Коррозии подвержены металлы и некоторые другие материалы. Если коррозия разрушает структуру материала, тогда изделие теряет свои эксплуатационные качества, что приводит к аварийно-опасным ситуациям. Одним из средств решения этой проблемы являются ингибиторы коррозии металлов.
Описание ингибиторов
Что такое ингибитор коррозии? Ингибиторы коррозии – это специальные вещества, которые приостанавливают (задерживают) процесс химических и физических реакций. Ингибиторы коррозии занимают особое место в ряду таких веществ.
К ингибиторам относят средства, которые образуют на поверхности металла особую защитную пленку, которые получается в процессе реакции раствора ингибитора и продуктов коррозии.
Появление соединений, которые замедляют коррозийные процессы, стало прорывом. На данный момент, большинство способов защиты – это защита с помощью ингибиторов. В этом качестве наиболее популярны, такие вещества как амины, азотсодержащие вещества, мочевина, сульфиды, альдегиды и др.
Почему нельзя трогать ALR экран?
Эффективность защитных процессов с участием ингибиторов, напрямую зависит от металла, особенностей внешней среды, давления на материал и т.п.
Стоит отметить, что работа ингибиторная защита от коррозии не постоянно, попадая в раствор, добавка постепенно растворяется, поэтому в будущем необходимо добавлять его в агрессивную среду небольшими порциями.
Виды и применение ингибиторов коррозии металлов
К основным видам ингибиторов относят:
- Катодные – уменьшают скорость катодного взаимодействия.
- Анодные – тормозят растворение анода.
- Смешанные – добавки, которые замедляют реакции и катодные, а анодные.
Существует классификация ингибиторов по происхождению:
- Органические – это органические вещества, которые являются более универсальными, так как уменьшают скорость катодных и анодных реакций. К ним можно отнести азот, серу, кислород, ароматические соединения. Главным преимуществом и отличием от неорганических ингибиторов выступает тот факт, что органические вещества адсорбируются только на поверхности материала, не вступая в реакцию с ржавчиной.
- Неорганические ингибиторы коррозии, что это такое? Они содержат неорганические вещества в составе ингибитора. Особенность работы с неорганическими частицами в ингибиторе заключается в том, что при неверно подобранной концентрации, они могут не защитить металл, образовав на нем тончайшую пленку, а наоборот вступить в реакцию с продуктами коррозии и ускорить процесс разрушения. Относятся хроматы, бихроматы натрия и калия, бикарбонат кальция и т.д.
Принцип действия ингибиторов
Классификация ингибиторов по механизму действия
- Работающие в кислотной среде — амины, ацетиленовые спирты, серосодержащие соединения, альдегиды. Данный тип веществ применяется в газо- и нефтедобывающей промышленности, ими покрываются трубопроводы, по которым идет газ или нефтепродукты, а также изделия, участвующие в этих процессах. Ингибитор коррозии кислотной среды активно борется с катодным и смешанным разрушением.
- Ингибиторы для нейтральных сред – фосфаты, нитриты, аминокислоты, хроматы, алкилфосфаты, сульфонаты. Наибольшее применение нашли в сфере водоснабжения, охлаждения, применяются на морских судах. Здесь также как везде, раствор ингибитора используется в качестве защитного покрытия любых изделий перечисленных отраслей, емкости, несущие конструкции, отдельные элементы.
- Протекающие в щелочной среде. Вещества участвуют в составах специальных моющих средств. Действие их основано на том, что они уменьшают силу тока в его химических источниках. Ингибиторы для таких целей чаще всего используют совместно с катионами.
Распространенные типы кислотных ингибиторов
Наиболее экономичный антикоррозийный ингибитор — кислотный. Его расход в процессе травления металла минимален, что влечет за собой снижение себестоимости продукта и процедуры защиты в целом.
К свойствам кислотных ингибиторов так же можно дописать тот факт, что при нанесении их на материал, он еще и очищает его от образовавшихся окалин и различных оксидных пленок. Также добавка не меняет своих свойств, не трансформируется, не разрушается при увеличении температуры внешней среды.
На отечественном рынке чаще всего можно встретить такие ингибиторы коррозии как И-5-В и И-5-ВМ. Данные добавки предназначены для изделий из низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и высокоуглеродистых и легированных сталей. Они эффективно применяются в промышленности, а также оба ингибитора можно совмещать друг с другом.
