Научная статья на тему 'ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ МЕТАФОСФАТА НАТРИЯ'

ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ МЕТАФОСФАТА НАТРИЯ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
82
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕТАФОСФАТ НАТРИЯ / SODIUM METAPHOSPHATE / ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ / HIGH-TEMPERATURE CORROSION / СТАЛЬ / STEEL / ОКСИД ВАНАДИЯ / VANADIUM OXIDE / ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / THERMODYNAMIC MODELING / ИНГИБИТОР / INHIBITOR / ФОСФАТ ЖЕЛЕЗА / FERROUS PHOSPHATE

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Удалов Юрий Петрович, Мураховская Наталья Васильевна

Методом термодинамического моделирования и эксперимен- тальной проверкой образцов из Ст3 в расплавах метафосфа- та натрия по ГОСТ 9.905-82 найдены добавки, которые на два порядка снижают скорость высокотемпературной кор- розии стали. Этот эффект достигается посредством вве- дения в расплав оксидов элементов в валентном состоянии+5 (например, оксида ванадия) при концентрации 1-20 мас.%. Механизм пассивации состоит в образовании на поверхностиметалла плёнки из фосфата железа (FePО4 или Fe3(PO4)2).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Удалов Юрий Петрович, Мураховская Наталья Васильевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CORROSION INHIBITOR FOR THE HIGH-TEMPERATURE HEAT CARRIER BASED ON SODIUM METAPHOSPHATE

The additives which reduce the corrosion rate of steel by two orders of magnitude have been found by the method of thermodynamic modeling and experimental test of steel samples in the melts based on sodium metaphosphate. This effect is achieved by introducing corrosion inhibitors (additives of oxides of elements in valence state+5, for example, vanadium oxide, at concentration 1-20 wt. %) into the melt. The mechanism of passivation involves the formation of a ferrous phosphate (FePО4 or Fe3(PO4)2 layer on the surface.

Текст научной работы на тему «ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ МЕТАФОСФАТА НАТРИЯ»

ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Химия и технология неорганических веществ

УДК 620.193.43:546.56-121:546.185>33

Yuri P. Udalov1, Natalya V. Murakhovskaya2

CORROSION INHIBITOR FOR THE HIGH-TEMPERATURE HEAT CARRIER BASED ON SODIUM METAPHOSPHATE

St Petersburg State Institute of Technology (Technical University), Moskovsky Pr., 26, St Petersburg, 190013, Russia e-mail: udalov@lti-gti.ru

The additives which reduce the corrosion rate of steel by two orders of magnitude have been found by the method of thermodynamic modeling and experimental test of steel samples in the melts based on sodium metaphosphate. This effect is achieved by introducing corrosion inhibitors (additives of oxides of elements in valence state +5, for example, vanadium oxide, at concentration 1-20 wt. %) into the melt. The mechanism of passivation involves the formation of a ferrous phosphate (FePО4 or Fe3(PO4)2 layer on the surface.

Keywords: sodium metaphosphate, the high-temperature corrosion, the steel, vanadium oxide, the thermodynamic modeling, inhibitor, ferrous phosphate

Ю.П. Удалов1, Н.В. Мураховская2

ИНГИБИТОР

КОРРОЗИИ ДЛЯ

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО

ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

НА ОСНОВЕ МЕТАФОСФАТА

НАТРИЯ

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Московский пр. 26, Санкт-Петербург, 190013, Россия e-mail: udalov@lti-gti.ru

Методом термодинамического моделирования и экспериментальной проверкой образцов из Ст3 в расплавах метафосфа-та натрия по ГОСТ 9.905-82 найдены добавки, которые на два порядка снижают скорость высокотемпературной коррозии стали. Этот эффект достигается посредством введения в расплав оксидов элементов в валентном состоянии +5 (например, оксида ванадия) при концентрации 1-20 мас.%. Механизм пассивации состоит в образовании на поверхности металла плёнки из фосфата железа (FePО4 или Fe3(PO4)2).

