Ингибиторы коррозии. 2

Московский  государственный университет путей

сообщения российской академии путей сообщения

 

 

 

Реферат

 

По  дисциплине: «Химия»

На тему:  «Ингибиторы коррозии»

 

 

 

 

Выполнила:                                                      студентка гр. РЭТ 101

                                                                           Кочнова С.В.

 

Проверил:                                                         преподаватель 

                                                                           Иванова М.А.

               

 

Москва  2010

 

 

Содержание:

 

Введение…………………………………………………………………….….....3

1.Понятие коррозии.  Ингибиторы  коррозии…………………………………..4

2.Классификация ингибиторов коррозии………………………………………7

Заключение………………………………………………………………………17

Список использованной литературы………………………………….........…18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Первые ингибиторы были найдены  случайно, опытным путем, и часто  становились клановым секретом. Известно, что дамасские мастера для  снятия окалины и ржавчины пользовались растворами серной кислоты с добавками  пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти  примеси были одними из первых ингибиторов. Они не позволяли кислоте действовать  на оружейный металл, в результате чего растворялись лишь окалина и  ржавчина.

Ингибиторами, не зная того, давно пользовались и на Руси. Уральские  оружейники для борьбы с ржавчиной  готовили «травильные супы» –  растворы серной кислоты, в которые  добавлялись мучные отруби. Одним  из наиболее простых ингибиторов  атмосферной коррозии металлов является нитрит натрия NaNO2. Его используют в виде концентрированных водных растворов, а также растворов, загущенных глицерином, оксиэтилцеллюлозой или карбоксиметилцеллюлозой. Нитрит натрия используют для консервирования изделий из стали и чугуна. Для первой применяют. 25%-ные водные растворы, а для второго – 40%-ные. После обработки (обычно окунанием в растворы) изделия заворачивают в парафиновую бумагу. Лучшим действием обладают загущенные растворы. Срок хранения изделий, обработанных загущенными растворами, увеличивается в 3...4 раза по сравнению с водными растворами.

По данным 1980 г., число  известных науке ингибиторов  коррозии превысило 5 тыс. Считают, что 1 т ингибитора дает в народном хозяйстве  экономию около 5000 руб.

Работа по борьбе с коррозией  имеет важнейшее народнохозяйственное значение. Это весьма благодатная область для приложения сил и способностей.

 

 

 

1. Понятие коррозии.  Ингибиторы коррозии.

 

Термин коррозия происходит от латинского слова corrodere , что означает разъедать, разрушать.

Коррозия – это самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.

 В основе этого взаимодействия  лежат химические и электрохимические  реакции, а иногда и механическое  воздействие внешней среды.

Коррозия является физико-химическим процессом, и закономерности ее протекания определяются общими законами термодинамики и кинетики гетерогенных систем. Различают внутренние и внешние факторы коррозии.

Снижение коррозионной активности среды может быть осуществлено двумя  способами:

- удалением из агрессивной  среды компонентов, вызывающих  коррозию металлов;

- введением в агрессивную  среду специальных веществ, которые  вызывают значительное снижение  скорости коррозионного процесса. Такие вещества называют ингибиторами, коррозии.

Замедлителями, или ингибиторами, коррозии называют вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их.

 Название ингибитор  происходит от латинского inhibere, что  означает сдерживать, останавливать.  Ещё по данным 1980 года, число известных  науке ингибиторов составило  более пяти тысяч. Ингибиторы  дают народному хозяйству немалую  экономию.

Ингибирующее воздействие  на металлы, прежде всего на сталь, оказывает  целый ряд неорганических и органических веществ, которые часто добавляются  в среду, вызывающую коррозию.

Ингибиторы имеют свойство создавать на поверхности металла  очень тонкую пленку, защищающую металл от коррозии.

Уменьшение электрохимической  коррозии при введении замедлителя  может произойти вследствие торможения анодного или катодного процесса, воздействия на оба процесса или  увеличения сопротивления системы  при образовании на металлической  поверхности пленки, обладающей пониженной электропроводностью.

Действие ингибиторов коррозии обусловлено изменением состояния поверхности металла вследствие адсорбции ингибитора или образования с катионами металла труднорастворимых соединений. Защитные слои, создаваемые ингибиторами коррозии, всегда тоньше наносимых покрытий. Ингибиторы коррозии могут действовать двумя путями: уменьшать площадь активной поверхности или изменять энергию активации коррозионного процесса.

