Водорастворимый ингибитор коррозии металлов
WATER-SOLUBLE INHIBITOR OF METAL CORROSION

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии в нейтральных водных средах, а именно к составам с боратсодержащими соединениями в качестве ингибитора и может найти применение для защиты от коррозионного разрушения оборудования из черных металлов и в частности кузовов и днища автомобиля.
Известны ингибиторы коррозии металлов для нейтральных сред на основе тетрабората аммония, формамида, диметилформамида, тиокарбамида и карбамида (Фадеев, И.В. Влияние амидоборатных соединений на противокоррозионные свойства стали / И.В. Фадеев, В.К. Половняк, С.С. Еремеева, Ш.В. Садетдинов // Научно-технический вестник Поволжья. - 2015. - №3. - С. 19-24).
Недостатком известных ингибиторов является их относительно низкая защитная эффективность от коррозии.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, являются водорастворимый ингибитор коррозии металлов, содержащий триполифосфат натрия и борат этаноламина, который представляет собой продукт взаимодействия борной кислоты с моно-, ди- или триэтаноламином. RU 2355820, МПК C23F 11/14, C23F 14/02; опубл. 20.05.2009.
Недостатком данного ингибитора является его относительно низкая защитная эффективность от коррозии.
Задачей изобретения является создание водорастворимого ингибитора коррозии металлов, с повышенными антикоррозионными свойствами, расширяющими арсенал средств данного назначения.
Техническим результатом изобретения является улучшение противокоррозионных свойств, увеличение срока защиты от коррозии оборудования из черного металла.
4
2
4
7
2
8
2
2
Технический результат достигается тем, что водорастворимый ингибитор коррозии, включающий триполифосфат натрия и боратсодержащее соединение, согласно изобретению, в качестве боратсодержащего соединения содержит диэтилентетраборатаммония состава (NH)BO⋅2CHN⋅2НО, в расчете на безводную соль, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Триполифосфат натрия
10,0-20,0
Диэтилентетраборатаммония
80,0-90,0
4
2
4
7
2
8
2
2
Образование соединения диэтилентетраборатаммония состава (NH)BO⋅2CHN⋅2HO выявлено изучением системы тетраборат аммония - этилендиамин - вода при 25°С методами физико-химического анализа. Для проведения опытов использовали тетраборат аммония марки «х.ч.» и этилендиамин марки «ч». Изотермическая среда создавалась в водном термостате с точностью ±0,1°С. Реакционную смесь, находящуюся в стеклянном сосуде с масляным затвором, перемешивали до установления равновесия, которое достигалось через 10 ч. В пробах жидких фаз и донных «остатков» содержание этилендиамина находили по Къельдалю, тетраборат аммония - алкалиметрическим титрованием в присутствии маннита. В составе жидкой фазы коэффициент преломления растворов определяли рефрактометрически. Идентификацию твердых растворов проводили графически по Скрейнемакерсу и контролировали методом кристаллооптики. Показатели преломления кристаллов измеряли иммерсионным методом с помощью поляризационного микроскопа МИН-8, плотность определяли пикнометрически в бензоле и толуоле.
4
2
4
7
2
8
2
2
Экспериментальные данные по растворимости и свойствам жидкой фазы системы (NH)BO - CHN - HO при 25°С приведены в табл. 1 и фиг. 1.
Фигура 1 - Диаграмма растворимости системы тетраборат аммония - этилендиамин - вода при 25°С.
4
2
4
7
2
8
2
4
2
4
7
2
8
2
2
2
8
2
Как видно из фиг. 1 с эвтонического раствора, который характеризуется содержанием 19,90% (NH)BO и 30,68% CHN берет начало вторая ветвь кристаллизации. Лучи Скрейнемакерса от этой ветви пересекаются в точке с содержанием 55,17% тетрабората аммония и 34,48% этилендиамина. Это означает образование нового соединения диэтилентетраборатаммония состава (NH)BO⋅2CHN⋅2HO. Область кристаллизации соединения простирается на диаграмме по содержанию CHN до 55, 87%.
