Введение к работе
Актуальность темы. Решение проблемы охраны окружающей среды и природных ресурсов актуальна для химической промышленности, в частности при защите от коррозии металлических и железобетонных конструкций и оборудования. Известно, что долговечность и эффективность зашиты во многом определяется качеством подготовки поверхности перед окрашиванием. Лакокрасочные покрытия (ЛКП) защищают поверхность металлов от коррозии только в случае, если они нанесены на тщательно очищенную поверхность. Эффективность применения грунтов-модификаторов ржавчины вместо очистки металла ручными щетками и пневмоинструментом, при которой выделяется огромное количество пыли и сажи, позволяет обеспечить охрану окружающей среды от загрязнений, улучшить санитарно-гигиенические условия работ по подготовке поверхности, а также обусловлена простотой, технологичностью и дешевизной процесса.
Настоящая работа посвящена совершенствованию известного метода противокоррозионной защиты - окраске системами ЛКП с использованием грунтов-модификаторов ржавчины, достигаемому введением ингибиторов коррозии в ЛКП. В настоящее время необходимо создание экологически безвредных материалов и экономически целесообразно проведение работ по замене нежелательных компонентов в уже применяемых лакокрасочных материалах.
В работе изучен процесс катодного выделения водорода при коррозии стали У8А в фосфорнокислом электролите. Данный вопрос представляет значительный интерес для науки и техники, так как при коррозии стали в кислотах, выделяющийся на катодах локальных микроэлементов водород частично проникает в сталь, ухудшая ее механические свойства, что особенно опасно в случаях, когда металлические конструкции подвергаются одновременному воздействию длительной статической или циклической нагрузки и агрессивной среды.
Работа является разделом научно-исследовательской проблемы кафедры: "Исследование органических добавок в качестве ингибиторов коррозии и наводораживания металлов в электролитах" регистрационный номер ГРО 1920010230 КОД ГАФНТИ 81.33.29.
Цель работы. Изучение возможности применения преобразователя ржавчины П-2 для подготовки поверхности стали для окрашивания с целью замены экологически вредных механических способов очистки и улучшения его защитных свойств путем введения органических ингибиторов.
Изучение природы замедленной стадии катодного выделения водорода при коррозии стали в среде преобразователя ржавчины П-2.
Исследование N- и S- содержащих добавок в качестве ингибитров коррозии при их введении в эмаль ПФ-115.
Научная новизна. Исследовано влияние органических добавок на защитные свойства преобразователя ржавчины П-2, который применяется при окрашивании по ржавой поверхности стали, и на эмаль ПФ-115, и показана эффективность этих добавок.
Исследована кинетика катодного и анодного процессов на стали в спиртово-фосфорнокислом электролите, состав которого идентичен составу преобразователя ржавчины П-2, а также изучено пассивное состояние стали, которое наблюдается в среде П-2.
Установлено, что 5-нитрофурфурола семикарбазон в среде П-2 изменяет механизм анодной реакции и природу замедленной стадии катодного выделения водорода.
Практическая ценность работы. Определена замедленная стадия катодного выделения водорода при коррозии стали в среде П-2.
Показано, что исследованные добавки способствуют переходу стали в пассивное состояние, уменьшают ток пассивации, способствуют увеличению сопротивления пассивных пленок, вследствии чего уменьшается выход металла по току и скорость коррозии.
Показано улучшение защитных свойств преобразователя ржавчины П-2 при введении в него N- и S- содержащих органических соединений в случае применения его для подготовки поверхности, с целью замены вредных механических способов очистки.
Установлены наиболее эффективные из N- и S- содержащих добавок, вводимых в качестве ингабитороз коррозии в эмаль ПФ-115, которые являются экологически безвредными.
-s-
Результаты работы могут быть использованы при подборе ингибиторов, вводимых в ЛКП и преобразователь ржавчины П-2, для более эффективной защиты металла от коррозии и безопасности здоровья человека.
На защиту выносятся: результаты изучения пассивного состояния стали У8А в среде преобразователя ржавчины П-2;
- результаты исследования влияния N- и S- содержащих органических
соединений на скорость коррозии стали в среде П-2;
определение природы замедленной стадии катодного выделения водорода при коррозии стали в среде П-2;
исследование влияния N- и S- содержащих добавок в качестве ингибиторов коррозии при их введении в эмаль ПФ-115;
- исследование защитных свойств преобразователя ржавчины П-2,
нанесенного на прокорродировавшую поверхность при введении в него
органических длбавок.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на профессорско-преподавательских конференциях КГУ 1995-1996 г. и на международных конференциях: "Corrosion in natural and industrial environments: problems and solutions"(Grado (Italy), 1995); Eurocorr-96 (Nice, 1996).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных статей.
Обьем и структура диссертации. Диссертация изложена 127 на страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы, который включает 97 литературных источников на русском и иностранном языках. Работа содержит 43 рисунка и 32 таблицы.
