Микробиологическая коррозия стали ст.3 с никелевым покрытием, осажденным из электролита, модифицированного ОрПАВ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.03, кандидат химических наук Егорова, Ксения Викторовна

• Егорова, Ксения Викторовна
• кандидат химических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат химических наук Егорова, Ксения Викторовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 .ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Электроосаждение никеля

1.1.1. Электролиты для осаждения никелевых покрытий

1.1.2. Наводороживание стали в процессе электроосаждения никеля

1.1.3. Влияние ОрПАВ на наводороживание стали в процессе 17 электроосаждения никеля

1.2. Микробиологическая коррозия

1.2.1. Коррозия металлов в присутствии СРБ

1.2.1.1. Механизм СРБ-инициированной коррозии

1.2.1.2. Образование сульфидных пленок на металлах

1.2.2. Мицелиальная коррозия металлов 24 1.2.2.1. Механизм мицелиальной коррозии

1.3. Наводороживание стали, корродирующей в присутствии мик- 26 роорганизмов

1.4. Способы защиты металлов от биогенной коррозии

1.4.1. Действие ОрПАВ как ингибиторов биокоррозии

1.4.2. Другие методы подавления биокоррозии

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Исследование процесса электроосаждения никеля в присут- 36 ствии ОрПАВ

2.1.1. Аппаратура и методика электроосаждения никеля

2.1.2. Исследование кинетики процесса электроосаждения никеля

2.2. Микробиологические исследования 38 2.2.1. Объекты исследования 38 2.2.2 Питательные среды для СРБ и мицелиальных грибов

2.2.3. Учет численности СРБ

2.2.4. Определение биогенного сероводорода в среде

2.2.5. Измерение рН и редокс-потенциала среды

2.2.6. ИК-спектрометрические исследования изменений со- 42 става коррозионной среды

2.3. Коррозионные и электрохимические исследования

2.4. Абсорбция водорода при электроосаждении никеля и микро- 43 биологической коррозии

2.5. Органические соединения, исследованные в работе

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ИССЛЕДОВАННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СО- 49 ЕДИНЕНИЙ НА ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ НИКЕЛЯ И БИОКОРРОЗИЮ ОБРАЗЦОВ

3.1. Электродный потенциал катода при электроосаждении никеля в присутствии ОС

3.2. Выход по току никеля в присутствии ОС

3.3. Изменение бактериального титра СРБ в присутствии ОС

3.4. Влияние ОС на концентрацию биогенного сероводорода в 60 коррозионной среде

3.5. Влияние ОС на водородный показатель среды в присутствии СРБ

3.6. Влияние ОС на окислительно-восстановительный потенциал 69 среды в присутствии СРБ

3.7. Влияние ОС на изменение электродного потенциала образцов 72 в процессе СРБ инициированной коррозии

3.8. Влияние ОС на водородный показатель среды в присутствии 77 мицелиальных грибов

3.9. Влияние ОС на изменение электродного потенциала образцов 81 в присутствии дейтеромицетов

3.10. Влияние ОС на скорость коррозии образцов в присутствии СРБ

3.11. Влияние ОС на скорость коррозии образцов в присутствии 90 мицелиальных грибов

3.12. Изменение состава коррозионной среды в процессе мицели- 97 альной коррозии

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ИССЛЕДОВАННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СО

ЕДИНЕНИЙ НА НАВОДОРОЖИВАНИЕ ОБРАЗЦОВ

4.1. Влияние ОС на абсорбцию водорода в процессе электрооса- 100 ждения никеля

4.2. Влияние ОС на абсорбцию водорода в процессе СРБ иниции- 105 рованной коррозии

4.3. Влияние ОС на абсорбцию водорода в процессе мицелиаль- 109 ной коррозии

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Микробиологическая коррозия стали ст.3 с никелевым покрытием, осажденным из электролита, модифицированного ОрПАВ»

