CC BY
21
УДК 620.193
Дорохов А.В., Дорохова А.Н., Вигдорович В.И., Князева Л.Г.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛЕТУЧИХ ИНГИБИТОРОВ СТАЛИ И МЕДИ СЕРИИ «ИФХАН» ПРИ КОРРОЗИИ В АТМОСФЕРЕ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ CO2, H2S и NH3
Дорохов Андрей Валерьевич, младший научный сотрудник лаборатории защиты сельскохозяйственной техники от коррозии
Вигдорович Владимир Ильич, д.х.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории защиты сельскохозяйственной техники от коррозии, е-mail: vits21@mail.ru
Князева Лариса Геннадьевна, д.х.н., доцент, главный научный сотрудник лаборатории защиты сельскохозяйственной техники от коррозии, е-mail: KnYazeva27@mail.ru
Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве, Тамбов, Россия,
392022, Тамбов, Ново-Рубежный пер., д.28, ФГБНУ ВНИИТиН
Дорохова Анастасия Николаевна, аспирант 2-го года обучения, кафедры химии и экологической безопасности, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, Тамбов, Россия
Исследована эффективность летучих ингибиторов ИФХАН-А (А -112, 114, 118) при коррозии углеродистой стали в атмосфере животноводческих помещений, содержащих повышенные концентрации CO2, H2S и NH3раздельно или совместно при 100-ной относительной влажности воздуха.В результате работы определена защитная эффективность всех указанных ингибиторов при коррозии стали, которая составилав атмосфере с 0,2 об.% СО2 ~ 100 % , 10 мг/л H2S_ 94-96 %;30 мг/м?3NH3 _ 21-74 %. Ингибитор ИФХАН-114 эффективен и при коррозии макрогальванических пар сталь Ст3/медь М2, сталь Ст3/латунь Л62 и медь М2/латунь Л62. Ключевые слова: сталь, атмосферная коррозия, летучий ингибитор, CO2, сероводород, аммиак
EFFICIENCY OF VIBRATIONAL INHIBITORS OF STEEL AND COPPER IN THE IFHAN SERIES WITH CORROSION IN THE ATMOSPHERE WITH HIGH CONTAINING OF CO2, HjS AND NH3
Dorokhov AV, Dorokhova AN, Vigdorovich VI, Knyazeva LG
All-Russian Research Institute of Machinery and Oil Product Use in Agriculture, Tambov, Russia * Tambov State University named after GR. Derzhavin, Tambov, Russia
The effectiveness of the volatile inhibitors IFHAN-A (A-112, 114, 118) in the corrosion of carbon steel in the atmosphere of livestock premises containing increased concentrations of CO2, H2S and NH3 separately or together at 100 relative humidity was investigated. The protective efficacy of all these inhibitors was determined in the corrosion of steel as a result of work, which was in the atmosphere from 0.2 vol. % CO2 ~ 100%, 10 mg /1H2S - 94-96%, 30 mg / m3 NH3 -21-74%. The inhibitor IFHAN-114 is also effective in the corrosion of macro galvanic pairs steel St3 / copper M2, steel St3 / brass L62 and copper M2 / brass L62.
Сельскохозяйственное производство широко использует стальное оборудование и детали систем защиты и управления. Наиболее неблагоприятные условия для работы указанных систем наблюдаются в животноводческих помещениях, где, как правило, повышенная влажность и высокие концентрации компонентов воздуха: С02, И2Б,КИ3- эффективных стимуляторов коррозии (СК) [1]. Для защиты металлов от атмосферной коррозии в условиях частичной изоляции защищаемого пространства эффективны технологичные летучие ингибиторы коррозии (ЛИК). При их использовании не требуется искусственное нанесение на поверхность и специальные меры по удалению из рабочего объема. Испаряясь, ЛИК в виде паров достигают поверхности металла и, адсорбируясь, надежно его защищают. Между тем, в сельскохозяйственном производстве эти ингибиторы практически не используются. Поэтому исследование их защитных свойств применительно к условиям эксплуатации аграрной техники весьма актуально.
Экспериментальная часть.