Ключевые слова: метафосфат натрия, высокотемпературная коррозия, сталь, оксид ванадия, термодинамическое моделирование, ингибитор, фосфат железа

DOI 10.15217^п1998984-2017.40.3

Введение

В работе [1] было показано, что составы, находящиеся в поле первичной кристаллизации многокомпонентных систем на основе NaPOз, могут быть рекомендованы в качестве высокотемпературных теплоносителей. В случае применения таких расплавов одним из важнейших условий эффективности работы системы охлаждения является устойчивость конструкционных металлов к взаимодействию с солевыми расплавами. Нами было установлено, что в расплавах на основе метафосфата натрия скорость коррозии нержавеющей стали в 4,5-5 раз меньше, чем Ст3 [2]. Этот эффект был объяснён образованием фосфидов сложного состава за счёт селективного растворения Сг и N в расплавах метафосфата натрия.

Общие соображения о химизме процессов при высокотемпературной коррозии и данные работ [1, 2] дают основание предположить, что существуют вещества, которые могут изменить направление окислительно-восстановительных процессов на границе металл-расплав метафосфат натрия. В результате можно найти такие добавки к расплаву метафосфата натрия (ингибиторы), которые обеспечивали бы образование на поверхности конструкционной стали (марки Ст3) защитной плёнки.

Методика эксперимента

В работе была использована методика термодинамического моделирования процессов взаимодействия в системе ^аРОэ+ингибитор)^е и экспериментальное определение скорости коррозии по ГОСТ 9.908-85 [3].

Термодинамическое моделирование производили с помощью программного комплекса HSC Chemistry 5.11 (разработан Outokumpu Research Oy, Pori, Finlang).

Для определения скорости коррозии исследуемого металла гравиметрическим методом были вырезаны квадратные образцы из стального листа марки Ст3 толщиной 1,2 мм размером 10х10 мм. Поверхность образцов очищали от следов масла и других загрязнений. Метафосфат натрия с исследуемыми добавками засыпали в фарфоровый тигель объёмом 20 мл, масса материала составляла около 10 г. На поверхность засыпки помещали стальную пластину, у которой предварительно измеряли геометрические размеры и массу. Тигель помещали в предварительно разогретую муфельную печь с температурой 700 °С. Через 2 ч тигель с образцом вынимали из печи и после охлаждения расплавленную массу растворяли в кипящей воде. Освобождённую стальную пластину высушивали и взвешивали.

1 Удалов Юрий Петрович, д-р хим. наук, профессор каф. общей химической технологии и катализа СПбГТИ(ТУ), e-mail: udalov@lti-gti.ru Yuri P. Udalov, Dr Sci. (Chem.), Professor, Department of general chemical technology and catalysis SPbSIT(TU)

2 Мураховская Наталья Васильевна, канд. хим. наук, ст. преподаватель каф. общей химической технологии и катализа СПбГТИ(ТУ), e-mail: mura_natalya@mail.ru

Natalya V. Murakhovskaya, PhD. (Chem.), senior teacher, Department of general chemical technology and catalysis SPbSIT(TU) Дата поступления - 30 мая 2017 года

Скорость коррозии вычисляли по формуле:

(1)

где К - скорость коррозии, г/м2-час; т1 - масса стальной пластины до опыта, г; т2 - масса стальной пластины после опыта, г; т - время испытания, ч.

Эффект введения добавки - ингибитора оценивали по двум показателям: степени защиты %) и коэффициенту торможения коррозии у (защитный эффект ингибитора) (ГОСТ 9.505-86) [4].

Формула для определения степени защиты Z:

Z = [(К, - К2)/Кг] ■ 100

(2)

где К1, К2 - скорость коррозии (растворения) металла в среде без ингибитора и с ним [г/(м2-ч)];

Защитный эффект ингибитора рассчитывается по формуле:

У = Кг/к2

(3)

Коэффициент торможения у показывает, во сколько раз под действием ингибитора уменьшается скорость коррозии.

После коррозионных испытаний проводилось микрорентгеноспектральное исследование поверхностной плёнки на стали. Для этой цели использовали растровый электронный микроскоп (РЭМ) TESCAN Vega 3SBH (Tescan) с рентгеновским микроанализатором (РМА) энергодисперсионного типа X-Act Energy (Oxford Instruments), предоставленный Инжиниринговым центром СПбГТИ(ТУ).