Отдельную группу составляют методы, в основе которых лежит воздействие на границу металла с внешней средой, основанное на использовании покрытий или воздействии путем изменения потенциала. Сюда относят, в частности, анодную и катодную защиту. Часто для повышения эффективности различные методы противокоррозионной защиты комбинируют. Так, например, легирование используют в комбинации с ингибированием, защитные покрытия – в комбинации с катодной защитой. Такое комбинирование повышает эффективность защиты металла от коррозии. При другом подходе методы защиты от коррозии классифицируют в соответствии со степенью их активности. Методы активной защиты обеспечивают устойчивое воспроизведение низкой скорости коррозии металла при различных внешних воздействиях. К этим методам относят коррозионно-стойкое легирование, обеспечивающее самопроизвольное воспроизведение коррозионной структуры, понижающей скорость коррозии, которая может возрастать при механических или других воздействиях на поверхность корродирующего металла. Аналогичные процессы формирования коррозионно-стойких структур происходят при применении электрохимических методов защиты. В отличие от этого, методы пассивной защиты сопряжены с необходимостью привлечения дополнительных затрат на восстановление защиты при ее нарушениях. Так, при разрушении лакокрасочных покрытий необходимо их восстанавливать, обновлять, чтобы уменьшить коррозионные разрушения металла. Комбинированные методы считаются наиболее эффективными. Например, когда комбинируют неметаллические покрытия (пассивная защита) и катодную электрохимическую защиту (активная защита), защита от коррозии становится более эффективной.

Один из методов изучения механизма действия замедлителей коррозии – построение поляризационных кривых.

Торможение ингибитором  одной из стадий коррозионного процесса вызывает увеличение поляризации соответствующего процесса. Сравнение поляризационных  кривых, полученных

для данного металла в  растворе с ингибитором и без  него, позволяет выяснить, какой  процесс преимущественно тормозится при введении данного замедлителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Классификация ингибиторов коррозии

 

По составу ингибиторы коррозии подразделяются на неорганические и органические.

По условиям, в которых  они применяются, их можно разделить  на ингибиторы для растворов и  летучие ингибиторы, дающие защитный эффект в условиях атмосферной коррозии. Так как эффективность действия ингибитора зависит от рН среды, то ингибиторы подразделяются на:

- кислотные, 

- щелочные 

- ингибиторы для нейтральных  сред.

Замедлители наиболее часто  применяют для борьбы с коррозией  в системах с ограниченным объемом  раствора и с атмосферной коррозией  металла.

Замедлители кислотной коррозии находят широкое применение в  процессах удаления с изделий  окалины или ржавчины.

По механизму  своего действия на процесс электрохимической коррозии ингибиторы подразделяют на

- анодные, 

- катодные,

- экранирующие, т.е. изолирующие  активную поверхность металла. 

Механизм действия большинства  ингибиторов заключается в адсорбции  ингибитора на кородирующей поверхности  с последующим торможением катодных и анодных процессов.

Эффективность ингибиторов  коррозии оценивается степенью защиты Z (в %) и коэффициентом торможения Υ (ингибиторный эффект) и определяется по формулам:

где К1 и K2 [г/(м2•ч)] — скорость растворения металла в среде без ингибитора и с ингибитором соответственно; i1 и i2 [А/см2] — плотность тока коррозии металла в среде без ингибитора и с ингибитором коррозии соответственно. При полной защите коэффициент Z равен 100 %.

Коэффициент торможения показывает во сколько раз уменьшается скорость коррозии в результате действия ингибитора:

 

 Z и Υ связаны между собой:

 

 

 

Ингибиторы коррозии подразделяются:

• по механизму своего действия — на катодные, анодные и смешанные;

• по химической природе — на неорганические, органические и летучие;

• по сфере своего влияния — в кислой, щелочной и нейтральной среде.

 

Действие ингибиторов  коррозии обусловлено изменением состояния  поверхности металла вследствие адсорбции ингибитора или образования  с катионами металла труднорастворимых  соединений. Защитные слои, создаваемые  ингибиторами коррозии, всегда тоньше наносимых покрытий. Ингибиторы коррозии могут действовать двумя путями: уменьшать площадь активной поверхности или изменять энергию активации коррозионного процесса.

Катодные и анодные  ингибиторы замедляют соответствующие  электродные реакции, смешенные  ингибиторы изменяют скорость обеих  реакций. Адсорбция и формирование на металле защитных слоев обусловлены  зарядом частиц ингибитора и способностью образовывать с поверхностью химические связи.