В последние три десятилетия однозначно выявлено наличие взаимосвязи между коррозионной активностью природных и технологических сред и процессом жизнедеятельности присутствующих в ней микроорганизмов [1-9]. В результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся изменением физико-химических характеристик почвы, водной среды и атмосферы, резко активизировалась жизнедеятельность многих видов микроорганизмов, и, как результат этого, интенсифицировалось биокоррозионное разрушение металлов, которое наносит заметный ущерб авиации, системам водоснабжения, во-доохлаждения, оборота и канализации стоков, средствам связи, речному и морскому флоту, но главным образом, трубопроводному транспорту, нефте-и газодобывающей промышленности [10-15]. Согласно экспертной оценке около 80% коррозионных разрушений нефтепромыслового оборудования и более 50% повреждений подземных металлоконструкций обусловлено жизнедеятельностью микроорганизмов [16]. В связи с этим появляется все больше публикаций, в которых рассматриваются механизм биологической коррозии и способы борьбы с ней. В работах последних лет, посвященных биокоррозии, авторы основную часть исследований посвящают лишь оценке массовых потерь, скорости и механизму коррозии. При этом редко принимается во внимание процесс абсорбции водорода корродируемым металлом, который ведет к, так называемому, водородному охрупчиванию, и, как следствие, ухудшению физико-механических характеристик и внезапному разрушению металла.

Одним из самых эффективных методов предотвращения коррозионного разрушения металлов является нанесение защитных гальванопокрытий [1]. Несмотря на некоторые недостатки, гальваностегия нашла большое распространение, поскольку позволяет нанести защитное покрытие на изделия любой, даже самой сложной конструкции. Немаловажным фактом является также то, что большинство металлов, используемых в практике гальваностегии, оказывают губительное (биоцидное) воздействие на многие виды микроорганизмов и тормозят развитие микрофлоры на их поверхности [17]. Одним из таких металлов является никель. Широкая распространенность никелевых покрытий в настоящее время объясняется их высокими декоративными качествами и склонностью никеля к пассивации. Однако по отношению к стали никель является катодом, поэтому возникает необходимость получения как можно более качественных покрытий (уменьшение пористости, внутренних напряжений и т.д.), для достижения высокого защитного эффекта в случае электрохимической коррозии (каковой, в частности, обычно и является биокоррозия). Для улучшения качества покрытия используют органические соединения, которые вводят в электролит. Введение органических добавок в электролит для осаждения покрытия позволяет не только повысить его защитные и декоративные качества, но и снизить количество водорода, абсорбируемого металлом подложки и металлом покрытия в процессе электролиза. Несмотря на достоинства и широкую распространенность использования никелевого гальванопокрытия, до сих пор отсутствуют обобщенные методические разработки по оценке его стойкости в отношении биокоррозии.

Как единственный эффективный метод борьбы с биокоррозией рассматривается и предлагается многими авторами введение непосредственно в коррозионную среду веществ, действие которых направлено на подавление или полное прекращение жизнедеятельности микроорганизмов [18-20]. При этом в качестве таких веществ чаще всего используются органические соединения, которые, проникая в клетки, включаются в одну из реакций в цепи метаболизма, блокируя (биоциды), или замедляя (биостаты) его. Однако подбор таких соединений является задачей весьма сложной, поскольку они, в большинстве своем, оказывают избирательное действие на микроорганизмы. Помимо этого, применение данного метода не всегда возможно, т.к. в реальных условиях это потребует расхода достаточно большого количества биоцидов. В связи с выше сказанным в настоящее время теоретическая разработка и практическая значимость применения никелевого покрытия, как способа защиты стали от биологической коррозии, значительно возросла.

Диссертационная работа направлена на изучение возможности повышения коррозионной стойкости низкоуглеродистой стали за счет использования наиболее эффективных и экономичных методов ее защиты.

