ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ В РАСТВОРАХ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ В ПРИСУТСТВИИ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ "СОЛИНГ" Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2016 Химия Вып. 3(23)

УДК 620.197.3

DOI: 10.17072/2223-1838-2016-3-40-46

И.А. Меньшиков, Н.В. Лукьянова, А.Б. Шеин

Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ В РАСТВОРАХ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ В ПРИСУТСТВИИ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ «СОЛИНГ»

В статье приводятся результаты исследования коррозионно-электрохимического поведения и кинетики парциальных электродных процессов на малоуглеродистой стали (Ст3) в растворах соляной кислоты (0,01-2 моль/л) в присутствии композиций ингибиторов серии «СолИнг» посредством поляризационных измерений.

Ключевые слова: коррозия; ингибитор; кислота; защитное действие.

I.A. Menshikov, N.V. Luk'yanova, A.B. Shein

Perm State University, Perm, Russia

INVESTIGATION OF CORROSION AND ELECTROCHEMICAL BEHAVIOR OF MILD STEEL IN HYDROCHLORIC ACID SOLUTIONS IN THE PRESENCE OF INHIBITORS «SOLING»

The article contains the results of the investigation of electrochemical and corrosion behavior as well as the kinetics of electrode processes on mild steel (St3) in hydrochloric acid solutions (0,01 - 2,0 mol/l) with inhibitors "SolIng" with the help of polarization measurements.

Keywords: corrosion; inhibitor; acid; protective action.

© Меньшиков И.А., Лукьянова Н.В., Шеин А.Б., 2016

Введение

Применение ингибиторов коррозии является наиболее широко используемым методом защиты металлов от воздействия агрессивной среды [1]. На сегодняшний день производится и применяется множество ингибиторов коррозии на основе различных химических соединений. Однако поиск новых ингибиторов коррозии является актуальной задачей и продолжается в настоящее время. Это связано, в первую очередь, с понижением экономических издержек, стремлением к разработке универсальных ингибиторов (широкого спектра действия), а также с постоянным повышением требований к существующим композициям. Как правило, современные ингибиторы коррозии представляют собой сложную многокомпонентную композицию, обеспечивающую необходимый защитный эффект в той или иной среде. Исследование ингибиторов в широком диапазоне сред позволяет существенно расширить область их применения, что в конечном счете может благоприятно отразиться и на экономической составляющей.

Целью данной работы является установление влияния на коррозионно-электрохимические характеристики малоуглеродистой стали (Ст3) в растворах соляной кислоты (0,01-2 моль/л) композиций ингибиторов серии «СолИнг» посредством гравиметрических и поляризационных измерений.

Материалы и методика эксперимента

В качестве ингибиторов использовались композиции СолИнг: ИК-1 на основе ненасыщенного спирта в смеси с серосодержащим амидом в водной среде; ИК-2 на основе непредельного спирта с усиливающими добавками ЧАС и ком-плексона; ИК-3 на основе ненасыщенного спирта

в системе органических растворителей, а также СолИнг ИК-4(А) на основе высокомолекулярного азотсодержащего ПАВ (молекулярной массы от 300 до 400) с усиливающими добавками ЧАС и ненасыщенного спирта в системе органических растворителей и ИК-4(Б) на основе высокомолекулярного азотсодержащего ПАВ с молекулярной массой до 300.

Исследования проводили в водных растворах НС1 концентраций 0,01 - 0,1 - 1,0 - 2 моль/л. Растворы готовили из реактивов марки «х.ч.» на дистиллированной воде. Электрод для коррозионных испытаний изготовлен из стали Ст3 состава, % мас.: Fe - 98,36; С - 0,2; Мп - 0,5; -0,15; Р - 0,04; 8 - 0,05; Сг - 0,3; № - 0,2; Си - 0,2.

Площадь рабочей поверхности составляла 0,78

2

см .

