КАМЕРНЫЙ СПОСОБ ИНГИБИРОВАНИЯ МЕДИ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 620.197.3

Лучкин А.Ю., Гончарова О.А., Андреева Н.П., Андреев Н.Н. КАМЕРНЫЙ СПОСОБ ИНГИБИРОВАНИЯ МЕДИ

Лучкин Андрей Юрьевич - к.х.н., научный сотрудник email: [email protected]; тел. +7 (977)970-02-29

Гончарова Ольга Александровна - к.х.н. ведущий научный сотрудник ИФХЭ РАН

Андреева Нина Павловна - к.х.н. ведущий научный сотрудник ИФХЭ РАН

Андреев Николай Николаевич - д.х.н. заведующий лабораторией ИФХЭ РАН

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

119071 г. Москва, Ленинский просп. 31 корп. 4

Временная противокоррозионная защита металлических изделий - в настоящее время является важной технологической задачей. В данной статье рассмотрена возможность временной защиты меди от атмосферной коррозии путем формирования на ее поверхности наноразмерных пленок ингибитора в камере при высоких температурах. Комплексом коррозионных, оптических и электрохимических методов исследования показана высокая защитная эффективность сформированных пленок на меди. Такие пленки могут обеспечить защиту от атмосферной коррозии изделий из меди при их временном хранении и/или транспортировке. Ключевые слова: камерные ингибиторы, термообработка, наноразмерные адсорбционные пленки, защита от коррозии.

CHAMBER METHOD OF INHIBITING COPPER.

A.Yu. Luchkin, O.A. Goncharova, N.P. Andreeva, N.N. Andreev

A.N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences, 31 Leninskii Prospect, Moscow 119071, Russian Federation

Temporary corrosion protection of metal products - is currently an important technological task. This article discusses the possibility of temporary protection of copper from atmospheric corrosion by forming nanoscale inhibitor films on its surface in a chamber at high temperatures. The complex of corrosion, optical and electrochemical methods of research shows the high protective efficiency of the formed films on copper. Such films can provide protection against atmospheric corrosion of copper products during their temporary storage and / or transportation.

Key words: chamber inhibitors, heat treatment, nanoscale adsorption films, corrosion protection.

Медь, благодаря своим физико-механическим свойствам является универсальным

электротехническим металлом и находит широкое применение в современной промышленности. Однако в атмосферных условиях на поверхности меди активно протекают коррозионные процессы.

Использование ингибиторов - популярный способ её противокоррозионной защиты [1-2]. Одним из наиболее известных и изученных ингибиторов коррозии меди является 1,2,3-1Н-бензотриазол (БТА) [3-4]. Его применяют в виде растворов, как летучий ингибитор коррозии, в антикоррозионных упаковочных бумагах, полимерных пленках. Высокие противокоррозионные свойства БТА объясняются образованием на поверхности меди защитных слоев, в виде его соединений с Си(1) [5]. Такие тончайшие хемосорбционные слои могут обладать довольно продолжительным защитным последействием

(ЗП)[6].

В наших ранних работах [6-8] рассматривалась возможность формирования защитных пленок на металлах с выраженным ЗП при кратковременном воздействием паров БТА при повышенных температурах в камере. Такой способ обработки металла для защиты от атмосферной коррозии получил название камерный.

В данной работе комплексом методов (ускоренные коррозионные испытания,

потенциодинамические поляризационные измерения,

эллипсометрия, измерение краевого угла смачивания поверхности (0), спектроскопия электрохимического импеданса) изучена возможность камерной защиты меди БТА и его производными: 5-метил-1,2,3-бензотриазолом (ТТА), 5-хлорбензотриазолом (С1-БТА).

Анализ эллипсометрическиех данных показал, что при часовой термообработке без КИн на меди формируется оксидный слой толщиной 4,5 нм. Часовая термообработка в присутствии БТА, С1-БТА и ТТА подавляет формирование оксидного слоя: толщина сформированного в таких условиях оксида составляет 1,5, 2,0 и 2,5 нм соответственно. При этом формируется адсорбционный слой ингибитора, расположенный поверх оксида, толщиной 5 нм для БТА, 1,9 нм для ТТА и 2,8 нм для С1-БТА.

Поверхность меди гидрофильна и полностью смачивается водой, сформированные на повехности пленки ингибиторов увеличивают её угол смачивания дистиллированной водой 0. Термообработка меди без КИн повышает 0 до 75°. Обработка в парах БТА, ТТА и С1-БТА повышает 0 до 104, 98 и 93° соответственно.

