Защита металла от коррозии ингибиторы

Ингибитор коррозии — что это такое? Классификация, применение и свойства

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.

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

Данный тип добавок замедляет растворение металл при катодном процессе. Потенциал системы из своего обычного нейтрального состояния уходит в отрицательную сторону, что приводит к уменьшению коррозийного тока, и на поверхности образуется антикоррозийная пленка. Эта пленка является трудно растворимой не только для нормальных условий, но и для многих агрессивных сред. Она становится барьером между внешней средой и металлом, сохраняя его целостность.

Катодная ингибиторная защита от коррозии, что это? Чаще всего это соединения, которые увеличивают кислотность среды, что снижает возможность растворения металла.

Катодные добавки не применяются в кислых средах, так как там они не эффективны.

Как отмечалось ранее, ингибитор перед применением должен быть растворен в каком-либо веществе, самый простой – вода. Специалистами подбирается верная концентрацию добавки в данном объеме воды.

Стоит отметить, что данный тип веществ является наименее эффективным, в сравнении с анодными и смешанными ингибиторами.

Анодные ингибиторы коррозии

Данные вещества являются пассиваторами – вещества, переходящие из активного состояния в пассивное и образующие пленку. Эта пленка защищает металлический элемент. Коррозия замедляется вследствие уменьшения скорости перехода ионов металла в раствор, а также уменьшается площадь анодных участков, покрытых пленкой, за счет их разделения.

Именно анодные добавки, если с ними переборщить, могут не уменьшить, а ускорить коррозионное разрушение материала. Популярны карбонаты, силикаты, фосфаты, нитрит натрия, как ингибиторы анодной коррозии.

Смешанные ингибиторы коррозии

Смешанные добавки – это хроматы. Хроматы значительно тормозят анодную и катодную реакцию вместе, поэтому они являются наиболее эффективными. Процесс такой реакции протекает по окислительному типу.

Применение ингибиторов в нефтегазовой промышленности

Нефть и газ являются достаточно агрессивными средами, так как в них находятся едкие вещества, которые способны разъедать материалы и пагубно влиять на здоровье человека. Исходя из этого, специальные добавки для защиты металлических конструкций, применяют на любой стадии добычи, транспортировки, хранения и эксплуатации нефти и газа. Важным аспектом является то, что ингибитор на всех этих стадиях желательно применять один и тот же.

Кроме защиты металла, в сами нефтепродукты могут добавляться примеси, которые делают ее менее агрессивной средой: антикоррозийные ингибиторы парафинообразования, антивоспламенители и антивспениватели. Наиболее распространенное вещество для защиты магистральных нефте- и газопроводов – соединения на основе аминов.

Применение ингибиторов в бытовых условиях

Процессы коррозии поражают не только металлические изделия промышленных и строительных производств, но и любые металлические изделия у нас дома, а также машины и приборы.

Самое простое домашнее средство с ингибитором – это грунтовка. Как всегда, поверхность необходимо подготовить, а потом загрунтовать шпателем или кисточкой. Грунтовка создает на изделии защитный слой, разделяя металл и окружающую среду.

Некоторые лакокрасочные покрытия также имеют в своем составе ингибиторы.

Наиболее простые и понятные ингибиторы для домашнего обихода – сурик (свинцовая краска красного цвета) добавленный в грунтовку, добавленные в раствор ортофосфаты железа или цинка и т.п.

Свинцовая краска красного цвета

Применение ингибиторов при обработке техники

Коррозия в технике является наибольшей угрозой для жизни человека. Зачастую коррозирующий участок в большом элементе не так страшен, как коррозия на участке болтового соединения или сварного шва.

Чаще всего, конечно, с проблемой ржавчины сталкиваются владельцы авто и везут свои машины на СТО для того, чтобы там специалисты сами обработали материал и нанесли антикоррозийное покрытие с применением ингибиторов или нет.

Разрушение техники сложно приостановить, так как участки, подверженные разрушению обычно труднодоступны, затруднительна обработка ингибитором коррозии, и очистка пораженного участка. В малодоступных местах стараются применять жидкие составы для их лучшего нанесения и распределения – масла, битумные горячие составы, мягкие смазки и т.д.

Заключение

В целом, ингибиторы коррозии металлов увеличили срок работоспособности изделий и техники. С их помощью появилась возможность четко провести границу между элементом и окружающей средой и надолго приостановить развитие коррозии. Теперь это все доступное защитное средство, имеющее широкий выбор и различный ценовой диапазон.

Источник

Что такое ингибиторы коррозии металла

Ингибитор коррозии: что это такое? В переводе с латыни слово «ингибиторы» означает «задерживатели». Они довольно широко применяются в отечественной промышленности.