Электрохимические исследования осуществлялись на неподвижном электроде, армированном в эпоксидную смолу. Перед измерениями электрод зачищали на мелкозернистой шлифовальной бумаге, промывали дистиллированной водой, бидистиллятом, обезжиривали и выдерживали в рабочем растворе 0,5-1 час до установления постоянного значения (ДБ не более 1 мВ за последние 10 минут) потенциала коррозии Бкор. Поляризационные кривые снимали в трехэлек-тродной ячейке ходом из катодной области в анодную со скоростью развертки потенциала 10 мВ/мин, используя электрохимический измерительный комплекс фирмы SOLARTRON 1280С (Великобритания). Электрод сравнения - насыщенный хлоридсеребряный, вспомогательный электрод - платиновый. Потенциалы приведены относительно нормального водородного электрода.

Защитное действие (2эл/х) определяли по формулам:

(L - i ) х 100 %

^ _ 4 0_инг у_

i 0

где i0, w - ток коррозии в чистом растворе и с добавкой ингибиторов соответственно, А/м2.

Результаты и их обсуждение

Согласно данным обработки поляризационных кривых, полученных в растворах соляной кислоты, не содержащих добавок ингибиторов, скорость коррозии СтЗ-электрода, выраженная в

токовых единицах, возрастает с увеличением концентрации кислоты по нелинейному закону (рис. 1). Полученные экспериментальные данные соответствуют степенному закону i = kcn (i - ток коррозии А/м2, С - концентрация кислоты, моль/л) при n ~ 0,13. В присутствии ингибиторов коррозии при Синг = const характер зависимости скорости коррозии от концентрации HCl определяется природой ингибитора, но в целом зависимость icor от СНС1 также является сильной.

Рис. 1. Зависимость тока коррозии Ст3 от концентрации соляной кислоты

Введение ингибиторов коррозии в растворы кислоты приводит к снижению тока коррозии, а также оказывает влияние на парциальные электрохимические процессы, что проявляется на поляризационных кривых в виде увеличения/уменьшения углов наклона катодной и анодной ветвей (рис. 2-9). Несмотря на одну и ту же основу в ингибиторах ИК-1, ИК-2, и ИК-3, торможение коррозионного процесса происходит по-разному. В работе [2] обсуждается влияние состава композиций «СолИнг» ИК-2 и ИК-3 на торможение коррозионного процесса в 1М HCl, а также некоторые особенности ненасыщенных спиртов при ингибировании коррозии железа в

кислых средах. Показано, что усложнение состава ингибиторных композиций (за счет введения ЧАС, комлексона) позволяет расширить диапазон концентраций соляной кислоты, в которых защитный эффект сохраняется на высоком уровне.

Так, согласно полученным данным (см. таблицу), композиции «СолИнг» ИК-1 и ИК-3 обладают более низкими защитными эффектами во всем диапазоне концентраций соляной кислоты, а СолИнг ИК-2 существенно подавляет коррозионный процесс - максимальный защитный эффект составляет 71,5% при концентрации HCl 0,1 моль/л.

Рис. 2. Поляризационные кривые Ст3 в 0,01М HCl в присутствии 0,1 г/л ингибиторов СолИнг: 1 - нет, 1 - ИК-1, 3 - ИК-2, 4 - ИК-3

Рис. 3. Поляризационные кривые Ст3 в 0,01М HCl в присутствии 0,1 г/л ингибиторов СолИнг: 1 - нет, 2 - ИК-4(А), 3 - ИК-4(Б)

Рис. 4. Поляризационные кривые Ст3 в 0,1М HCl в присутствии 0,1 г/л ингибиторов СолИнг: 1 - нет, 2 - ИК-1, 3 - ИК-2, 4 - ИК-3

Рис. 5. Поляризационные кривые Ст3 в 0,1М HCl в присутствии 0,1 г/л ингибиторов СолИнг: 1 - нет, 2 - ИК-4(А), 3 - ИК-4(Б)

Рис. 6. Поляризационные кривые Ст3 в 1М HCl в присутствии 0,1 г/л ингибиторов СолИнг: 1 - нет, 2 - ИК-1, 3 - ИК-2, 4 - ИК-3

Рис. 7. Поляризационные кривые Ст3 в 1М HCl в присутствии 0,1 г/л ингибиторов СолИнг: 1 - нет, 2 - ИК-4(А), 3 - ИК-4(Б)

■Е, В (нв.э.)