Термодинамическое моделирование процесса взаимодействия метафосфата натрия с железом в присутствии ингибирующей добавки в температурном диапазоне 100-1000 °С.

Подавление коррозионных процессов на границе металл-расплав возможно двумя принципиально разными путями:

• изменением структуры расплава с целью связывания активных компонентов (в нашем случае ионов кислорода О2- и ОН--групп);

• созданием на поверхности металла барьерного защитного слоя, что возможно либо путём предварительного нанесения покрытия, либо за счёт реакции между металлом и расплавом с образованием нерастворимого в расплаве соединения.

Первый путь представляет интерес в случае, если добавка в расплав наряду со связыванием активных компонентов снижала бы вязкость расплава, что повышает термическую эффективность теплоносителя. Более глубокий анализ процессов структурообразова-ния в оксидных расплавах указывает, что эти две цели (защита от коррозии и снижение вязкости расплава) по сути реализации противоречат друг другу, так как минимальной коррозионной активностью обладают сильно полимеризованные (и, следовательно, вязкие) расплавы.

Цель данного исследования найти реагент (ингибитор коррозии), который одновременно связывал бы активные компоненты расплава и образовывал бы на поверхности металла плёнку соединения химически инертного к расплаву теплоносителя.

Эта многопараметрическая задача решалась нами в два этапа. Сначала методом термодинамиче-

ского моделирования мы определяли возможные химические соединения, которые образуются при заданных температурах в исследуемой системе металл-расплав, и ее фазовый состав в заданном температурном интервале. Затем экспериментально мы получали расплав выбранного состава и по методике, изложенной в ГОСТ 9.905 - 82 [5], определяли потери массы при коррозии пластин из стали марки Ст3. Таким образом, была проверенна достоверность данных термодинамического моделирования.

В качестве потенциальных ингибиторов коррозии, отвечающих поставленным целям, на основании анализа литературы и предварительных экспериментов были выбраны: оксиды молибдена, вольфрама и ванадия в высших степенях окисления (M0O3, WO3, V2O5). Ниже приведены результаты термодинамического моделирования.

При моделировании с помощью программного комплекса HSC Chemistry 5.11 температура изменяется через 100 °С в диапазоне 100-1000 °С, среда нейтральная (атмосфера азота).

Система Fe-NaPOs. При моделировании с помощью программного комплекса HSC Chemistry 5.11 заданы концентрации компонентов: Fe - 25, NaPO3 - 75 (мас. %). Результаты моделирования представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Изменение равновесного состава системы Fe-25 мас.%, NaPOз-75 % при нагревании до 1000 °С: 1 - NaPOз, 2 - Na2P2O6, 3 - Fe3P, 4 - FeO, 5 - NasPзOm, 6 - FePO4

Термодинамическое моделирование взаимодействия железа и метафосфата натрия показывает, что уже при низких температурах железо частично восстанавливает фосфат натрия с образованием фосфида железа FeзP и окисляется с образованием фосфата железа FePO4. Фосфат железа в этих условиях оказывается неустойчивым и при 480 °С полностью распадается с образованием монооксида железа. Именно монооксид железа является продуктом высокотемпературной коррозии железа (стали Ст3) в контакте с метафосфатом натрия.

Система Fe-NaPOз-MoOз. Существует предположение о том, что железо может вытеснять молибден из его оксида, что должно приводить к появлению защитной интерметаллидной плёнки на поверхности железа. Поэтому оксид молибдена был выбран в качестве потенциального ингибитора коррозии.

Концентрации компонентов при моделировании: Fe - 50. NaPOз - 25, М0О3 - 25 (мас. %).. Результаты моделирования представлены на рисунке 2.,

40

30

20

га

£

Q-ф

ч

о О

10

\ 1

v _2 1

\

4

30

ф

1 20

га

*

О.

Ф Ч О

О 10

1

3.

