Ингибиторы коррозии

Коррозия

    Коррозия - это естественный процесс. Ингибирование является профилактической мерой против коррозийного воздействия на металлические материалы. Ингибиторы коррозии часто изучались, поскольку они предлагают простое решение для защиты металлов от коррозии в водной среде. Минеральные кислоты, такие как соляная и серная кислоты, наиболее широко используются в процессах  травления  для удаления образующихся на поверхности оксидов металлов. Ингибиторы используются в промышленных и коммерческих процессах, чтобы минимизировать как потери металла, так и потребление кислоты.

Ключевые слова: ингибиторы коррозии, кислотные ингибиторы, летучие ингибиторы, ингибитор паровой фазы

Введение


Коррозия является основным средством разрушения металлов. Подавляющее большинство из нас лично ощущают важность защиты от коррозии. Слишком многие наблюдают появление ржавых дыр в панелях кузова относительно новых автомобилей. Наружная ржавчина стали бытовой и садовой техники является обычным явлением жизни. Многие знают, каково готовить горячие блюда в ржавой посуде, все ощущали металлический привкус в кислых продуктах, которые слишком долго хранились в открытых банках. То, что эти эффекты вызваны коррозией, хорошо известно.

Ярким примером, связанным с коррозией, является появление трещин на некоторых участках памятника монументального искусства, идеала и символа советской эпохи, признанного «эталоном социалистического реализма» - «Рабочий и колхозница» Они вызваны тем, что стальные дюбели, которые были встроены внутрь, сильно корродировали и проржавели, и это привело к его разрушению. Однако коррозия так же распространена в других классах материалов, таких как керамика, пластик и резина. Поскольку практически все среды в некоторой степени являются коррозийными, это является основными причинами материального разрушения, а также оборачивается большими экономическими издержками для общества.

Историческая справка    

Коррозию можно рассматривать как универсальное явление. Есть везде - с воздухом, водой, почвой и в любой среде, с которой мы сталкиваемся. Известная людям как ржавчина, коррозия является нежелательным явлением, которое разрушает блеск и красоту материалов и уменьшает их жизнь. Ежегодные потери ВВП нашей страны могут достигать 3,5%  по причинам, напрямую связанным именно с коррозией. Недавние исследования показывают, что и другие страны также увеличивают свои расходы на ингибиторы коррозии.

    Расходы на коррозию проявляются в форме преждевременного износа или отказа, требующего технического обслуживания, ремонта и замены поврежденных частей. Коррозия оказывает огромное экологическое и экономическое воздействие на все элементы национальной инфраструктуры: автомагистрали, мосты, здания, объекты химической обработки, сточные воды. Помимо потерь материала, коррозия негативно влияет не только на окружающую среду, но также угрожает безопасности человека и производственных операций. Осведомленность о коррозии и адаптация своевременных и надлежащих мер контроля являются ключом к снижению коррозионных отказов.

Определение коррозии


          Самопроизвольное окисление металла называется коррозией, то есть коррозия - это разрушение металлов и сплавов в присутствии окружающей среды химическими или электрохимическими средствами. Среда, в которой металл подвергается коррозии, называется агрессивной. Образующиеся продукты коррозии представляют собой химические соединения, содержащие металл в окисленной форме. За исключением золота и платины все другие металлы разъедаются и превращаются в вещества, подобные минеральным рудам, из которых они извлекаются.


Неблагоприятные экономические и социальные последствия коррозии


Коррозия негативно влияет на безопасную, надежную и эффективную работу оборудования и конструкций, это хуже чем простая потеря массы металла. Отказы всех видов оборудования и необходимость дорогостоящих замен могут возникнуть, даже если количество разрушенного металла довольно мало. Некоторые из основных вредных воздействий коррозии могут быть перечислены ниже:

  • Замена корродированного оборудования, что приводит к большим расходам.
  • Высокая стоимость профилактического обслуживания, такого как покраска.
  • Потеря эффективности.
  • Потеря продукта из поврежденного корродированного контейнера.
  • Меры безопасности при пожаре, взрыве или выбросе токсичного продукта.
  • Проблемы со здоровьем, например, загрязнение питьевой воды свинцом, вероятно, связано с коррозией.

 

Химия коррозии


      В целом металлы обладают уникальными свойствами, они  непрозрачные, блестящие, проводящие, пластичные, легко образуют металлические связи с другими металлами и ионные связи с неметаллами. Имеют перекрывающиеся зоны проводимости и валентные зоны в своей электронной структуре.

Рис. 1. Процесс цикла образования коррозии

ris-1.png

    

Металлы получаются из их руды путем расходования большого количества энергии. Металлы сохраняют тепло в качестве потенциальной энергии во время процесса плавки и рафинирования и выделяют эту энергию во время процесса коррозии после реакции с окружающей средой. Следовательно, эти металлы можно рассматривать как находящиеся в метастабильном состоянии, и они будут терять свою энергию, возвращаясь к соединениям, более или менее похожим на их исходное состояние. Например, исходный материал для производства железа (и стали) и ржавчина продукта коррозии имеют одинаковые химический состав (Fe2O3).