-2-10123

lgi,[iA'ki]

Рис. 8. Поляризационные кривые Ст3 в 2М HCl в присутствии 0,1 г/л ингибиторов СолИнг: 1 - нет, 2 - ИК-1, 3 - ИК-2, 4 - ИК-3

Также следует учесть, что поляризационные измерения по длительности выдержки электрода в растворе существенно уступают гравиметрическим измерениям (24 часа), что также имеет значение, особенно для ненасыщенных соединений, защитный эффект которых усиливается со временем [3]. «СолИнг» ИК-2 и ИК-3 в растворе вызывают увеличение наклонов катодных и в меньшей степени анодных участков поляризационной кривой. Для композиции ИК-1 характерно незначительное увеличение наклонов анодной ветви поляризационных кривых, а при более высоких концентрациях HCl происходит уменьшение наклона катодных участков вплоть до значений, полученных в чистых растворах, и менее.

-Е, В (н.в.э.)

0.7 -|

-2-10123

lgÜlA/M2]

Рис. 9. Поляризационные кривые Ст3 в 2М HCl в присутствии 0,1 г/л ингибиторов СолИнг: 1 - нет, 2 - ИК-4(А), 3 - ИК-4(Б)

Композиции ИК-4(А) и ИК-4(Б) преимущественно тормозят катодный процесс, при этом происходит и увеличение наклона анодной ветви поляризационной кривой. При этом для данных композиций характерно более ровное распределение защитного эффекта в зависимости от концентрации HCl по сравнению с вышеописанными композициями на основе ненасыщенного спирта. Для полимерных азотсодержащих соединений (в частности, полимерных солей четвертичного аммония) в кислых хлоридных средах характерна быстрая адсорбция за счет присутствия хлорид-ионов, занимающих самые активные участки поверхности и облегчающих за счет электростатических сил адсорбцию протониро-ванных азотсодержащих органических соединений [4].

Коррозионно-электрохимические характеристики Ст3 в 0,01, 0,1; 1 и 2 М растворах HCl в присутствии 0,1 г/л ингибиторов СолИнг

Ингибитор CHCl, моль/л E В EKOp , В (н.в.э.) ba, мВ bc, мВ А/м2 Zan/х, %

НЕТ 0,01 -0,303 57 120 0,36 -

0,1 -0,301 54 116 0,597 -

1 -0,263 46 118 0,66 -

2 -0,256 38 135 0,75 -

ИК-1 0,01 -0,223 63 279 0,149 58,6

0,1 -0,278 80 144 0,444 25,6

1,0 -0,235 76 114 0,48 27,3

2,0 -0,266 69 115 0,59 21,3

ИК-2 0,01 -0,283 57 332 0,11 69,4

0,1 -0,287 59 287 0,17 71,5

1,0 -0,279 122 169 0,24 63,6

2,0 -0,283 123 176 0,46 38,7

ИК-3 0,01 -0,271 35 151 0,213 40,8

0,1 -0,241 88 183 0,21 64,8

1,0 -0,239 89 167 0,29 56,1

2,0 -0,273 118 165 0,69 8,0

ИК-4(А) 0,01 -0,277 26 357 0,098 72,8

0,1 -0,277 70 223 0,127 78,7

1,0 -0,277 133 178 0,39 40,9

2,0 -0,279 148 177 0,353 52,9

ИК-4(Б) 0,01 -0,268 36 249 0,165 54,2

0,1 -0,239 70 175 0,24 59,8

1,0 -0,241 95 150 0,26 60,6

2,0 -0,46 133 144 0,54 28,0

Заключение

высокие барьерные свойства, что видно из полу-

Исследовано коррозионно-электрохимическое ченных значений тока коррозии, которые опре-поведение СтЗ-электрода в присутствии про- деленно зависят от состава композиции.