5 4

6

зованием различных оксидных и безкислородных соединений. При моделировании заданы следующие концентрации компонентов: Fe - 50, NaPOз - 25 %, V2O5 - 25 (мас. %). Результаты моделирования представлены на рисунках 4-6. 40

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Температура, °С

Рисунок 2. Изменение равновесного состава системы Fe-50 мас.%, NaPOз-25 %, МоОз-25% при нагревании до 1000 °С: 1 - FeзP, 2 - М0О2, 3 - FeO, 4 - NaзPO4, 5 - FeзO4

Термодинамическое моделирование равновесных составов системы Fe-NaPO3-MoO3 показало, что в этом случае железо восстанавливает фосфат натрия до фосфида железа, а оксид молибдена VI восстанавливается до оксида молибдена IV. Таким образом, при введении в качестве ингибитора оксида молибдена цель создания защитной плёнки интерметаллида не достигается. Однако, в расплаве Мо02 может служить блокатором активных ионов О2- и ОН--группировок, как это было показано в работе [2], что снижает скорость коррозии.

Система Fe-NaPOз-WOз. Вольфрам является кристаллохимическим аналогом молибдена и потому термодинамическая модель взаимодействия в системе Fe-NaPO3-WO3 представляет определённый интерес. При моделировании заданы следующие концентрации компонентов: Fe - 50, NaPOз - 25, WOз - 25 (мас. %). Результаты моделирования представлены на рисунке 3.

40

30

1 20

га

*

Q.

ф

ч:

О 10

2

3

\

К

r1 \ 6

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Температура, °С

Рисунок 4. Изменение равновесного состава системы Fe-50 мас. %, NaPOз-25 %, VгO5-25 % при нагревании до 1000 °С: 1 - FeзP, 2 - Na2V2O7, 3 - FeO, 4 - FePO4, 5 - FeзO4, 6 - FeV2O4

Для выявления роли металлического восстановителя в устойчивости фосфида железа и оксида ванадия в стабильности фосфата железа был проведен аналогичный расчёт для составов Fe - 25, NaPO3 - 65, V2O5 - 10 (мас.%) (рисунок 5) и Fe - 10, NaPOз - 85, V2O5 - 5 (мас.%) (рисунок 6).

30

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Температура, °С Рисунок 5. Изменение равновесного состава системы Fe-25 мас. %, NaPOз - 65 %, V2O5 -10 % при нагревании до 1000 °С: 1 - NaPOз, 2 - Ш2Р2О6, з - FePO4, 4 - Na2V2O7, 5 - FeO1 ¡¡№), 6 - Na5PзOlc(B), 7 - Na5PзOIo(A)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Температура, °С

Рисунок 3. Изменение равновесного состава системы Fe-50 Maa%,NaPO3-25 %, WOs-25% при нагревании до 1000 °С: 1 - FesP, 2 - FeO WOs, 3 - NaPOo, 4 - FeO, 5 - NA2W2O7, 6 - NasPO4

Анализ результатов моделирования показывает, что железо восстанавливает фосфат натрия до фосфида железа, а окислившееся до двухвалентного состояния железо образует вольфрамат FeO-WO3. Вольфрамат железа является устойчивым соединением с температурой плавления 1700 °С и плотностью 7,51 г/см3. Такие характеристики позволяют предполагать, что это соединение может образовывать на поверхности железа устойчивую при высоких температурах защитную плёнку.

Система Fe-NaPO3-V2O5. Ванадий, как и железо, принадлежит к 3-d элементам и потому в расплавах фосфатов эти элементы могут конкурировать между собой с обра-

50

40

30

* 20

ч о О

10

1

2

3

4

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Температура, °С

Рисунок 6. Изменение равновесного состава системы Fe-10 мас. %, NaPOs - 85 %, V2O5 - 5 % при нагревании до 1000 °С: 1 - Na2P2Oe, 2 - NaPOs, 3 - Na2V2Oy,4 - FePO4

Сравнение рисунка 1 и 5 показывает, что введение оксида ванадия V2O5 в расплав метафосфата натрия расширяет температурную область стабильности фосфата железа при снижении доли фосфида железа.

