Пассивация поверхности металлов для защиты от атмосферной коррозии
Владельцы патента RU 2468125:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) (RU)
Изобретение относится к технике защиты металлов от атмосферной коррозии с помощью контактных ингибиторов, в частности к получению из водных растворов устойчивых пассивирующих слоев на поверхности металлов, и может быть использовано для защиты прецизионных металлических изделий. Пассивирующий состав для защиты металлов от атмосферной коррозии содержит в качестве активной основы соли карбоновых кислот и аминокислот, при этом он дополнительно содержит комплексонаты фосфоновых кислот с двух и трехвалентными металлами в композиции с соединением класса азолов при следующем соотношении компонентов, мас.%: эквимолярная смесь солей карбоновых кислот и аминокислот 0,050-1,500; эквимолярная смесь комплексонатов фосфоновых кислот 0,050-0,500; соединение класса азолов 0,015-0,150; вода остальное. Состав нетоксичен, обладает высокой эффективностью при низких концентрациях и формирует на поверхности металла тонкие защитные пленки, предотвращающие атмосферную коррозию. 1 табл.
Изобретение относится к технике защиты металлов от атмосферной коррозии с помощью контактных ингибиторов, в частности к получению из водных растворов устойчивых пассивирующих слоев на поверхности черных и цветных металлов, и может быть использовано для защиты прецизионных металлических изделий, а также в качестве подготовки поверхности к нанесению иных средств противокоррозионной защиты.
Известно значительное количество контактных ингибиторов, способных пассивировать поверхность металла и предназначенных для защиты металлов от атмосферной коррозии /И.Л. Розенфельд, В.П. Персианцева "Ингибиторы атмосферной коррозии". М.: Наука, 1985/ [1], /Kuznetsov Yu.I. Organic Inhibitors of Corrosion of Metals. 1996. New York: Plenum Press. 283 p./ [2]. Аналогами предлагаемого ингибитора являются нитриты щелочных и щелочноземельных металлов, неорганические и органические хроматы, маслосодержащие составы и ингибиторы адсорбционного типа /Кузнецов Ю.И. Успехи химии. 2004. Т.73. №1. С.79-93/ [3], например соли высших карбоновых кислот (олеат и др.). Однако нитриты и хроматы токсичны, а применение высших карбоксилатов и маслосодержащих составов не всегда удобно с технологической точки зрения, так как даже при использовании невысоких концентраций ингибитора поверхность может быть маслянистой, в щелях и зазорах могут образовываться сгустки, что в конечном итоге приводит к необходимости расконсервации. Кроме того, отработанные масляные композиции необходимо утилизировать.
Задача изобретения - создание ингибитора коррозии, модифицирующего поверхность металлов за счет создания на ней устойчивых ультратонких пассивирующих слоев, способных предотвращать атмосферную коррозию.
Поставленная задача достигается тем, что используемые для создания пассивирующих слоев на поверхности металла составы, содержащие в качестве активной основы соли карбоновых кислот и аминокислот (бензойной, фталевой, фенилантраниловой, олеиновой и др.), дополнительно содержат смесь комплексонатов фосфоновых кислот (нитрилотриметиленфософновой (НТФ), 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой (ОЭДФ), гексаметилендиаминтетраметиленфосфновой (ГМДТФ) с двух и трехвалентными металлами (цинк, магний, алюминий)), а также небольшие добавки соединений гетероциклического ряда (азолов), при следующем соотношении компонентов:
| Эквимолярная смесь солей карбоновых кислот | |
| и аминокислот | 0,050-1,500 |
| Эквимолярная смесь комплексонатов | |
| фосфоновых кислот | 0,050-0,500 |
| Азол | 0,015-0,150 |
| Вода | остальное |
Приготовление состава осуществляется простым смешением компонентов. Все компоненты являются товарными продуктами. Основное назначение фосфонатов - использование в качестве ингибитора коррозии металлов и солеотложения. Выбор фосфонатов в качестве компонента заявленного ингибитора обусловлен механизмом их защитного действия, связанным с образованием на поверхности защищаемого металла труднорастоворимых комплексов и гидроксида катиона-комплексообразователя [2].
