Защита меди и латуни от коррозии ингибированными масляными покрытиями в SO2-содержащей атмосфере тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.03, кандидат химических наук Вервекин, Александр Сергеевич

• Вервекин, Александр Сергеевич
• кандидат химических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат химических наук Вервекин, Александр Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Постановка вопроса.

1.2. Атмосферная коррозия металлов.

1.2.1. Общая характеристика и закономерности.

1.2.2. Влияние состава атмосферы и климатических условий на коррозию металлов.

1.2.3. Минерализация и подкисление атмосферных осадков и полимолекулярных плёнок электролитов на металлах.

1.2.4. Внешние факторы, определяющие скорость атмосферной коррозии.

1.3. Кинетические закономерности и механизм усиления коррозии сернистым газом.

1.3.1. Электрохимическое поведение металлов в присутствии сернистого газа.

1.3.2. рН среды в присутствии оксида серы (IV) в атмосфере.

1.4. Способы защиты от атмосферной коррозии.

1.4.1. Консервационные материалы и защитные покрытия.

1.4.2. Влияние природы присадок на полифункциональные свойства КМ и на кинетику парциальных электродных реакций (ПЭР).

1.5. Коррозионное и электрохимическое поведение меди.

1.5.1. Закономерности растворения меди в сульфатных средах.

1.5.2. Продукты атмосферной коррозии меди.

1.6. Коррозионное и электрохимическое поведение медных сплавов.

1.6.1. Влияние легирующих элементов на коррозионное поведение меди.

1.6.2. Обесцинкование латуней при коррозии.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Характеристика объектов исследований.

2.2. Методы исследований.

2.2.1. Электрохимические измерения.

2.2.2. Коррозионные испытания.

2.2.3. Оценка толщины защитных пленок, формирующихся на металлической поверхности в изотермических условиях.

2.2.4. Водопоглощение консервационными материалами.

2.2.5. Влагопроницаемость консервационных материалов.

2.2.6. Массоперенос оксида серы (IV) через плёнки консервационных составов.

2.2.7. Создание атмосферы оксида серы (IV) в закрытом объёме.

2.2.8. Статистическая обработка экспериментальных данных.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ Б02 В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ НА

СОСТАВ И рН КОНТАКТИРУЮЩЕЙ ВОДНОЙ СРЕДЫ В

УСЛОВИЯХ АТМОСФЕРНОЙ КОРРОЗИИ.

ГЛАВА 4. ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА МАСЛЯНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА БАЗЕ ИФХАН-29А.

4.1. КОРРОЗИОННОЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ МЕДИ.

4.2. КОРРОЗИОННОЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ЛАТУНИ

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПОЗИЦИЙ

НА БАЗЕ ИФХАН-29А.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Защита меди и латуни от коррозии ингибированными масляными покрытиями в SO2-содержащей атмосфере»

Мировые прямые и косвенные потери от коррозии оцениваются сотнями миллиардов долларов в год, далеко опережая затраты на борьбу с ней. В нашей стране наибольший коррозионный ущерб связан с потерями в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности, работой автотранспорта, сельскохозяйственной и другой техники [1].

В США, где коррозия считается вторым национальным бедствием после автокатастроф, на защиту металлов ежегодно выделяется более 10 млрд. долларов. Общие ежегодные потери от неё в Соединённых Штатах за 20 лет (1960 — 1980 гг.) составили 75 млрд. долларов.

Следует отметить, что все обнародуемые цифры недоучтены, т. к. остро ощущается нехватка информации по прямым, и тем более, косвенным потерям.

Серьёзные проблемы возникают при консервации аппаратов, машин, двигателей, изделий, приборов и инструмента в связи с тем, что требуется обеспечить их сохранность в течение длительного времени без появления каких-либо коррозионных поражений. Незначительные коррозионные поражения выводят иногда из строя ценнейшие приборы и машины, стоимость которых превышает в сотни и тысячи раз стоимость самого металла, из которого изготовлены изделия, а также стоимость мероприятий по консервации этих изделий.

Успешная защита металлов от коррозии требует хорошего знания механизма этого процесса, который может носить как электрохимический, так и химический характер [2, 3].

