Сущность ингибиторов коррозии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГУ

Ингибиторы коррозии

Лускань Я.В.

Классификация ингибиторов

Ингибиторы коррозии могут быть химическими или синтетическими, или природными и могут быть классифицированы на:

* по химической природе, как органические или неорганические

* по механизму действия: в виде анодной, катодной или анодно-катодной смеси или оказывающие адсорбционное воздействие

* в качестве окислителей или не в качестве окислителей. [1]

В общем, неорганические ингибиторы имеют катодные или анодные свойства. Органические ингибиторы имеют оба действия, катодное и анодное, и обладают защитным действием за счет адсорбции пленки.

Неорганические ингибиторы

Анодные ингибиторы

Анодные ингибиторы (также называемые ингибиторами пассивации) действуют восстановительной анодной реакцией, блокируют реакцию анода и поддерживают естественную реакцию поверхности пассивации металла за счет образования пленки, адсорбированной на металле. Как правило, ингибиторы реагируют с первоначально образовавшимся продуктом коррозии, что приводит к образованию устойчивой и нерастворимой пленки на поверхности металла. [1] [2]

На рисунке 1 показана потенциостатическая поляризационная диаграмма раствора с ингибитором анодированного поведения. На анодную реакцию влияют ингибиторы коррозии, и коррозионный потенциал металла смещается в более положительные значения. Кроме того, значение тока на кривой уменьшается с наличием ингибитора коррозии.

Анодные ингибиторы вступают в реакцию с металлическими ионами Men +, образующимися на аноде, нерастворимые гидроксиды, которые осаждаются на поверхности металла в виде нерастворимых пленок и пригодного для контакта с металлическим ионом. Из гидролиза ингибиторов получают OH-ионы. [1]

Рисунок 1. Потенциостатическая поляризационная диаграмма: электрохимическое поведение металла в растворе с анодным ингибитором (А) по сравнению с отсутствием ингибитора (б).

На рисунке 2 показано, как устроен механизм анодного останавливающего эффекта.

Рисунок 2. Иллюстрация эффекта анодных неорганических ингибиторов и механизма их действия

Когда концентрации ингибитора становятся достаточно высокими, плотность катодного тока на потенциал первичной пассивации становится выше, чем критическая плотность анодного тока, сдвигают потенциал для благородного эффекта, и, следовательно, металл пассивируется. [3] [4]

Для получения эффекта от анодных ингибиторов очень важно, чтобы концентрация ингибитора была достаточно высокой. Недостающее количество ингибитора влияет на формирование защитной пленки, так как оно не покрывает металл полностью, оставляя участки металла без покрытия пленкой, что влечет появление локальной коррозии. [1] [3] [4]

Концентрации ниже критического значения хуже, чем без ингибиторов вообще. В целом, это может вызвать точечную коррозию, должное уменьшение в анодной области относительно катода или может ускорить коррозию, что повлечет за собой общую коррозию, из-за полного пробоя пассивности. [3] анодный ингибитор реакционный адсорбция

Некоторыми примерами анодных неорганических ингибиторов являются нитраты, молибдаты, хроматы натрия, фосфатов, гидроксидов и силикатов.

Катодные ингибиторы

Во время коррозионного процесса ингибиторы катодной коррозии предотвращают возникновение катодной реакции металла. Эти ингибиторы имеют ионы металлов, способные продуцировать катод вследствие щелочности, в результате чего образуются нерастворимые соединения, которые избирательно осаждаются на катодные узлы. Депонировать над металлом компактную и адгезивную пленку, ограничивая диффузию сводимых видов в этих районах. Таким образом, увеличение импеданса поверхности и диффузии, ограничение приводимых видов, то есть диффузия кислорода и электронов, имеющихся в этих областях. Эти ингибиторы вызывают высокое катодное ингибирование. [1] [2] [5]

На рисунке 3 показан пример поляризационной кривой металла на растворе с катодным ингибитором. При воздействии катодной реакции потенциал коррозии смещается в сторону отрицательных значений.

Рисунок 3. Потенциостатическая поляризационная диаграмма: электрохимическое поведение металла в растворе катодных ингибиторов (А), по сравнению с тем же раствором, без ингибитора (б).

Катодные ингибиторы образуют барьер нерастворимых осадков над металлом, покрывая его. Таким образом, ограничивают контакт металла с окружающей средой, даже если он полностью погружен в воду, предотвращают появление коррозионной реакции, вследствие этого катодные ингибиторы значительно более безопасны, чем анодные ингибиторы.

Рисунок 4. Иллюстрация показывает механизм действия катодных ингибиторов.

Некоторыми примерами неорганических катодных ингибиторов являются ионы магния, цинка и никеля, которые реагируют с гидроксильной группой (ОН-) воды, образующей нерастворимые гидроксиды, в виде (Mg (OH) 2, Zn (OH) 2, Ni (OH) 2), которые осаждаются на катодном участке металлической поверхности, защищая его. [1] Также можно привести полифосфаты, фосфонаты, дубильные вещества, лигнины и соли кальция в качестве примеров, которые представляют такой же механизм реакции. [9]

В жестких водах заключен своего рода механизм ингибирования, обусловленный действием магния или бикарбоната кальция. Когда временная жесткая вода течет по металлу, она может зародить карбонаты, позволяющие близко подойти к равновесию и формировать осаждение на поверхности металла. Эти осадки, подобно CaCO 3, покрывают катодную область, защищая металл. Так что эти катодные ингибиторы зависят только от химии воды, что не обуславливается металлическим составом, из-за этого они применимы ко всем металлам. [1] [3]

Например, можно упомянуть оксиды и соли сурьмы, мышьяка и висмута, которые осаждаются на катодной области в кислых растворах. Эти катодные ингибиторы минимизируют высвобождение ионов водорода из-за явлений, которые могут затруднить разряд водорода, называющийся перенапряжением.