Методика эксперимента. Изучены
разработанные в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН летучие
ингибиторы коррозии серии «ИФХАН» с давлением насыщенного пара при 200С близким или меньшим 0,133 Па и продукт (ИФХАН-8) с этой величиной порядка 15 Па и третьим классом опасности. Коррозионные испытания проведены при комнатной температуре в герметичных эксикаторах, объемом 7 л, в которых на капроновых нитях подвешивали образцы углеродистой стали Ст3 и меди М2, размером 30х25х3 мм 6 образцов на точку). Продукты коррозии снимали 10% -м раствором HCl, содержащим 1 г/л KI и 3 г/л гексаметилентетрамина.
Во всех экспериментах использована 100 %- ная относительная влажность воздуха. Для ее создания в эксикатор помещали емкость с дистиллированной водой (0,3 л).
Для моделирования процесса
противокоррозионной защиты в присутствии одного стимулятора коррозии (СК) в эксикатор помещали и емкость с ингибитором [2].
Для моделирования коррозии металлов в присутствии одновременно двух и трех ее стимуляторов вспомогательные емкости с растворами для генерации СО2, NH3 и H2S были вынесены за пределы эксикатора с образцами, а синтезированные стимуляторы в дозированных
количествах подавались по герметично подведенным шлангам. Для получения необходимой равновесной концентрации СК в газовой фазе была разработана специальная методика, позволяющая по задаваемому парциальному давлению в газовой фазе рассчитать равновесные концентрации СК в жидкости, предполагая выполнение закона Генри.
Для получения СК использованы следующие реакции:
NaHCO3 + HCl ^ NaCl + CO2 + H2O
Na2S + 2HCl ^ H2S + 2NaCl NH4CI + NaOH ^ NH3 + Na Cl + H2O Использованы равновесные концентрации NH3, H2S, CO2 в газовой фазе, равные, соответственно, 30, 20 мг/м3и 0,2 об. %. Продолжительность коррозионных испытаний образцов, шлифованных до 6 класса чистоты 240, 480 и 528 часов. Защитное действие (Z, %) ЛИК оценивали по известной зависимости:
Z = 100[(Ко-Ки)/Ко], где Ко и Ки , соответственно, скорости коррозии в отсутствие и в присутствии ЛИК.
Электрохимические исследования проводили по методике [2.3].
Наблюдается интересная картина: ИФХАН-8, ИФХАН-112, ИФХАН-118 практически полностью подавляют коррозию стали Ст3 при 100%-ной влажности воздуха в присутствии более агрессивных CO2 и Н^ и гораздо хуже работают в присутствии менее агрессивного КН3. При воздействии на сталь Ст3 аммиака (ЫН3 - 0,03 мг/л) более эффективен ингибитор ИФХАН-8, у которого через 240 ч. защитный эффект - 58%, через 528 ч. - 74 %.
Скорость коррозии меди к 240 ч в неингибированной атмосфере составила 0,0048 г/(м2-ч) при интенсивном потемнении поверхности. Присутствие ИФХАН-112 не изменило характера поражения поверхности и скорости коррозии металла, а наличие ИФХАН-118 и ИФХАН-8 стимулированию коррозию с образованием локальных продуктов фиолетового цвета при общем потемнении поверхности. С увеличением продолжительности коррозионного воздействия вдвое (480 ч) качественно картина оставалась прежней.
Дополнительно изучали коррозионное поведение моделей гальванопар сталь СтЗ/медь М2, сталь СтЗ/латунь Л62 и медь М2/латунь Л62 с использованием ингибитора ИФХАН-114 (порошок). Образцы представляли собой кольца из одного металла, диаметром 2,5 см, в которые посредством тугой посадки вставлялась шайба из другого металла.
Результаты и их обсуждение.
Присутствующие в атмосфере
животноводческих помещений CO2, МН3, H2S по -разному влияют на коррозию стали. Наиболее агрессивно присутствие в воздухе 0,3 об. % С02. Через 240 ч скорость коррозии достигает К0 = 0,64 г/(м2ч), в дальнейшем снижается до 0,116 г/(м2ч) при 528 ч. (таблица 1), а поверхность стали на 90 % покрывается продуктами коррозии. Наименьшее влияние на скорость коррозии стали оказывает присутствие в воздухе аммиака в концентрациях, близких к предельно допустимым значениям.