    Энергия, накопленная во время плавления и выделенная во время коррозии, обеспечивает потенциал для процесса коррозии. Поскольку большинство металлических соединений, и особенно продукты коррозии, имеют небольшую механическую прочность, сильно корродированный кусок металла совершенно бесполезен для своего первоначального назначения. Металлы (такие как Mg, Al, Zn и Fe), которые требуют большего количества энергии для рафинирования, более подвержены коррозии, чем металлы, которые требуют меньшего количества для рафинирования, такие как золото, серебро, платина. Цикл коррозии показан на (рисунок 1).

Классификация


Коррозия была классифицирована на различные методы.

  • Низкотемпературная коррозия и высокотемпературная коррозия.
  • Электрохимическая коррозия и химическая коррозия.
  • Влажная и сухая коррозия.

Влажная коррозия происходит, когда металл находится в контакте с электролитически проводящей жидкостью или когда два разнородных металла или сплава погружены либо частично погружены в электролитически проводящие растворы. Это всегда связано с низкотемпературными условиями. Процесс коррозии включает две реакции.

На аноде:

M (металл) → Mn + + ne- (окисление)

Mn + (ион металла) → Растворяется в растворе

Mn + (ион металла) → Образует соединение, такое соединение как оксид

На катоде:

2H + + 2e− → H2 ↑ (в кислотном растворе)

2H2O + 2e− → H2 ↑ + 2OH- (в щелочном растворе)

O2 + 2H2O + 4e− → 4OH- (в нейтральном растворе)

Сухая коррозия происходит главным образом в результате прямого химического воздействия атмосферных газов и паров, присутствующих в окружающей среде. Это чаще всего связано с высокой температурой.

Формы коррозии


Коррозия может проявляться во многих формах, таких как равномерная коррозия или общая коррозия, гальваническая коррозия, щелевая коррозия, точечная коррозия, межкристаллитная коррозия, селективное выщелачивание, эрозионная коррозия, коррозия под напряжением, коррозионная усталость и истирающая коррозия. Чтобы улучшить взаимопонимание между специалистами по коррозии и проектированию, она подразделяется на две широкие категории. Выражено в блок-схеме (рисунок 2).

 

 

Рис. 2. Формы коррозии

 ris-211.jpg

 

Общая коррозия

Эта общая коррозия, также называемая равномерной атакой, является наиболее распространенной формой коррозии. Обычно  характеризуется химической или электрохимической реакцией, которая протекает равномерно по всей открытой поверхности или по большой ее площади. Металл становится тоньше, и в конечном итоге изделие выходит из строя.

Гальваническая коррозия

Происходит, когда существует разность потенциалов между двумя разнородными металлами, погруженными в коррозийный раствор. Эта разность потенциалов создает поток электронов между металлами. Несколько исследований показали, что гальваническая коррозия прямо пропорциональна площади катода анодному металлуГОСТ 9.005-72 Группа Т92 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ Единая система защиты от коррозии и старения МЕТАЛЛЫ, СПЛАВЫ, МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ Допустимые и недопустимые контакты с металлами и неметаллами

 

Принципиальная схема гальванической коррозии показана ниже (рисунок 3).

 

ris-3.jpg

 

Рис. 3. Изображение гальванической коррозии.

 

 

Щелевая коррозия или отложения коррозии

Этот вид коррозии в основном подвержен трещинам, связанным с небольшими объемами застойного раствора, захваченными в отверстиях, поверхностях, соединениях и щелях под головками болтов и заклепок (рис. 4). Это также известно как коррозия отложения.

 

Рис. 4. Изображение щелевой коррозии.

ris-4.jpg

 Питтинговая (точечная) коррозия или локальная коррозия

Питтинговая коррозия - это локальная атака, приводящая к образованию отверстий в металлах. Эти отверстия относительно маленькие и выглядят как шероховатости поверхности (рис. 5), иногда они были изолированы или расположены  близко друг к другу. Питтинг является одной из самых разрушительных и коварных форм коррозии.

Рис. 5. Изображение питтинговой коррозии

ris-5.jpg

Межкристаллитная коррозия

   

  Большинство металлов и сплавов подвержено межкристаллитной коррозии при воздействии специфической коррозионной среды, которая показана на рисунке 6. Границы зерна обычно более реакционноспособны, чем матрица зерна. Следовательно, локализованная атака происходит на границах зерен и рядом с ними с относительно небольшой коррозией матрицы. Этот тип атаки обычно быстр и проникает глубоко в металл, что приводит к потере прочности и к катастрофическим отказам. Причины:

  • Примеси на границах зерна
  • Обогащение одного из элементов в сплаве
  • Истощение одного из элементов в пограничной зоне.

 


Рис. 6.  Схематическое изображение межкристаллитной  коррозии

 ris-6.jpg


Выборочное выщелачивание

Выборочное выщелачивание - это удаление элемента из сплава путем коррозии. Выборочное удаление цинка из латуни является ярким примером этой формы атаки. Подобное нападение наблюдалось с другими сплавами, в которых железо, алюминий, кобальт и хром удалены. Этот тип коррозии нежелателен, так как дает пористый металл с плохими механическими свойствами.