В работе [6] показано, что повышение доли металлического Fe в исходной смеси ^аР03)3 - Fe приводит к образованию фосфидов, обогащенных металлом.

В результате данной работы при снижении концентрации железа ниже 50 мас. % фосфид железа не образуется, а единственным соединением, содержащем катионы железа, является фосфат железа FePO4 (рисунки 4-6). Таким образом, доказано, что фосфид железа не может выступать в качестве ингибитора коррозии и является лишь промежуточным продуктом взаимодействия в системе Fe-NaPO3. Также по результатам термодинамического моделирования, соединения ванадия изменяют условия устойчивого состояния в фосфатном расплаве и концентрацию соединений железа.

Расчётная зависимость между содержанием оксида ванадия и концентрацией FePO4, представленная на рисунке 7, показывает, что максимальное количество фосфата железа образуется при концентрации V2O5 15^20 мас.%.

марки Ст3 в расплаве состава NaPOз - V2O5. Полученные результаты показали, что в случае введения до 20 мас. % V2O5 удаётся снизить скорость коррозии в 18,3 раза.

Экспериментальное изучение скорости коррозии стали (марки Ст3) при 700 °С в контакте с расплавом метафосфата натрия с добавками ингибиторов коррозии

Результаты экспериментального измерения скорости коррозии стали в расплавах метафосфата натрия с различными добавками представлены в таблице 1. Расчёт по уравнениям 1, 2 показывает, что степень защиты добавки оксида ванадия - Z = 94,5 %, а коэффициент торможения Y = 18,3.

Таблица 2. Экспериментальные данные о коррозии стали Ст-3 в расплавах различного состава на основе метафосфата натрия при 700 °С, атмосфера воздуха, время опыта 2 ч

СС 1— I cu n,= Состав Размеры стальной пластинки, мм Масса пластинки, г Скорость

2 a a) с и ^ m расплава длина ширина до опыта после опыта коррозии К, г/м2ч

1 NaPOs 11,1 10,7 1,013 0,891 210,4

2 NaPOs-80 мас.% WOs -20% 10,8 9,1 0,933 0,868 133,0

3 NaPOs-80 мас.% V2O5 -20% 10,3 8,4 0,708 0,703 11,5

Рисунок 7. Зависимость максимальной концентрации фосфата железа FePO4 в расплаве системы Fe-NaPOз-V2O5 как функция содержания оксида ванадия в исходном составе при соотношении массовых долей Fe:V2O5=2:1

Известно, что для повышения коррозионной стойкости стальных изделий в водной среде используют операцию фосфатирования, в результате которой на поверхности образуется слой FePO4. Таким образом, результаты термодинамического моделирования показывают, что в контакте с расплавами метафосфата натрия в присутствии оксида ванадия фосфат железа устойчив в широком диапазоне температур. Этот расчётный результат позволяет надеяться на то, что для защиты стальных изделий от коррозионного воздействия расплавов на основе мета-фосфата натрия в качестве ингибитора коррозии можно использовать оксид ванадия как компонент высокотемпературного теплоносителя обеспечивающий стабильность реакционного покрытия из фосфата железа.

Термодинамическое моделирование расплавов метафосфата натрия с добавками оксидов шестивалентных катионов (Мо03, WO3 - см. рисунки 2 и 3) показало, что в таких расплавах фосфат железа не образуется, так же как и другие соединения потенциально способные образовывать защитные плёнки на поверхности стали (марки Ст3).

Термодинамическое моделирование расплавов метафосфата натрия с добавками оксида пятивалентного элемента V2O5 (см. рисунки 4-7) показало, что при взаимодействии с металлом температурная область устойчивости фосфата железа (рисунок 5) и зависит от концентрации ингибирующей добавки пентаоксида диванадия (рисунок 7). Расчётные данные дали основание для экспериментального исследования скорости коррозии стали

Химический состав в точках анализа показан в таблице 2. Исследование с помощью РЭМ показало, что на поверхности стальной пластинки в эксперименте № 3 (таблица 2) образовалось плёнка, состоящая из округлых зёрен, разделённых сквозными трещинами (рисунок 8).

