Коррозия процесінде полифенолды қосылыстарды ингибиторлар ретінде қолдану

 

1.3.2 Металл бетінің өзгеруіне байланысты немесе олардың физико-химиялық қасиеттерінің дәрежесінің өзгеруіне байланысты коррозия процесстерінде ортаның қасиеттерінің қарамастан, коррозиялық талқандаудың бірнеше түрі.

1) Егер коррозия металдың  түгел, барлық бетінде жүретін  болса, ондай коррозияны тұтас коррозия деп атайды. Коррозияның мұндай түрі қышқылдардың, сілтілердің, атмосфраның әсрінен пайда болады. Оның өзін бірқалыпты және бірқалыпты емес деп бөледі. Металдың талқандауы бірдей жылдамдықпен металың түгел бетінде жүретін коррозия түрі бірқалыпты емес деп аталады.

2) Таңдамалы коррозия процесі жүргенде металл құймасының бір ғана құраушысы талқандап, қалғандары өзгеріссіз қалады.

3) Жергілікті коррозия кезінде металдардың бетінде бөлек қызыл дақ түрінде металдардың ішіне қатты тереңдетілген күйінде табылады.

4) Бет асты коррозия металдардың бетіндегі бөлек аудандарының қорғаныш қаптамаларының бұзылуынан басталады.

5)Кристалитаралық коррозия ристалиттер шекарасындағы металдардың бұзылуы. Металл бұл жағдайда өзінің механикалық төзімділігін жоғалтады. Бірақ металдың сыртқы түрі өзгермейді.

 

 

1.3.3 Металдың ортамен әрекеттесу реакциясының механизмі бойынша екі түрге:

1) Химиялық коррозия дегеніміз – металдың валенттік электрондарын өзіне тартып алатын тотықтырғыштардың құрамына кіретін атом топтарымен немесе сол атомдармен тікелей химиялық байланыспен қосылған және металдық байланыстан ажыраған металл атомдарын айтады. Химиялық коррозия әрбір коррозиялық ортада өтеді, алайда электролит емес коррозиялық ортада олар жиі байқалады. Оның жылдамдығы көбінесе металл бөлшектерінің диффузиясымен және коррозия өнімдерінің беттік пленкасы арқылы өтетін тотықтырғышпен анықталады. Кейде – осы пленканың еруімен немесе булануымен, оның жарылуымен және кей жағдайда ішкі ортадан тотықтырғыштың конвективтік алынуымен (оның өте кіші концентрациясында).

2) Электрохимиялық коррозия деп – металдық тордан шыққан кездегі түзілген катион тотықтырғышпен емес, басқа компоненттермен коррозиялық ортаға түсуін айтады; тотықтырғышқа ктион түзілген кездегі босаған электрондар беріледі. Мұндай процесс тек қоршаған ортада реагенттердің екі типі болған кезде жүреді. Олардың біріншісі (сольватталатын және комплекстүзуші) олардың валенттік электрондарының қатысуынсыз металл катионымен тұрақты байланысты бола алатын, ал екіншісі (тотықтырғыштар) өздерінің маңында катиондарды ұстамай металдың валенттік электрондарын қоса алатындар. Ұқсас қасиеттер сольватталған катиондары қозғалысты сақтап тұратын электролиттердің балқымаларында немесе ерітінділерінде кездеседі. Сөйтіп, электрохимиялық коррозия барысында металдық тордан атомның жойылуын екі тәуелсіз, бірақ қабысқан электрохимиялық процесстер: анодтық – металдың сольватталған катиондарының ерітіндіге ауысуын, және катодтық – босатылған электрондарының тотықтырғыштарымен байланысқан. Осыдан барып, электрохимиялық коррозияны баяулатудың тікелей анодтық процестің тоқтауымен ғана емес, сонымен қатар, катодтық жылдамдыққа әсер етумен де болады екен. Ең кең тараған екі катодтық процесс бар: сутек иондарының разрядталуы (2e + 2H⁺ = H₂) мен еріген оттектің тотықсыздануы (4e + O₂ + 4H⁺ = 2H₂O немесе 4e + O₂ + 2H₂O = 4OH^-), бұлар көбінесе жиі оттектік және суттектік деполяризация деп аталады.