Эрозийная коррозия

Это увеличение атаки металла из-за относительного движения коррозийной среды и поверхности металла. Эту коррозию можно наблюдать в элементах трубопроводной системы, таких как изгибы, колена, насосы, конденсаторы и т. д. Представление эрозионной коррозии показано на рисунке 7. Факторами, влияющими на эрозионную коррозию, являются природа поверхностной пленки, коррозионная среда и наличие пузырьков воздуха с его размерами, химическим составом, взвешенными веществами, коррозионной стойкостью и металлургическими свойствами металлов и сплавов.


Рис. 7.  Изображение эрозионной коррозии.

ris-7.jpg

Коррозия под напряжением

Растрескивание металла или сплава в результате совместного действия растягивающего напряжения и коррозии (рис. 8) известно как коррозионное растрескивание под напряжением. Восприимчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением обусловлена определенными металлургическими факторами, такими как:

  • Химический состав
  • Преимущественная ориентация зерен
  • Состав и распределение осадков
  • Структура дислокации и факторы окружающей среды и структура металла.

Рис. 8. Изображение коррозии под напряжением.

ris-8.jpg

Коррозионная усталость

Определяется как «снижение усталостной прочности из-за наличия агрессивной среды». Коррозионная усталость возникает из-за комбинированного действия растягивающего и сжимающего напряжения альтернативно. Усталость возникает при снижении нагрузки в агрессивной среде.

Фреттинг-коррозия

Фреттинг - это явление износа, усиленное коррозией. Это связано с износом металла или сплава при контакте с другим твердым материалом в сухом или влажном воздухе. Фреттинг является результатом абразивного износа поверхностных оксидных пленок, которые образуют контактирующие поверхности под нагрузкой в атмосферном воздухе, что показано на рисунке 9. Факторами, влияющими на фреттинговую коррозию, являются:

  • Величина относительного движения
  • Температура
  • Окружающая обстановка
  • Металлургические факторы

Из-за легкого движения (такого как вибрация) поверхность оксида и подстилающий металл портится. Частицы металла в результате износа окисляются до твердых оксидов, которые действуют как дополнительная абразивная среда. Кроме того, движение размалывает частицы оксидов, вызывая износ.

Рис. 9. Изображение фреттинг-коррозии

ris-9.jpg

Коррозия кавитации

Это особый тип эрозионной коррозии, которая возникает из-за образования пузырьков пара в коррозийной среде вблизи металлической поверхности, и когда пузырьки разрушаются, возникает атака, например, гидравлическая турбулентность,. От такого типа коррозии повреждаются, например, судовые гребные винты. Кавитация аналогична точечной коррозии, но в этом случае поверхность шероховатая и имеет много близко расположенных ям (Рисунок 10).

Рис. 10. Изображение коррозии кавитации

ris-10.jpg

  1. Факторы, влияющие на коррозию

Степень и скорость коррозии зависят от природы металлов и окружающей среды.

Природа металла

  • Положение металлов.
  • Перенапряжение.
  • Относительная площадь анодной и катодной частей металла.
  • Чистота металла.
  • Физическая природа металла.
  • Природа поверхности пленки.
  • Растворимость продуктов.
  • Летучие продукты коррозии.

Природа окружающей среды

  • Диапазон температур
  • Влажность воздуха
  • Примеси в воде
  • Наличие взвешенных частиц в атмосфере
  • Влияние рН
  • Природа растворенных газов, растворенных солей, загрязняющих веществ и т. д.
  • Проводимость корродирующей среды
  • Формирование ячейки концентрации кислорода
  • Скорость потока технологического пара
  • Поляризация электродов.

Факторы, контролирующие скорость коррозии

 

 

  Определенные факторы имеют тенденцию ускорять действие коррозионной ячейки, которая включает в себя создание четко определенных мест на поверхности металла для анодной и катодной реакций. Металлы, имеющие более положительный (благородный) потенциал в гальваническом ряду, будут стремиться извлечь электроны из металла, который находится в более отрицательном (базовом) положении в ряду, и, следовательно, ускорить его коррозию при контакте с ним. Агрессивные ионы, такие как хлорид, имеют тенденцию предотвращать образование защитных оксидных пленок на поверхности металла и, таким образом, увеличивать коррозию.

 

Скорость коррозии

 

 

  Скорость коррозии выражается на основе потерь в единицу времени. Скорость, с которой происходит атака, имеет первостепенное значение и обычно выражается одним из двух способов:

  • Потеря веса на единицу площади в единицу времени, как правило, нечетное число (миллиграммов на квадратный дециметр в день).
  • Уменьшение толщины за единицу времени, то есть скорости проникновения или толщины потерянного металла.

