CC BY
7
УДК 620.197.2
Франк И.В., Абрашов А.А., Григорян Н.С.
ИНГИБИРОВАНИЕ СТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В РАСТВОРАХ ФИТИНОВОЙ КИСЛОТЫ
Франк Инга Владимировна, студент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; e-mail: ingafrank28@gmail.com
Абрашов Алексей Александрович, к.т.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Григорян Неля Сетраковна, к.х.н., профессор кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9
В качестве альтернативы адгезионным фосфатным слоям на стали в мировой практике могут используются адгезионные покрытия, полученные из растворов фитиновой кислоты. Разработке технологии получения данных покрытий посвящена настоящая работа.
В ходе исследования разработан процесс нанесения защитных покрытий на стальную основу, которые удовлетворяют требованиям, предъявляемым к адгезионным слоям под лакокрасочные покрытия. Разработанные покрытия по защитным характеристикам не уступают аморфным фосфатным покрытиям и приближаются к кристаллическим фосфатным слоям.
Ключевые слова: защита от коррозии, обработка поверхности, ингибирование поверхности, фитиновая кислота.
INHIBITION OF STEEL SURFACE IN PHYTIC ACID SOLUTIONS
Frank I.V., Abrashov A.A., Grigoryan N.S.
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
As an alternative to adhesive phosphate layers (coatings) on steel, in world practice, adhesive coatings obtained from phytic acid solutions can be used. This work is devoted to the development of the technology for obtaining these coatings. During the study, a process was developed for applying protective coatings on a steel base, which meet the requirements for adhesion layers for paint and varnish coatings. The developed coatings aren't inferior to amorphous phosphate coatings in their protective characteristics and are close to crystalline phosphate layers.
Key words: corrosion protection, surface treatment, surface inhibition, phytic acid.
Введение
Современные технологии нанесения ЛКП на металлические поверхности предусматривают предварительное нанесение на них адгезионных фосфатных покрытий. Защитные свойства комплексного фосфатно-лакокрасочного покрытия, во много раз превосходят защитные свойства лакокрасочного покрытия без адгезионного фосфатного подслоя. Фосфатированию перед окрашиванием подвергают поверхности изделий из чёрных и цветных (Al, Zn) металлов, которые будут эксплуатироваться в жёстких условиях. Например, в автомобильной промышленности перед нанесением лакокрасочного покрытия фосфатируются все производимые кузова легковых и грузопассажирских автомобилей. Согласно статистике "Союза автомобильной промышленности (VDA)" ежегодно в промышленных западных странах фосфатируется перед окраской более 2 млрд м2 поверхности стальных кузовов. Кроме того, фосфатируются корпуса самолетов, холодильников, стиральных машин, арматуры освещения и т.д. Столь широкое распространение процессов фосфатирования для защиты металлов и сплавов от коррозии в сочетании с лакокрасочными и полимерными покрытиями обусловлено уникальным комплексом технических свойств фосфатных покрытий, таких как высокая прочность сцепления с металлической основой, высокая адсорбционная способность; высокие антифрикционные и
экструзионные свойства и низкая
электропроводность [1,2].
Отечественными и иностранными производителями предлагается для различных целей ряд фосфатирующих растворов для формирования аморфных и кристаллических фосфатных покрытий. Растворы для фосфатирования содержат различные токсичные компоненты, фосфаты, азотсодержащие соединения. Формирующиеся при этом стоки содержат указанные загрязнения в количествах, в десятки раз превышающих санитарные нормы, и, следовательно, требуют очистки их перед сбросом. Кроме того, появляющиеся новые технологии нанесения полимерных покрытий и расширяющийся ассортимент последних постоянно требуют улучшения качества подготовки поверхности. Другим недостатком процессов фосфатирования является их высокая энергоемкость, обусловленная высокими рабочими температурами процессов — 7090 °С. Кроме того, реализация современных технологий кристаллического фосфатирования требует достаточно сложного оборудования, а сами процессы требуют жесткого контроля, поскольку свойства формирующихся покрытий сильно зависят от таких параметров, как свободная и общая кислотность, температура, концентрация ускорителей и др. В качестве альтернативы адгезионным фосфатным слоям в мировой практике окрашивания металлических поверхностей начинают находить применение покрытия, осажденные из экологически-безопасных
растворов органических кислот (галловой, дубильной, фитиновой). Преимуществами новых технологий является их меньшая энергоемкость и технологичность по сравнению с процессами фосфатирования. Растворы для нанесения данных покрытий не требуют нагрева, не требуют такого строгого контроля параметров, просты в применении, образуют гораздо меньше шлама и более экологичны.