Целью настоящей работы является: - исследование влияния органических добавок на процесс электроосаждения никеля и абсорбцию водорода металлом основы и металлом покрытия при никелировании;

- изучение коррозионного воздействия сульфатредуцирующих бактерий (СРБ) и четырех видов дейтеромицетов на сталь класса Ст.З с никелевым покрытием, осаждение которого производили из электролита с органическими добавками;

- исследование органических добавок, как ингибиторов наводороживания стали, а также никелевого покрытия в процессе микробиологической коррозии;

- оценка биоцидной и биостатической активности органических добавок в отношении рассматриваемых микроорганизмов.

Научная новизна диссертационной работы:

- впервые установлено, что используемые органические добавки класса сульфамидов и нитрофуранов могут выступать не только в роли ингибиторов наводороживания стальной основы и электроосадка никеля при его электроосаждении, но и ингибиторами микробиологической коррозии и наводороживания металла в ее процессе;

- установлено, что молекулы органических добавок, застраиваясь в никелевое покрытие, переходят в коррозионную среду и, включаясь в метаболическую цепь превращений микроорганизмов, тормозят их жизнедеятельность, при этом являясь ингибиторами биокоррозии

- показана эффективность использования никелевого покрытия, как метода защиты стали в условиях микологической коррозии;

- обоснована необходимость при выборе органических добавок в электролит для осаждения покрытия, эксплуатируемого в дальнейшем в биологически активных средах, учитывать их биоцидную и биостатическую способность.

Научные результаты, полученные с помощью традиционных и разработанных в рамках настоящей диссертации методов исследования процесса электроосаждения никеля и биокоррозионного разрушения никелированных стальных образцов, позволили:

- показать целесообразность использования органических веществ класса сульфамидов и нитрофуранов в качестве добавок в сульфатный электролит никелирования, которые позволяют при электроосаждении и уменьшить наводороживание стали и получить в результате покрытия с улучшенными защитными и декоративными;

- разработать общие методические положения по оценке коррозионной стойкости и наводороживания никелированной, в присутствии органических соединений, стали марки Ст.З в жидких средах в присутствии микроорганизмов;

- показать целесообразность использования никелевого покрытия, осажденного в присутствии сульфамидов и нитрофуранов, как метода эффективной защиты стали в условиях СРБ инициированной и мицелиальной коррозии, который является более дешевым и простым в сравнении с методом введения ингибиторов коррозии непосредственно в коррозионную среду.

Автор защищает:

- комплекс методов по защите низкоуглеродистой стали от наводороживания в процессе электроосаждения защитного покрытия и в ходе микробиологической коррозии;

- разработанные на основе исследований общие методологические принципы оценки коррозионной стойкости стали с никелевым покрытием в биологически-активных средах (определение агрессивности микроорганизмов по отношению к никелю, сравнительная оценка коррозионно-электрохимического поведения никелевых покрытий, осажденных из электролитов с разными органическими добавками и др.).

Заключение диссертации по теме «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии», Егорова, Ксения Викторовна

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ

1. Все исследованные в работе микроорганизмы являются инициаторами коррозии стали Ст.З и абсорбции водорода. Основываясь на полученных данных, их можно расположить в ряд по возрастанию коррозионной агрессивности и способности инициировать абсорбцию водорода: СРБ > Aspergillus niger> Penicillum chrysogenium > Penicillum charlessii > Phialofora fastigiata.

2. Коррозионная стойкость стали Ст.З в условиях СРБ-инициированной и мицелиальной коррозии значительно увеличивается при электрохимическом нанесении на нее защитного никелевого покрытия.

3. Введение в электролит никелирования исследованных ОС класса сульфамидов и нитрофуранов позволяет в той или иной степени повысить качество никелевых осадков, и, как следствие, их коррозионную стойкость.

4. Использование ОС в качестве добавок к электролиту никелирования позволяет существенно повысить выход по току никеля и снизить количество водорода, абсорбируемого металлом стальной основы и покрытия в процессе электроосаждения покрытия и в ходе его последующей микробиологической коррозии.