 

Методы контроля коррозии

 

     Коррозия - это разрушительные и бесшумные рабочие процессы. Это создает проблемы как для крупных, так и для небольших отраслей. Поскольку коррозия неизбежна для устранения, но ее можно минимизировать, приняв определенный антикоррозийный метод, а не предотвращая его. Практические методы защиты металла от коррозии:

 

  • Модификация металла
  • Модификация дизайна
  • Модификация агрессивной среды
  • Модификация металлического потенциала среды
  • Использование ингибиторов
  • Модификация поверхности

 

      Эти методы могут использоваться по отдельности или в комбинации. Одним из наиболее известных методов защиты от коррозии является использование ингибиторов коррозии вместо использования различных методов, чтобы избежать или предотвратить разрушение или разрушение поверхности металла. Потому что использование ингибиторов является следствием отстаивания из-за низкой стоимости и практического метода.

 

Ингибиторы


 

     Ингибитор представляет собой химическое вещество или комбинацию веществ, которые при добавлении в очень низких концентрациях в агрессивную среду эффективно предотвращают или уменьшают коррозию без значительной реакции с компонентами окружающей среды. Концентрации ингибиторов коррозии могут варьироваться от 1 до 15000 частей на миллион (от 0,0001 до 1,5 мас.%). Ингибиторы играют жизненно важную роль в закрытых системах окружающей среды, которые имеют хорошую циркуляцию, так что обеспечивается адекватная и контролируемая концентрация ингибитора. Такие условия могут быть выполнены, например, в системах рециркуляции охлаждающей воды, добычи нефти, нефтепереработки и кислотного травления стальных компонентов. Одним из наиболее узнаваемых применений ингибиторов является антифриз для автомобильных радиаторов. Ингибиторы могут быть органическими или неорганическими соединениями, и они обычно растворяются в водных средах.

 

Определение ингибитора

 

      

  Ингибитор - это вещество, которое при добавлении в окружающую среду в небольших концентрациях сводит к минимуму потери металла, уменьшает степень водородного показателя, защищает металл от точечной коррозии, уменьшает количество травления и испарения кислоты, возникающего в результате чрезмерной реакции между кислотой и основными металлами, и уменьшает потребление кислоты. Они уменьшают коррозию, действуя в качестве барьера и образуя адсорбированный слой или замедляя катодный, анодный или оба процесса. Схематическое представление процесса ингибитора показано на рисунке 12.

 

Любой процесс замедления коррозии или снижения скорости окисления металла путем добавления химического соединения в систему вызван ингибиторами коррозии. Ингибиторы часто легко наносятся и дают преимущество применения на месте, не вызывая значительного нарушения процесса. Использование ингибиторов коррозии является одним из лучших методов борьбы с коррозией.

 

Чтобы их можно было эффективно использовать, необходимо учитывать три фактора:

 

  • Выявление проблем коррозии.

 

Как правило, ингибиторы коррозии могут воздействовать на компоненты коррозионной ячейки (анод, катод, электролит и электронный проводник), чтобы уменьшить коррозию. Ингибитор может вызвать:

 

  • Анодное торможение (увеличение поляризации анода)
  • Катодное торможение (увеличение поляризации катода)
  • Ингибирование сопротивления (увеличение электрического сопротивления цепи при образовании тонкого или толстого осадка на поверхности металла)
  • Ограничение диффузии (ограничение диффузии деполяризаторов, например, DO).

 

Однако при выборе ингибитора следует учитывать несколько факторов.

  • Стоимость ингибитора.
  • Токсичность ингибитора может оказывать вредное воздействие на людей и других живых организмов.
  • Наличие ингибитора определяет его выбор.
  • Ингибитор должен быть экологически чистым.

 

   Чтобы избежать или уменьшить коррозию металлических материалов, ингибитор, используемый в

системах охлаждения, должен удовлетворять следующим критериям

  • Должен обеспечивать хорошую защиту от коррозии при очень низкой концентрации ингибитора.
  • Должен защищать все открытые материалы от воздействия коррозии.
  • Должен оставаться эффективным в экстремальных условиях эксплуатации (более высокая температура и скорость).
  • В случае недостаточной или избыточной дозы ингибитора скорость коррозии не должна увеличиваться коренным образом.
  • Ингибитор или продукты реакции ингибитора не должны образовывать отложений.

на металлической поверхности, особенно в местах, где происходит передача тепла.

  • Подавлять как равномерную, так и локальную коррозию.
  • Иметь долгосрочный эффект.
  • Не должно вызывать проблем с токсичностью и загрязнением.

 

Определение ингибирования

 

     Одной из широко изученных тем в области коррозии является ингибирование. Ингибирование - это процесс превентивных мер против агрессивного воздействия на металлические материалы. Могут использоваться химические соединения, которые при добавлении в небольших концентрациях в агрессивную среду способны уменьшить коррозию открытого металла.

 

Ингибиторы коррозии

 

    Ингибиторы коррозии могут быть любых форм (твердых веществ, жидкостей и газов). На основании растворимости или диспергируемости в жидкостях выбираются ингибиторы коррозии, которые должны быть ингибированы. Установлено, что ингибиторы коррозии являются эффективным и гибким средством уменьшения коррозии. Использование химических ингибиторов для снижения скорости коррозионных процессов довольно разнообразно. Ингибиторы коррозии используются в разведке и добыче нефти и газа, на нефтеперерабатывающих заводах, в химическом производстве, тяжелом производстве, для очистки воды и добавок к продуктам. В нефтедобывающей, перерабатывающей и химической промышленности ингибиторы коррозии всегда считались первой линией защиты. Большое количество научных исследований было посвящено теме ингибиторов коррозии.

