CC BY
6
УДК 620.197.7
Князева Л.Г., Цыганкова Л.Е., Дорохов А.В., Курьято Н.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ МАСЛЯНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ CORTEC VPCL-369
Князева Лариса Геннадьевна, д.х.н., доцент, главный научный сотрудник, e-mail: Knyazeva27@mail Цыганкова Людмила Евгеньевна, д.х.н., профессор, главный научный сотрудник Дорохов Андрей Валерьевич, к.х.н., старший научный сотрудник Курьято Николай Алексеевич, младший научный сотрудник
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве», г. Тамбов, Россия
392022, Россия, город Тамбов, переулок Ново-Рубежный 28
Исследованы защитные свойства композиций на основе нефтяных масел, ингибированных Cortec VpCl-369. Определена работа адгезии и смачивание их водой. Масляные композиции с Cortec VpCl-369 (3-10 мас. %) проявляют высокую защитную эффективность по отношению к углеродистой стали при испытаниях в термовлагокамере Г-4 в течение 960 часов (98-100%). В хлоридсодержащем растворе при экспозиции 456 ч эти составы эффективны по отношению к меди и латуни.
Ключевые слова: масляные композиции, защитная эффективность, атмосферная коррозия, хлоридный раствор, термовлагокамера.
RESEARCH OF PROTECTIVE PROPERTIES OF OIL COMPOSITIONS BASED ON CORTEС VpCl-369
Knyazeva L.G., Tsygankova L.E., Dorokhov A.V., Kuryato N.A. All-Russian Research Institute of Machinery and Oil Product Use in Agriculture
The protective properties of compositions based on petroleum oils inhibited by Cortec VpCI-369 were investigated. The work of adhesion and wetting with water were determined. Oil compositions with Cortec VpCI-369 (5-10 wt.%) Show high protective efficiency in relation to carbon steel when tested in a thermal moisture chamber G-4 for 960 hours (98-100%). These compositions are effective against copper and brass in a chloride-containing solution at an exposure of456 h. Key words: oil compositions, protective efficiency, atmospheric corrosion, chloride solution, thermal moisture chamber.
Из-за термодинамической обусловленности процессов коррозии металлов, всегда будет актуальна их ингибиторная защита. Для защиты от атмосферной коррозии давно и широко используют маслорастворимые и летучие ингибиторы коррозии (ЛИК) [1-9]. Из-за возможного синергизма интересны исследования материалов, содержащих
одновременно летучие и масляные компоненты, как например, Cortec VpCI-369 с 5% ЛИК в масле, используемый в данной работе в сочетании с нефтяными маслами: трансформаторным (ТкП), индустриальным (И-20А), моторным товарным (М10Г2к) и отработанным (ММО).
Экспериментальная часть
Методика эксперимента. Исследования проводили на образцах из стали Ст3 с составом, масс. %: C - 0,20; Mn - 0,51; Si - 0,15; P - 0,04; S - 0,05; Cr - 0,32; Ni - 0,21; Cu - 0,23; Fe - 98,29; меди М2: Al < 0,002; Zn < 0,005; Mn < 0,01; Cr < 0,05; Si < 0,01; Zr < 0,05; Cu - 99,7; двухфазной (a + в) латуни Л62: Zn -22,5; Mn - 2,9; Fe - 2,0; Al - 4,1; Cu - остальное. Ингибитор Cortec VpCI-369 использовали в концентрации 3 - 10 масс.%. Покрытия формировали, опуская образцы в ванну консервации на 10 сек., с последующим вертикальным подвешиванием на 1 сутки. Коррозионные испытания проводили в 0,5 М растворе NaCl (ГОСТ 9.042-75), термовлагокамере Г-4 (ГОСТ 9.054-75). Защитную эффективность определяли через скорости коррозии,
рассчитываемые по потерям массы образцов и путем экстраполяции тафелевских участков
поляризационных кривых на потенциал коррозии [10]. Поляризационные измерения проводили с использованием потенциостата IPC-ProMF в потенциодинамическом режиме по методике [10]
Для определения краевых углов смачивания(0) масляных композиций использовали прибор «ЕАБУБЯОР» и расчетный метод [11]. Значения поверхностного натяжения (о) получали по методу отрыва кольца на приборе Дю-Нуи, а величину работы адгезии ^а), рассчитывали по формуле:
= О (1 + ^0)
Результаты и их обсуждение
Из результатов экспериментальных исследований следует, что вода активно смачивает исследуемые покрытия, потому что краевых углы смачивания водой (61) масляных композиций на основе СоГес УрС1-369, нанесенных на поверхность стали Ст3, не превышают 900 (таблица 1). Из-за быстрого растекания капель самих композиций по стали использование прибора «ЕАБУБЯОР для определения их краевых углов смачивания (62) оказалось невозможным, поэтому использовали расчетный метод [11]. Значения 91 и 62 для композиций на основе ММО незначительно превышают данные для композиций на основе других масел. Значения 62 масляных композиций намного ниже, чем соответствующие величины для
дистиллированной воды (77о), поэтому они должны эффективно вытеснять поверхностные фазовые водные слои. Анализ значений поверхностного натяжения (о) и работы адгезии ^а) композиций показывает (таблица 1), что они близки друг другу и имеют тенденцию незначительно снижаться с ростом концентрации Со11;есУрС1-369.