5. Застраиваясь в никелевое покрытие, молекулы ОС при разрушении кристаллической решетки электроосадка в процессе коррозии образцов переходят в среду и подавляют жизнедеятельность исследованных микроорганизмов. Причем в случае СРБ более существенным оказывается воздействие ОС ряда сульфаниламидов, тогда как в отношении дейтеромицетов наиболее эффективным оказалось использование ОС ряда нитрофуранов.

6. Присутствие молекул ОС в никелевом покрытии, экспонируемых в коррозионных средах образцов стали, оказывает значительное влияние на ход коррозионного процесса, изменяя окислительно-восстановительный потенциал и рН среды, электродный потенциал образцов и концентрацию кислот, как основных продуктов жизнедеятельности рассматриваемых в работе микроорганизмов.

Установлена зависимость эффективности ингибирующего микробиологическую коррозию и абсорбцию катодно выделяющегося водорода в процессах формирования осадка на катоде и его корозионного разрушения от структуры молекул исследованных ОС.

В случае СРБ инициированной коррозии целесообразно применение в качестве добавок к электролиту никелирования бензолсульфамида, этазола и сульфазола; в случае мицелиальной коррозии — фурагина и фурадонина.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Егорова, Ксения Викторовна, 2004 год

1. Анисимов А.А., Смирнов В.Ф. Биоповреждения в промышленности и защита от них. Горький: ГГУ, 1980. - 81с.

2. Андреюк Е.И., Козлова И.К., Рожанская A.M. Микробиологическая коррозия строительных сталей и бетонов// Биоповреждения в строительстве. / Под ред. Ф.М. Иванова. — М.: Стройиздат, 1984. 209-221с.

3. Блатник Р.С., Занова ВЛ Микробиологическая коррозия.- М: Химия, 1965.- 222 с.

4. Горленко М.В. Микробное повреждение промышленных материа-лов//Микроорганизмы и низшие растения разрушители материалов и изделий. /Под ред. Горленко М.В.- М.: Наука, 1979.- с. 10-16.

5. Ильичев В.Д. Биоповреждения.- М.: Высшая школа, 1987.-353 с.

6. Каневская И.Г. Биологические повреждения промышленных материалов. -Л.: Наука, 1984.-231 с.

7. Коваль Э.З., Свидерский И.В., Аршинников И.В. Биологическое повреждение металлов.- Вильнюс, 1979.- с. 48-52.

8. Лебедев Е.М. Биологическое повреждение материалов в водных средах. //Проблемы биологических повреждений и обрастаний материалов, изделий и сооружений.- М.: Наука, 1972.- с. 156-163.

9. Леденев П.Г. Микробиологическая коррозия и защита от нее. — Киев: Знание, 1982.-235 с.

10. Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. и др. Биологическое повреждение нефтяных топлив и борьба с ним. // Проблемы биологических повреждений и обрастаний материалов, изделий и сооружений.-М: Наука, 1972.- С. 127-139.

11. Гоник А.А. Коррозия нефтепромыслового оборудования и меры ее предупреждения. М.: Недра, 1976. - 192 с.

12. Могильницкий Г.М., Зиневич A.M. и др. Микробиологическая коррозия газо- и нефтепродуктов в грунте// Актуальные вопросы биоповреждений. М.: Наука, 1983.-С. 138-152.

13. Рубенчик Л. И. Микроорганизмы как фактор коррозии бетонов и металлов. Львов: Изд. Ак. Наук УкрССР, 1950. - 65с.

14. Смолин А.В. Микробиологическая коррозия//Авиация и космонавтика.-1969.-№2.- С. 38-39

15. Агаджанов В.И. Экономика повышения долговечности и коррозионной стойкости строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1988. - 143 с.

16. Флеров Б.К. Биологические повреждения промышленных материалов и изделий из них// Проблемы биологических повреждений и обрастаний материалов, изделий и сооружений.- М.: Наука, 1972.- С.3-11.

17. Туманов А.А., Филимонова И.А. Фунгицидное действие неорганических ионов на Aspergillus niger//Микология и фитопатология, 1976.-№10 с.141-143.18.