Среди многочисленных методов защиты металлоизделий от атмосферной коррозии применение неметаллических покрытий является одним из важнейших. Несмотря на то, что современная номенклатура таких консервационных материалов достаточно широка, потребность в них удовлетворяется всего лишь на 12 — 15 %. Это приводит к огромным ежегодным прямым и косвенным потерям. В настоящее время до 15 % всех транспортных средств — легковых и грузовых автомобилей, автобусов, тракторов, дорожных и строительных машин, экскаваторов — простаивают на ремонте или утилизируются в связи с коррозионным поражением.

Одним из наиболее технически простых и эффективных способов борьбы с атмосферным воздействием является использование консервационных материалов с маслорастворимыми ингибиторами коррозии. Всё возрастающее значение приобретает отказ от старых концепций, базирующихся на подходах, связанных с созданием многокомпонентных консервационных материалов (КМ). В настоящее время необходима и ведётся разработка теоретических основ создания консервационных материалов, обладающих высокой прогнозирующей способностью, позволяющих вести целенаправленную разработку малокомпонентных КМ. При создании таких КМ необходимо учитывать следующие требования: малокомпонентный состав (оптимальны двухкомпонентные системы, составляющими которых являются растворитель-основа и многофункциональная антикоррозионная присадка), достаточная защитная эффективность, экономичность, экологическая безопасность, технологичность, простота расконсервации, эффект последействия.

С другой стороны, постоянно присутствующий в городской и особенно промышленной атмосфере диоксид серы является мощным стимулятором коррозии, прежде всего как эффективный катодный деполяризатор. Вместе с тем, в коррозионной литературе практически не рассматривались методы защиты от коррозии цветных металлов в атмосферах с повышенной концентрацией БОо.

Таким образом, если учесть, что основная часть годовых потерь от коррозии падает на атмосферную коррозию, то легко понять, насколько важна научная разработка рассматриваемой проблемы как основы для осуществления наиболее рациональных методов противокоррозионной защиты.

Цель работы: изучение защитных и полифункциональных свойств кон-сервационных материалов на базе ИФХАЫ-29А и минеральных масел (трансформаторное и индустриальное И-20А) для защиты металлических изделий из меди М-1 и латуни Л-62 от атмосферной коррозии в условиях повышенного содержания сернистого газа.

Задачи работы:

1. Изучить защитную эффективность исследуемых композиций в лабораторных условиях как функцию природы полифункциональной присадки ИФХАН-29А и масла (как растворителя-основы (РО)), концентрации добавки, уровня водопоглощения, структуры составов.

2. Исследовать особенности протекания парциальных электродных реакций при коррозии меди и латуни Л62, покрытых тонкими масляными пленками фиксированной толщины, в нейтральных хлоридных растворах, находящихся в равновесии с БСЬ - содержащей атмосферой. Оценить влияние содержания замедлителя ИФХАН-29А, в минеральных маслах различного типа, равновесной концентрации диоксида серы, относительной влажности воздуха.

3. Изучить влияние концентрации ИФХАН-29А на толщину формирующейся в изотермических условиях на металлической поверхности масляной пленки как функцию содержания присадки и температуры нанесения и её реологические свойства.

4. Исследовать уровень и природу водопоглощения и влагопроницаемо-сти консервационных составов на базе минерального масла и ИФХАН-29А. Их зависимость от природы растворителя-основы защитной композиции, концентрации ПАВ, толщины масляной пленки.

5. Изучить влияние всех указанных выше факторов на проницаемость БСЬ через защитную пленку.

Научная новизна:

1. Впервые получены и интерпретированы экспериментальные данные по защитной эффективности сухих и обводненных масляных композиций на основе ИФХАН-29А в атмосфере сернистого газа. Обобщены закономерности влияния природы ПАВ, РО и концентрации добавок на защитное действие составов в условиях атмосферной коррозии меди и латуни в БОг - содержащих средах.

2. Впервые интерпретированы и обобщены экспериментально полученные закономерности влияния пленки защитного состава (сухой и обводненной) на кинетику ПЭР на меди и латуни в 0,5 М растворах №01, находящихся в равновесии с БОг - содержащей атмосферой как функции природы добавки, РО, Спав и С^.

3. Оценены толщины масляных пленок, формирующихся на поверхности меди и латуни и их зависимость от концентрации присадки, кинематической вязкости составов и температуры нанесения.

4. Всесторонне изучены и обобщены технологические характеристики консервационных материалов на базе ИФХАН-29А и минерального масла, в том числе водопоглощающая способность и массоперенос Н2О и БОг через барьерные плёнки.