Анодтық және катодтық процестер катиондары мен электрондары коррозиялық ортаның компоненттерімен әсерлесе алатын металл бетінің әр-түрлі жерінде өтеді. Егер беткі қабат біркелкі болса, онда анодтық және катодтық процестер аудандары бойынша тепе-тең болады. Мұндай идеалды жағдайда коррозияны гомогенді-электрохимиялық деп атайды. Шынында да металдық беттерде әр-түрлі қоспалармен немесе әр түрлі атомдардың энергетикалық жағдайларымен әсерлесетін компоненттердің шартты бөліктері бар екен. Мұндай бөліктерде анодтық немесе катодтық процестердің энергетикалық өтуі әбден мүмкін және коррозия гетерогенді-электрохимиялық болады.

 

1.3.4 Коррозиялық орта бойынша.

Кейбір коррозиялық  орталар және лардан туындайтын бұзылулар  осы ортамен аталған және онда өтетін коррозиялық процестердің классифицирленуімен сипатталады. Ереже бойынша, металдық бұйымдар мен конструкциялар коррозияның көптеген түрлерінің әсеріне ұшырайды. Мұнда жағдайларда аралас коррозия деп аталатын әсер туралы айтылып отыр.

1) Газдық коррозия – жоғары температурада газдық ортада өтетін коррозияны айтады.

2) Атмосфералық коррозия – металл бетінде электролиттік пленканың түзілуіне қажетті ылғалдылығы бар атмосферада өтетін коррозияны айтады. Атмофералық коррозияның ерекшілігі – ол жылдамдылыққа және металл бетіндегі ылғалдылық қабатының механизмі немесе түзілген коррозиялық өнімдердің ылғалдық дәрежесіне тәуелілігінде.

3) Сұйықтық коррозия – сұйық орадағы коррозия. Сұйық ортаның металға әсері бойынша коррозияның бұл типінде өзіне қатысты қасиеттері бар толық батырылған, толық батырылмаған, аралас батырылған коррозия сипатталады.

4) Жерасты коррозиясы – топырақтағы металдардың коррозиясы. Жерасты коррозиясының ерекшелігі әр түрлі топырақтағы жерасты конструкцияларының бетіне оттегінің түсу жылдамдығымен сипатталады.

 

1.3.5 Қосымша әсер етуіне байланысты.

1) Кавитациялық коррозия – кавитациялық ортаның бір уақытта әсер етуі. Үздіксіз немесе уақытша кернеуде жүретін кррозия. Егер де бұл созылатын кернеу болса, коррозиялық шытынау болуы мүмкін.

2) Контакттық коррозия – кезіндe  тегі әр түрлі екі металдың электролиті ішінде үйкеліс туғызатын, жабық гальваникалық элемент қалыптастыратын ұқсас бұзылуы жүреді.

3) Саңылаулық коррозия – металдың саңылаудағы бұзылуы. Ол көбіне саңылауда рналасқан конструкция учаскесіне пайда болады. Металдарға агрессивті орта әсер етеді. Сонымен қатар металл бір мезгілде қосымша әсерге ұшырайды. Соған қарай коррозиялық процесс бөлінеді.

4) Радиациондық коррозия – радиоактивтік сәулелену әсерінен жүретін коррозия түрі.

5) Биологиялық коррозия – бактериялардың өмір сүруі нәтижесінде пайда болатын өнімдер әсерінен жүретін коррозия түрі.

 

 

1.4. Коррозиялы  ортада металл жабдықтардың ингибиторлы  қорғанысы.

 

ISO 8044-1986 стандартына сәйкес:

Коррозиялық системада жеткілікті концентрацияда болатын, және кез-келген коррозия реагентінің концентрациясын едәуір өзгертпей, коррозияның жылдамдығын азайтатын химиялық қосылыстарды коррозия ингибиторлары (ИК) деп атайды.