 

Роль ингибиторов

      Органические и неорганические соединения представляют собой большой класс ингибиторов коррозии, которые, как правило, воздействуют на всю поверхность корродирующего металла, когда присутствуют в достаточной концентрации. Большинство органических / неорганических соединений, содержащих элементы групп V B, VI B или функциональных групп типа аминной, карбонильной и спиртовой групп, являются более эффективными ингибиторами коррозии. Ингибитор адсорбируется на всей поверхности металла корродирующего металла и таким образом предотвращает воздействие коррозии. Органические ингибиторы адсорбируются на поверхности металлов. Ингибиторы можно рассматривать как два основных типа: они образуют защитную барьерную пленку на анодах или катодах в результате реакции между металлом и окружающей средой. Ингибиторы этого типа функционируют в нейтральном или в некоторых случаях в щелочном растворе, в котором основной катодной реакцией является реакция восстановления кислорода, в которой поверхность корродирующего металла покрыта пленкой оксида или гидроксида.

 

Другой тип первоначально адсорбируется непосредственно на поверхность металла взаимодействием поверхностных зарядов с ионными и / или молекулярными дипольными зарядами. Такое разделение типов ингибиторов происходит главным образом из-за рН-раствора, в котором они действуют. Ингибиторы должны присутствовать в минимальной концентрации, чтобы они были полностью эффективными. Это очень часто встречается у анодных ингибиторов.

 

Эффективность органических ингибиторов может быть улучшена в присутствии определенных ионов галогена. Также известно, что ионы галогенов в некоторой степени ингибируют коррозию в растворах кислот. Эффективность ингибирования коррозии в порядке; I-> Br-> Cl-. Фтор не проявляет ингибирующих свойств. Синергизм ионов галогенов можно объяснить тем, что металл адсорбирует ионы галогенов, заряд которых смещает поверхность в отрицательном направлении, увеличивая тем самым адсорбцию катионного органического ингибитора. Возможность обнаружить возможные соединения, которые можно использовать в качестве ингибиторов коррозии, требует большой кропотливой работы, инноваций и лабораторного анализа / синтеза.

 

Известно, что некоторые ионы галогенов, присутствующие в органических ингибиторах, в некоторой степени ингибируют коррозию в растворах кислот. Эффективность ингибирования коррозии следующая в порядке I−> Br−> Cl−. Фтор не проявляет каких-либо ингибирующих свойств. Синергизм ионов галогенов можно объяснить тем, что металл адсорбирует ионы галогенов, заряд которых смещает поверхность в отрицательном направлении, увеличивая тем самым адсорбцию катионного органического ингибитора.

 

Классификация ингибиторов коррозии

 

Ингибиторы коррозии кратко классифицируются (рис. 11) следующим образом:

 

Классификация ингибиторов коррозии

ris-11.jpg 

На основе электродного процесса

 

Анодные ингибиторы

 

  

      Анодный ингибитор увеличивает анодную поляризацию и, следовательно, перемещает потенциал коррозии в катодном направлении. Также называется пассивирующими ингибиторами. Анодные ингибиторы, такие как хроматы, фосфаты, вольфраматы и другие ионы переходных элементов с высоким содержанием кислорода, являются такими, которые подавляют реакцию коррозии, происходящую на аноде, путем образования труднорастворимого соединения с недавно полученным ионом металла. Они адсорбируются на поверхности металла, образуя защитную пленку или барьер, тем самым снижая скорость коррозии. Анодные ингибиторы образуют тонкую защитную пленку вдоль анода и увеличивают их потенциал и тем самым замедляют реакцию коррозии.

 

Хотя этот тип контроля подвержен влиянию, он все же может быть опасным, поскольку может произойти серьезная локальная атака, если некоторые области остаются незащищенными из-за истощения ингибиторов. Ряд неорганических ингибиторов, таких как ортофосфаты, силикаты и т.д., подпадают под анодный тип. Несмотря на то, что анодные ингибиторы широко используются, некоторые из них обладают нежелательными свойствами. Если такие ингибиторы используются в очень низких концентрациях, они вызывают стимуляцию коррозии, например, точечной коррозии, и по этой причине анодные ингибиторы обозначаются как опасные.

 

Существует два типа пассивирующих ингибиторов.

 

  • Окисляющие анионы, такие как хроматы, нитриты и нитраты, которые могут пассивировать сталь в отсутствие кислорода.
  • Неокисляющие ионы, такие как фосфаты, вольфраматы и молибдаты, которые требуют присутствия кислорода для пассивации стали.

 

Как правило, ингибиторы пассивации могут вызвать точечную коррозию и ускорить коррозию, когда концентрации упадут ниже минимальных пределов. По этой причине важно контролировать концентрацию ингибитора.