В таблице 1 показана защитная эффективность изученных ЛИК в условиях атмосферной коррозии стали при 100 %-ной относительной влажности в присутствии одного из исследуемых СК, полученная из электрохимических измерений.
Скорость коррозии латуни Л62 в отсутствие ЛИК за 240 ч воздействия составила 8,1-10-3 г/(м2-ч). Поверхность образцов осталась блестящей после извлечения их из эксикаторов без каких-либо следов локальных поражений. ИФХАН-112 незначительно повышает скорость коррозии (до 8,340-3 г/(м2-ч), не вызывая локальных поражений в поверхностном слое. ИФХАН-8 вызывает существенное стимулирование процесса с повышением общей скорости коррозии в 2,5 раза (0,02 г/(м2-ч)) с интенсивным межкристаллитным растрескиванием. Только в присутствии ИФХАН-118 наблюдается снижение общей скорости коррозии почти в 2 раза, но одновременно происходит потемнение поверхности латуни.
Большой интерес связан с оценкой эффективности ЛИК в присутствии в воздухе одновременно двух (в произвольном наборе) или трех СК при 100 % -ной относительной влажности воздуха Их сочетание оказывает влияние на скорость коррозии металла. (таблица 2).
Металл Скорость коррозии, Ко, г/(м2ч) в атмосфере
СО2 NH3 H2S СО2+ NH3 СО2+ H2S H2S+ NH3 СО2+ NH3+ H2S
сталь Ст3 0,12 0,0027 0,025 0,0089 0,073 0,030 0,035
латунь Л62 0,008 0,027 0,045 0,01 0,016 0,080 0,027
медь М1 0,0048 0,05 0,0069 0,014-0,020 0,012 0,010 0,1
* Гравиметрические измерения
3
3
Ä
2
Таблица 1. Влияние продолжительности коррозионного воздействия и природы ЛИК на защиту стали
Продолж ительност ь,ч Скорость коррозии в отсутствие ЛИК и в присутствии СК, г/(м2-ч) Z в присутствии ингибитора и СК,%
ИФХАН-8 ИФХАН- 112 ИФХАН - 118
CO2 NH3 H2S CO2 NH3 H2S CO2 NH3 H2S CO2 NH3 H2S
240 0,64 0,0027 0,025 ~ 100 58 94 ~ 100 43 97 ~ 100 43 95
528 (480*) 0,116 0,0011 0,018 ~ 100 74 96 ~ 100 61 96 ~ 100 21 93
*для среды H2S.
Присутствие нескольких СК одновременно из-за возможных взаимодействий друг с другом, может привести к антогонистическому действию, когда скорость коррозии на металле, вызываемая одним из компонентов, снижается. На стали, например, получены следующие зависимости:
Ко(Шз)< Ко(С02+КИз)< Ко(С02) КоСВД < Ко(С02+Н2Б) <Ко(С02) Ко(Шз) < Ко(Н2Б) <Ко(СО2 + Ш3 + ^8)< Ко(С02)
Влияние природы и концентрации стимуляторов коррозии заметно сказывается на эффективности изученных ЛИК. При коррозии углеродистой стали наиболее эффективен ИФХАН-114, защитный эффект которого в зависимости от природы бинарной системы СК находится в пределах 83 (Н2Б + с
концентрацией в три раза превышающей ПДК) ~100 % (с содержанием СК, равным ПДК).
Величина Ъ ИФХАН-114 при коррозии латуни и меди в присутствии С02 + ИН3 не ниже 74 % и существенно снижается при их коррозии в присутствии ИФХАН-112 и ИФХАН-118. Замена КН3 на Н2Б значительно уменьшает защитное действие ИФХАН112 и ИФХАН-118. Подобная картина наблюдается и в присутствии одновременно Н2Б + КН3
Примечания: С*- стимулирование коррозии.