Применение фосфонатов в составах для пассивации металлов может быть перспективным благодаря их низкой токсичности и способности образовывать устойчивые слои на поверхности металла при сравнительно малых концентрациях. С другой стороны, комплексонаты гидрофильны и, как следствие, обладают низкой поверхностной активностью. Необходимо также, чтобы другие компоненты пассивирующего состава не дестабилизировали комплексы фосфоновых кислот в объеме раствора.
В известной научно-технической и патентной литературе не обнаружены сведения об использовании водных растворов, содержащих смеси карбоновых кислот с комплексонатами фосфоновых кислот и азолами для модификации поверхности металлов и защиты от атмосферной коррозии.
Ниже приводятся примеры конкретных составов предлагаемого ингибитора и подробное описание изобретения, поясняющее его техническую сущность.
Испытания по оценке эффективности пассивирующих составов проводились в ходе следующих лабораторных опытов. Пластинки исследуемых металлов площадью 35 см2 зачищали наждачной бумагой, обезжиривали, обертывали фильтровальной бумагой и выдерживали в эксикаторе в течение 24 ч. Затем на поверхности образцов формировали пассивирующую пленку погружением их при определенных условиях в растворы ингибиторов. Для иллюстрации эффективности защитных составов использованы эквимолярная смесь натриевых солей фталевой, бензойной, фенилантраниловой, олеиновой и других карбоновых кислот (КК); эквимолярная смесь комплексонатов ОЭДФ, НТФ и ГМДТФ с магнием и цинком (СК) и добавки бензотриазола (БТА). Толщина образующихся защитных слоев не превышает нескольких десятков нанометров.
Обработанные образцы высушивали на воздухе и помещали в герметичную ячейку над слоем воды с температурой 50°С. Замену воды проводили один раз в сутки, обеспечивая, таким образом, периодическую конденсацию влаги на поверхности металла. Критерием стойкости пассивной пленки являлось время до появления первого коррозионного поражения.
| Таблица 1 | ||||||
| Влияние состава раствора на защитные свойства получаемых пассивирующих слоев на некоторых черных и цветных металлах | ||||||
| № | Состав, мас.% | Время до появления первого коррозионного поражения, τкор, ч | ||||
| Металлы | ||||||
| Сталь Ст3 | Медь M1 | Цинк Ц0 | Сплав Д16 | Латунь | ||
| 1 | без обработки | менее 1 | 28 | 12 | 64 | 22 |
| 2 | 0,220 СК | 86 | 144 | 48 | 324 | 120 |
| 3 | 0,480 СК | 120 | 190 | 76 | 340 | 144 |
| 4 | 0,048 БТА | 72 | 320 | 92 | 288 | 276 |
| 5 | 1,150 КК | 345 | 528 | 144 | 432 | 492 |
| 6 | 0,220 СК + 0,048 БТА | 370 | 624 | 440 | 392 | 480 |
| 7 | 1,150 КК + 0,220 СК | 402 | 690 | 472 | 528 | 624 |
| 8 | 1,150 КК + 0,220 СК + 0,024 БТА | 920 | 1220 | 784 | 1040 | 1080 |
Данные табл.1 свидетельствуют, что индивидуальные компоненты хотя и способны обеспечить защиту металлов во влажной атмосфере, но эффективность такой защиты остается невысокой. В то же время использование смесей ингибиторов позволяет достичь высоких защитных свойств получаемых пленок, причем наиболее эффективной оказывается тройная композиция.
Преимущества заявляемого состава связаны с низкой токсичностью его компонентов, простотой приготовления, возможностью применения в малых концентрациях и малой толщиной защитных слоев, что снимает необходимость расконсервации изделий и позволяет использовать его для защиты прецизионных изделий.
Пассивирующий состав для защиты металлов от атмосферной коррозии, содержащий в качестве активной основы соли карбоновых кислот и аминокислот, отличающийся тем, что он дополнительно содержит комплексонаты фосфоновых кислот с двух и трехвалентными металлами в композиции с соединением класса азолов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| эквимолярная смесь солей | |
| карбоновых кислот и аминокислот | 0,050-1,500 |
| эквимолярная смесь комплексонатов | |
| фосфоновых кислот | 0,050-0,500 |
| соединение класса азолов | 0,015-0,150 |
| вода | остальное |
