CC BY
2
УДК 620.197.3
Макарова О.С.
Пассивация цинка в горячих парах 2-Этилгексановой кислоты
Макарова Ольга Сергеевна - магистр 2ого курса, инженер 1 категории; olga.byvsheva.99@mail.ru Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук, Россия, г. Москва, Ленинский проспект, д. 31, корп. 4, 119071.
В работе показана возможность 2-Этилгексановой кислоты в качестве эффективного камерного ингибитора цинка. Для максимального защитного эффекта камерной обработки цинка определены оптимальные технологические параметры: 100°С в течение 1 ч. В таких условиях на поверхности цинка формируются тонкие пленки, эффективно предотвращающие коррозию. Электрохимические испытания показали, что пассивное состояние достигается за счет подавления анодной реакции, а анализ спектров электрохимического импеданса позволил установить смешанный активационно-блокировочный механизм действия 2-Этилгексановой кислоты.
Ключевые слова: цинк, ингибиторы коррозии, камерная пассивация, наноразмерные пленки, 2 этилгескановая кислота
Zinc passivation in hot vapors of 2-Ethylhexanoic acid
Makarova O.S.
A.N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences, Leninsky pr. 31, 119071 Moscow, Russian Federation
The paper shows the possibility of 2-Ethylhexanoic acid as an effective chamber inhibitor of zinc. For the maximum protective effect of zinc chamber treatment, the optimal technological parameters were determined: 100 ° C for 1 hour. Under such conditions, thin films are formed on the zinc surface, effectively preventing corrosion. Electrochemical tests have shown that the passive state is achieved by suppressing the anode reaction, and the analysis of the electrochemical impedance spectra allowed us to establish a mixed activation-blocking mechanism of action of 2-Ethylhexanoic acid. Keywords: zinc, corrosion inhibitors, chamber passivation, nanoscale films, 2 ethylhexanoic acid
Введение
Ежегодные потери от коррозии в мире измеряются триллионами долларов [1] До 60% их приходится на атмосферную коррозию [2]. С середины 20-го столетия в промышленности развитых стран широко используются летучие ингибиторы (ЛИК) [3,4]. Отличительная черта ЛИК -высокое давление паров. Их применение целесообразно всегда, когда есть возможность герметизации защищаемого объема. В ИФХЭ РАН предложили более новый и эффективный метод парофазной защиты металлов, названный «камерным». [5-7] / Он сводится к непродолжительной выдержке металла в парах малолетучих при обычных условиях органических соединениях в замкнутом объеме (камере) при повышенной температуре. При правильном подборе ингибитора и условий (температуры и продолжительности) на поверхности металла формируются наноразмерные адсорбционные пленки, способные длительное время защищать металл в атмосферных условиях. При этом новый способ обладает рядом преимуществ относительно традиционной ингибиторной защиты:
1) не требует совместной герметизации защищаемого изделия и ингибитора на все время консервации;
2) характеризуется очень низким расходом ингибиторов. Камерные ингибиторы расходуются, фактически, лишь на образование адсорбционных слоев на металлоизделии и стенках камеры;
3) для паров нет «недоступных» мест -следовательно возможно обрабатывать изделия любой конфигурации, включающие тонкие глухие отверстия;
4) экологическая безопасность. Камерные ингибиторы относятся к малотоксичным веществам, которые активны только при повышенной температуре, кроме этого следует отметить отсутствие технологических отходов в виде промывных вод и отработанных (отравленных) растворов пассиватора;
5) безопасен для человека. Обработка металлов проводится в герметичной камере и исключает контакт занятого в консервации персонала с КИН.
К настоящему времени разработаны камерные ингибиторы и технология пассивации изделий из стали, меди, латуни, магния и некоторых других материалов [5-8]. В данной работе исследовали 2-Этилгесановую кислоту (2ЭГК) в качестве индивидуального эффективного камерного ингибитора цинка.
Экспериментальная часть.
Для камерного метода важную роль играют оптимальные условия пассивации: температура и время.
Путем ускоренных коррозионных испытаний в камере соляного тумана мы выявили сначала оптимальную температуру обработки. Выдержку при повышенной температуре осушествляли в течение 1 ч. После обработки образцы выдерживали на воздухе
в течение 24 ч. Далее их помещали в камеру соляного тумана. Каждый часовой цикл испытаний включал 15-ти минутное распыление 3%-го раствора КаС1 и 45-ти минутную экспозицию образцов в образовавшемся при распылении солевом тумане. Осмотр образцов проводили через 55 мин после начала каждого цикла. Коррозионную стойкость оценивали по времени полной защиты - т.е. до возникновения первых коррозионных поражений. Результаты исследований приведены на рис. 1.
"Тзаш, час 80
60
40
камерной обработки, адсорбционные пленки формировали именно при этой температуре (рис. 2).
20
1
I
2ЭГК
ТО бс» КИП
" 20°С 60°С 8 (ГС Ю0°С 120°С Температура камерной обработки
Рис. 1. Защитное последействие адсорбционных пленок, формируемых при обработке цинка в парах
2ЭГК при различных температурах камерной обработки. Условия солевого тумана. Время камерной обработки 1ч. Время выдержки 24 ч.
Термообработка образца без камерного ингибитора не приводила к повышению его коррозионной стойкости при всех исследуемых температурах. Это позволяет предположить, что формируемый при термообработке оксидный слой не защищает металл от агрессивного действия атмосферы.
С повышением температуры обработки до 100°С включительно наблюдали увеличение времени полной защиты цинка. Дальнейшее повышение температуры до 120°С не приводило к росту коррозионной стойкости, однако при такой температуре на поверхности цинка адсорбировалась очень толстая и липкая пленка 2ЭГК.