Таблица 1 - Растворимость и свойства жидких фаз системы тетраборат аммония - этилендиамин - вода при 25°С
3
3
3
Новое соединение представляет собой мелкокристаллическое вещество, которое растворяется в воде инконгруэнтно. Показатель преломления кристаллов 1,638, плотность - 1,645 г/см, молекулярный объем - 240,73 см/моль, удельный объем - 0,61 см/г. Растворимость в воде 51,0 г/100 г (при 25°С).
Приготовление водорастворимого ингибитора коррозии заключается в простом смешении компонентов триполифосфат натрия (ТПФ) и диэтилентетраборатаммония (ДЭТБА) до получения однородного состава в количествах согласно составам 1-2 табл. 1.
Диэтилентетраборатаммония получали следующим образом. В реакционную колбу емкостью 500 мл налили 200 мл дистиллированной воды и растворили в ней 19,2 г (0,1 моля) тетрабората аммония и 12,0 г (0,2 моля) этилендиамина. Смесь непрерывно перемешивали в течение 6 часов при комнатной температуре, затем раствор перенесли в кристаллизатор для выращивания кристаллов. Выход продукта - 28,4 г, что составляет 91,0%.
Рабочая концентрация полученного ингибитора в воде составляет 1,5-2,0 мас. %.
Противокоррозионные свойства прототипа и заявляемого в качестве изобретения ингибитора были изучены влиянием их на коррозионно-электрохимическое и коррозионно-усталостное поведение стали 08 кп в среде, имитирующей дорожные условия (СИЛУ).
-
Химический анализ загрязнений поверхности автомобильной дороги в осенне-зимний период эксплуатации дорог в г. Чебоксары Чувашской Республики показал, что основными компонентами загрязнения являются ионы хлоридов Cl, аммония  сульфатов  и нитратов  концентрацией, мг-экв/л: 22,00-26,00; 0,25-0,55; 5,18-5,82; 5,00-7,00 соответственно.
Среду, имитирующую дорожные условия, готовили растворением в одном литре дистиллированной воды:
- хлористого натрия NaCl - 1,404 г;
4
- аммиачной воды NHOH - 0,0068 г;
3
- нитрата натрия NaNO - 0,051 г;
2
4
- сульфата натрия NaSO - 0,3905 г.
Исследования противокоррозионных свойств прототипа и заявляемого ингибитора проводили методами гравиметрии, по результатам которого рассчитывали значения ингибиторного эффекта у и степени защиты Z.
Ингибиторный эффект (коэффициент торможения), который показывает во сколько раз ингибитор замедляет скорость коррозии, вычисляли по формуле:
0
где К и К - скорость коррозии в присутствии ингибитора и без него, соответственно.
Степень защиты, характеризующая полноту подавления коррозии, определяли в %:
Скорость коррозии К определяли по убыли массы образцов, отнесенной к единице поверхности за единицу времени по формуле:
0
где m и m - масса образцов до и после опыта, г;
2
S - площадь пластинки, м;
t - время проведения опыта, ч.
Результаты гравиметрических исследований приведены в табл. 3.
Таблица 3 - Влияние прототипа и заявляемого водорастворимого ингибитора на среднюю скорость коррозии (К), коэффициент торможения (γ) и степень защиты (Z) стали 08 кп в СИЛУ за 30 суток
Согласно данным табл. 3 наиболее эффективными составами заявляемого ингибитора являются составы 2, 3, 4.
Испытания на коррозионно-усталостное разрушение производили по ГОСТ 12860-67 при нагрузке 330 МПа, температуре >20°С и концентрации ингибитора 2,0 мас. % (табл. 4).
Таблица 4 - Влияние прототипа и заявляемого водорастворимого ингибитора на коррозионно-усталостное разрушение стали 08 кп
Таким образом, заявляемый водорастворимый ингибитор коррозии и соотношение в нем компонентов является более эффективным по сравнению с прототипом.
Использование заявляемого водорастворимого ингибитора коррозии в процессе мойки кузова автомобиля, особенно его днища, обеспечит более эффективную его защиту от коррозии.