Исследование органических соединений как ингибиторов коррозии стали Ст3 в композиции грунта-модификатора ржавчины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование органических соединений как ингибиторов коррозии стали Ст3 в композиции грунта-модификатора ржавчины

Т.И. Арабей, С.М. Белоглазов

Российский государственный университет имени И. Канта,

236040, г. Калининград, ул. Университетская, 2, Россия; E-mail:smbeloglazov@mail.ru

Работа содержит результаты исследования ряда органических соединений как ингибиторов коррозии стали Ст3. Органические соединения вводили в композицию грунта-модификатора ржавчины и оценивали коррозионную стойкость покрытий на основе анализа визуальных, физико-механических и электрохимических испытаний. Защитный эффект, проявляемый лучшими из исследованных соединений, достигает 54…72% в различных коррозионно-активных средах.

Ключевые слова: коррозия металлов, ингибиторы коррозии, лакокрасочные покрытия, грунт-модификатор ржавчины

The application of organic compounds in quality ingibitors of the corrosion of steel st3 at introduction in rust converter. T.I. Arabey, S.M. Beloglazov

The work has the research results of range of organic compounds (OC) as steel St3 corrosion inhibitors in water-salt medium. The main mechanical-and-physical and anticorrosive properties of covers were tested. The protective effects of the best OC is 54-72%.

Наиболее универсальным, доступным и эффективным способом защиты металлов от коррозии в различных отраслях промышленности является применение лакокрасочных покрытий (ЛКП).

Одним из основных путей повышения защитных свойств ЛКП в настоящее время является направленная модификация серийных лакокрасочных материалов различными целевыми добавками (ингибиторами коррозии), способствующими повышению адгезии и образованию гидрофобных комплексных и трудно растворимых соединений на поверхности металла 1, 2.

В настоящей статье приводятся результаты исследования влияния органических добавок на защитные свойства грунта-модификатора ржавчины (ГМР) [3], применяемого для окрашивания изделий из низкоуглеродистых сталей с толщиной продуктов коррозии до 100 мкм.

В качестве ингибиторов коррозии исследовано пять органических соединений (ОС), отличающихся составом и структурой молекул (ОС 1…ОС 5). Среди них ОС 1 гетероциклическое азотсодержащее соединение, ОС 2 трехзамещенный амин, ОС 3 толиламин, ОС 4 бензолсульфамид и ОС 5 - параметоксибензальдегид. ОС вводились в состав грунта-преобразователя ржавчины в количестве 1% масс. Фоном являлся ГМР без органических добавок.

Для испытаний применяли плоские образцы (70х150 мм) из листовой стали Ст3 с толщиной слоя продуктов коррозии не более 100 мкм (согласно ГОСТ 8832-76). Испытания проводили в трех водно-солевых средах: 3,5%-ном растворе искусственной морской соли по ГОСТ 9.403-80, 13%-ном растворе двойного суперфосфата и 13%-ном растворе хлористого аммония.

Для оценки защитных свойств покрытий использовали как методики ГОСТ, так и электрохимические: изменение потенциала во времени, определение электроизоляционных свойств полимерных покрытий, поведение коррозионного элемента «окрашенный образец - неокрашенный» 4.

На первом этапе определяли физико-механические свойства покрытий по методикам ГОСТ, некоторые из полученных результатов представлены в таблице.

Таблица. Влияние добавок на физико-механические свойства покрытий

органический соединение коррозия сталь

Из таблицы можно заключить, что введение добавок в исходную композицию ГМР позволяет повысить прочность пленки грунта при ударе и адгезию к подложке при одинаковой толщине двухслойного покрытия около 60 мкм. Наиболее заметным на адгезионно-прочностные свойства покрытий оказалось влияние добавок ОС 1, 2 и 5.

Одним из факторов, обеспечивающих антикоррозионные свойства покрытий, является их стойкость к воде. Влагопоглощение грунта оценивали отношением массы сорбированной пленкой воды к массе пленки (таблица). Наименьшим влагопоглощением обладают пленки с добавками ОС 1 и 2, а с увеличением числа гидрофильных групп в молекуле ингибитора поглощение влаги покрытием повышается, что характерно для ОС 3, 4 и 5.

Второй этап работы заключался в оценке защитных свойств покрытий по результатам электрохимических испытаний в трех коррозионно-активных средах.

Проводились измерения потенциала стальных образцов, защищенных системами ЛКП, в 3,5%-ном растворе искусственной морской соли в течение 30 сут экспозиции.

На 4-5-е сут экспозиции в 3,5%-ном растворе хлористого натрия устанавливается стационарный потенциал образцов. Для исследованных систем покрытий характерна стабильность потенциала окрашенных образцов во времени, что свидетельствует о хорошем защитном действии покрытий. Введение ОС в ГМР смещает стационарный потенциал образцов в положительную сторону на 40…180 мВ, что связано с торможением анодного процесса коррозии стали. По данным изменения потенциала образцов во времени в растворе искусственной морской соли наилучшим образом проявили себя добавки ОС 1, 2, 3. Такая же последовательность эффективности добавок ОС сохраняется для всех исследованных нами коррозионных сред.