Применение ингибиторов коррозии с таким составом снижает угар металла, способствует очищению поверхности протравленного материала, а также благоприятно влияет на санитарно-гигиенические условия труда.
Свойства ингибиторов коррозии
Все свойства ингибиторов сводятся к антикоррозийной защите металлических изделий. Механизм работы прост: ингибитор в составе раствора наносится на поверхность элемента и защищает его от внешнего влияния агрессивных сред. Защита создается с помощью адсорбции (увеличения концентрации ингибитора в растворе и на поверхности материала, соответственно) на металлическом элементе. После появления защитной пленки, главная ее задача – быть полностью нейтральной к воздействиям извне, не менять своих свойств под давлением, температурой и т.д., только в таком случае, ингибитор сможет проявить свои свойства в полной мере и защитить конструкцию в целом.
Ингибитор коррозии катодный
9.1.2 Защита металлов от коррозии ингибиторами
Ингибитором коррозии называется вещество, присутствие которого в малых количествах в агрессивной среде предотвращает или значительно уменьшает скорость коррозии металлов.
Сначала ингибиторы применялись главным образом в замкнутых системах с постоянным или мало обновляемым объемом растворов, например, в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания. В дальнейшем, по мере развития техники, ингибиторы получили более широкое распространение. Сейчас они применяются для защиты металлов от атмосферной коррозии, от коррозии в морской воде (в замкнутых системах). Известно, что некоторые нефтяные и газовые месторождения не могли быть пущены в эксплуатацию по причине интенсивной коррозии оборудования до тех пор пока не были найдены и применены эффективные ингибиторы.
Весьма эффективно применяются ингибиторы и в металлургической промышленности при травлении стальных изделий с целью удаления окалины и ржавчины. Широко начали вводить ингибиторы в смазки, масла, топливо, тормозные жидкости, в жидкости теплообменных систем. Длительное хранение техники и ее дальние морские перевозки немыслимы-без ингибиторов коррозии.
В настоящее время известно более 3000 веществ, являющихся ингибиторами коррозии металлов в различных природных и искусственных средах. Однако практическое применение нашли несколько десятков ингибиторов. Это обусловлено тем, что ингибиторы должны отвечать многим требованиям:
— обладать высокой устойчивостью против окисления и. термостабильностью;
— моментально действовать при введении в коррозионную среду;
— иметь определенный максимум защитного действия при минимальной концентрации;
— изготовляться на основе дешевого и доступного сырья.
По механизму своего действия на процесс электрохимической коррозии ингибиторы можно разделить на анодные, катодные и смешанные. По составу ингибиторы делятся на органические и неорганические. По эффективности действия ингибиторы в зависимости от рН среды можно разделить на кислые, щелочные и ингибиторы для нейтральных сред. По условиям применения ингибиторы можно разделить на предназначенные для растворов и на летучие вещества, дающие защитный эффект в условиях атмосферной коррозии.
Из-за большого разнообразия ингибиторов данная классификация является весьма условной.
9.1.3 Механизм защитного действия ингибиторов
Ингибитор с окружающей средой не взаимодействует. Он взаимодействует только с поверхностью металла, которая по сравнению со всем количеством агрессивной среды является сравнительно небольшой.
Механизм действия ингибиторов очень сложен, и его не удается объяснить при помощи одной универсальной теории. В настоящее время действие ингибиторов объясняется адсорбционной и пленочной теориями, которые были рассмотрены при изучении пассивности металлов. Сначала ингибитор адсорбируется на поверхности металла, а в дальнейшем образует с металлом химическое соединение в виде пленки. Пленка обнаруживает хорошие защитные свойства лишь тогда, когда она является труднорастворимым соединением в данной среде.
Электрохимический коррозионный процесс включает две сопряженные реакции: анодное растворение металла и катодную ассимиляцию электронов каким-либо деполяризатором. Введенный в агрессивную среду ингибитор может уменьшить коррозию металлов:
— торможением анодного процесса (анодный ингибитор);
— торможением катодного процесса (катодный ингибитор);
— торможением анодного и катодного процессов одновременно (смешанный ингибитор).
Поляризационные кривые (рисунок 29), полученные для данного металла в растворе с ингибитором и без него, позволяют выяснить, какой процесс преимущественно тормозится. Ингибитор вызывает уменьшение плотности коррозионного тока и, следовательно, уменьшение скорости коррозии. В нейтральных средах большинство ингибиторов тормозят анодный процесс, в кислых средах преимущественно тормозят катодный процесс.