Практическая значимость:

Полученные экспериментальные данные и обобщенные закономерности представляют собой научную основу создания малокомпонентных антикоррозионных консервационных материалов на базе ингибированных минеральных масел, создаваемых для защиты металлоизделий из меди и ее сплавов при их хранении и эксплуатации в 802 - содержащих атмосферах.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методику и результаты расчетов равновесных концентраций 802 и продуктов взаимодействия диоксида серы с водой в газовой и жидкой фазах в БОг - содержащей атмосфере.

2. Экспериментальные результаты по защитной эффективности составов на базе ИФХАН-29А и минеральных масел по отношению к меди и латуни в хлоридных растворах, термовлагокамере и атмосфере сернистого газа при различной относительной (70 - 100%) влажности. Связь уровня их исходного обводнения и противокоррозионного действия составов.

3. Закономерности влияния маслорастворимой присадки ИФХАН-29А на кинетику парциальных электродных процессов, протекающих на меди и латуни под тонкими масляными пленками в нейтральных хлоридных растворах и при напуске сернистого газа.

4. Экспериментально полученные закономерности, характеризующие проницаемость воды и сернистого газа через защитные составы. Особенности влияния на эти процессы концентрации ПАВ и структуры композиций (мицел-лярные системы, эмульсии типа «вода в масле»).

Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы, содержащиеся в диссертации, докладывались на региональной научно-практической конференции «Проблемы химии и химической технологии» (Тамбов, 2003 г.), на II Всеросийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах ФАГРАН - 2002» (Воронеж, 2004 г.), на международных конференциях «Физико-химические основы новейших технологий XXI века» (Москва, 2005 г.), 10th European Symposium on Corrosion and Scale Inhibitors (10 SEIC) Ann. Univ. Ferrara (2005), Eurocorr 2005. Lisbon, Portugal. (2005), на научных конференциях аспирантов и преподавателей Тамбовского госуниверситета (2002-2005 г.г.).

Публикации. Содержание диссертации отражено в 12 печатных работах, в том числе 5 статьях (3 в центральной печати) и 7 материалах и тезисах докладов.

Объем работы. Диссертация содержит 178 страниц машинописного текста, в том числе 51 рисунок, 33 таблицы и состоит из введения, 5 глав и обобщающих выводов. Список цитируемой литературы включает 244 наименования отечественных и зарубежных авторов.

Заключение диссертации по теме «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии», Вервекин, Александр Сергеевич

выводы

1. Скорость коррозии меди и латуни увеличивается с ростом относительной влажности воздуха и концентрации сернистого газа в атмосфере. Защитная эффективность составов на базе минеральных масел И-20А и ТМ возрастает по мере увеличения концентрации полифункциональной присадки ИФХАН-29А. В термовлагокамере Z как сухих, так и обводненных композиций, приближается к 99 %, независимо от содержания активного начала и растворителя-основы. В солевом растворе защитная эффективность существенно снижается. Появляется сильная зависимость от концентрации полифункциональных присадок. То же имеет место в атмосфере сернистого газа. Защитное действие составов максимально при использовании масляных композиций, содержащих 10 и 20 мае. % добавки достигает 62 и 74 % при толщинах пленок порядка 15 мкм. Обводнение составов в исследованных условиях практически не снижает их Z как по отношению к меди, так и по отношению к латуни (солевой раствор, термовлагока-мера, атмосфера БОг). Целесообразнее использовать в качестве растворителя-основы индустриальное масло И-20А, как дающее большую защитную эффективность.

2. Природа минерального масла и наличие водной фазы не оказывают определяющего влияния на кинетику парциальных электродных реакций на меди и латуни под тонкими масляными пленками исследуемых составов. Их действие не обусловлено исходной вязкостью составов и, следовательно, загущающей способностью. Торможение катодной реакции увеличивается с ростом концентрации добавки, независимо от РО. Величина тафелева наклона катодного участка поляризационной кривой мало изменяется с СдоСавки, как в ТМ, так и в И-20Л. Коррозия меди и латуни под тонким слоем масляной пленки протекает по электрохимическому механизму. И хотя одновременно происходит незначительное торможение анодной реакции, основной эффект защитного действия добавки обусловлен замедлением именно катодного процесса. Из полученных данных следует, что ИФХАН-29А ингибитор смешанного анодно-катодного действия, а сернистый газ является стимулятором катодного процесса.