Не смотря на способность масляных составов вытеснять фазовые водные слои с поверхности
Экспресс-оценку защитных свойств исследуемых масляных композиций можно получить на основе электрохимических исследований. Рассмотрим в качестве примера (рис. 1) поляризационные кривые в 0,5 М растворе NaCl, измеренные после 15-минутной экспозиции, для стального электрода с покрытием на основе масла И-20А. В отсутствие покрытия плотность тока коррозии (Ьор) составляет 5,01А/м2, а потенциал (Екор) стального электрода близок к - 0,37 В. Наклон тафелевского участка анодной поляризационной кривой близок к 60 мВ (Таблица 2), что соответствует значению 2,3 RT/F, характерному для анодной ионизации железа в хлоридных средах в отсутствие пассивации. После нанесения пленки свежего масла И-20А значение ьор снижается до 2,10 А/м2 при прежнем значении Екор, анодные кривые практически совпадают, а катодный процесс затормаживается. Защитная эффективность такого покрытия (Z) составляет 57 %. Введение Cortee VpCI-369 в И-20А существенно снижает токи коррозии и, соответственно, повышает защитную эффективность покрытия (Рис. 1, таблица 2). При этом наблюдается замедление анодного процесса, особенно существенное в присутствии 5 - 10 % добавки и быстрый переход к предельному току по кислороду на катодных кривых. Интересно отметить, что 100%-ный Cortee VpCl-369 обусловливает защитный эффект на стали в 90%. Защитная эффективность масляных композиций с 3 и 5% добавки Cortec VpCl-
металлов смачивание покрытий способствует проникновению воды через имеющиеся в них поры к поверхности металла и возникновению там ионного двойного электрического слоя, благодаря которому появляется возможность проводить
электрохимические измерения [2, 6]. Защитная эффективность масляных композиций обусловлена адсорбцией ингибиторов, в них содержащихся, на поверхности металла.
369 оказывается ниже, а при концентрации 7 и 10% -наоборот, выше (99%).
Е, В
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
]gi(i,A/M")
Рисунок 1 - Поляризационные кривые на стали Ст3, покрытой защитными композициями в 0,5 М
ШС1:
1 - покрытие отсутствует, 2 - УрС1-369; 3- И-20А; 4 - И-20А + 3% Vpa-369; 5 - И-20А + 5% Vpa-
369;
6 - И-20А + 7% VpCI-369; 7 - И-20А + 10% УрСТ-369.
Таблица 2. Защитные свойства масляных композиций на основе И-20 А и Cortee VpCl -369 на стали Ст3
Состав покрытия -Екор, B Ьор, A/м2 ba, В Z %
Без покрытия/И-20А 0,37 5,01 0,06 -
И-20А 0,37 2,15 0,06 57
Vрa-369 0,23 0,50 0,03 90
3% /5% Vрa-369 в И-20А 0,29/0,10 0,82/1,26 0,04/0,03 84/75
7% /10% Vрa-369 в И-20А 0,05/-0,01 0,05/0,01 0,02/0,01 99/99
Таблица 1. Значения краевых углов смачивания (61,82), поверхностного натяжения (о) и работы адгезии ^а)
Композиция на основе масла Ccortec, масс. % 91° 92° о(ж/г), (мН/м) Wa, (мН/м)
ТкП/ И-20А 3 53/45 1,73/1,71 20,42/20,55 40,82/41,10
5 52/46 1,24/1,72 18,86/20,98 37,72/41,96
7 48/48 1,10/1,56 17,05/19,83 34,08/39,66
10 46/48 1,00/1,29 17,10/19,48 34,18/37,19
М10Г2к/ММ0 3 57/67 1,89/1,85 20,42/24,11 40,84/48,22
5 74/70 1,90/1,88 17,86/21,55 35,72/43,90
7 57/66 2,30/2,00 17,05/19,11 34,10/38,22
10 55/65 1,45/1,30 17,61/19,73 35,22/39,46
Помимо электрохимических были проведены гравиметрические испытания. Согласно результатам, полученным в термовлагокамере Г-4, защитные композиции с 5 - 10 масс. % Cortee VpCl-369 во всех маслах практически полностью защищают стальную поверхность (Z = 99-100 %) в течение 960 часов. В 0,5 М растворе NaCl при продолжительности 456 часов результаты на стали существенно ниже (таблица5). Причину следует искать в агрессивном действии Cl--
ионов, не проявивших себя в полной мере при кратковременном нахождении образцов в растворе при поляризационных испытаниях. На стали наиболее эффективны композиции на основе ММО при концентрации добавки 5-10 %, наименее - на основе ТкП. Эта тенденция сохраняется на латуни. На меди лучшие показатели при использовании композиций на основе масла И-20А
Таблица 3 - Результаты ускоренных коррозионных испытаний в 0,5 М растворе №С1 (456 часов)
Масло Сик. масс% Сталь 0,8кп Медь М1 Латунь Л62
K 10-3, г/(м2ч) Z, % K -10-3, г/(м2ч) Z, % K 10-3, г/(м2ч) Z,%
Контроль 122,9 30,0 30,0
ТКп/И-20А 0 104,4/98,0 15/20 41/20,0 17/33 22,5/26,4 25/12
5 88,5/40,6 28/67 23,7/18,1 21/39 20,0/9,0 33/58
10 79,9/40,6 35/57 19,8/18,1 34/39 12,6/14,1 35/53
М10Г2к/ММО 0 73,0/59,0 40/52 21,0/19,8 30/34 13,5/12,6 55/58
5 61,5/40,6 50/67 21,0/19,5 30/35 9,0/9,0 70/70
10 59,0/38,1 52/69 20,7/18,9 31/37 10,5/7,5 65/75
Заключение.
