Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах

Изобретение относится к защите металлов от кислотной коррозии с помощью ингибиторов. Ингибитор содержит, мас.%: m-нитробензаль-n-иоданилин 14,8-17,9; 4,5-дихлор-2-трифторметилбензимидазол 33,3-23,9; уротропин 51,9-58,2. Технический результат: ингибитор эффективно защищает от коррозии сталь, алюминий и титан в серной, соляной и ортофосфорной кислотах, в значительной мере подавляет наводороживание стали, кроме того, ингибитор может быть применен для травления стали, алюминия и титана, а также для кислотных очисток оборудования из перечисленных металлов. 2 табл.

 

Изобретение относится к защите металлов от коррозии в кислотах путем введения в последние ингибиторов и может быть применено при травлении стали, титана и алюминия в машиностроении, а также для кислотной очистки оборудования из указанных металлов.

Известно применение уротропина в качестве ингибитора кислотной коррозии стали. Однако защитное действие уротропина недостаточно эффективно для стали и особенно для титана и алюминия. Недостатком уротропина является и его высокая концентрация, достигающая 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 полученному результату является известный ингибитор - продукт конденсации капринового альдегида и анилина (В.Г. Турбина и Н.Г. Ключников "Защита стали от коррозии в соляной кислоте продуктов конденсации аминов и альдегидов", сборник статей "Ингибиторы коррозии металлов", ЦНИИ технологии судостроения, изд. Судостроение, 1965, с.124-129). Известный ингибитор защищает сталь от коррозии лучше, чем уротропин. Но и в этом случае защита от коррозии недостаточно велика, составляя по степеням защиты 92,07; 95,50 и 97,29% соответственно в 3,5 и 7 нормальных растворах соляной кислоты. Для титана и алюминия степени защиты значительно ниже. Кроме того, ингибитор не эффективен и при наводороживании стали.

Техническая задача состоит в разработке эффективного ингибитора кислотной коррозии не только для стали, но и для титана и алюминия, дающего более надежную защиту от коррозии для трех указанных металлов и от наводороживания для стали.

Общий технический результат - повышение эффективности ингибитора за счет совместного усиления (синергизма) защитного действия смеси компонентов.

Для достижения указанного технического результата предлагается ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах на основе продукта конденсации амина с альдегидом, в качестве которого использован m-нитробензаль-n-иоданилин, содержащий дополнительно 4,5-дихлор-2-трифторметилбензимидазол и уротропин.

Ниже представлены структуры компонентов ингибитора

m-нитробензаль-n-иоданилин

4,5-дихлор-2-трифторметилбензимидазол

Указанные компоненты входят в состав ингибитора в следующих концентрациях, мас.%:

m-нитробензаль-n-иоданилин	14,8-17,9
4,5-дихлор-2-трифторметилбензимидазол	33,3-23,9
уротропин	51,9-58,2

Для удобства введения ингибитора в растворы перечисленных выше кислот дается его состав, выраженный в граммах на литр, причем сохраняется та же последовательность компонентов: 0,4-1,2, 1,6-0,9, 1,4-3,9.

Таким образом, общая концентрация ингибитора в г/л составляет 3,4 -5,9. Повышение концентрации сверх 5,9 г/л нецелесообразно, так как не приводит практически к увеличению эффективности защиты от коррозии.

При введении в кислоты компонентов ингибитора в первую очередь растворяют продукт конденсации (необходимо энергичное перемешивание), затем производное имидазола и уротропин. Скорость коррозии измерялась по объему выделенного водорода и гравиметрическим методом. Водородная хрупкость (наводороживание) определялась с помощью крутильной машины К-5 по числу оборотов до излома образца.

Результаты испытаний приведены в таблицах и примерах.