а—анодный ингибитор; б — катодный ингибитор; в — ингибитор
смешанного действия; 1 — без ингибитора; 2 — с ингибитором
Рисунок 29 — Влияние ингибиторов на поляризационные кривые
Анодные ингибиторы увеличивают анодную поляризацию металла, вследствие чего коррозионный потенциал сдвигается в сторону более положительных значений (рисунок 29, а).
Действие анодных ингибиторов основано на пассивации анодных участков корродирующей поверхности металла. Торможение коррозии сводится к уменьшению скорости перехода ионов металла в раствор и уменьшению площади анодных участков за счет их изоляции защитными пленками. Анодные ингибиторы нередко называют пассиваторами. Любой пассиватор является анодным ингибитором, катодный ингибитор может и не быть пассиватором.
К анодным ингибиторам относятся: нитриты NаNО2 — соли азотистой кислоты НNО2; нитраты NaNО3 — соли азотной. кислоты НNО3; хроматы К2СгО4 — соли хромовой кислоты Н2СгО4; бихроматы К2Сг2О7 — соли бихромовой кислоты Н2Сг2О7.
Хроматы и бихроматы натрия и калия используются как ингибиторы коррозии железа, меди, латуни и алюминия в промышленных водных средах.
К анодным ингибиторам относятся фосфаты натрия Nа2РО4, Nа2НРО4, NаН2РО4, силикат натрия Nа2SiO3, бораты и другие вещества, образующие труднорастворимые соединения на поверхности металла. Их ингибирующее действие проявляется только при наличии растворенного кислорода, который и играет роль пассиватора. Фосфаты, адсорбируясь на поверхности стали, образуют с ионами железа экранирущие пленки, состоящие из смеси γ-Fe2O3 и FеРО4· 2Н2О.
Анодные ингибиторы коррозии относятся к категории опасных, так как при определенных условиях они из замедлителей коррозии превращаются в ее стимуляторов. Концентрация анодного ингибитора не должна быть ниже определенной величины, иначе пассивация может не наступить или будет неполной. При концентрации ниже минимального значения ингибитор способен ускорить коррозию.
Катодные ингибиторы уменьшают скорость коррозии:
— торможением отдельных стадий катодного процесса за счет затруднения доступа деполяризатора к поверхности металла или за счет уменьшения концентрации деполяризатора вследствие взаимодействия с ингибитором;
— за счет сокращения площади катодных участков, которое достигается путем образования нерастворимых защитных пленок.
Изменение поляризационных кривых в присутствии катодных ингибиторов показано на рисунке 29, 6. Ингибитор понижает плотность коррозионного тока и снижает скорость коррозии.
Для защиты, например, стальных трубопроводов водяных систем используют бикарбонат кальция Са(НСО3)2 как самый дешевый катодный ингибитор. Вследствие протекания деполяризующей реакции восстановления
растворенного в воде кислорода происходит подщелачивание воды у поверхности металла и образование пленки карбоната кальция СаСО3, затрудняющей дальнейший процесс коррозии.
Катодными ингибиторами в кислых средах являются в большинстве своем органические вещества — декстрин, уротропин и др. Катодные ингибиторы по защитному действию менее эффективны, чем анодные. Однако они совершенно безопасны для металла, так как не вызывают усиления коррозии при их недостаточной концентрации.
Ингибиторы смешанного действия являются наиболее эффективными. Влияние этих ингибиторов на форму поляризационных кривых показано на рисунке 29, в. Эти ингибиторы уменьшают скорости анодной и катодной реакций, результатом чего является, уменьшение скорости коррозии. К ингибиторам смешанного действия относятся силикаты n·SiO2··Ме2О и полифосфаты (Ме·РОз)n. Растворимые в воде силикаты натрия и калия называются жидким стеклом.
Говоря об ингибиторах коррозии, необходимо рассматривать конкретную коррозионную систему (металл и среда), так как универсальных ингибиторов не существует. Определенное химическое соединение может быть ингибитором коррозии одного металла и одновременно в той же среде стимулировать коррозию другого металла.