В средах, содержащих одновременно два различных стимулятора коррозии ИФХАН-114 позволяет снизить эффективную скорость общей коррозии гальванической пары в 2 и более раз. Наибольший защитный эффект наблюдается в присутствии С02 и Н^ для пары медь/латунь, когда скорость коррозии снижается в 5 раз. В присутствии всех трех стимуляторов коррозии в концентрациях, близких к предельно допустимым для животноводческих помещений, исследуемый ЛИК более эффективен, чем в присутствии любых двух. При увеличении концентрации трех стимуляторов коррозии в три раза эффективность ИФХАН - 114 снижается до полного отсутствия защитного действия (таблица 4). Эффект торможения коррозии обусловлен подавлением саморастворения составляющих макропар в присутствии ИФХАН - 114.
Таким образом, летучий ингибитор ИФХАН-114 эффективно защищает поверхность стали. меди и латуни, в том числе в составе гальванопар, от атмосферной коррозии в присутствии одного или
Полученные зависимости отличаются от полученных на меди и латуни, так как в этом случае еще оказывает влияние природа металла.
Результаты, представленные в таблице 3, показывают, что ингибитор ЛИК-114 наиболее эффективно предотвращает коррозию как в присутствии в воздухе бинарной смеси, так и при наличии одновременно трех СК.
на меди. На латуни эффективность этих ингибиторов осталась не ниже 75 %.Только ИФХАН-114 во всех случаях характеризуется высоким защитным действием, что указывает на его универсальность в изученных условиях животноводческих помещений.
Как показали коррозионные исследования контактных гальванических пар на базе стали Ст3, меди М2 и латуни Л62 (таблица 4), ИФХАН-114 практически одинаково подавляет общую коррозию в отсутствие СК, но в неингибированной среде на стали возникают многочисленные питтинги, а на латуни -язвы. В ингибированной среде на поверхности металлов полностью отсутствует локальное поражение поверхности и не формируются пленки или отложения продуктов коррозии.
нескольких стимуляторов коррозии одновременно (С02, Н2Б и Ш3).
Исследования выполнены при финансировании Российским научным фондом, проект № 18-16-00006 Список литературы 1. Справочник фермера / В.Н. Кузьмин, В.Ф. Федоренко, С.Н. Сазонов.-М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2013. - 616 с.
2. 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. 2о17. № 1. С. 55-58.
3. Вигдорович В.И., Князева Л.Г., Зазуля А.Н., Прохоренков В.Д., Дорохов А.В., Кузнецова Е.Г., Урядников А.А., Гончарова О.А. Подавление атмосферной коррозии латуни летучими ингибиторами// Российская сельскохозяйственная наука. 2617. № 3. С. 52-56.
Таблица 3. Защитное действие (2) ЛИК при коррозии меди
ЛИК Ъ ,%, при наличии нескольких СК в концентрации : знаменатель - предельно допустимая для животноводческих помещений, числитель - превышающая ее в три раза:
СО2+ 1МН3 СО2+ Н2Б Н2Б+ КН3 СО2+ №3+ Н2Б
ИФХАН-112 85/- С*/- 1о/- 9о/-
ИФХАН-114 79/95 75/~ 1оо 3о/99 95/99
ИФХАН-118 85/95 С*/- 3о/95 88/-
Примечания: С*- стимулирование коррозии. Гравиметрические испытания
Таблица 4. Защитная эффективность ИФХАН-114 в фоновой среде и в присутствии в ней СК
Модель макропары Защитная эффективность (Ъ) в воздушной среде, %
Фон 0,2 об. % СО2 0,2 об. % СО2 + 20 мг/м2 :ын3 0,2 об. % СО2 +10 мг/м2 Н2Б 0,2 об. % СО2 + 20 мг/м2 :ын3 +10 мг/м2 Н2Б 0,2 об. % СО2 + 60 мг/м2 :ын3 +30 мг/м2 Н2Б
Сталь/латунь 87 89 52 47 87 44
Сталь/медь 87 62 84 42 87 С*
Медь/латунь 83 83 61 81 83 28