Ингибиторы коррозии металла — группа специальных веществ и соединений, главной целью которых является комплексная защита металлических конструкций от разрушительного воздействия коррозии. Такие вещества добавляют к полимерным покрытиям, воскам, смазкам, упаковкам, в закрытые пространства, в которых хранится металл. Результат — увеличение защитных возможностей покрытий.

Классификация ингибиторов коррозии

Средства для защиты металлов от коррозии разделяют на типы, исходя из:

• Механизма воздействия: адсорбционные и пассивирующие реагенты.
• Среды функционирования конструкций: соединения, защищающие от ржавчины в кислотной, нейтральной и сероводородной средах; специальные вещества, применяемые на нефтяных скважинах.
• Химической природы: органические и неорганические, летучие ингибиторы.
• Принципа защитного действия: катодные, анодные либо комбинированные составы.

Воздействие данных веществ основано на одном принципе: изменяется состояние поверхностей, к чему приводит формирование труднорастворимых соединений с катионами металлов либо в результате поглощения конкретного применяемого ингибитора.

Вещества и соединения, которые могут остановить процесс развития коррозии, могут действовать на железо двумя способами. В первом случае происходит модификация активационной энергии в процессе ржавления, а во втором — сокращается площадь поверхностей, которые называют коррозионно активными.

Толщина слоя, образованная полезными веществами, меньше толщины наносимого покрытия. В частности, пассиваторы могут образовать особую пленку, которая будет сдвигать потенциал коррозии в положительную сторону. Речь идет о молибдатах, нитритах и хроматах, обладающих отличным антикоррозионным воздействием.

Адсорбционные соединения поглощают верхний слой обрабатываемых металлов, на них создается особенная тонкая пленка. Именно она существенно замедляет, а в отдельных случаях даже останавливает коррозию электрохимического типа, которая образовывается на поверхностях.

Защита от атмосферного воздействия

Для предохранения железных сплавов пользуются контактными и летучими веществами, которые быстро испаряются и в самостоятельном порядке распределяются по поверхностям.

Применяются летучие соединения в связи со значительными требованиями к барьерным материалам:

• Непроницаемость для паров полезных соединений.
• Соблюдение герметичности упаковки, в противном случае вещества улетучатся.

Применяются несколько способов нанесения, позволяющих сохранить изделия из металла от атмосферных воздействий:

• Обработка поверхностей водными растворами или органическими растворителями.
• Осуществление процесса сублимации ингибиторов на поверхности изделий из воздуха со значительной концентрацией полезных соединений.
• Материалы покрывают полимерными составами, составляющими которых обязательно выступают ингибиторы.
• Изделия заворачивают в слой ингибированной бумаги.
• В закрытом пространстве направляются пористые носители с необходимыми соединениями.

В последнем случае защитные функции выполняют препараты «Линопон» и «Линасиль». Данные вещества при помещении их в закрытых пространствах способны обеспечить длительную целостность металла — он практически не будет подвергаться коррозии и «бронзовой болезни». Такие конструкции можно будет сохранить в случае значительніх перепадов температур.

Консервирование посредством ингибиторов рекомендуют проводить при влажности на уровне ниже критической, при чистом воздухе. Не допускайте наличия кислых испарений в рабочих помещениях такие пары выделяются при химической чистке).

Учтите, что вещества впитываются не мгновенно, для образования протекции понадобится некоторое время. Продолжительность зависит не только от выбранных веществ, но и от структуры обрабатываемых элементов. Перед обработкой металлы очищают от скоплений грязи и жиров, поддают сушке.

Будьте внимательны: перед началом консервации железо нельзя трогать руками, а все работы должны проводиться исключительно в резиновых перчатках!

Защита для конструкций со стали

Большой популярностью пользуются жидкие растворы нитрита натрия. Данное вещество относится к ингибиторам контактного типа, которые наносят на поверхности изделий (к примеру, на отопительные системы либо иные металлические приспособления).

Желательно к нитриту натрия добавлять дополнительные компоненты для увеличения вязкости структуры (речь идет о оксиэтилцеллюлозе, глицерие, ксилите, крахмале) — так заметно возрастает эффективность используемого вещества. Можно увеличить срок защиты конструкций вне зависимости от климатических условий. Вязкий состав не позволит нитриту натрия засохнуть, солевые кристаллы не отойдут от поверхностей, также снизится процент стекания веществ в условиях с высокой влажностью.

В большинстве случаев пользуются раствором 25% нитрита натрия для защиты изделий со стали, и 40% — для чугуна. Раствор предварительно подогревают до температуры 65−85 градусов.

Источник

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·SiO_2··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