3. Композиции на базе ИФХАН-29А и минеральных масел легко образуют эмульсии типа в/м в присутствии значительных количеств воды. За счет этого они обладают высокой водопоглощающей способностью. Водопоглощению составов способствует рост Спав

4. Толщины (Ь) пленок масляных композиций, формирующихся на металлической поверхности, подчиняются уравнению Левича Ь = к-укт, приведение которого к линейному виду позволяет графически определить величины к и у для безводных и эмульгированных исследуемых масляных композиций. Это дает возможность рассчитать толщину формирующейся защитной пленки как функцию вязкости консервационного состава ук, а с учетом у,^ (Т) оценить оптимальный расход консервационного материала при конкретных условиях. Величина Ь пленок КМ одного и того же состава, сформированных в одинаковых условиях на разных металлических поверхностях уменьшается в ряду: медь>латунь Л62>сталь (СтЗ) и при использовании трансформаторного масла, а также закономерно увеличивается с ростом концентрации присадки.

5. Массоперенос воды при 100 %-ной относительной влажности воздуха существенно замедляется при увеличении концентрации ИФХАН-29А в масляной пленке. Снижение относительной влажности воздуха до 70 % качественно не изменяет характера зависимости. Присутствие оксида серы (IV) ускоряет процесс переноса воды через слой консервационных материалов по сравнению с чистой атмосферой. Эффект торможения влагопроницаемости при шестичасовых опытах и 100 %-ной влажности для эмульсий композиций ИФХАН-29А в И-20А достигает 84 % при 10 об. % 802, и 69 % при 20 об. % БСХ Для исходных сухих составов характер влияния Спав и природы масла при 100 %-ной относительной влажности воздуха качественно остается прежним. Массоперенос воды усиливается во времени, и с повышением относительной влажности воздуха. С ростом концентрации присадки во всех случаях происходит торможение массопереноса воды через барьерную пленку.

6. Величина массопереноса сернистого газа возрастает во времени и при использовании трансформаторного масла. Торможение массопереноса оксида серы (IV) защитной пленкой на основе кубовых остатков талловых масел в исходном РО тем лучше, чем выше Сифхан-29а и ниже значения Н и ф (БСЬ) в газовой фазе.

7. ИФХАН-29А перспективен как полифункциональная присадка к минеральным маслам для создания композиций, используемых в качестве антикоррозионных консервационных материалов, защищающих металлоизделия из меди и латуни в атмосфере 802 при значительных концентрациях оксида серы.

163

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Вервекин, Александр Сергеевич, 2005 год

1. Розенфельд И.Л. Атмосферная коррозия металлов М.: Изд-во АРГ. СССР.1960.372 с.

2. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. М.: Металлургия. 1985. 88 с.

3. Шехтер Ю.Н., Школьников В.М., Богданов Т.И. и др. Консервационныесмазочные материалы. М.: Химия. 1979. 256 с.

4. Шехтер Ю.Н., Ребров И.Ю. // Защита металлов. 1995. Т. 31. № 5.1. С. 553 -554.

5. Акимов Г.В. Теория и методы исследования коррозии металлов.

6. М.: Изд-во АН. СССР. 1945. 414 с.

7. Томатов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. М.: Изд-во1. АН. СССР. 1959. 592 с.

8. Колотыркин Я.М., Флорианович Г.М. // Защита металлов. 1971. Т. 1.4. С. 438-463.

9. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. М: Химия. 1977. 552 с.

10. Балезин С.А. // ЖФХ. 1973. Т. 47. Вып. 12. С. 2961 2964.

11. Розенфельд И.Л., Персианцева В.П. Ингибиторы атмосферной коррозии.

12. М.: Наука. 1965. 278 с. И. Шель Н.В., Арзамасцев A.A. // Вестник ТГУ. 1999. Т. 4. № 3. С. 287-300.

13. Северный А.Э., Пучин Е.А., Ефимов И.А., Гладких В.Т. Противокоррозионная защита автомобилей. М.: .ГосНИТИ. 1991. 208 с.

14. Харитонов Ю.С., Вайншток В.В., Гинцберг С.А. и др. // Химия и технология топливных и масел. 1972. № 9. С. 51 54.

15. Жук Н.П. Курс коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия. 1968.407 с.

16. Зусман Л.Л. Проблема оборонного металла. М.: Металлургия. 1964.125 с.

17. Зрунек М. Противокоррозионная защита металлических конструкций.

18. М.: Машиностроение. 1984. 136 с.17.