Таблица 3. Результаты РМА поверхности стальной пластинки после эксперимента № 3 (концентрации в мас.%)

Участок анализа O Na Al Si P Cl K Ca V Mn Fe W Fe/P Fe/O

1 - - - 0,2 - - - - - 0,3 99,5 -

2 55,4 2,7 0,2 - 12,3 0,2 0,1 0,2 0,1 0,1 28,2 0,6 2,29 0,51

3 56,0 2,9 0,3 - 11,8 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 27,3 0,5 2,31 0,49

10 МКМ

Рисунок 8. Поперечное сечение (а) и вид поверхности плёнки (б) на стальной пластине, после взаимодействия с расплавом состава

№ 3 (таблица 1) в течение 1 часа. Химический состав в точках анализа показан в таблице 2: 1, 2 и 3 -точки, для которых выполнен качественный и количественный анализ химического состава на растровом электронном микроскопе

Данные РМА позволяют определить атомные соотношения в Fe/P, Fe/O. Они оказались в разных точках постоянны и ближе к составу Fe3(PO4)2 (Fe/P = 2.9), чем к FePO4 или Fe3P.

Сопоставление экспериментальных данных по коррозии стали Ст3 с результатами термодинамического моделирования показывает хорошую корреляцию данных, поскольку известно, что все фосфаты Fe(II) при нагревании легко окисляются кислородом воздуха до фосфатов Fe(III). Из полученных расчётных и экспериментальных результатов следует, что при контакте расплавленного теплоносителя на основе метафосфата натрия с поверхностью стальных изделий происходит окислительно-восстановительная реакция (железо окисляется с образованием фосфидов и фосфатов железа, а группировка [РО4]3- восстанавливается до элементарного фосфора). Эта реакция обуславливает коррозию стали в данном типе теплоносителя при высокой температуре.

В работе [1] был установлен механизм коррозии Ст3 в фосфатном расплаве. С учетом вновь полученных данных можно предложить следующую схему превращения полимеризованного фосфата при взаимодействии с металлом:

ЫаРОъ —удеполимеризованные фосфаты + оксиды + Р205 + [Р2] Р205 + !• с ^фосфид 1<е+/<с()

фосфид Ре + ЫаРОъ деполимеризоеанный фосфат + [Р2 ]

На границе Ме-расплав:

деполимеризоеанный фосфат + оксиды Ме < ^ > фосфаты Ме

Расчётным и экспериментальным способами в данной работе был опробован способ повышения коррозионной стойкости, при котором с участием компонентов расплава на поверхности стального изделия за счёт химической реакции создаётся плёнка соединения устойчивого в фосфатном расплаве (т.е. это соединение не плавится и не растворяется при температуре эксперимента). При защите от коррозии изделий из железа (сталь, чугун) широко применяется метод фофатирования путём погружения в разбавленную фосфорную кислоту при температурах менее 65 °С. В этих условиях на поверхности образуется плотная плёнка фосфата железа FePO4, которая защищает изделие в атмосфере влажного воздуха при комнатной температуре. Горячие растворы с температурой более 65 °С разрушают защитную плёнку. Железное фосфатирование проводят также в ванне, содержащей натрийдигидрофосфат при рН = 4,0...5,5 Образовавшееся покрытие состоит из фосфата железа Feз(PO4)2■8H2O и магнетита FeзO4. Как показало термодинамическое моделирование, в расплавах чистого метафосфата натрия (рисунок 1) также образуется фосфат железа ^РО4). В этом случае он устойчив в интервале температур 20480 °С. При более высоких температурах FePO4 распадается с образованием монооксида железа и фосфатного остатка, который присоединяется к другим соединениям фосфата натрия. С учетом результатов микрорентгено-спектрального анализа в системе Fe-расплав может образоваться фосфат железа Fe2+, который также препятствует процессу коррозии металла (Т.пл. = 1700 °С, р = 3,9 г/см3). В чистых фосфатных расплавах фосфат железа не может выполнять защитной функции. Однако, если изменить окислительно-восстановительный потенциал расплава путём введения оксидов элементов с большей чем у железа степенью окисления, то есть возможность создать условия для существования фосфата железа и при более высокой температуре. Температура плавления фосфата железа FePO4 составляет 1600 °С, это вещество не растворимо в воде и устойчиво в кислых растворах.

