Защита стали от атмосферной коррозии летучим ингибитором коррозии ИФХАН-114

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Защита стали от атмосферной коррозии летучим ингибитором коррозии ИФХАН-114

Д.Н. Жерновников

АННОТАЦИЯ

Изучено защитное действие летучего ингибитора коррозии ИФХАН-114 стали Ст3 в среде животноводческих помещений при наличии в воздухе микрокомпонентов воздуха (стимуляторы коррозии) С0₂, ИгБ и ЫН₃ в концентрациях, многократно превышающих фоновые. Их содержание в воздушной среде в проведенных экспериментах соответствовало предельно допустимым величинам для животноводческих помещений. Посредством гравиметрических и электрохимических исследований была установлена защитная эффективность летучего ингибитора коррозии.

Ключевые слова: атмосферная коррозия; сталь; защитное действие; летучий ингибитор; ИФХАН-114

ABSTRACT

PROTECTION OF STEEL FROM ATMOSPHERIC CORROSION BY VOLATILE CORROSION INHIBITOR IFHAN-114

Zhernovnikov D.N., Master's Degree Student in “Chemistry” Programme.Derzhavin Tambov State University, Tambov, Russian Federation.

The paper dwells protective action of volatile corrosion inhibitor rFHAN-114 St3 steel in the environment of livestock buildings in the presence of air micro-components of air (stimulants corrosion) CO₂, H₂S and NH₃ at concentrations significantly exceeding the background. Their content in the air in the conducted experiments corresponded to the maximum permissible values for livestock buildings. By means of gravimetric and electrochemical studies, the protective efficiency of the volatile corrosion inhibitor was established.

Keywords: atmospheric corrosion; steel; protective action; volatile corrosion inhibitor; IFHAN- 114

ВВЕДЕНИЕ

Сталь является наиболее распространенным конструкционным материалом в сельскохозяйственной технике. Она подвергается интенсивной атмосферной коррозии, особенно в среде животноводческих помещений, в которой, наряду с высокой относительной влажностью воздуха, наблюдается также присутствие таких стимуляторов коррозии, как КН₃, Н₃8 и С02. Для ее защиты могут быть использованы летучие ингибиторы коррозии.

Целью данной работы является изучение защитного действия ингибитора ИФХАН-114 в условиях атмосферной коррозии углеродистой стали Ст3 в животноводческих помещениях.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Объектами исследования являются сталь марки Ст3 (Бе (97 %), С (0,14-0,22 %), Si (0,05-0,17 %), Mn (0,4-0,65 %), №, ^, & (до 0,3 %), As (до 0,08 %), S и Р (до 0,05 и 0,04 % соответственно)) и летучий ингибитор коррозии (ЛИК) ИФХАН-114 (смесь (неэквимолярная) полианилина и слабой органической кислоты: р⁰₂₀ = 5-10^-4 мм рт. ст. (0,067 Па)) [1].

Коррозионные испытания в замкнутом пространстве проводили в гepмeтичных эксикаторах при 20 °С:

- в условиях 100 %-ной влажности воздуха (Н_о = 100 %);

- при действии сероводорода (Н₂8) концентрацией 0,01 мг/л (Н_о = = 100 %);

- при действии диоксида углерода (СO₂) концентрацией 0,02 мг/л (Но = 100 %);

- при действии аммиака (МН₃) концентрацией 0,03 мг/л (у₀ = 100 %).

Образцы стали Ст3 размером 30*25*3 мм полировали, обезжиривали ацетоном и взвешивали на аналитических весах с точностью до 1-10^-4 г. Затем их переносили в эксикаторы и крепили на деревянном подвесе.

В эксикатор укладывали необходимое количество реагентов и добавляли воду. Эксикатор закрывали крышкой, гepметизируя стык вакyyмной смазкой. После проведения испытаний в течение 240 часов образцы травили в 5 %-ном растворе серной кислоты в течение 20 сдля удаления продуктов коррозии, промывали, сушили и взвешивали. Потерю массы оценивали на аналитических весах с точностью до 5-10^-5 г.