Источник: studfile.net
Предназначение ингибиторов коррозии и их основные виды
Ингибитор коррозии – вещество, соединение или группы соединений, предназначенные для замедления или угнетения процесса разрушения поверхности металла в условиях, которые способствуют деструкции внешнего и внутреннего слоя металлического изделия. Изобретение ингибиторов стало важным шагом в многовековой борьбе человечества с повреждением металла, которое наступает из-за его эксплуатации в агрессивной или нейтральной PH среде.
Присутствие в период взаимодействия замедлителя, именуемого ингибитором коррозии, предохраняет металл от разрушения.
Ингибиторы и их основные виды
Что такое ингибиторы коррозии? Это сера, азот или кислород, применение в виде различных групп или соединений, но развитие полимерной химии ежегодно расширяет список ингибиторов веществ.
На сегодняшний день выделяют следующие виды ингибиторов коррозии металлов:
- работающие в растворах кислот;
- действующие в щелочных растворах;
- применяемые в нейтральных средах и воде;
- эффективные при предотвращении атмосферной коррозии;
- разработанные для разведки нефтяных залежей, их добычи, хранения и транспортировки;
- антикоррозийные средства для вторичной переработки нефтепродуктов, а также действующие в отношении органических сред.
Это достаточно большие и условные группы веществ и соединений. Ингибиторы каждой группы можно подразделить по свойствам физики, механизму воздействия, способу применения. Но в целом все ингибиторы можно разделить на смешанные, анодные и катодные.
Такое деление позволяет не только определить их возможность взаимодействовать с различными реакциями, но и успешно определять функциональную предназначенность замедлителей реакции для определенного типа ржавчины. При этом химики руководствуются степенью их воздействия на парциальные электрохимические реакции.
На видео: пример работы Ингибитора Krown T 40.
Дальнейшее градуирование делит ингибиторы внутри групп по наиболее характерным признакам: летучий ингибитор коррозии в атмосфере (он же контактный). В кислотных растворах существует деление на ингибиторы перевозки, травления, перевозки и хранения, ингибиторы коррозии в нефтедобыче. Применяемые для снижения агрессивности нефти подразделяются на замедлители на аминной основе или образующие на поверхности водоотталкивающую пленочку.
Гид рекомендует: Как создать эффект ржавчины на металле и других поверхностях?
Анодные и катодные
Реакция ржавления приостанавливается несколькими способами, когда тип коррозии химики относят к реакциям электрохимии. Анодный вид ингибитора направлен на снижение внешней ионизации поверхности. Скорость такой реакции может снижаться с помощью сильных окислителей, которыми выступают H2О или окислы, а также соединения, которые очень трудно растворяются на поверхности материалов. В роли таких веществ могут выступать бензоаты, соединения азота, молибдена, кремния, азота, хрома, фосфора.
К катодным ингибиторам, которые могут снижать скорость растворения металла, относятся соединения (декстрин, уротропин), соли мышьяка и висмута. При этом работают они в кислых средах.
Следуя вышеназванной классификации, при которой ингибиторы делятся на катодные и анодные, можно обозначить еще ряд видов:
- катионные ингибиторы, которые применяют при защите нефтяных систем транспртировки и газопроводов (соединения, содержащие серу, спирты высокомолекулярные, альдегиды);
- для нейтральных сред ( такие как хроматы);
- щелочной коррозии (ПАВ в сочетании с катионами и комплексонами металлов).
Ингибитор кислотной коррозии – вещество, способное уменьшить процесс образования ржавчины (коррозионного разрушения).
Это органические или неорганические соединения, которые тормозят скорость реакции разрушения при любом из трех типов, увеличивая их поляризуемость. Наиболее действенными считаются вещества против коррозии, в состав которых входит азот, сера, H2О.
Смешанные
Наиболее качественными и действенными являются смешанные ингибиторы. Они останавливают как катодную, так и анодную реакции в тех или иных условиях. Так, к смешанным химики относят:
- БА-6;
- катапин;
- ХОСП-10;
- пиперидин;
- нитриты;
- хроматы аминов;
- уротропин.
Распространенные типы кислотных ингибиторов
Химики отмечают, что для снижения расхода кислоты, желательно применять ингибиторы кислотной коррозии в процессе травления металла. Это отлично сказывается на себестоимости, сокращая расходы. Они при этом снижаются до 40%. Одновременно меньше расходуется растворение металла и выделяется H2.
Ингибитор, добавленный в ходе процесса, еще и улучшает качество очистки металлической поверхности от оксидов и окалины.