 

Катодные ингибиторы

 

 

    Катодные ингибиторы уменьшают коррозию за счет замедления скорости реакции электрохимической коррозии. Это делается путем блокирования катодных участков осадками. Катодные ингибиторы эффективны, когда они замедляют катодную реакцию. Элементы As, Bi и Sb называются катодными ядами, которые снижают скорость реакции восстановления водорода и снижают общую скорость коррозии. Удаление кислорода из агрессивной среды значительно снизит скорость коррозии. Это можно сделать с помощью:

  • Использование поглотителей кислорода, таких как сульфит натрия и гидразин, которые реагируют с кислородом и удаляют его из раствора.
  • Вакуумная деаэрация
  • Кипячение для снижения концентрации растворенного кислорода.

 

Катодные ингибиторы смещают потенциал коррозии в анодном направлении. Здесь катионы мигрируют к катодным поверхностям, где они осаждаются химически или электрохимически, и таким образом блокируют эти поверхности. Ингибирующее действие катодных ингибиторов происходит по трем механизмам:

 

  • Катодные яды. Процесс катодного восстановления подавляется, препятствуя рекомбинации водорода и режиму защитного разряда, но увеличивает склонность металла к восприимчивости к водородному растрескиванию.

 

  • Катодные осадки: соединения, такие как кальций и магний, осаждаются в виде оксидов, образуя защитный слой, который действует как барьер на поверхности металла.

 

  • Поглотитель кислорода: эти соединения реагируют с кислородом, присутствующим в системе, с образованием продукта и снижают коррозию. Например, As3 + и Sb3 + при растворении Fe в кислотах.

 

Смешанные ингибиторы

 

     Эти ингибиторы замедляют как анодные, так и катодные процессы, вовлеченные в процесс коррозии, и поэтому называются смешанными ингибиторами. Как правило, они представляют собой пленкообразующие соединения, которые вызывают образование осадков на поверхности, косвенно блокируя как анодные, так и катодные участки. Анодные ингибиторы являются, по большей части, опасными ингибиторами, особенно если их концентрации слишком малы. Но катодные ингибиторы, как правило, безопасны. Смешанные ингибиторы менее опасны, чем чистые анодные ингибиторы, и в ряде случаев они могут не увеличивать интенсивность коррозии. Наиболее распространенными ингибиторами этой категории являются силикаты и фосфаты. Такие ингибиторы будут иметь большее преимущество в том, что они контролируют как катодную, так и анодную реакции коррозии.

 

На основе окружающей среды

 

Ингибиторы кислой среды

 

Неорганические ингибиторы

 

            Такие соединения, как As2O3, Sb2O3, были описаны в качестве ингибиторов в кислых средах. В этом случае защита обусловлена ​​уменьшением электро положительных ионов и осаждением на поверхности металла и снижением перенапряжения главной катодной реакции деполяризации. Недавно было показано, что добавление ионов тяжелых металлов, таких как Pb2 +, Ti +, Mn2 + и Cd2 +, как установлено, ингибирует коррозию железа в кислотах.

 

Органические ингибиторы

 

Органические соединения, содержащие кислород, азот, серу с множественными связями, являются хорошими ингибиторами коррозии. Многие органические ингибиторы, такие как амины, альдегиды, алкалоиды, нитро- и нитрозосоединения, были изучены и опробованы в качестве ингибиторов коррозии. Органические ингибиторы могут быть анодного, катодного и смешанного типа в зависимости от их реакции на поверхности металла и потенциала. Они эффективны в зависимости от его размера, длины углеродной цепи, ароматичности, сопряжения и природы атомов связи.

 

Щелочные ингибиторы

 

 

         Металлы, которые образуют амфотерные оксиды, подвержены коррозии в щелочных растворах. Многие органические соединения часто используются в качестве ингибиторов для металлов в основных растворах [41]. Соединения, такие как тиомочевина, замещенные фенолы, нафтол, β-дикетон и т. Д., Использовались в качестве эффективных ингибиторов в основных растворах вследствие образования металлические комплексы.

 

Нейтральные ингибиторы

 

        Ингибиторы, которые эффективны в кислых растворах, не работают эффективно в нейтральных растворах, поскольку механизм в обоих растворах различен. В нейтральных растворах происходит взаимодействие ингибиторов с покрытой оксидом поверхностью металла и предотвращение реакции восстановления кислорода на катодных участках. Такие ингибиторы защищают поверхностные слои от агрессивности. Было обнаружено, что некоторые поверхностно-активные хелатные ингибиторы являются эффективными ингибиторами в почти нейтральных растворах.

 

В зависимости от режима защиты

 

Химические пассиваторы

 

    Вещества, которые обычно имеют достаточно высокий равновесный потенциал (окислительно-восстановительный или электродный потенциал) и достаточно низкий по сравнению с потенциалом, снижают скорость коррозии при достижении пассивности и называются химическими пассиваторами. Например, нитриты используются в качестве ингибиторов охлаждающей воды от замерзания. Хроматы в основном используются в качестве ингибиторов для рециркуляции охлаждающей воды. Молибдат цинка используется в качестве ингибирующего пигмента для красок.