Анодные ингибиторы коррозии (в первую очередь окислители) большей  частью обладают пассивирующими свойствами. Принцип торможения коррозии анодными замедлителями сводится к снижению скорости перехода ионов металла  в раствор или к уменьшению площади анодных участков коррозионного  элемента за счет изоляции их образовавшимися  нерастворимыми

пленками.

Как видно из рисунка 12.1, в результате введения ингибитора коррозии сила коррозионного тока падает с  величины I1 до величины I2, при этом наблюдается  тенденция к облагораживанию  стационарного электродного потенциала металла, т. е. смещение его в сторону  положительных значений, от Е1 к Е2.

Такие окислители, как хроматы  и бихроматы, сильно пассивируют  железо, алюминий, цинк, медь. Достаточно добавить в водопроводную воду 0,1% бихромата калия, чтобы резко  снизить скорость коррозии углеродистой стали и алюминия.

К анодным ингибиторам  относятся также нитриты и  нитраты. Нитритнатрия значительно  уменьшает скорость коррозии стали  в растворах ряда солей, а также  в морской воде. При необходимости  длительного хранения стальных деталей  их рекомендуется упаковывать в  бумагу, пропитанную 10-15% раствором  нитрита натрия.

Известны также анодные  ингибиторы коррозии вторичного действия, образующие на анодных участках корродирующей  поверхности металла нерастворимые продукты коррозии с ингибитором. К числу таких замедлителей коррозии углеродистой стали относятся гидроксид натрия, карбонат натрия, которые образуют на поверхности нерастворимый слой гидроксида, а также фосфатные соли, которые, в свою очередь, образуют нерастворимые фосфаты железа.

 

 

 

Рис. 12.1 Влияние анодного ингибитора коррозии на скорость коррозии:

 

1 – кривая анодной  поляризации в отсутствии ингибитора;

2 – в присутствии ингибитора

 

Однако анодные замедлители  коррозии – окислители в некоторых  случаях (например при низкой концентрации ингибитора) могут стимулировать  коррозионный процесс, становясь катодными  ускорителями коррозии.

Катодные ингибиторы коррозии замедляют катодные реакции или  активное растворение металла. Для  предотвращения локальной коррозии более эффективны анионные ингибиторы. Часто для лучшей защиты металлов от коррозии используют композиции ингибиторов  с различными добавками.

При этом может наблюдаться:

• аддитивное действие, когда  ингибирующий эффект отдельных составляющих смеси суммируется;

• антагонизм, когда присутствие  одного из компонентов ослабляет  ингибирующее действие другого компонента;

• синергизм, когда компоненты композиции усиливают ингибирующее действие друг друга.

Катодные замедлители  уменьшают скорость электрохимической  коррозии за счет снижения интенсивности  катодного процесса или сокращения площади катодных участков.

Торможение катодного  процесса основано на снижении содержания кислорода в растворе электролита  с целью уменьшения скорости коррозии металла с кислородной деполяризацией, или на затруднении протекания катодного  процесса. К числу катодных ингибиторов  относятся следующие:

— Катодные замедлители  – поглотители кислорода. Их действие основано на уменьшении содержания кислорода в растворе и, следовательно, снижении скорости коррозии с кислородной деполяризацией. К ним относятся сульфит натрия, гидразин и др.

N2H4 ^. H2O + O2 = N2 + 3H2O; (12.1)

2Na2SO3 + O2 = 2Na2SO4.

— Катодные замедлители, повышающие перенапряжение выделения водорода при катодной реакции. В процессах коррозии металлов, протекающих с водородной деполяризацией, торможение катодной реакции восстановления водорода достигается путем повышения перенапряжения выделения водорода при добавлении в раствор солей некоторых тяжелых металлов (соли висмута, сурьмы), катионы которых, восстанавливаясь на катодных участках, повышают перенапряжение выделения водорода.

— Катодные замедлители, экранирующие площадь катодных участков.

Сокращение площади катодных участков достигается образованием нерастворимых соединений в виде изолирующего защитного слоя. По отношению  к железу такими замедлителями являются бикарбонат кальция, сульфат цинка, хлорид бария:

Ca(HCO3)2 + NaOH = CaCO3↓ + NaHCO3 + H2O. (12.5)

Выделяющийся на катодных участках нерастворимый карбонат кальция  экранирует металл. Органические ингибиторы, адсорбируясь на катодных участках поверхности, также повышают перенапряжение выделения  водорода (желатин, клей, декстрин и  др.).

