Ингибитор коррозии металлов в соляной и серной кислотах

 

Изобретение относится к защите металлов от коррозии в кислых средах с помощью ингибиторов и может быть использовано в травильных растворах и при кислотных очистках оборудования. Ингибитор содержит, мас.%: М-нитробензаль-п-аминофенол 19,2-16,2; диметилфенилнониламмоний иодид 26,9-29,4; 3-оксипиридазон-6 15,4-11,8; уротропин 38,5-42,6. Ингибитор тормозит коррозию стали, никеля и кобальта, обеспечивает значительное снижение наводороживания стали. 2 табл.

Изобретение относится к области торможения коррозии и защиты металлов с помощью введения в кислотные среды ингибиторов коррозии и может быть использовано при травлении металлов в машиностроении и при кислотных очистках оборудования.

Известно применение уротропина в качестве ингибитора кислотной коррозии металлов. Однако уротропин довольно слабо защищает сталь и особенно слабо никель и кобальт от коррозии в кислотных растворах. К тому же уротропин применяется в весьма высоких концентрациях - до 2% (Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. - Л.: Химия, 1968, с.28-29).

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является известный ингибитор - продукт конденсации капринового альдегида с анилином (Трубини В.Г. и 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 сталь от коррозии в соляной кислоте лучше, чем уротропин, однако в этом случае степени защиты от коррозии недостаточно велики, составляя 92,07 в 3 н., 95,50 в 5 н. и 97,29% в 7 н. соляной кислоте. Для никеля и кобальта защита от коррозии еще менее эффективна. Ингибитор слабо защищает сталь от наводороживания.

При разработке данного изобретения была поставлена задача создания ингибитора коррозии, который в кислотах защищал бы не только сталь, но и никель и кобальт, а также снижал бы наводороживание стали.

Предполагалось, что оба защитных эффекта можно получить путем подбора смеси компонентов, усиливающих действие друг друга.

Эффективность предлагаемого ингибитора, как минимум, должна превышать эффективность прототипа.

Для решения поставленной технической задачи в растворы соляной и серной кислот предлагалось вводить ингибитор коррозии, представляющий собой смесь продукта конденсации амина с альдегидом, производного пиридазона, соли четвертичного замещенного аммония и уротропина. При этом конкретно были взяты м-нитробензаль-п-аминофенол В состав ингибитора перечисленные компоненты входят в следующих концентрациях, мас.%: М-нитробензаль-п-аминофенол - 16,2-19,2 3-оксипиридазон-6 - 11,8-15,4 диметилфенилнониламмоний иодид - 26,9-29,4 уротропин - 38,5-42,6
При приготовлении ингибиторных растворов кислот в первую очередь в соответствующую кислоту вводят продукт конденсации, затем 3-оксипиридазон-6 и тщательно перемешивают раствор, затем добавляют в него два оставшихся компонента.

Для упрощения расчетов можно рекомендовать добавлять компоненты, взятые в концентрациях в виде, г/л:
М-нитробензаль-п-аминофенол - 0,5-1,1
3-оксипиридазон-6 - 0,4-0,8
диметилфенилнониламмоний иодид - 0,7-2,0
уротропин - 1,0-2,9
Результаты коррозионных испытаний металлов и опытов по наводороживанию стали приводятся в таблицах 1 и 2, а также в примерах. Торможение коррозии изучалось гравиметрическим и объемным методами наводороживание - по скручиванию стальных образцов до излома на крутильной машине K-5.

ПРИМЕР 1. Опыты проводились на стали с 500 я/л 5 соляной кислоты при 20±1 и 90±1^oС (температура поддерживалась с помощью жидкостного термостата). Ингибитор брался в концентрации 6,8 г/л (т.е. 3,42 на 500 мл кислоты). Концентрации компонентов составляли: продукт конденсации 16,2 мас.% (т.е. 0,55 г на 500 мл), 3-оксипиридазон-6 11,8 мас.% (0,4 г/л на 500 мл), диметилфенилнониламмоний иодид 29,4 мас.% (1,02 на 580 мл), уротропины 42,6 мас. % (1,45 г на 500 мл). Образцы (трехкратная повторность) имели размер 40 х 25 х 1 мм, предварительно зачищались тонкой наждачной шкуркой, обезжиривались ацетоном, выдерживались 2 часа в эксикаторе над хлоридом кальция и взвешивались на аналитических весах. После опыта образцы тщательно промывались, протирались бумажной салфеткой, выдерживались в эксикаторе и вновь взвешивались на аналитических весах. Вычисленная по изменению массы образцов скорость коррозии составила:
при 20^oС без ингибитора 9,25•10^-4 г/дм²час,
с ингибитором 4,625•10^-6 г/дм²час
(продолжительность опыта 62 часа),
при 90^oС без ингибитора 23,29 г/дм²час,
с ингибитором 9,3•10^-2 г/дм²час
(продолжительность опыта 0,5 часа).