Сравнительную характеристику агрессивности коррозионных сред можно произвести по результатам изменения во времени потенциала стальных образцов, защищенных системами ЛКП с добавкой ОС 1 и без добавок ОС, представленным на рис. 1. Как видно из рис. 1, коррозионно-активные среды можно расположить в ряд по увеличению их агрессивности: 13% ДС<3,5% NaCl < 13% NH4Cl. Одинаковая последовательность сохраняется как для фона, так и для фона с добавкой ОС 1.

Введение ОС 1 в композицию ГМР позволило сместить стационарный потенциал образцов в электроположительную сторону на 150 мВ при экспозиции образцов в 13%-ном водном растворе двойного суперфосфата, на 180 мВ - в растворе искусственной морской соли и на 130 мВ - в 13%-ном водном растворе хлористого аммония по сравнению с покрытием без добавок.

Исследовали электроизоляционные свойства покрытий и наблюдали за изменением зависимости силы тока от напряжения в течение 5 сут экспозиции.

Рис. 1. Изменение во времени потенциала Рис. 2. Влияние добавок в системе ЛКП стальных образцов, защищенных система- на электроизоляционные свойствами ЛКП, в различных коррозионных средах покрытий, ф эксп = 5 сут

На рис. 2 представлены графики изменения силы тока с увеличением напряжения в системе ЛКП. Для фона и систем ЛКП с добавками ОС сохраняется одна и та же зависимость в течение всего времени экспозиции, с увеличением напряжения увеличивается сила тока и с увеличением времени экспозиции смещение происходит все более интенсивно. Это говорит о повышении электропроводности и о снижении электроизоляционных свойств покрытий ГМР. Наилучшими электроизоляционными свойствами обладают полимерные пленки с добавками ОС 1, 2 и 3.

Установлено также изменение во времени коррозионного тока (iкор) элемента, состоящего из пары «окрашенный образец - неокрашенный» в различных коррозионных средах. Введение добавок в ГМР приводит к уменьшению iкор в элементе «окрашенный образец - неокрашенный» на 0,017 мА для наименее эффективного ОС 4 и на 0,068 мА для наиболее эффективного ОС 1 по сравнению с ГМР без добавок (фон), что свидетельствует о повышении антикоррозионных свойств покрытий введением органических добавок.

По установившимся значениям i кор. рассчитан ингибиторный эффект ОС в 3,5%-ном растворе искусственной морской соли: ОС 1 - 61%, ОС 2 - 45%, ОС 3 - 32%, ОС 4 - 15%, ОС 5 ? 22% и в 13%-ном водном растворе двойного суперфосфата: ОС 1 ? 77%, ОС 2 ? 64%, ОС 3 ? 44%, ОС 4 ? 19%, ОС 5 ? 33%. Наибольший ингибиторный эффект проявила добавка ОС 1 в композиции ГМР, составивший 77%, 61 и 54% соответственно в 13%-ном водном растворе двойного суперфосфата, 3,5%-ном водном растворе искусственной морской соли и 13%-ном водном растворе хлористого аммония.

Обобщенная оценка состояния покрытий проводилась в соответствии с ГОСТ 9.407-84.

По эффективности защиты металла от коррозии в исследованных водно-солевых средах покрытия ГМР можно расположить в ряд по уменьшению их коррозионной стойкости: фон+д.1 > фон+д.2 > фон+д.3 > фон+д.5 > фон+д.4.

Таким образом, исследование органических соединений в качестве ингибиторов коррозии показало, что все исследованные добавки в той или иной мере обладают ингибирующим коррозию действием. Различие эффективности действия добавок в качестве ингибиторов коррозии связано с изменением электронной плотности на адсорбционных центрах под действием заместителей, введенных в ароматические кольца, через эффекты индукции и сопряжения; количеством адсорбционных центров, размерами молекул и степенью агрессивности коррозионной среды.

Исходя из полученных в работе данных, можно сделать вывод, что наиболее эффективной добавкой, при экспозиции образцов во всех исследованных коррозионно-активных средах, является ОС 1 гетероциклическое азотсодержащее соединение, эффективность которого можно связать с наличием трех атомов азота в цикле, являющихся адсорбционными центрами. Молекула ОС 1 удерживается на поверхности металла как за счет адсорбционной связи «азот-металл», так и -электронного взаимодействия, что обуславливает повышение коррозионной стойкости покрытий с добавкой ОС 1.

Следовательно, с помощью исследованных органических соединений можно значительно повысить антикоррозионные свойства известного грунта-модификатора ржавчины.

Список литературы

1. Агафонов Г.И. Повышение защитной способности лакокрасочных покрытий / Г.И. Агафонов // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2004.-№7-8. - С. 21-24.

2. Ягунова Л.К. Влияние некоторых классов органических соединений на процесс коррозии стали в нейтральной и кислой средах / Л.К. Ягунова // Коррозия металлов и защита от коррозии с помощью органических соединений. Охрана окружающей среды: сборник научных трудов / КГУ.- Калининград, 2002. - С.9-12.

3. АС № 780509, 1980. Грунт-модификатор ржавчины / С.М. Белоглазов, Т.А. Барбадым, В.П. Полюдова.

4. Евдокимов А.В. Испытания лакокрасочных материалов / А.В. Евдокимов, Д.В. Котельников // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2002. -№9. - С. 29-32.

Размещено на Allbest.ru