Скорость коррозии (К) пластины оценивали по потерям массы металла:

где Ат - потеря массы пластины, г; Ј - площадь пластины, м²; т - длительность испытаний, часы.

Защитную эффективность (X) и коэффициент торможения (у) определяли по формулам:

где К₀ и К_инг - скорость коррозии в отсутствие и в присутствии ингибитора соответственно [2].

Электрохимические измерения проводили в потенциодинамическом режиме на потенциостате 1РС-Рго MF со скоростью развертки потенциала 0,66 мВ/с, в трехэлектродной электрохимической ячейке из стекла «Пирекс». Основная емкость и емкость с платиновым электродом заполнены раствором 0,1 М №С1, а емкость с хлоридсеребряным электродом раствором KCl. Рабочие электроды из стали Ст3 с площадью рабочей поверхности 0,5 см², армированные в оправку из эпоксидной смолы ЭД-6, отвержденной полиэтиленполиамином, после погружения в раствор выдерживали 10-15 мин для установления квазистационарного потенциала. Рабочую поверхность шлифовали до 6-го класса чистоты и обезжиривали ацетоном или спиртом.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Результаты гравиметрических исследований представлены в табл. 1-4.

Таблица 1. Скорость коррозии стали Ст3, защитный эффект и коэффициент торможения ЛИК ИФХАН-114 в среде, содержащей 0,6 об.% СО₂ и 60 мг/м³ NN3, при относительной влажности Н = 100 % (время испытаний - 240 ч)

Скорость коррозии в среде без ингибитора составляет 0,0089 г/м²-ч (табл. 1). Коррозия носит выраженный локальный характер, а на поверхности стали появляются язвенные образования.

В присутствии ИФХАН-114 коррозия стали носит равномерный характер без следов локальных поражений поверхности. Скорость коррозии составляет 0,00127 г/м²-ч (табл. 1).

Таблица 2 Скорость коррозии стали Ст3, защитный эффект и коэффициент торможения ЛИК ИФХАН-114 в среде, содержащей 0,6 об.% СО₂ и 30 мг/м³ И₂8, при относительной влажности Н = 100 % (время испытаний - 240 ч)

При одновременном присутствии СО₂ и Н^ на поверхности стали наблюдаются локальные поражения в виде питтингов, если ЛИК отсутствует.

Защитное действие ИФХАН-114 при совместном присутствии С0₂ и составляет 94 %(табл. 2).

Высокое защитное действие связано с формированием поверхностных карбонатной и полисульфидной защитных пленок, на которых адсорбируется активное начало ингибитора.

Таблица 3Скорость коррозии стали Ст3, защитный эффект и коэффициент торможения ЛИК ИФХАН-114 в среде, содержащей 30 мг/м³ Н₂8 и 60 мг/м³ НН₃, при относительной влажности Н = 100 %(время испытаний - 240 ч)

Сталь в этих условиях подвергается интенсивной локальной коррозии, и использование ее без антикоррозионной защиты недопустимо. Коррозия в присутствии ИФХАН-114 носит равномерный характер. Защитное действие ИФХАН-114 при совместном присутствии NH₃ и Н^ составило 83 %, как следует из табл. 3.

Таблица 4Скорость коррозии стали Ст3, защитный эффект и коэффициент торможения ЛИК ИФХАН-114 в среде, содержащей 0,6 об.% СО₂,60 мг/м³ МН₃ и 30 мг/м³ Н₂8, при относительной влажности Н = 100 % (время испытаний - 240 ч)

В присутствии одновременно трех стимуляторов (СО ₂, НН₃ и Н₂8) коррозия носит явно выраженный локальный характер язвенно-питингового типа, без эффективной защиты сталь Ст3 использовать в исследуемых условиях нельзя.

