процессов протекает в кислых средах или с образованием кислот.

Химическая обработка металлоизделий, проката, труб и проволоки в кислых средах вызывает интенсивное растворение металла и значительные безвозвратные потери его. Считают, что при травлении горячекатанной стали теряется от 2 до 4% металла.

Задача ингибиторов травления - снижать скорость растворения чистого металла, не препятствуя удалению с поверхности металла продуктов коррозии и других загрязнений.

В качестве ингибиторов кислотной коррозии металлов применяют различные органические и неорганические соединения. Эффективность органических ингибиторов зависит от размера молекулы, её изомерного состояния, характера и расположения функциональных групп. Наиболее эффективными органическими замедлителями являются соединения, содержащие азот или серу.

По механизму действия ингибиторы классифицируются на:

1. анодные - тормозящие преимущественно анодные процессы: нониламин - C₉H₁₉-NH₂, мочевина - CH₄N₂O, тиомочевина - CS(NH₂)₂, бихромат калия K₂Cr₂O₇ и др;

2. катодные - тормозящие катодные процессы: трибутиламин (C₄H₉)₃N, дибензилсульфоксид - (C₆H₅CH₂)₂SO, сернокислый висмут Bi₂(SO₄)₃ и др;

3. смешанные, т.е. снижающие скорость и анодных и катодных процессов (анодно-катодные): бензиламин - C₆H₅CH₂NH₂, катамин CH₃(CH₂)_nCH₂C₆H₄CH₂NC₅H₅ и др.;

4. экранирующие - алкиламины (CH₃-CH₂-NH₂, (CH₃CH₂)NH); акрилонитрил CH₃CN, галоидные соли натрия и калия NaCl, KCL, NaJ, KJ и др.

Широко применяют ингибиторы коррозии железа для серной и соляной кислот: катамин, КПИ-1, КПИ-3, СП-1, ЧМ, ИФХИ, ХОСП-10, КОС-1, КС-8, КХ, ОБ-1, ОР-С, олазол, ПБ-5, пенизолин, ПКУ-М. Промышленные ингибиторы представляют собой, как правило, композицию из нескольких органических соединений, обладающих синергетическим эффектом.

В России выпуск ингибиторов ограничен, большинство заводов по их производству было сосредоточено на Украине и в Прибалтике.

В ИрГТУ, на кафедре МТиРМ А.Н. Баранов разработал новые ингибиторы кислотного травления, являющиеся продуктами взаимодействия формалина с аминами и относящиеся к классу оксазолидинов - ИКТ-1, ИКТ-2 и ряд других.

Ингибиторами коррозии для травления металлов в растворах азотной кислоты являются восстановители: мочевина, тиомочевина, гидроксиламин, гидразин и др.