 

Ингибиторы адсорбции

 

Они представляют собой наиболее широко используемый класс ингибиторов. Как правило, они представляют собой органические соединения, которые адсорбируются на поверхности металла и обеспечивают защитный эффект по всей поверхности, то есть как в катодном, так и в анодном случаях. Обычно они одинаково влияют как на катодную, так и на анодную реакцию, но во многих случаях эффект может быть не одинаковым. Они обычно используются при кислотном травлении горячекатаных продуктов для удаления окалины и, таким образом, известны как ингибиторы травления. Примеры: соединения, содержащие неподеленные пары электронов, такие как атомы азота в аминах, хинолины, атомы серы в тиосоединениях и атомы кислорода в альдегидах.

 

Ингибиторы пленкообразования

 

В отличие от ингибиторов адсорбции, которые образуют прямую адсорбированную пленку ингибирующих частиц, многие вещества, называемые ингибиторами пленкообразования, по-видимому, останавливают коррозию, образуя блокирующую или барьерную пленку из материала, отличного от фактических ингибирующих частиц. Такие материалы имеют тенденцию быть специфичными либо к катоду, либо к аноду. Соли цинка и кальция являются наиболее распространенными примерами катодных пленкообразующих ингибиторов. Бензоат является распространенным примером ингибиторов формирования анодной пленки, которые ингибируют коррозию во время рейсов.

 

Ингибиторы паровой фазы

 

Атмосферная коррозия металлов в закрытых помещениях, например, во время хранения и транспортировки может быть предотвращена путем использования определенных веществ, называемых ингибиторами паровой фазы, также называемыми летучими ингибиторами (VCI). Это вещества низкого, но значительного давления пара. Пар входит в контакт с поверхностью металла, и происходит адсорбция ингибитора. Влага затем гидролизует ее и выделяет защитные ионы, которые обладают свойствами, препятствующими коррозии. Рисунок 12   показывает схематическое изображение паровой фазы ингибиторов. Примеры: дициклогексиламин хромат и бензотриазол для защиты меди. Хромат фенилтиомочевины и циклогексиламина для латуни. Нитрит дициклогексиламина для черных и цветных металлов.

 

Рис. 12. Схематическое изображение паровой фазы ингибиторов.

 

ris-1234.jpg 

 

Летучие ингибиторы или ингибиторы паровой фазы

 

Летучие ингибиторы коррозии (VCI) представляют собой соединения, которые переносятся в закрытой среде на место коррозии путем испарения из источника (рис. 15). Если продукт коррозии является летучим, он испаряется, как только он образуется, тем самым оставляя основную металлическую поверхность открытой для дальнейшего воздействия. Это вызывает быструю и постоянную коррозию, ведущую к чрезмерной коррозии. Например, оксид молибдена (MoO3), продукт окислительной коррозии молибдена, является летучим. В процессе с закрытым паром (транспортировочные контейнеры) летучие твердые вещества, такие как соли дициклогексиламина, циклогексиламина и экзаметиленамина, используются в качестве летучих ингибиторов коррозии [52].

 

Синергетические ингибиторы

 

Это единственный ингибитор, который используется в системах охлаждения воды. Чаще всего комбинация ингибиторов (анодных и катодных) используется для улучшения антикоррозионных свойств. Примеры включают хромат-фосфаты, полифосфатсиликаты, цинк-дубильные вещества и цинк-фосфаты.

 

Ингибиторы осадков

 

Это соединения, которые образуют осадки на поверхности металла, обеспечивая тем самым защитную пленку. Наиболее распространенными ингибиторами этой категории являются силикаты и фосфаты. Например, силикат натрия, используется во многих бытовых умягчителях воды для предотвращения возникновения ржавчины.

 

 

 

Зеленые ингибиторы коррозии

 

   

Не существует четкого и общепринятого определения «экологически чистых» или «зеленых» ингибиторов коррозии. На практике исследования по ингибированию коррозии стали ориентироваться на здоровье и безопасность человека. С этой целью в последнее время исследователи сосредоточились на использовании экологически чистых соединений, таких как растительные экстракты, нетоксичные лекарства с истекшим сроком годности и т. д., которые содержат много органических соединений. Используются аминокислоты, алкалоиды, пигменты и дубильные вещества

как более экологичные альтернативы для токсичных и опасных соединений. Из-за способности к биологическому разложению, экологичности, низкой стоимости и доступности, экстракты некоторых распространенных растений и лекарственных растений и их продуктов были изучены как ингибиторы коррозии для различных металлов и сплавов в различных условиях окружающей среды.

 

Механизм ингибирования коррозии

 

     

Механизм процесса ингибирования рассматриваемых ингибиторов коррозии обусловлен главным образом адсорбцией. Явление адсорбции зависит от природы и поверхностного заряда металла, а также от химической структуры ингибиторов. Поверхностный заряд металла обусловлен электрическим полем, возникающим на границе раздела при погружении в электролит. Ингибирование обычно является результатом одного или нескольких из следующих механизмов

 

  • Адсорбция ингибиторов коррозии на металлы

Эффективность ингибирования обычно зависит от доли покрытой поверхности, θ с адсорбированным ингибитором. Но при низком покрытии поверхности (θ <0,1) эффективность адсорбированных частиц ингибитора в замедлении реакций коррозии может быть выше, чем при высоком покрытии поверхности.