Катодные замедлители  коррозии металлов совершенно безопасны, так как они никогда не приводят к увеличению скорости коррозии.

Неорганические  ингибиторы коррозии. Способностью замедлять коррозию металлов в агрессивных средах обладают многие неорганические вещества. Ингибирующее действие этих соединений обуславливается присутствием в них катионов (Са2+, Zn2+, Ni2+ , As3+, Bi3+, Sb3+) или анионов (CrO2-4, Cr202-7, NO-2, SiO2-3, PO3-4).

Экранирующие  катодные ингибиторы коррозии — это соединения, которые образуют на микрокатодах нерастворимые соединения, отлагающиеся в виде изолирующего защитного слоя. Для железа в водной среде такими соединениями могут быть ZnSO4, ZnCl2, а чаще Са(НС03)2.

Бикарбонат кальция Са(НС03)2 — самый дешевый катодный экранирующий ингибитор, применяемый для защиты от коррозии стали в системах водоснабжения. Бикарбонат кальция в подщелоченной  среде образует нерастворимые соединения СаСОз, осаждающиеся на поверхности, изолируя ее от электролита.

Анодные неорганические ингибиторы коррозии образуют на поверхности металла тонкие (~ 0,01 мкм) пленки, которые тормозят переход металла в раствор. К группе анодных замедлителей коррозии относятся химические соединения — пленкообразователи и окислители, часто называемые пассиваторами.

Катодно-анодные неорганические ингибиторы, например KJ, КВr в растворах кислот, тормозят в равной степени анодный и катодный процессы за счет образования на поверхности металла хемосорбционного слоя.

Пленкообразующие  ингибиторы защищают металл, создавая на его поверхности фазовые или адсорбционные пленки. В их число входят NaOH, Na2C03 и фосфаты. Наибольшее распространение получили фосфаты, которые широко используют для защиты железа и стали в системе хозяйственных и коммунальных стоков.

В присутствии фосфатов на поверхности железа образуется защитная пленка. Она состоит из гидроксида железа, уплотненного фосфатом железа. Для большего защитного эффекта  фосфаты часто используются в  смеси с полифосфатами.

Пассиваторы тормозят анодную  реакцию растворения металла  благодаря образованию на его  поверхности оксидов.

Эта реакция может протекать  только на металлах, склонных к пассивации.

Пассиваторы являются хорошими, но опасными ингибиторами. При неверно  выбранной концентрации, в присутствие  ионов Сl- или при несоответствующей кислотности среды, они могут ускорить коррозию металла, и в частности вызвать очень опасную точечную коррозию.

Хроматы и бихроматы натрия и калия используются как ингибиторы коррозии железа, оцинкованной стали, меди, латуни и алюминия в промышленных водных системах.

Оксидная пленка состоит  из 25 % Cr203 и 75 % Fe203 .

Нитриты применяются в  качестве ингибиторов коррозии многих металлов (кроме цинка и меди) при рН более 5. Они дешевы и эффективны в случае присутствия ржавчины.

Защитное действие нитритов состоит в образовании поверхностной  оксидной пленки.

Силикаты относятся к  ингибиторам коррозии смешанного действия, уменьшая скорости как катодной, так  и анодной реакций. Действие силикатов  состоит в нейтрализации растворенного  в воде углекислого газа и в  образовании защитной пленки на поверхности  металла.

Пленка не имеет постоянного  состава. По структуре она напоминает гель кремневой кислоты, в которой  адсорбируются соединения железа и  соли жесткости. Ее толщина обычно равна  около 0,002 мм.

Полифосфаты — растворимые  в воде соединения метафосфатов общей  формулы (МеР03)n. Защитное действие полифосфатов состоит в образовании непроницаемой защитной пленки на поверхности металла. В водных растворах происходит медленный гидролиз полифосфатов, в результате образуются ортофосфаты

В присутствии Са2+ и Fe3+ на поверхности образуется непроницаемая защитная пленка.

Наибольшее распространение  в промышленности получил гексаметафосфат  натрия. Фосфаты и полифосфаты  находят применение в качестве замедлителей коррозии стали в воде и холодильных  рассолах. Большой эффект достигается  при совместном использовании фосфатов и хроматов.