Экспериментальная часть
В настоящей работе исследована возможность ингибирования стальной поверхности в растворах фитиновой кислоты.
Фитиновая кислота (C6Hl8O24P6) (РА) - природное и нетоксичное фосфорорганическое соединение, извлекаемое из зерен и семян зерновых культур, привлекает интерес многих исследователей благодаря своей мощной хелатирующей способности образовывать комплексы с различными ионами металлов, такими как Си2+, 2п2+, Бе2+, Ре3+, Са2+ и ионами М£2+. Например, молекулы PA могут легко адсорбироваться на поверхности стальной основы, образуя конверсионное покрытие за счет комплексообразования ионов железа с фосфатными группами фитиновой кислоты [3,4].
ОН I
О- .-'—ОН
но. Рн о ° ^он о' он
но"Ро ? ЦсЛон но-р=о
он
Рис. 1. Структурная формула фитиновой кислоты
Проведенные эксперименты позволили определить концентрацию фитиновой кислоты в рабочем растворе - 2 г/л.
Исследования показали, что оптимальные значения рН растворов находятся в интервале 4,5-5,0 единиц, а температура в интервале 22-40°С. При более высоких температурах раствора формируются несплошные покрытия с низкой защитной способностью. Было выявлено, что формирование покрытия при температуре 30°С и рН=4,5-5 единиц завершается в течение 3 мин., защитная способность покрытий в течение этого времени достигает максимума (43-50 с) и далее не изменяется в течение 5 мин. процесса.
Пребывание покрытия в растворе более 8 мин. нежелательно, поскольку это приводит к снижению ЗСА и ухудшению внешнего вида покрытий. Коррозионные испытания показали, что покрытия, сформированные из раствора фитиновой кислоты, по защитной способности удовлетворяют требованиям, предъявляемым к адгезионным слоям под ЛКП. Эти покрытия по защитным характеристикам не уступают аморфным фосфатным покрытиям и приближаются к кристаллическим фосфатным слоям. Определена адгезия лакокрасочных покрытий с разрабатываемым адгезионным подслоем на стальной основе до и после коррозионных испытаний. Установлено, что ЛКП с данными адгезионными подслоями обладают более высокой прочностью сцепления с основой по сравнению с ЛКП с фосфатным адгезионным подслоем.
Вывод
В результате выполненной работы был разработан технологический процесс осаждения покрытий на основе солей фитиновой кислоты, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к адгезионным слоям под ЛКП.
Работа выполнена при финансовой поддержке РХТУ им. Д.И. Менделеева. Номер проекта Х-2020-028.
Список литературы
1. Ваграмян Т.А., Григорян Н.С., Мазурова Д.В., Абрашов А.А., Акимова Е.Ф. Фосфатирование. Современное состояние и перспективы развития в России. // Коррозия: материалы, защита. 2011. № 2. С. 20-27.
2. Абрашов А.А., Григорян Н.С., Ваграмян Т.А., Колесников А.В., Жиленко Д.Ю. Защитные керамические оксидно-титановые нанопокрытия. // Стекло и керамика. 2014. № 11. С. 17-21.
3. Gao X., Li W., Yan R., Tian H., Ma H., Effect of zinc ion on the micro structure and electrochemical behavior of phytic acid based conversion coatings on Q235 steels. // Surface & Coatings Technology. 2017. Vol. 325. P. 248-256.
4. Zhang Y., Dou B., Shao Y., Cui X.-J., Wang Y., Meng G., Lin X.-Z. Influence of phytic acid on the corrosion behavior of carbon steel with different surface treatments. // Anti-Corrosion Methods and Materials. Vol. 65 No. 6, P. 658-667.