Ингибитор дегеніміз  – коррозиялы ортаға аз мөлшерде енгізілген жағдайда, ол сол ортамен түйісіп  тұрған металдың коррозия жылдамдығын азайтатын химиялық зат.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зерттеу бөлімі

 

2.1 Қолданылатын  материалдар және реактивтер

Болаттың коррозиялық  әрекеті С-65Г тікбұрышты жазық  болат үлгілерінде зерттелді. Болаттың химиялық құрамы: С - 0,62-0,7; Мп - 0,9-1,2; Si - 0,17-0,37; Р - 0,0001; S - 0,035; Сг -0,25; Ni-0,25.

Коррозиялық ортаның фондық ерітіндісі ретінде 1:1 қатынасындағы 0.9% NaCl және этанол ерітіндісі қолданды. Болат үлгілерін ингибиторленген және ингибиторленбеген фондық ерітінділерде зерттелді.

Ингибиторлар  ретінде келесі қосылыстарды зерттедік:

1-кесте

Зерттелген органикалық  ингибиторлар

№	Органикалық ингибитор  атауы	Органикалық ингибитордың құрылымдық формуласы
1.	Фон	0.9% NaCl + C2H5OH
2.	Фенол
3.	Резорцин
4.	Ионол (2,6-дитретбутил-4-метил  фенол)
5.	о-метиленаминофенол (Ингибитор-1)
6.	(N-β-аминоэтанол)-о- метиленфенол (Ингибитор-2)

 

Ингибиторлардың қорғаныштық  қасиеттерін зерттеу үшін бұл  ғылыми жобада гравиметриялық әдіс, ерітінділерді  электрохимиялық әдіспен зерттеу  қолданылды

 

2.2  Болаттың  агресивті ортадағы коррозиясының жылдамдығын анықтаудың гравиметриялық әдісі.

Фондық ерітіндідегі және ингибиторлардың қатысуымен болатын  болаттың коррозиясы гравиметриялық әдіспен  оның коррозиялық сынаққа дейінгі  және сынақтан кейнгі массасының азаюы  арқылы анықталады.

Болаттың коррозиялық тәртібі тікбұрыш пішінді үлгілерде зерттеледі. Үлгіліерді өлшеу жұмыстары аналитикалық таразыларда жүргізілді.

Гравиметриялық әдіспен  зерттеудің алдында болат үлгілерін  зімпаралы (наждачная бумага) қағазбен тегіс, біркелкі бетке дейін өңделеді; спиртпен майдан тазартылады; дистиленген сумен шаяды және фильтрлі қағазбен кептіреді. Майдан тазартуды арнайы ерітіндімен қыздыру арқылы жүргізеді. Ерітінді құрамы: 500мл. судағы КОН (15г), Nа₂SiO₃ (1г), Na₃РO₄*12H₂O (25г), Na₂CO₃(15г)

Коррозия жылдамдығы (г/сағ) мына формуламен өрнектеледі

 

K = m/t

 

K – коррозия жылдамдығы (г/сағ);

m – үлгілердің массалар  айырмасы;

t – уақыты, сағ;

 

Қорғаныс эффектісі Z және тежелу коэфиценті γ мына формулалармен өрнектеледі:

 

                      Kо - K       

Z =  ---------------- * 100%

              Kо

      K

γ  = ---------------- * 100%

                Kо

 

 

 

 

2.3 Эксперимент  нәтижелері және оларды талдау

Металдарды коррозиядан  сақтау – ғылым мен техника  алдында тұрған актуальді мәселелердің бірі. Экономикалық және әлеуметтік бағыттардың бастысы ретінде – материалдар мен шикізаттың дүниежүзілік жоғалтуын қысқарту. Осы мақсат ретінде металл коррозиясына көп көңіл бөлу қажет, аса тиімді жаңа тәсілдерді және коррозия мен коррозио-механикалық бұзылулардан сақтайтын құралдарды өндіріп, оларды қолдану.