Органические  ингибиторы коррозии. Многие органические соединения способны замедлить коррозию металла. Органические соединения — это ингибиторы смешанного действия, т.е. они воздействуют на скорость как катодной, так и анодной реакций.

Органические ингибиторы коррозии адсорбируются только на поверхности  металла. Продукты коррозии их не адсорбируют. Поэтому эти ингибиторы применяют  при кислотном травлении металлов для очистки последних от ржавчины, окалины, накипи. Органическими ингибиторами коррозии чаще всего бывают алифатические и ароматические соединения, имеющие в своем составе атомы азота, серы и кислорода.

Амины применяют как ингибиторы коррозии железа в кислотах и водных средах.

Тиолы (меркаптаны), а также  органические сульфиды и дисульфиды проявляют более сильное ингибирующее действие по сравнению с аминами. Основные представители этого класса — тиомочеви на, бензотриазол, алифатические  меркаптаны, дибензилсульфоксид.

Органические кислоты  и их соли применяют как ингибиторы коррозии железа в кислотах, маслах и электролитах, а также как  ингибиторы процесса наводороживания. Наличие в органических кислотах амино- и гидроксильных групп  улучшает из защитные свойства.

В спиртовых растворах, особенно многоосновных (этиленгликоль, пропиленгликоль), применяемых в системах охлаждения эффективным ингибитором коррозии является КПГ-ПК.

Необычайно широко применение ингибиторов в промышленности.

В щелочных средах ингибиторы используются при обработке амфотерных металлов, защите выпарного оборудования, в моющих составах, для уменьшения саморазряда щелочных источников тока.

В последние годы появились  новые смесевые ингибиторы коррозии для защиты стальной арматуры в железобетоне. Эти соединения — лигносульфонаты, таннины, аминоспирты — способны образовывать с катионами железа труднорастворимые комплексы. Среди  них особое внимание заслуживают  таннины, благодаря их положительному влиянию на бетон и способности  взаимодействовать с прокорродировавшей сталью. Новый класс ингибиторов  — это мигрирующие ингибиторы коррозии. Они обладают способностью диффундировать через слой бетона и  адсорбироваться на поверхности  стальной арматуры, замедляя ее коррозию.

Из ингибиторов для  нейтральных сред следует выделить группу ингибиторов коррозии для  систем охлаждения и водоснабжения. Видное место здесь занимают полифосфаты, поликарбоксильные аминокислоты, так называемые комплексоны — ЭДТА, НТА и др.; и их фосфорсодержащие аналоги—ОЭДФ, НТФ, ФБТК. Комплексоны защищают металлы только в жестких водах, где они образуют соединения с катионами Са2+ и Mg2+.

В водооборотных системах хорошие результаты получены с ингибиторами СП-В. Они надежно защищают системы, состоящие из различных конструкционных  материалов (Fe, Сu, Аl, и их сплавы).

Летучие ингибиторы являются современным средством защиты от атмосферной коррозии металлических  полуфабрикатов и готовых изделий  на время их хранения и транспортировки. Принцип действия летучих ингибиторов  коррозии заключается в образовании  паров, которые диффундируют через  слой воздуха к поверхности металла, и защищают ее. Летучие ингибиторы коррозии раньше использовались преимущественно  для защиты от коррозии военной техники  и энергетического оборудования. В последние годы к известным  летучим ингибиторам НДА, КЦА, Г-2, ИФХАН-100, ВНХЛ-49 добавился ряд новых  — ХНТ, СП-В, КПГ-ПК. Установлена способность  лучших летучих ингибиторов защищать металл от коррозии длительное время (более 3-х месяцев) даже после удаления их из упаковочного пространства —  эффект последействия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В наши дни металлы в  качестве конструкционных материалов играют ведущую роль во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства. Различные свойства их – прочность и пластичность, высокая электропроводность, теплопроводность, металлический блеск, хорошая обрабатываемость и др. – обеспечивают им универсальное применение в качестве конструкционных материалов. Но металлы в той или иной степени химически активны и при контакте с природной внешней средой или с технологическими средами подвергаются разрушению.

Защита металлов от коррозии ингибиторами, основанная на свойстве некоторых химических соединений подавлять коррозионные процессы,— одно из эффективных и экономичных средств борьбы с этим грозным явлением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. – Л.: Химия, 1989.
2. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. – М.: Высшая школа, 1980.
3. Войтович В.А., Мокеева Л.Н. Биологическая коррозия. – М.: Знание, 1980, № 10.