мышленных композиций марки СолИнг ИК-1, ИК-2, ИК-3, ИК-4(А) и ИК-4(Б) в широком интервале концентраций соляной кислоты. Установлено, что данные композиции проявляют смешанный характер ингибирования, что проявляется в увеличении наклонов катодных и анодных участков поляризационных кривых. В исследованном интервале концентраций соляной кислоты большинство ингибиторов проявляют

Библиографический список

1. Саакиян Л.С., Ефремов А.П., Соболева И.А. Повышение коррозионной стойкости нефтега-зопромыслового оборудования. М.: Недра, 1988. 231 с.

2. Меньшиков И.А., Шеин А.Б. Исследование влияния состава ингибирующих композиций на основе непредельных спиртов на защитное

действие в солянокислых растворах // Вестник Пермского университета. Серия: Химия. 2015. № 3. С. 65-71.

3. Авдеев Я.Г., Кузнецов Ю.И. Физико-химические аспекты ингибирования кислотной коррозии металлов ненасыщенными органическими соединениями // Успехи химии. 2012. Т. 81. № 12. С. 1133-1145.

4. Решетников С.М. Ингибиторы кислотной коррозии металлов. Л.: Химия, 1986. 144 с.

References

1. Saakiyan, L.S., Efremov, A.P. and Soboleva I.A. (1988), Povyshenie korrozionnoy stoykosti neftegazopromyslovogo oborudovaniya [Increasing corrosion resistance of oilfield equipment]. Nedra, Moscow, SU. (In Russ.)

Об авторах

Меньшиков Иван Александрович, аспирант

ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» 614990, Пермь, ул. Букирева, 15

Лукьянова Надежда Владимировна, студент

ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» 614990, Пермь, ул. Букирева, 15

Шеин Анатолий Борисович, зав. кафедрой физической химии ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» 614990, Пермь, ул. Букирева, 15

2. Men'shikov, I.A. and Shein, A.B. (2015), "Research of influence of composition inhibiting compositions based on unsaturated alcohols on the protective effect in hydrochloric acid solutions", Bulletin of Perm University. Chemistry, no. 3, pp. 65-71. (In Russ.)

3. Avdeev, Ya.G. and Kuznetsov, Yu.I. (2012), "Physico-chemical aspects of the inhibition of acid corrosion of metals unsaturated organic compounds", Russian chemical reviews, vol. 81, no. 12, pp. 1133-1145. (In Russ.)

4. Reshetnikov, S.M. (1986), Ingibitory kislotnoy korrozii metallov [Inhibitors of acid corrosion of metals]. Khimiya, Leningrad, SU. (In Russ.)

Поступила в редакцию 19.09.2016 г.

About the authors

Men'shikov Ivan Aleksandrovich,

under graduate

Perm State University

614990, 15, Bukireva st., Perm, Russia

Luk'yanova Nadezhda Vladimirovna, student

Perm State University

614990, 15, Bukireva st., Perm, Russia

Shein Anatoliy Borisovich,

Head of the Department of Physical Chemistry

Perm State University

614990, 15, Bukireva st., Perm, Russia

Информация для цитирования

Меньшиков И.А., Лукьянова Н.В., Шеин А.Б. Исследование коррозионно-электрохимического поведения малоуглеродистой стали в растворах соляной кислоты в присутствии ингибиторов коррозии «СолИнг» // Вестник Пермского университета. Серия «Химия». 2016. Вып. 3(23). С. 40-46. DOI: 10.17072/2223-1838-2016-3-40-46.

Men'shikov I.A., Luk'yanova N.V., Shein A.B. Issledovanie korrozionno-elektrokhimicheskogo povedeniya malouglerodistoy stali v rastvorakh solyanoy kisloty v prisutstvii ingibitorov korrozii «SolIng» [Investigation of corrosion and electrochemical behavior of mild steel in hydrochloric acid solutions in the presence of inhibitors «SolIng»] // Vestnik Permskogo universiteta. Seriya «Khimiya» - Bulletin of Perm University. CHEMISTRY. 2016. № 3(23). P. 40-46. (In Russ.). DOI: 10.17072/2223-1838-2016-3-40-46.