Еще одним ценным качеством кислотного ингибитора является отсутствие лик трансформаций при повышении температуры процесса. Существуют ингибиторы кислотной коррозии, имеющие в своем составе мясокостную, кровяную, костную муку. Их действующим началом являются аминогруппы органических белков. Активность в травлении доходит до 70%. Они считаются весьма эффективными и востребованными.
Гид рекомендует: Как и чем очистить алюминий от продуктов коррозии и окисления
Из наиболее распространенных кислотных ингибиторов производители используют следующие вещества:
- ЧМ (Р + П) — применяется в сернокислотных растворах к малолегированной и углеродистой стали, но ныне считающийся устаревшим.
- КИ-1 — (водный раствор 25% уротропина и в таком же соотношении катапина). Он отлично действует в растворах плавиковой, соляной, фосфорной, серной кислот и применяется в автомобильной промышленности, а также при травлении электротехнических, низко- и высоколегированных сталей. Его используют и для придания антикоррозийных свойств арматуре железобетонных изделий. Имеет аналоги: БА-6, Синол-ИКК, ПБ-5, ПКУ.
- С-5 — ингибитор комбинированный. Он обладает действием синергетика, растворим в воде, водных растворах щелочей и кислот, эффективен при травлении высокоуглеродистых и легированных сталей, применяется на метизных, сталепрокатных, трубопрокатных комбинатах.
- ПАВ-446 (пеназолин) – ингибитор, обладающий двойным действием, нетоксичный, усиливает показатели травления, максимально удаляет окалину.
- ХОСП-10 – применим для органических кислот, а также серной, соляной. Используется в работе с черметом и цветметом, улучшая качественные показатели поверхностей, пластические свойства металлов.
- БА-6 – невозможно растворить в воде, зато он хорошо расходится в органических растворителях, соляной, серной, фосфорной кислотах. Применим в процессе солянокислой обработки оборудования скважин по добыче нефти и газа. При этом хорош для перевозки и хранения кислот, в процессах травления.
Использование любых средств предохранения металлических изделий и конструкций от разрушительного воздействия коррозий требует ежедневной необходимости в получении новых способов борьбы с ржавлением и разрушением, разработки новых и эффективных ингибиторов для кислотной среды.
Банк патентов постоянно регистрирует новые изобретения, практическая ценность которых неоспорима, и отечественные разработки не уступают по качеству и эффективности зарубежным веществам этого типа.
Сфера применения и практическая ценность
Сферы применения ингибиторов весьма обширны, и практическая ценность их использования несомненна в экономическом плане. Окалина, грат, накинь, ржавчина ежедневно нуждаются в удалении их со стенок котельного оборудования и оборудования промышленных предприятий, трубопроводов, транспортных средств.
Гид рекомендует: Как победить ржавчину: основные способы защиты металла от коррозии
Особенно актуально применение ингибиторов в газовой и нефтяной промышленности, транспортировка продукции которых идет по трубопроводам со всевозможными изгибами и огромным количеством сварных швов и стыков. Нефть изобилует всевозможными примесями и растворенным сероводородом. Это делает её состав агрессивным. Справиться с ним без ингибиторов разного типа невозможно.
В такую среду вводятся не только добавки, образующие пленку на поверхности нефти, но и вещества, препятствующие возгоранию, парафинообразованию, вспениванию и защите трубопроводов от ржавления под воздействием сероводорода. Разработка ингибирующих добавок типа ИФХАНгаз, Корексит-6350, ИСА-148, сульфанол П, Сепакор 5478 позволили избегать значительной части расходов, возникавших ранее при всевозможных опасностях, в том числе, и от повреждений транспортных магистралей в результате коррозий.
Кислоты и агрессивные агенты, применяемые для удалений коррозийных образований с поверхности металла, способствовали повреждению металлических поверхностей до тех пор, пока в обращении с ними не стали применяться ингибиторы.
Травление металлов, как необходимый процесс промышленного производства, не обходится без применения кислот, чья агрессивность и способность к растравливанию в значительной мере нейтрализуется ингибиторной составляющей, которая, к тому же, потенцирует ее результативность. Промышленная химия применяет все больше активных веществ, использование которых происходит в нетрадиционных вариантах для снижения агрессивности кислот и борьбы с коррозией металлов. Применение её достижений приносит немалую экономию средств во всех отраслях промышленности.
Как избавиться от ржавчины (1 видео)
Источник: gidpokraske.ru