Соответственно коэффициенты торможения и степени защиты составляют при 20^oС 200 и 99,5%; при 90^oС 250 и 99,6%.

Во второй серии были измерены скорость коррозии для отдельных компонентов ингибиторы, которые брались в указанных ранее концентрациях. Вычислялись коэффициенты торможения, которые оказались равны:
для продукта конденсации - 2,9
для 3-оксипиридазона-6 - 2,5
для диметилфенилнониламмония иодида - 2,3
для уротропина - 2,6
Теоретический коэффициент торможения должен был бы равняться 43,3. В действительности он почти в 5 раз больше, что свидетельствует о синергитическом характере усиления взаимного действия компонентов предлагаемого ингибитора. К аналогичному выводу можно прийти и на основе поляризационных измерений: отдельные компоненты вызывают изменение потенциалов на 20-45 мВ, предлагаемый ингибитор на 90 мВ для анодного процена и 120 мВ - для катодного.

При определении наводороживания были получены следующие средние величины числа оборотов образца до излома (5-10 повторностей):
нетравленный образец - 56 оборотов (N⁰)
травленные с ингибитором 20,9 (N¹)
травленные в чистой кислоте 2,1 (N²)
Находим разности числа оборотов
ΔN₁ = N⁰-N² = 53,9,
ΔN₂ = N⁰-N¹ = 35,1,
отсюда вычисляется коэффициент наводороживания К=53,9/35,1=1,536. Затем рассчитываем степень защиты от наводороживания
.

Аналогичные опыты, проведенные с известным ингибитором, дали результаты:
степень защиты от коррозии 96,3% (К=27);
степень защиты от наводороживания 9% (концентрация ингибитора 6,8 г/л).

ПРИМЕР 2. Испытывались предлагаемый и известный ингибиторы при защите от коррозии никеля в 5N серной кислоте при 90^oС. Ингибиторы брались в тех же концентрациях, что и в опыте 1. Опыт длился 1 час. Для предлагаемого ингибитора получили коэффициент торможения коррозии 4,7 и степень защиты 78,7%.

В опытах с отдельными компонентами предлагаемого ингибитора получены коэффициенты торможения: продукт конденсации 1,5; 3-оксипиридазон-6 1,2; диметилфенилнониламоний иодид 1,2 и уротропин 1,2. Таким образом теоретический коэффициент торможения составляет 2,6, т.е. почти в 2 раза меньше, чем для предлагаемого ингибитора. Следовательно, и при защите никеля наблюдается синергетическое усиление совмезащитного действия компонентов.

С известным ингибитором получена степень защиты никеля, равная 38,1%.

ПРИМЕР 3. Испытывалась эффективность предлагаемого и известного ингибиторов для торможения коррозии кобальта. Опыт проводился по той же программе, как и в случае изучения коррозии в примере 2, но при концентрации ингибитора 4,6 г/л (для известного ингибитора 5 г/л). Коэффициент торможения коррозии предлагаемым ингибитором составляет 4,8. Для отдельных компонентов коэффициенты имели следующие величины: продукт конденсации 1,3, для 3-оксипиридазона-6 1,2, для диметилфенилнониламоний иодида 1,3, для уротропина 1,1. Теоретический коэффициент торможения составляет 2,2, т.е. он уступает экспериментальной величине более чем в 2 раза.

Степень защиты предлагаемого ингибитора для кобальта 79,2%, для известного ингибитора 31,5%.

Сравнение показателей, приведенных в таблицах 1 и 2 и примерах, свидетельствует о превосходстве предлагаемого ингибитора перед известным по торможению коррозии для стали, никеля и кобальта. Еще значительней выражено преимущество предлагаемого ингибитора по наводороживанию стали.

Опыты, проведенные дополнительно, показали, что предлагаемый ингибитор более эффективно защищает от кислотной коррозии сталь, чем широко применяемый в производственной практике ПБ-5 (для первого коэффициент торможения равен 100, а для известного только 44). Кроме того, в отличие от ПБ-5 предлагаемый ингибитор не коагулирует при накоплении ионов железа в травильной ванне.

Положительный эффект предлагаемого ингибитора объясняется синергизмом совместного действия компонентов, входящих в состав ингибитора.

Предлагаемый ингибитор может быть рекомендован для травления стали, никеля и кобальта, а также для кислотных очисток оборудования в энергетике и пищевой промышленности.

Формула изобретения

Ингибитор коррозии металлов в соляной и серной кислотах, содержащий продукт конденсации амина с альдегидом, отличающийся тем, что он дополнительно содержит диметилфенилнониламмоний иодид, 3-окспиридазон-6, уротропин, а в качестве продукта конденсации м-нитробензаль-п-аминофенол при следующих концентрациях компонентов, мас. %:
М-нитробензаль-п-аминофенол - 19,2-16,2
Диметилфенилнониламмоний иодид - 26,9-29,4
3-оксипиридазон-6 - 15,4-11,8
Уротропин - 38,5-42,6

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5