ПРИМЕР I. Для испытаний предложенного ингибитора был взят 3 н. раствор соляной кислоты, содержащий 0,8 г/л продукта конденсации, 1,3 г/л производного имидазола и 2,7 г/л уротропина (соответственно мас.%: 16,5; 29,5 и 54,0), т.е. 4,8 г/л ингибитора. Опыты проводились при 20±1°С и 90±1°С (длительность опытов соответственно 48 и 0,5 ч). Температура поддерживалась с помощью жидкостного термостата. Образцы из стали размером 40×25×1 мм зачищались тонкой наждачной шкуркой, обезжиривались ацетоном, выдерживались 2 часа в эксикаторе над хлоридом кальция и взвешивались на аналитических весах. После проведения опыта образцы тщательно промывались дистиллированной водой, протирались бумажной салфеткой, выдерживались в эксикаторе и вновь взвешивались на аналитических весах. Вычисленные по изменениям масс образцов (в трех повторностях) скорости коррозии составляли для 20°С без ингибитора 9,45·10^-3 г/дм²·ч, с ингибитором 2,2·10^-4 г/дм²·ч, при 90°С соответственно 29,58 г/дм²·ч и с ингибитором 0,1479 г/дм²·ч.

Найденные коэффициенты торможения К составили:

Из величин коэффициентов торможения были вычислены степени защиты

Во второй серии опытов были измерены скорости коррозии стали для отдельных компонентов, которые брались в указанных выше концентрациях, и вычислены коэффициенты торможения:

для продукта конденсации	К20=2,6
для производного имидазола	К20=3,5
для уротропина	К20=2,3

Таким образом, теоретический коэффициент торможения ингибитора, находимый из величин частных коэффициентов для отдельных компонентов, составляет всего около 21, а опытное значение коэффициента торможения 43,5 более чем в 2 раза выше.

Такой результат свидетельствует о синергическом эффекте для смеси компонентов.

К такому же выводу приводят поляризационные измерения: для отдельных компонентов потенциалы изменяются на 10-25 мВ, для смеси компонентов, т.е. для предлагаемого ингибитора, анодная поляризация составляет примерно 70 мВ, катодная - около 110 мВ.

При определении наводороживания были получены следующие результаты (средние для 5-10 повторностей) по степеням защиты: без ингибитора 0, с ингибитором 37,5%.

Для известного ингибитора степень защиты от наводороживания всего 8%.

ПРИМЕР II. Для защиты от коррозии алюминия предлагаемым ингибитором (4,8 г/л) в 3 н. HCl получена величина коэффициента торможения, равная 333 (температура 20°С). Коэффициенты торможения для отдельных компонентов составили:

продукт конденсации	5,8
производное имидазола	4,5
уротропин	1,9

Теоретический коэффициент торможения составляет 49,6, т.е. более чем в 6 раз меньше, чем экспериментальная величина, что указывает на весьма значительный синергический эффект.

Для известного ингибитора при тех же условиях коэффициент торможения 65,5, т.е. существенно меньше, чем для предлагаемого ингибитора.

ПРИМЕР III. Для подавления коррозии титана в 5 н. ортофосфорной кислоте при 90°С предлагаемый ингибитор был взят в той же концентрации, что и в предыдущих примерах. Коэффициент торможения для него оказался равен 2,4. Теоретический коэффициент равен произведению 1,2×1,0×1,3=1,56. Следовательно, и в этом случае наблюдается синергизм действия компонентов, хотя и в меньшей степени, чем в предыдущих примерах. Для известного ингибитора коэффициент торможения составляет 1,8.

Сравнение результатов, приведенных в примерах и таблицах 1 и 2, однозначно свидетельствует о превосходстве предлагаемого ингибитора по сравнению с известным для коррозии стали, алюминия и титана во всех испытанных кислотах. Весьма значительно предлагаемый ингибитор преобладает над известным при наводороживании стали.

В дополнительных опытах было выявлено, что предлагаемый ингибитор значительно превосходит широко применяемый в производственной практике ингибитор ПБ-5: последний имеет коэффициент торможения для стали, равный 41, а у предлагаемого коэффициент более 100. Кроме того, ПБ-5 коагулирует под действием солей железа, накапливающихся в кислых растворах при коррозии сталей, а предлагаемый ингибитор в тех же условиях вполне устойчив.

Предлагаемый ингибитор можно рекомендовать при травлении испытанных металлов в кислотах, а также при кислотных очистках оборудования в машиностроении, пищевой промышленности и энергетике.

Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах, включающий продукт конденсации амина с альдегидом и уротропин, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 4,5-дихлор-2-трифторметилбензимидазол, а в качестве продукта конденсации содержит т-нитробензаль-n-иоданилин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

m-нитробензаль-n-иоданилин	14,8-17,9
4,5-дихлор-2-трифторметилбензимидазол	33,3-23,9
уротропин	51,9-58,2