Введение к работе
Актуальность темы Защита стальных конструкций от коррозии - одна hj важнейших задач иовр^мешюч науки и техники
Перспективным методом защиты металлических материалов оборудования от коррозии в водных средах является применение ингибиторов коррозии, добавляемых в незначительных количествах в коррозионную среду Ингибиторы модифицируют поверхность металла, создавая адсорбционные пленки, тормозящие электродные процессы и изменяющие электрохимические параметры металлов, что позволяет существенно повысить надежность и долговечность оборудования
В настоящее время синтезировано и изучено большое количество
всевозможных ингибиторов коррозии, подавляющее большинство из которых -
низкомолекулярные соединения Исследования по применению
водорастворимых полимеров для защиты от коррозии менее обширны и не столь систематичны
При поиске новых полимерных ингибиторов следует учитывать, что они, в первую очередь, будут взаимодействовать с оксидными слоями на поверхности защищаемого материала Несмотря на проводимые обширные исследования строения и роли поверхностных оксидных пленок в процессе коррозии металла, многие представления в этой области еще остаются противоречивыми До сих пор нет единого мнения о механизмах образования, разрушения и защитного действия оксидных пленок на поверхности железа и его сплавов при коррозии Не разработаны также и способы легирования из коррозионной среды оксидных слоев на нелегированных сталях для улучшения их защитного действия
Цель работы: научно и экспериментально обосновать выбор ионогенных полимеров, производимых в промышленных масштабах, выступающих в роли ингибиторов коррозии низкоуглеродистых сталей (сталь 45) в нейтральных водных хлоридных средах При этом предполагалось решить следующие задачи
Разработать представления о механизмах образования, растворения и защитного действия оксидных пленок на поверхности стали при коррозии исходя из основных положений координационной химии,
Интерпретировать токопроводящие свойства оксидной пленки, учитывая наличие вакансий в катионных и анионных подрешетках оксидного слоя и рассматривая их как электронодонорные или электроноакцепторные примеси в полупроводниковом оксидном слое,
3. Изучить защитное действие ряда полимерных ионогенных соединений и определить наиболее перспективные ингибиторы коррозии,
4 Определить энергетические характеристики электродных процессов и
адсорбции предполагаемых ингибиторов с целью их наиболее эффективного
применения,
5 Обосновать механизм адсорбции ионогенных ПАВ, опираясь на
представления о структурном соответствии полимерной молекулы и оксидного
слоя,
Предложить механизм возникновения колебаний тока во времени в потенциостатических условиях в изучаемых коррозионных системах,
Разработать способы увеличения защитного действия оксидных пленок на поверхности стали 45 в водных растворах с помощью смесей катионов переходных металлов и полимеров, содержащих функциональные группы, способные к координации,
Выявить возможность поверхностного легирования оксидных пленок на поверхности стали 45 с помощью наноразмерных частиц смешанных оксидов переходных металлов
Научная новизна.
Впервые предложены механизмы образования, разрушения и защитного действия оксидных пленок на поверхности стали при коррозии на основе представлений координационной химии и анализа литературных данных,
Установлено ингибирующее действие производимых в промышленных масштабах органических ионогенных полимеров, содержащих в своей структуре кватернизированный азот,
Оценены защитное действие ряда изученных ингибиторов, энергии активации анодного процесса, константы равновесия адсорбции при разных температурах и энтальпия адсорбции,
Обоснован механизм возникновения колебаний тока во времени в потенциостатических условиях в коррозионных системах Колебания рассматриваются как релаксационный процесс, управлягмый восстановлением деполяризатора на катоде,
Оценена толщина ДЭС на поверхности катода по дополнительным всплескам колебаний на осциллограммах катодного тока, появление которых трактовалось как результат емкостной проводимости ДОС,
Предложен способ поверхностного легирования оксидных пленок катионами переходных металлов из внешней среды при помощи смесей сополимеров акриламида с хлоридом триметиламмони йэтилакрилата и солей переходных металлов,
Впервые получены нанодисперсные смешанные оксиды переходных металлов и изучено их защитное действие от коррозии сіали 45
Практическая значимость. Полученные результаты по ингибированию анодного растворения стали 45 высокомолекулярными ионогенньши ПАВ, производимыми в промышленных масштабах, позьоляют рекомендовать указанные вещества в качестве ингибиторов коррозии стали Эффективность действия полимеров, содержащих функциональные группы, способные к комплексообразованию с катионами металлов, увеличивается при добавлении в коррозионную среду солей переходных металлов Найденные закономерности по образованию, растворению и защитному действию оксидных пленок на поверхности стали 45 позволяют прогнозировать эффективность тех или иных веществ в качестве потенциальных ингибиторов коррозии Обнаруженное защитное действие наноразмерных частиц смешанны t оксидов переходных металлов открывает новое направление развития способов защиты от коррозии
Применение рекомендованных катионактивных полимеров и композиций
на их основе в качестве добавок к воде оборотного водоснабжения на МВСЗ им Войтовича (г Москва) позволило повысить срок службы насосов и запорной аппаратуры на 10 - 15 %, что снизило затраты на содержание энергохозяйства завода на 3 - 5 % Внедрение ингибиторов коррозии стали 45 на ОАО «Тихорецкий машиностроительный завод им В В Воровского» позволило повысить срок службы стальных изделий, предназначенных для эксплуатации на железной дороге Использование предложенных ингибиторов на ОАО «Сальсксельмаш» позволило увеличить на 10 % срок службы изделий из низколегированных сталей Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс РГУПС и используются в научно-исследовательской деятельности в объединенном отделе физико-математических и технических проблем Южного научного центра РАН На защиту выносятся:
Координационный механизм образования, растворения и защитного действия оксидных пленок на поверхности стали
Результаты электрохимических исследований анодного поведения стали 45 в водных хлоридных средах в присутствии полимерных ионогенных ПАВ
Механизм возникновения колебаний тока во времени в потенциостатических условиях
Результаты по увеличению эффективности защитного действия полимеров при помощи солей переходных металлов
Результаты по защите от коррозии стали 45 нанодисперсными частицами оксидов ориентировочного состава Рез04 МпОг и їїегОз МпОг
Апробация работы. Материалы работы были представлены на I Международной конференции «Физико-химические методы исследования нанообъектов в химии, биологии и медицине» (Туапсе, 2007), VI Международной научно-практической конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике» (Новочеркасск, 2007), Всероссийской конференции молодых ученых «Перспективы 2007» (Нальчик, 2007), Всероссийских научно-практических конференциях «Транспорт 2005», «Транспорт 2006», «Транспорт 2007», «Транспорт 2008» (РГУПС, Ростов-на-Дону, 2005-2008)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 статьи и 9 тезисов докладов
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитированной литературы из 183 наименований Диссертация изложена на 118 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков и 4 таблицы