Исследована защитная эффективность покрытий металлов композициями на основе нефтяных масел и состава Cortec VpCI-369, содержащего 5% летучего ингибитора в масле. Они проявляют высокий защитный эффект по отношению к углеродистой стали при испытаниях в термовлагокамере (98-100%) В хлоридсодержащем нейтральном растворе при экспозиции 456 ч составы на основе И-20А эффективны по отношению к стали, но в значительно большей степени по отношению к меди и латуни.
Список литературы
1. Козлова Л.С., Сибилова С.В., Чесноков Д.В., Кутырев А.Е. Ингибиторы коррозии (обзор) //Авиационные материалы и технологии. -2015. № 2. -С. 67-75. DOI 10.18577/2071-9140-2015-0-2-67-75.
2.. V.I. Vigdorovich, N.V. Shel, L.E. Tsygankova, P.N. Bernatsky, Oil-based preservative materials for protection of copper against corrosion in atmospheres containing SO2//Int. J. Corros. Scale Inhib.- 2015, V. 4, № 3, -P. 210-220. DOI: 10.17675/2305-6894-2015-4-3210-220
3.Vigdorovich, V.I., Knyazeva, L.G., Tsygankova, L.E., Ostrikov, V.V., Petrashev, A.I. Properties of Petroleum and Synthetic Oils as Bases for Anticorrosion Materials // Chemistry and Technology of Fuels and Oils.- 2019, 55(4).-Р.412-423
4. V.I. Vigdorovich, L.E. Tsygankova, L.G. Knyazeva, N.V. Shel, Protective Effectiveness of Oil Compositions in the Presence of Sulfur-Containing Corrosion Stimulators// Chem.Tech. Fuels and Oils.-2020,V. 56, № 4. - P. 570-579. DOI: 10.1007/s10553-020-01169-9.
5. Кузнецов Ю.И., Андреев Н.Н., Гончарова О.А., Агафонкин А.В. О защите металлов от коррозии при
конденсации на них влаги летучими ингибиторами. Коррозия: материалы, защита. // Коррозия: материалы, защита. - 2009. № 10. - С. 29-33.
6. Vigdorovich V.I., Knyazeva L.G., Vigdorowitsch M.V., Tsygankova L.E., Dorokhova A.N., Shel' N.V. Evaluation of the Protective Efficiency of IFKHAN-114 Volatile Inhibitor Against Atmospheric Corrosion of Copper by Polarization Measurements//Polymer Science. Series D. - 2019. Т. 12. № 2. -С. 162-166. DOI: 10.1134/S1995421219020254
7. Ebenso E.E., Ouraishi, M.A. Volatile corrosion inhibitors for ferrous and non- ferrous metals and alloys: A review// International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. - 2018. v.7, № 2. -Р. 126 - 150.
8. Данякин Н.В., Curuga A.A. Современные летучие ингибиторы атмосферной коррозии (обзор)// Электронный научный журнал Курского госуниверситета. -2017. Т.13. № 1. - С.1 - 7.
9. Вигдорович В.И., Князева Л.Г., Зазуля А.Н., Кузнецова Е.Г., Андреев Н.Н., Урядников А.А., Дорохов А.В. Использование летучего ингибитора ИФХАН-118 для защиты сельскохозяйственного оборудования от атмосферной коррозии//Российская сельскохозяйственная наука. - 2016. № 1. - С. 65-68.
10. Князева Л.Г. Научные основы создания антикоррозионных консервационных материалов на базе отработавших нефтяных масел и растительного сырья/дис.... докт. хим. наук / ГОУВПО "Тамбовский государственный технический университет". Тамбов, 2012
11. Петрашев А.И., Клепиков В.В., Князева Л.Г., Зарапина И.В. Экспресс-метод оценки смачивающих свойств консервационных составов//Наука в центральной России. -2018. № 4 (34).- С. 73-85
