Введение к работе
Актуальность работы. Стойкости металлов и сплавов против пит-тинговой коррозии (ПК) на протяжении многих десятилетий уделяется пристальное внимание. Согласно статистическим данным на долю ПК приходится до 14 % разрушений металлофонда. При относительно небольших массопотерях ПК приводит к сквозной перфорации стенок трубопроводов и емкостей, нарушению целостности покрытий, в результате чего из строя выводится дорогостоящее оборудование. Начальные стадии зарождения питтинга не представляют большой опасности, но определяют дальнейшее его развитие. Закономерности начальных стадий питтингооб-разования (ПО) подробно изучены для металлов (Fe, Сг, Си, Ni, А1), некоторых бинарных сплавов железа (Fe - Сг, Fe - Ni) и сталей.
Исследования последних лет показали, что питтингу подвержены и Си - Zn сплавы, широко применяемые в производстве теплообменников, конденсаторов, сантехнической арматуры, оборудования гидростанций, работающего в морской и пресной воде. Известно, что склонность металла к ПО определяется как природой металла или сплава, так и факторами, зависящими от природы среды (кислотность, температура, анионный состав и т.д.). Однако имеющиеся в литературе единичные и разрозненные данные не дают полного представления об устойчивости латуней против ПО. Изучение закономерностей и механизма инициирования питтинга Си - Zn сплавов позволит подобрать эффективные методы защиты и продлить срок эксплуатации латунных труб, теплообменников.
Как правило, составляющие сплав металлы отличаются по своей электрохимической активности, комплексообразующей способности, поэтому бинарные сплавы могут служить удобной моделью для изучения влияния вышеперечисленных факторов на механизм инициирования питтинга и стойкость сплавов против ПО.
Исследования входят в план работ по основным направлениям НИР кафедры физической и органической химии Удмуртского государственного университета "Феноменология коррозионно — электрохимического поведения переходных металлов и их сплавов: компьютерное моделирование и экспериментальное изучение" (тематический план УдГУ на 2000-2003 г., номер государственной регистрации 01.20.00.10681).
Цель работы. Исследование закономерностей влияния состава сплавов и природы аниона-активатора на ПО латуней в водных средах, установление механизма начальных стадий депассивации Си - Zn сплавов, а также изучение особенностей ингибирования ПО органическими соединениями.
Научная новизна. В данной работе впервые проведены систематические исследования ПО Си - Zn сплавов в боратных буферных растворах, содержащих активирующие анионы (СГ, ВгТТС^Т^^кЗЇЇ&ЬіїлЙ)- ^с"
БИБЛИОТЕКА |
ЦУЗ (А
СЛкИрОург
о» »»,
тановлены закономерности влияния содержания цинка в сплавах (u>zn) и их фазового состава, природы агрессивных анионов, рН среды на устойчивость латуней против локальной активации. Показано, что с увеличением И/п. Сдіг и кислотности электролита склонность латуней к ПО возрастает. Отличительной особенностью ПО латуней является наличие критической концентрации анионов Скрщ, выше которой возможно зарождение питтин-гов при потенциале свободной коррозии и в области потенциалов активно-пассивного перехода. Установлено, что ч^крит зависит как от количественного и фазового состава сплавов, так и природы аниона.
Впервые для Си - Zn сплавов выявлена зависимость потенциала ПО Ещ латуней от природы анионов, которая может быть описана однопара-метровым уравнением Ет — а - Ьк, т. е. чем выше гидрофобность активатора, тем ниже Ет латуней в его растворах. Наибольшую активирующую способность при ПО латуней проявляет Г-ион, а наименьшую - N0 j-ИОН.
Полученные экспериментальные данные объясняются с учетом особенностей пассивного состояния латуней и с позиций концепции комплек-сообразования компонентов сплавов с активирующими анионами. Проанализированы зависимости толщины пассивной пленки на Си - Zn сплавах от состава и кислотности среды, Й&і. С изменением рН от 6.6 до 9.9, а также с увеличением COzn повышается содержание ZnO в пассивной пленке, что приводит к снижению стойкости сплавов против депассивации. Впервые для объяснения механизма начальных стадий ПО Си - Zn сплавов применена концепция нуклеофильного замещения лигандов в поверхностных комплексах активирующими анионами.
Впервые показана возможность ингибированил начальных стадий ПО Си - Zn сплавов соединениями как адсорбционного (антранилатом, фени-лантранилатом натрия), так и хелатообразующего типа (бензотриазолом). Установлено, что антранилат и фенилантранилат натрия, как и в случае ПО меди, могут инициировать ПО латуней в боратном буфере рН 7.4. Однако в хлоридсодержащих буферах при определенном соотношении концентраций двух активаторов наблюдается облагораживание Епт, т.е. ингибирова-ние ПО антагонизмом двух анионов благодаря образованию смешанноли-гандных более гидрофобных комплексов. При Сбта 5 5-Ю"5 М БТА может вызывать образование питтингов на латунях, однако в хлоридсодержащих средах БТА обеспечивает защиту сплавов от ПО благодаря образованию поверхностной нерастворимой полимерной пленки.
Практическая ценность работы. Результаты данного исследования позволят расширить теоретические представления о протекании начальных стадий ПО бинарных сплавов Установленные в работе закономерности депассивации Си - Zn сплавов могут быть использованы при выборе латуней в качестве конструкционных материалов для оборудования, эксплуатируемого в морских; речных водах, повышенная агрессивность которых связа-
на с высоким содержанием СГ, Br", I , SO«2 и т. д. Полученные результаты о влиянии антранилата, фенилантранилата натрия и бензотриазола на электрохимическое поведение Си - Zn сплавов могут служить основой для подбора ингибиторов с целью защиты изделий из латуни от ПО и продления срока их эксплуатации.
Положения, выносимые на защиту:
особенности начальных стадий ПО латуней различного количественного и фазового состава в нейтральных водных средах и влияние природы неорганических анионов на склонность сплавов к депассивации;
данные о влиянии кислотности хлоридсодержащих боратных буферов на склонность Си - Zn сплавов к ПО;
обсуждение механизма начальных стадий ПО латуней в водных средах;
- особенности интибирования ПО Си - Zn сплавов в хлоридсодержащих
средах антранилатом, фенилантранилатом натрия и бензотриазолом.
Апробация работы. Материалы работы были представлены на II, III, IV Всероссийских конференциях молодых ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии", г. Саратов, 1999, 2001, 2003 г., Всероссийской конференции "Химия твердого тела и функциональные материалы", г. Екатеринбург, 2000 г., 5-ой Российской универси-тетско - академической научно-практической конференции, г. Ижевск, 2001 г., Всероссийской научной молодежной конференции "Под знаком "Сигма", г. Омск, 2003 г.
Публикации. Содержание работы представлено в трех статьях и шести тезисах докладов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа выполнена на 134 страницах, содержит 45 рисунков и 11 таблиц и состоит из введения, 4 глав, выводов и библиографического списка, состоящего из 209 источников.