Заключение

Полученные в данной работе расчётные и экспериментальные результаты показали, что найден способ

повышения коррозионной стойкости стали в высокотемпературном теплоносителе на основе метафосфата натрия. Для этого рекомендуется вводить в теплоноситель от 5 до 20 мас.% пентаоксида диванадия в качестве ингибитора коррозии.

Благодарность

Выражаем благодарность А.В. Горюнову за помощь в проведении микрорентгеноспектрального исследования образцов.

Работа была выполнена при финансовой поддержке Комитета по науке и высшей школе Правительства Санкт-Петербурга в рамках программы «Субсидии в целях развития научного, научно-технического и инновационного потенциала Санкт-Петербурга» в 2017 г. (Проект «Оптимизация состава высокотемпературного теплоносителя для устройства локализации расплава ядерного реактора типа ВВЭР-1000»).

Литература

1. Гуськова Н.В., Удалов Ю.П. Свойства расплавов на основе метафосфата натрия // Известия СПбГ-ТИ(ТУ). 2012. № 13(39). С. 23-28.

2. Мураховская Н.В., Удалов Ю.П. Особенности коррозионного поведения конструкционной стали в расплавах на основе метафосфата натрия // Известия СПбГТИ(ТУ). 2014. № 23 (49). С. 3-8.

3. ГОСТ 9.908-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. М.;ИПК Издательство стандартов, 1999. 17 с. (Межгосударственный стандарт).

4. ГОСТ 9.505-86 Единая система защиты от коррозии и старения. Ингибиторы кислотной коррозии. Методы испытаний защитной способности при кислотном травлении металлов. М.; Издательство стандартов, 1987. 16 с. (Межгосударственный стандарт).

5. ГОСТ 9.905-82 Методы коррозионных испытаний. Общие требования. М.; ИПК Издательство стандартов, 1999. 5 с. (Межгосударственный стандарт).

6. Ауешов А.П [и др.]. Образование фосфидов при взаимодействии циклотрифосфата натрия с металлическим железом в условиях нагрева // Изв. МНиВО НАН РК, Сер. хим. 1999. № 2. С. 3-8.

Reference

1. Gus'kova N.V., Udalov Ju.P. Svojstva rasplavov na osnove metafosfata natrija // Izvestija SPbGTI(TU). 2012. № 13(39). S. 23-28.

2. Murahovskaja N.V., Udalov Ju.P. Osobennosti korrozionnogo povedenija konstrukcionnoj stali v rasplavah na osnove metafosfata natrija // Izvestija SPbGTI(TU). 2014. № 23 (49). S. 3-8.

3. GOST 9.908-85 Edinaja sistema zashhity ot korrozii i starenija. Metally i splavy. Metody opredelenija pokazatelej korrozii i korrozionnoj stojkosti. M.;IPK Izdatel'stvo standartov, 1999. 17 s. (Mezhgosudarstvennyj standart).

4. GOST 9.505-86 Edinaja sistema zashhity ot korrozii i starenija. Ingibitory kislotnoj korrozii. Metody ispytanij zashhitnoj sposobnosti pri kislotnom travlenii metallov. M.; Izdatel'stvo standartov, 1987. 16 s. (Mezhgosudarstvennyj standart).

5. GOST 9.905-82 Metody korrozionnyh ispytanij. Obshhie trebovanija. M.; IPK Izdatel'stvo standartov, 1999. 5 s. (Mezhgosudarstvennyj standart).

6. Aueshov A.P [i dr.]. Obrazovanie fosfidov pri vzaimodejstvii ciklotrifosfata natrija s metallicheskim zhelezom v uslovijah nagreva // Izv. MNiVO NAN RK, Ser. him. 1999. № 2. S. 3-8

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.