Органические ингибиторы

Органические соединения, используемые в качестве ингибиторов, иногда они действуют как катодные, анодные или одновременно, как катодные и анодные ингибиторы, тем не менее, как правило, действуют через процесс поверхностной адсорбции, обозначаемой как пленкообразующая. Естественно, что появление молекул оказывает сильный эффект соединениям на металлических поверхностях, демонстрируя хорошую эффективность ингибирования и низкий экологический риск. [6] Эти ингибиторы образуют защитную гидрофобную пленку адсорбированных молекул на поверхности металла, что создает барьер для растворения металла в электролите. Они должны быть растворимыми или диспергируемыми в среде, окружающей металл. [1]

На рисунке 5, где показана теоретическая потенциостатическая поляризационная кривая, можно видеть, что влияние раствора, содержащего органический ингибитор на металл, представляет собой анодное и катодное воздействие. После добавления ингибитора потенциал коррозии остается тем же, но ток уменьшается от Icor до I'cor.

Рисунок 5. Теоретическая потенциостатическая поляризационная диаграмма: электрохимическое поведение металла на растворе, содержащем катодный и анодный ингибитор (а) по сравнению с тем же раствором без ингибитора (б).

На рисунке 6 показан механизм действия органических ингибиторов, когда они адсорбируются на металлической поверхности и формируют защитную пленку на ней.

Рисунок 6. Иллюстрация механизма приведения в действие органического ингибитора: действуя через адсорбцию ингибитора на металлической поверхности. Где Inh представляет молекулы ингибитора.

Эффективность органического ингибитора зависит от:

* химической структуры, такой как размер органической молекулы;

* ароматичности и / или конъюгированного связывания, как длина углеродной цепи;

* типа и количества связывающих атомов или групп в молекуле (или р или у);

* природы и заряда металлической поверхности адсорбционного режима, такие как прочность сцепления металлической подложки;

* способности слоя стать компактным или сшитым

* способности образовывать комплекс с атомом как твердым веществом внутри металлической решетки;

* типа раствора электролита, например, достаточная растворимость в окружающей среде. [10]

Эффективность органических ингибиторов коррозии связана с наличием полярного функционала группы с S, O или N атомами в молекуле, гетероциклических соединений и pi-электронами, которые обычно имеют гидрофильные или гидрофобные части, способные ионизироваться. Полярная функция обычно рассматривается как реакционный центр для установления процесса адсорбции. [1] [6]

Ингибитор органической кислоты, содержащий кислород, азот и / или серу, адсорбируется на металлической поверхности, блокируя активные участки коррозии. Хотя наиболее эффективные органические ингибиторы представляют собой соединения, которые имеют р-связи, обладают биологической токсичностью и экологически вредными свойствами. [7]

Из-за покрытой поверхности металла пропорционален концентратам ингибитора, что ингибиторы в среде являются критическими. [2] [8]

Некоторыми примерами являются амины, мочевина, меркаптобензотиазол (MBT), бензотриазол и толиотриазол, альдегиды, гетероциклические соединения азота, серосодержащие соединения и ацетиленовые соединения, а также аскорбиновая кислота, янтарная кислота, триптамин, кофеин и экстракты натуральных веществ. [1] [3] [6]

Есть еще некоторые ингибиторы, которые действуют в паровой фазе (ингибиторы летучей коррозии). Некоторыми примерами являются: дициклогексиламонийбензоат, диизопропиламмоний нитрит или бензоат, эта-бензамид или карбонат, а также комбинация мочевины и нитрита натрия. [1] [2]

Перспективы применения

Ингибиторы являются отличным методом предотвращения коррозии и легко наносятся, применяются в широком диапазоне секторов. Знание метода действия облегчает выбор ингибиторов, улучшает эффективность, позволяет избежать побочных эффектов. Важно при выборе ингибитора, выяснить дальнейшие последствия для окружающей среды. Поиск экологически безопасных ингибиторов показал отличные результаты, превосходящие обычные ингибиторы.

Список литературы

[1] R.B. Leggat, W. Zhang, R.G. Buchheit, S.R. Taylor, Corrosion 58 (2002) 322.

[2] B.F. Bibbs, S. Kermasha, I. Alli, C.N. Mulligan, Int. J. Food Sci. Nutr. 50 (1999) 213.

[3] B.G.M.S. Hirosue, R.C. Mulligan, R. Langer, J. Control Release 70 (2001) 231.

[4] Y. Lu, H. Fan, A. Stump, T.L. Ward, T. Reiker, C.J. Brinker, Nature 398 (1999) 223.

[5] W.J. van Ooij, D. Zhu, V. Palanivel, J.A. Lamar, M. Stacy, Silicon Chem. (2002).

[6] W. Zhang, R.G. Buchheit, Corrosion 58 (2002) 591.

[7] S. Bohm, H.N. McMurray, S.M. Powell, D.A. Worsley, Mater. Corros. 52 (2001) 896.

[8] J.M. Yeh, C.L. Chen, Y.C. Chen, C.Y. Ma, K.R. Lee, Y. Wei, S.X. Li, Polymer 43 (2002) 2729.

[9] L. Xia, E. Akiyama, G. Frankel, R. McMreery, J. Electrochem. Soc. 147 (2000) 2556.

[10] J. Zhao, L. Xia, A. Sehgal, D. Lu, R.L. McCreery, G.S. Frankel, Surf. Coat. Technol. 140 (2001) 51.

Размещено на Allbest.ru