 

  • Наличие поверхностного заряда на металле

Адсорбция ингибитора на поверхности металла может быть обусловлена ​​диполями адсорбированных частиц или электростатической силой притяжения между ионными зарядами и электрическим зарядом на металле на границе раздела металл / раствор.

 

  • Влияние функциональной группы и структуры

Обычно, когда металл содержит свободные электронные орбитали низкой энергии, такие как переходные металлы. Анионы и нейтральные органические молекулы, содержащие неподеленную пару электронов или электронные системы, связанные с множественными связями, особенно с тройными связями или ароматическими кольцами. Плотность электронов в функциональной группе прямо пропорциональна ингибирующей эффективности в ряду родственных соединений.

 

  • Ингибитор и взаимодействие молекул воды

Молекулы адсорбированной воды удаляются с поверхности металла за счет реакции вытеснения адсорбированных молекул ингибитора и увеличивают размер углеводородной части ингибитора, что приводит к снижению растворимости и увеличению адсорбционной способности. Это согласуется с увеличением ингибирующей эффективности, наблюдаемым при постоянных концентрациях с увеличением размера молекулы в ряду родственных соединений.

 

  • взаимодействие между адсорбированными видами ингибиторов

Боковое взаимодействие между адсорбированными видами ингибиторов может значительно увеличить покрытие поверхности и адсорбированные виды. Эти взаимодействия либо привлекательны, либо отвратительны. Если между молекулами, содержащими большие углеводородные компоненты (например, н-алкильные цепи), происходят привлекательные взаимодействия, возможно, длина цепи увеличивается. Тогда возрастающая сила притяжения Ван-дер-Ваальса между соседними молекулами приводит к более сильной адсорбции при большом покрытии.

 

  • Адсорбированная реакция ингибиторов

Адсорбированный ингибитор коррозии может обычно реагировать путем химического или электрохимического восстановления с образованием продукта, который может проявлять ингибирующее действие. Процесс добавления небольшого количества вещества называется первичным ингибированием, а продукт реакции - вторичным ингибированием. В этих случаях ингибирующая эффективность может увеличиваться или уменьшаться со временем, это зависит от степени вторичного ингибирования, более эффективного, чем первичное ингибирование. Например, сульфоксиды могут быть восстановлены до сульфидов, которые являются более эффективными ингибиторами.

 

  • Формирование диффузионного барьера

Поглощенные молекулы ингибитора могут образовывать поверхностный слой, который действует как физический барьер для диффузии ионов или молекул и к поверхности металла или с нее и, следовательно, замедляет скорость реакций коррозии. Поверхностная пленка этих типов ингибиторов влияет как на анодную, так и на катодную реакцию.

 

  • Блокировка сайтов реакции

Блокировка уменьшает количество атомов металла, при которых могут происходить реакции коррозии. При этом механизмы реакций не затрагиваются, а наклоны Тафеля на поляризационных кривых остаются неизменными.

 

  • Электродные реакции

Реакции коррозии включают образование адсорбированных промежуточных молекул с поверхностными атомами металла. Адсорбированные ингибиторы будут препятствовать образованию этих адсорбированных промежуточных продуктов, но электродные процессы могут протекать альтернативными путями через промежуточные продукты, содержащие ингибитор. В этом процессе ингибитор действует как катализатор и остается неизменным. Такие реакции ингибитора характеризуются увеличением тафелевского наклона при анодном растворении металла. Ингибиторы могут также замедлять скорость выделения водорода на металлах, влияя на механизм реакции. Этот эффект наблюдался на железе в присутствии ингибиторов, таких как фенилтиомочевина, производные анилина, бензальдегид производные и соли пиридиния.

 

  • Электрическая двухслойная переделка

Адсорбция ионов или частиц, которые могут образовывать ионы на металлических поверхностях, изменит двойной электрический слой на границе раздела металл / раствор, и это повлияет на скорость электрохимических реакций]. Адсорбция катионов, таких как ионы четвертичного аммония и протонированные амины, делает потенциал более положительным в плоскости ближайшего сближения с ионами металлов из раствора. Этот положительный сдвиг потенциала препятствует разряду положительно заряженных ионов водорода. Эти эффекты наблюдались для сульфосалицилат-ионов и бензоат-ионов.

Вывод

  • Коррозия - это естественный процесс, который снижает энергию связи в металлах и ухудшает полезные свойства материалов.
  • Конечный результат коррозии включает окисление атома металла, в результате чего он теряет один или несколько электронов.
  • Коррозия проявляется в распаде сыпучего металла до металлического порошка.
  • Ингибиторы коррозии - отличный эффективный метод предотвращения коррозии.
  • Знание метода действия облегчает выбор ингибиторов, повышает эффективность, позволяет избежать нарушения процесса и побочных эффектов.
  • При выборе ингибитора важно, каким бы ни был метод, выяснить последующее воздействие этого на окружающую среду.
  • Экологически чистые ингибиторы показали отличные результаты, превосходя обычные ингибиторы.