Первая глава является обзором литературы. В ней кратко рассмотрены способы очистки металлов перед нанесением защитных покрытий и показана их экологическая вредность, представления о защите стали от коррозии с помощью ингибиторов, и необходимость применения в качестве их экологически чистых материалов, результаты опубликованных исследований антикоррозионных грунтовок и модификаторов ржавчины, как одного из способов решения проблемы загрязнения окружающей среды.
Вторая глава содержит описание методик эксперимента, конструкции и схем установок. Рассмотрены электрохимические и физические методы
исследования органических добавок, вводимых в ЛКП и преобразователь ржавчины. Дается описание способа определения замедленной стадии процесса выделения водорода и изучения пассивного состояния стали У8А.
В следующей главе приводятся экспериментальные результаты изучения пассивного состояния стали У8А в среде преобразователя ржавчины П-2, влияния N- и S- содержащих органических соединений на скорость коррозии стали в среде П-2 и при введении их в эмаль ПФ-115, изучения природы замедленной стадии катодного выделения водорода при коррозии стали в среде П-2 и защитных свойств преобразователя ржавчины П-2, нанесенного на прокорродировавшую поверхность при введении в него органических добавок. Здесь же обсуждаются результаты проведенных экспериментов.
Основные выводы исследований, описанных в главах 4.1 - 4.5 сопоставлены в главе 5.
Методика исследования. Для исследования кинетики электрохимических реакций использовался метод снятия поляризационных кривых с помощью потенциостатачП-5828 М. Испытания проводились на стали 3 и стали У8А. В качестве электролита использовался спиртово-фосфорнокислый электролит (СФК) состава (масс. %): Н3РО4 - 30; СгН5ОН - 20; HA««i-> - 50. Поляризационные кривые снимались, начиная от стационарного потенциала, в катодную и анодную область со смещением потенциала на 0.02 В.
В качестве ингибиторов коррозии исследовались следующие органические соединения:
1. п-аминобензолсульфамид; 2. [2-(п-аминобензолсульфамидо)-4,6-диметил-пиридин]; 3. [2-(п-аминобензолсульфамидо)-5-этил-1,3,4 тиазол]; 4. [2-(п-аминобензолсульфамидо) тиазол]; 5. {п-(5-нитро-2-фурфуриАйДн)-3-аминооксазолидон-2]; 6. [5-нитрофурфурола, семикарбазон]; 7.[ п-(5 нитро-2 ФурфУРИ4^ден)-1-аминогидантоин]; 8. 2-фенил-1,4 бензохинон; 9. п-иодфенил-1,4-бензохинон; 10.2-(2-хлорфенил)-1,4 бензохинон; 11.2-(п-толил)-1,4 бензохинон; 12. 2-(4-нитрофенил)-1,4-нафтохинон; 13. 2-(4-метоксифенил)-1,4-бензохинон; 14. 2-(4-нитрофенил)-1,4-бензохинон.
Для определения замедленной стадии процесса выделения водорода при растворении металлов в кислотах из активного состояния использовали зависимость потенциала коррозии и скорости коррозии от рН среды.
Ток коррозии и константы Тафеля рассчитывали по трем значениям тока поляризации одного знака вблизи потенциала коррозии.
Скорость коррозии определялась гравиметрически.
Пассивное состояние стали изучалось методом анодных потенциостатяческнх поляризационных кривых при смещении потенциала в положительную область через 20 мВ с 30-ти секундной выдержкой при каждом значении потенциала. Для оценки защитной способности фосфорных пленок, сформированных в области пассивации применялся капельный метод.
Для определения выхода металла по току использовали метод графического дифіренцирования.
При изучении защитных свойств лакокрасочных покрытий для испытаний применяли плоские образцы из листовой стали марки Ст.З по ГОСТ 1652-70, с ржавой поверхностью (слой ржавчины около 100 ммк). Состав испытательной среды выбирался в соответствии с требованиями к испытуемому лакокрасочному материалу по ГОСТ 9.403-80. В качестве испытательной среды использовался 3 % раствор NaCl.
Оценивались декоративные и защитные свойства покрытия, определялась обобщенная оценка по ГОСТ - 9.407-84.
Водные вытяжки полимерных пленок готовили на основе эмали ПФ-115, в которую вводили органические добавки в количестве^ % от массы эмали.
Коррозионная стойкость ЛКП исследовалась электрохимическими методами: по изменению потенциала во времени; методом снятия поляризационных кривых; по изменению электропроводности полимерной пленки во времени; методом определения чисел переноса. Определялись числа переноса ионов через полимерную пленку и коэффициент диффузии.
: Определение скорости проникновения агрессивной среды в пленку ЛКП осуществлялось методом, основанным на определении изменения цвета пленки под воздействием индикатора красителя. В качестве индикатора использовался метиловый фиолетовый.