Ингибитрлеу – металл материалдарды жалпы коррозиядан  қорғау тәсілі ретінде көптеген өндіріс  салаларында кеңінен қолданылады. Бұларды қолдану жабдықтардың беріктілігін және бұзылмауын, процестің технологиясын  өзгертпей арттыруға мүмкіндік туғызады. Зат ингибитор қызметін атқару үшін, оның бір немесе бірнеше полярлы тобы болу қажет; сол топтар арқылы молекула металл бетіне қосыла алады. Көбінесе, олар құрамында гетероатомды азот, оттегі, күкірт, фосфор болатын органикалық қосылыс ретінде кездеседі.

Ингибиторлар ретіңде  тек құрамында амино-, имино-, тиотопшалар, және карбоксильді, карбонильді және кейбір басқа топтар ретінде кездесетін азот, күкірт және оттегі болатын органикалық  заттар. Ингибитордың адсорбциясы нәтижесінде коррозия жылдамдығын азайтатын, катодты және анодты процестерді тежелетіні байқалады.

Коррозиялық ортада металл бетінде әр-түрлі құрамды оксидті  пленка пайда болатыны мәлім. Пленканың  құрамы, құрылысы оның түзілу процесіндегі әр-түрлі факторларға байланысты. Коррозиялық ортадағы металдың пассивтілігі 0,5В потенциалы кезінде басталады, бұл ерітіндідегі пленканың түзілуі мен химиялық ерітілу жылдамдықтарының теңділігімен түсіндіріледі. Пленка тек егер оның түзілу жылдамдығы химиялық ерітілу жылдамдығынан артық, немесе аз дегенде сол жылдамдыққа тең болуы қажет. Сонымен қатар пленканың кристалдық торында темірдің иондары, не оттек иондары,  не болмаса екі ион да тасымалдану қажет. Қайсыбір ионның қозғалуы басым болған жағдайда, пленка не металл-пленка бөлімінің бетінде, немесе екі бөлімнің бетінде де пайда болады.

Электродтың бетінде  бір уақытта екі немесе одан да көп бір-біріне тәуелсіз электродты процестер (сопряженные реакции) жүре алады. Сопряженные реакциялар металл еріген кезде (коррозия), және де көптеген басқа тотығу тотықсыздану процестер кезінде байқалады:

Н₃О⁺ + е^- =1/2 Н₂ + Н₂О            (1)

           Fe²⁺ +2е^-=Fe ⁰                           (2)

Тотығу-тотықсыздану реакциялары  тотықсыздандырғыштан қабылдаған электронды қабылдап оны тотықтырғышқа жеткізетін металл бетінінің қатысуымен бөлек жүреді. Металл бетінде электрод потенциалын анодты жаққа жақындататын суттек бөлінеді. Сонымен қатар суттек бөліну процесінің жылдамдығы азаяды, ал металдың еру жылдадығы артады.

 

 

 

2.4 Эксперимент  мәліметтерінің анализы

Эксперимент мәліметтеріне  сүйене отырып, бірнеше қорытынды  жасауға болады:

1.   Коррозиялық  орта ингибитор мен тұздың  сулы ерітінділері болғандықтан, болат коррозиясы электрохимиялық  механизммен жүрді. Металл мен  ерітінді молекулаларының өзара әрекеттесу нәтижесінде екі процесс жүрді: болаттың тотығуы (анодты процесс) және тотықтырғыштардың – Н⁺ суттек иондарының (суттекті деполяризациясымен жүретін коррозия)  тотықсыздануы. Коррозия механизмін былай жазуға болады:

Fe – 2é = Fe²⁺  | 1

2H⁺ + 2é = H₂  | 1

___________|

Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂

Пайда болған Fe²⁺ иондары сулы ортада гидроксид-иондарымен байланысады:

2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂

Темір (ІІІ) гидроксиді ауадағы  оттекпен оңай тотығады:

2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₃

Болат коррозиясының  өнімі темір (ІІ) және темір (ІІІ) гидроксидтердің қоспасы болатын қоныр тат, ыдарағандағы өнімдері, көмірқышқыл газ және қоршаған ортадағы басқа да заттармен әрекеттескен заттар болып табылады.