Сталь в присутствии СО₂, КИ₃, И₂8 и ИФХАН-114 корродирует с К₀ = 0,002 г г/м²-ч (табл. 4) без каких-либо следов локального поражения поверхности и не нуждается в дополнительной антикоррозионной защите.

Результаты электрохимических исследований представлены на рис. 1-2.

Рис. 1. Потенциодинамические поляризационные кривые стали Ст3 в 0,1 М растворе NaCl в отсутствие (1) и в присутствии добавок: 100 мг/л карбоната аммония (2), 100 мг/л карбоната аммония и 100 мг/л ИФХАН-114 (3). Воздушная атмосфера, комнатная температура, неподвижный электрод

Можно видеть, что наличие карбоната аммония облегчает анодную реакцию и практически не влияет на кинетику катодного процесса, в силу чего уменьшается Е_кор на ~0,060-0,070 В, и одновременно несколько стимулируется коррозионный процесс в целом, хотя на начальном этапе воздействия среды уровень такой стимуляции невелик. Введение ИФХАН-114 замедляет анодный процесс в присутствии карбоната аммония и снижает ток коррозии, соответственно, Е_кор возрастает на 0,030 В (рис. 1, кривые 2, 3), 2 ~ 73 % (табл. 5).

Таблица 5 Защитная эффективность ИФХАН-114 в среде карбоната аммония

Рис. 2. Потенциодинамические поляризационные кривые стали Ст3 в 0,1 М растворе №С1 в отсутствие (1) и в присутствии добавок: 100 мг/л карбоната аммония (2), 100 мг/л сульфида аммония и 100 мг/л ИФХАН-114 (3). Воздушная атмосфера, комнатная температура, неподвижный электрод

В присутствии формально существующего сульфида аммония (рис. 2) Е_кор стали в растворе фона составляет -0,420 В, он также меняется во времени. Величина В_аблизка к 0,080 В. Происходит облегчение анодной реакции и катодной реакции. Величина /_кор = 0,079 А/м², В_а остается неизменной, Е_кор = -0,500 В. Введение ингибитора увеличивает Е_кор стали до -0,430 В за счет торможения анодной реакции при той же величине В_а. Скорость коррозии стали снижается до 0,042 А/м² с величиной Ъ ~ 47 % (табл. 6).

Таблица 6. Защитная эффективность ИФХАН-114 в среде сульфида аммония

ВЫВОДЫ

Действие ИФХАН-114, по данным гравиметрических испытаний, существенно зависит от природы стимуляторов коррозии, присутствующих в воздухе, и от их качественного состава.

Наибольшее защитное действие ингибитора ИФХАН -114 (94 %) наблюдается в средах, содержащих С0₂ с И^, и в присутствии всех трех стимуляторов коррозии (С0₂, КИ₃, И^). В атмосферах С0₂+КЫ₃ и И₂8+КИ₃ защитный эффект равен 86 и 83 % соответственно.

Введение ИФХАН-114 (С = 100 мг/л) снижает скорость коррозии в присутствии карбоната аммония в 3,8 раза, Z ~ 73 %. При добавлении ИФХАН-114 (С = 100 мг/л) в среду, содержащую формально существующий сульфид аммония, скорость коррозии стали снижается в 1,88 раза, величина защитного эффекта достигает 47 %.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ингибитор коррозия защитный сталь

1. Вигдорович В.И., Князева Л.Г., Зазуля А.Н., Прохоренков В.Д., Дорохов А.В., Кузнецова Е.Г., Урядников А.А. Использование летучих ингибиторов типа «ИФХАН» для защиты стального оборудования в атмосфере животноводческих помещений // Российская сельскохозяйственная наука. 2017. № 3.

2. Цыганкова Л.Е., Вигдорович В.И., Поздняков А.П. Введение в теорию коррозии металлов. М.: Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина, 2002. 311 с.

Размещено на Allbest.ru