Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах

 

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии с помощью ингибиторов и может быть использовано при травлении металлов в кислотах и кислотных очистках оборудования. Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах содержит, мас.%: 4-трифторметил-2,6-динитро-3-амино-N, N-диэтиланилин 9,4-11,4; ацетилацетон-(6-бромпиримидил-5)-сульфаниламид 14,1-17,1; диметиламиноазобензолсульфонат натрия 20,0-34,3; уротропин 37,1-56,5. Технический результат - повышение степени защиты от коррозии стали, титана и индия, а также снижение наводороживания стали. 2 табл.

Изобретение относится к защите металлов от кислотной коррозии и может быть использовано в машиностроении для травления металлов, а также для кислотных очисток оборудования.

Известно применения уротропина для защиты стали в серной и соляной кислотах /Алцыбеева А. И. , Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. - Л.: Химия, 1968, с.28-29/. Однако защита стали от коррозии с помощью уротропина недостаточно эффективна. Весьма низкие степени защиты обнаруживает уротропин для других металлов.

Недостатком уротропина как ингибитора является его высокая концентрация (до 2%), необходимая для получения защитного эффекта.

Наиболее близким к предлагаемому ингибитору по технической сущности и достигаемым результатам является продукт конденсации капринового альдегида с анилином /Турбина Е. Г., Ключников Н.Г. Защита стали от коррозии в соляной кислоте продуктами конденсации аминов и альдегидов. Сборник статей "Ингибиторы коррозии металлов", ЦНИИ технологии судостроения, изд. Судостроение, 1965, с.124-129/. Известный ингибитор защищает лучше, чем уротропин, но степени защиты все же недостаточно велики (92,07; 95,50; 97,29% в 3, 5 и 7 н. соляной кислоте). Для титана и индия степени защиты еще ниже. Известный ингибитор слабо защищает сталь от наводороживания.

Задача, которая решалась при разработке данного предлагаемого изобретения, состояла в создании ингибитора кислотной коррозии не только стали, но и титана и индия, который бы (ингибитор) обладал бы высоким защитным действием для перечисленных выше металлов. Положительный эффект изобретения возникает за счет совместного усиления (синергизма) защитного эффекта компонентов предлагаемого ингибитора.

Для достижения названной технической задачи предлагается в серную, соляную и ортофосфорную кислоты добавлять ингибитор, содержащий в своем составе следующие четыре компонента: уротропин; продукт конденсации амина и альдегида, в качестве которого был использован ацетилацетон-(6-бромпиримидил-5)-сульфаниламид 4-трифторметил-2,6-динитро-3-амино-N, N-диэтиланилин (производное анилина) диметиламиноазобензолсульфонат натрия (метилоранж) Компоненты ингибитора берутся в следующих концентрациях, мас.%: 4-Трифторметил-2,6-динитро-3-амино-N,N-диэтиланилин - 9,4-11,4
Ацетилацетон-(6-бромпиримидил-5)-сульфаниламид - 14,1-17,1
Метилоранж - 20,0-34,3
Уротропин - 56,5-37,1
При введении ингибитора в кислоты сначала растворяют в кислоте продукт конденсации, затем производное анилина, метилоранж и в последнюю очередь уротропин.

Для удобства приготовления растворов производятся концентрации компонентов, выраженные, г/л:
Производное анилина - 0,4-0,8
Продукт конденсации - 0,6-1,2
Метилоранж - 1,2-1,7
Уротропин - 1,3-4,8
Испытания ингибитора производили объемным (по объему водорода) и гравиметрическим методами. Наводороживание стали определяли с помощью скручивания образцов на крутильной машине К-5 до излома образца.

Результаты опытов сведены в табл. 1 (для предлагаемого ингибитора) и 2 (для известного ингибитора). Приведены также три примера использования ингибитора.

Пример I.

В 500 мл 5 н. раствора серной кислоты добавлено 3 г ингибитора, содержащего 10% производного анилина (0,3 г), 15% продукта конденсации (0,45 г), 25% метилоранжа (0,75 г) и 50% уротропина (1,5 г). В ингибированную кислоту помещались 3 стальных образца, имеющих размер 30х20х1 мм, которые выдерживались в кислоте 48 ч при (20±1)^oС, при (90±1)^oС 0,5 ч. Перед опытом образцы очищались с помощью тонкой наждачной бумаги, обезжиривались ацетоном, выдерживались над хлоридом кальция в течение 2 ч в эксикаторе и взвешивались на аналитических весах.

В результате измерений были определены скорости коррозии стали в чистой кислоте при 20^oС 8,71•10^-4 г/(дм³•ч) и при 90^oС 45,0290 г/(дм³•ч); в ингибированной кислоте соответственно 8,71•10^-6 г/(дм³•ч) и 3,1500 г/(дм³•ч). По полученным данным рассчитанные величины коэффициентов торможения К_т составили при 20^oС 100, при 90 142,9, откуда искомые величины степеней защиты при 20^oС 99,0%, при 90^oС 99,3% (по формуле Z=(1-1/K_т)•100%).