Таким образом определили, что оптимальная температура составляет 100°С. При дальнейшем изучении защитных свойств 2ЭГК в отношении цинка, в т.ч. во второй серии опытов в солевом тумане, где определяли оптимальную продолжительности
т,а,п. час
80
60
40 20
20 1
0 1 5 мин 1
2ЭПС
—^ """ТО&аКИН 30 мин 60 мин 120 мин 1МИН
Время обработки
Рис. 2. Защитное последействие адсорбционных пленок, формируемых при обработке цинка в парах 2ЭГК при различном времени камерной обработки.
Условия солевого тумана. Температура камерной обработки 100°С. Время выдержки 24 ч.
Результаты коррозионных испытаний
подтверждались вольтамперометрическими опытами и спектроскопией электрохимического импеданса. При этом определили, что защитное действие пленок 2ЭГК связано с подавлением анодной реакции растворения цинка и стабилизации его пассивного состояния.
Анализ диаграмм Найквиста и моделирование при помощи модифицированной схеме Мансфельда позволило определить механизм защитного действия 2ЭГК. Он является смешанным активационно-блокировочным, с некоторым преобладанием активационного.
Для 2-этилгексановой кислоты были получены данные, свидетельствующие о увеличении ее защитного действия на цинке с возрастанием времени выдержки на воздухе после камерной обработки.
Защитное действие 2ЭГК обусловлено формированием на поверхности наноразмерных адсорбционных пленок. Об этом свидетельствуют данные эллипсометрии, приведенные в таблице 1.
Таким образом, камерная защита цинка 2-Этилгексановой кислотой связана с формированием на поверхности наноразмерых адсорбционных пленок, пассивирующих металл и стабилизирующих пассивное состояние.
Таблица 1. Влияние камерной обработки на толщины поверхностных пленок, сформированных при различных
№ Условия обработки Толщина, нм
Оксидная пленка Адсорбционная пленка
1 Исходное состояние до ТО - -
2 ТО без КИН, Твыд = 1 ч 5.5 -
3 2ЭГК Твыд = 1 ч 1.0 105
4 2ЭГК Твыд = 5 ч 1.0 95
5 2ЭГК Твыд = 24 ч 1.0 85
Выводы
1. 2-Этилгексановая кислота - КИН коррозии цинка, обеспечивающий его эффективную защиту в ускоренных испытаниях и натурных условиях.
2. С ростом температуры КО цинка эффективность 2ЭГК сначала растет, а затем падает. Рост защитного действия связан с благоприятствующим адсорбции повышением давления пара ингибитора. Нисходящая ветвь температурной зависимости обусловлена падением адсорбции при нагреве адсорбента (цинка). Оптимальная температура КО цинка парами 2ЭГК -100°С.
3. Эффективность ЭГК повышается по мере увеличения времени КО до 1 часа. Эта продолжительность оптимальна для рассматриваемой системы. Более длительная КО положительного эффекта не дает и нецелесообразна.
4. При КО цинка в оптимальных условиях на его поверхности формируются адсорбционные пленки 2ЭГК толщиной до 100 нм.
Список литературы
1.El-Sherik A.M. Trends in Oil and Gas Corrosion. // A.M. El-Sherik. Research and Technologies, Woodhead Publishing, - 2017, - p. 12.
2.Кузнецов Ю.И., Михайлов A.A. Экономический ущерб и средства борьбы с атмосферной коррозией. // Коррозия: материалы, защита. - 2003. - № 1. -С. 3-10.
3.Розенфельд И.Л., Персианцева В.П. Ингибиторы атмосферной коррозии. - М.: Наука, 1985. - 278 с.
Andreev N. N., Kuznetsov Y. I. Physicochemical aspects of the action of volatile metal corrosion inhibitors //Russian chemical reviews. - 2005. - ^ 74. - №. 8. - C 685.
4.Goncharova O.A., Luchkin A.Yu., Archipushkin I.A., Andreev N.N., Kuznetsov Yu.I., Vesely S.S. Vapor-phase protection of steel by inhibitors based on salts of higher carboxylic acids. // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. - 2019, - Vol. 3, p. 586-599.
5.Luchkin A.Yu., Goncharova O.A., Arkhipushkin I.A., Andreev N.N., Kuznetsov Yu.I. The effect of oxide and adsorption layers formed in 5-chlorobenzotriazole vapors on the corrosion resistance of copper. // Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. - 2020, Vol. 117, - p. 231-241.
6.Luchkin A.Yu., Goncharova O.A., Makarychev Yu.B., Arkhipushkin I.A., Luchkina V.A., Dementyeva O.V., Senchikhin I.N., Andreev N.N. Structuring of surface films formed on magnesium in hot chlorobenzotriazole vapors. // Materials. - 2022, - Vol. 15, - p. 6625
7.Goncharova, O. A., Kuznetsov, D. S., Andreev, N. N., Kuznetsov, Y. I., & Andreeva, N. P. Chamber Inhibitors of Co rrosion of AMg6 Aluminum Alloy. // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, - 2020, - Vol. 56, - p. 1293-1298.
8.Goncharova O.A., Luchkin A.Yu., Andreeva N.P., Kasatkin V.E., Vesely S.S., Andreev N.N., Kuznetsov Yu.I. Mutual effect of components of protective films applied on copper and brass from octadecylamine and 1,2,3-benzotriazole vapors. // Materials, - 2022, - Vol. 15, - p. 1541.