Потенциодинамические исследования показали, что формируемые на меди адсорбционные пленки КИКн тормозят оба электродных процесса, определяющих коррозию металла. Анализ анодных поляризационных кривых выявил, что противопиттинговый базис максимальный для образцов, обработанных ТТА - составляет 1,036 В;

меньшие значения характерны для образцов с пленками БТА - 0,944 В; и СГБТА - 0,764 В. На катодных участках поляризационных кривых, полученных на образцах меди, термообработанных без КИн обнаруживается минимум г (Е= -0,1 В), по видимому связанный с восстановлением оксида меди. Для спектров, полученных для медных образцов после термообработки в присутствии КИн, характерно торможение катодного процесса, кроме того отсутствует пик восстановления оксида. Последнее связано как с подавлением формирования самой оксидной пленки в присутствии паров КИн, что подтверждается элипсометрическими

исследованиям, так и с формированием поверх нее слоев адсорбированного КИн. Наибольшее торможение катодного процесса наблюдается на образцах обработанных парами БТА.

На годографе, полученном на медном электроде, прошедшем термообработку без КИн, можно выделить две области. В диапазоне частот 50 - 105 Гц - регистрируем полукруг, характерный для систем с кинетическим контролем переноса заряда. В области низких частот 0,1 - 50 Гц годограф принимает форму, характерную для диффузионного процесса, связанного с протеканием коррозии в хлоридсодержащей среде. Топология эквивалентной схемы используемой для описания такой системы является И [С1 (Я1 (С2(R2W))]. Обработка медного электрода в горячих парах КИн приводит к изменению формы диаграммы Найквиста и исчезновению диффузионной составляющей. При этом результаты эксперимента с высокой достоверностью описываются эквивалентной схемой с топологией И [С1 (Я1 (Я2С2))]. После термообработки в присутствии КИн, величины низкочастотных резистивных областей импеданса смещаются к более высоким значениям. Максимальные значения величины Я1 и Я2 получены на электродах, обработанных в парах БТА. Несколько меньшие для ТТА и СГБТА.

Рассчитанные значения степени защиты (г) составляют 90,94 % для БТА, 90,26% для ТТА и 88,89% для СГБТА.

При проведении ускоренных коррозионных испытаний при периодической конденсации влаги, медные образцы после термообработки без КИн, корродировали через 4 часа после начала экспозиции. При их осмотре выявлены значительные по площади темные пятна и общее потускнение поверхности металла. Адсорбционные пленки КИн, сформированные при тормозили коррозию

меди, увеличивая время защиты. Максимальный защитный эффект проявлялся после обработки

медного электрода парами БТА: первые признаки коррозионных поражений были зафиксированы на образцах спустя 40 суток после начала эксперимента. По эффективности защиты в жестких условиях периодической конденсации влаги ТТА и СГБТА уступали БТА. Так на медных образцах, обработанных в парах ТТА и СГБТА первые коррозионные поражения были зафиксированы через 28 и 21 сутки, соответственно.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что часовая камерная обработка в парах БТА, ТТА и СГБТА при t =100оС позволяет сформировать на меди наноразмерные пленки, обладающие высоким ЗП. Такой способ обработки позволит обеспечить защиту медных изделий от атмосферной коррозии при их временном хранении и/или транспортировке.

Литература

1. И.Л.Розенфельд, В.П. Персианцева. Ингибиторы атмосферной коррозии. 1985. М.: Наука. 278 с.

2. С. Fiaud. Theory and Practice of Vapour Phase Inhibitors. In the book: Corrosion Inhibitors. 1994. London: The Institute of Materias. 1-12.

3. R. WALKER/ Triazole, Benzotriazole and Naphthotriazole as Corrosion Inhibitors for Copper, CORROSION. 1975;31(3):97-100.

4. Frederick P. Eng Hatsuo Ishida / Corrosion protection on copper by new polymeric agents — polyvinylimidazoles/ Journal of Materials Science,May 1986, Volume 21, Issue 5, pp 1561-1568

5. Faiza M. Al Kharafi, Nouria A. Al-Awadi, Ibrahim M. Ghayad*, Ragab M. Abdullah and Maher R. Ibrahim / Novel Technique for the Application of Azole Corrosion Inhibitors on Copper Surface / Materials Transactions, Vol. 51, No. 9 (2010) pp. 1671 to 1676.

6. Лучкин А.Ю., Гончарова О.А., Андреев Н.Н., Кузнецов Ю.И. Новый метод защиты металлов от атмосферной коррозии/ Практика противокоррозионной защиты ППЗ №4(86)2017. с.7-12.

7. Лучкин А.Ю., Гончарова О.А., Андреев Н.Н., Кузнецов Ю.И., Андреева Н.П. Защита меди обработкой парами малолетучих ингибиторов при повышенной температуре/ Коррозия: материалы, защита. - № 11. - С. 25-31.

8. Лучкин А.Ю., Гончарова О.А., Андреев Н.Н., Кузнецов Ю.И. Защита стали обработкой парами октадециламина, бензотриазола и их смеси при повышенной температуре/ Коррозия: материалы, защита. № 12.- С 20-27.