При использовании в качестве ингибиторов отдельных компонентов предлагаемого ингибитора были получены следующие результаты при 20^oС: для производного анилина К_т=4,5; для продукта конденсации К_т=5,2; для метилоранжа К_т= 1,5; для уротропина К_т=1,6.

Теоретическая величина общего К_т, полученная путем перемножения частных значений коэффициентов торможения, составляет 56,3 то есть почти в 2 раза меньше величины экспериментального К_т=100, что свидетельствует о синергетическом увеличении защитного действия при использовании предлагаемого ингибитора. Измерение поляризации при коррозии стали показало, что смещение стационарного потенциала для катодной кривой составляет 100-20 мВ, для анодной 75-80 мВ, что гораздо больше, чем для растворов с отдельными компонентами, где поляризация примерно одинакова и на катоде и на аноде, составляя 10-20 мВ. Таким образом, поляризационные измерения подтверждают результаты изучения скорости коррозии по гравиметрическому методу.

Наводороживание определялось по трем параметрам: числу оборотов до излома образцы нетравленного N_о=53,7 оборотов (среднее из 5-10 повторностей), для образцов, которые травились в чистой и ингибированной кислотах, соответственно N_ч=1,4 и N_инг=25,7 оборотов. Расчет проводился следующим путем:
ΔN₁=N_о-N_ч=52,3 и ΔN₂=N_о-N_инг=28,0
К_т= ΔN₁/ΔN₂= 52,3/28,0= 1,86, степень защиты от наводороживания Z=(1-1/К_т)•100%=46,3%.

Опыты, проведенные с известным ингибитором, дали следующие результаты:
Степень защиты от коррозии 91,8%, степень защиты от наводороживания 8%.

Пример II.

При испытаниях титана в 7 н. соляной кислоте при 90^oС и той же концентрации ингибитора, что в примере 1, коэффициент торможения коррозии составил 10,1 (степень защиты 90,1%). Для отдельных компонентов ингибитора были получены следующие К_т: для производного анилина К_т=2,9; для продукта конденсации К_т=1,6; для метилоранжа К_т=1,3; для уротропина К_т=1,5.

Теоретический К_т=9,0. Синергизм для предлагаемого ингибитора наблюдается и в этом примере, хотя он выражен слабее, чем для стали.

В заключение данной серии были проведены опыты с известным ингибитором, который брался в концентрации 5 г/л. В остальном условия опыта были такими же, как и в экспериментах с предлагаемым ингибитором. Степень защиты для титана оказалась 50,2%.

Пример III.

При проведении опытов с индием брался 5 н.раствор ортофосфорной кислоты. Концентрация ингибитора та же, что и в первых примерах, температура 20^oС.

Степень защиты индия от коррозии составляет 45,5%, К_т=1,8. В то время как с известным ингибитором лишь 20,9%, К_т=1,3.

Для отдельных компонентов ингибитора получены следующие К_т: для производного анилина К_т=1,1; для продукта конденсации К_т=1,2; для метилоранжа К_т= 1,0,5; для уротропина К_т=1,1.

Теоретический К_т=1,5. Таким образом, и в этом случае наблюдается взаимное усиление действия компонентов ингибитора.

Из описанных примеров и данных табл. 1 и 2 можно сделать следующие заключения.

1. Предлагаемый ингибитор позволяет увеличить степень защиты от коррозии стали и особенно титана и индия.

2. Гораздо эффективнее предлагаемый ингибитор подавляет наводороживание стали по сравнению с известным.

Дополнительные опыты показали, что предлагаемый ингибитор значительно эффективнее защищает сталь от кислотной коррозии, чем широко применяемый в практике ингибитор ПБ-5 (для первого К_т превышает 100, а для известного всего 44). Кроме того, в отличие от ПБ-5 предлагаемый ингибитор не коагулирует при накоплении солей железа в травильных растворах.

Как уже отмечено, положительный эффект применения предлагаемого ингибитора объясняется синергизмом совместного действия компонентов, входящих в состав ингибитора.

Предлагаемый ингибитор рекомендуется для использования для травления стали, титана и индия в кислотах и кислотных очисток оборудования.

Формула изобретения

Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах, содержащий продукт конденсации амина с альдегидом, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 4-трифторметил-2,6-динитро-3-амино-N, N-диэтиланилин, диметиламиноазобензолсульфонат натрия и уротропин, а в качестве продукта конденсации включает ацетилацетон-(6-бромпиримидил-5)-сульфаниламид при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Ацетилацетон-(6-бромпиримидил-5)-сульфаниламид - 14,1-17,1
4-Трифторметил-2,6-динитро-3-амино-N, N-диэтиланилин - 9,4-11,4
Диметиламиноазобензолсульфонат натрия - 20,0-34,3
Уротропин - 37,1-56,5

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3