РАСТВОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНЕТИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛИ

Изобретение относится к защите металлов от разрушений, связанных с коррозионными и коррозионно-механическими поражениями, а именно к композициям на водной основе для получения на стали магнетитных покрытий (МП), защищающих (после промасливания) металл от атмосферной коррозии с целью увеличения срока службы стальных изделий.

Известно использование раствора нитрата аммония для получения на поверхности стали МП. Кузнецов Ю.И. О возможности снижения температуры оксидирования низкоуглеродистой стали в нитратных растворах. / Ю.И. Кузнецов, Д.Б. Вершок, Д.С. Булгаков // Защита металлов, 1992. - Т. 28. - №4. - 586 с.

Однако образующиеся при этом МП плохо защищают сталь от коррозионных разрушений при промасливании.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является раствор для получения магнетитного покрытия на стали, содержащий нитрат аммония, нитрат натрия, амид, серосодержащую соль - сульфат магния, воду. RU 2510733, МПК С23С 22/62, С23С 22/68, C23F 11/18, опубл. 10.04.1914.

К недостаткам относятся слабые противокоррозионные свойства промасленных покрытий.

Задачей настоящего изобретения является разработка раствора для получения магнетитного покрытия, обеспечивающего при промасливании эффективную защиту металла от коррозионных и коррозионно-механических поражений.

Технический результат - повышение качества магнетитного покрытия на поверхности стали.

Технический результат достигается тем, что раствор для получения магнетитного покрытия на стали, содержащий нитрат натрия, сульфат магния, аммонийную соль, амид и воду, согласно изобретению в качестве аммонийной соли содержит тетрагидрат моноэтаноламинтетраборатаммония состава (NH₄)₂B₄O₇⋅NH₂C₂H₄OH⋅4H₂O, а в качестве амида - дигидрат тетракарбамиддицинкгексабората состава Zn₂B₆O₄⋅4N₂H₄CO⋅2H₂O в пересчете на безводную соль при следующем соотношении компонентов (вес.%):

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый состав отличается от известного состава введением в смесь вышеперечисленных дополнительных компонентов и их соотношением. Такое соотношение новых признаков с известными признаками позволяет улучшить качество магнетитного покрытия на поверхности стали.

Соединение тетрагидрат моноэтаноламинтетраборатаммония было получено в результате исследования системы (NH₄)₂В₄О₇-NH₂C₂H₄OH-4Н₂О (МТБА) при 25°С и индивидуальность нового соединения подтверждена физико-химическими исследованиями согласно статье Скворцов, В.Г. Система (NH₄)₂B₄O₇-NH₂C₂H₄OH-Н₂О при 25°С. / В.Г. Скворцов, Ш.В. Садетдинов, А.К. Молодкин, Р.С. Цеханский, В.М. Акимов // Журнал неорганической химии, 1979. - Т. 24. - №4. - С. 1095-1098.

Получение МТБА осуществляли следующим образом. В реакционную колбу помещали 1 л дистиллированной воды и растворяли в ней 61,0 г (1,0 моль) моноэтаноламина и 191,2 г (1,0 моль) тетрабората аммония. Смесь непрерывно перемешивали в течение 2 часов при комнатной температуре. Затем раствор переносили в кристаллизатор для выращивания кристаллов. Двойное соединение тетрагидрата моноэтаноламинтетраборатаммония состава (NH₄)₂В₄О₇-NH₂C₂H₄OH-4Н₂О - мелкокристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Показатель преломления кристаллов, найденный иммерсионным методом, равен 1,561, плотность равна 1,114 г/см³, молекулярный объем - 226,45 см³/моль, удельный объем - 0,898 см³/г.

Образование соединения дигидрат тетракарбамиддицинкгексабората было установлено в результате изучения растворимости и твердых фаз в системе дицинкгексаборат - карбамид - вода в работе Половняк, В.К. Растворимость и твердые фазы в системе дицинкгексаборат - карбамид – вода. / В.К. Половняк, Ш.В. Садетдинов, А.И. Катанаев, Р.С. Миргазитова // Научно-технический вестник Поволжья, 2012. - №4. - С. 9-13.

Получение дигидрата тетракарбамиддицинкгексабората состава Zn₂B₆O₄⋅4N₂H₄CO⋅2Н₂О осуществляли растворением в 1 л дистиллированной воды в колбе емкостью 2 л 20,0 г (0,4 моля) карбамида и 37,2 г (0,1 моля) дицинкгексабората. Смесь непрерывно перемешивали в течение 4 часов при температуре 50°С и переносили в кристаллизатор для выращивания кристаллов. Показатели преломления кристаллов синтезированного вещества, найденные иммерсионным методом, равны Ng = 1,561, Np = 1,475, что хорошо согласуется с литературными данными в вышеуказанной работе.

Композиции заявляемых составов готовили растворением компонентов в дистиллированной воде, и примеры их приведены в табл. 1.

Композиция по аналогу состоит из 0,5 весовых частей нитрата аммония и 99,5 весовых частей дистиллированной воды.

Композиция по прототипу состоит из 2,5 весовых частей нитрата аммония; 2,5 весовых частей нитрата натрия; 2,5 весовых частей диметилформамида; 0,1 весовой части сульфата магния и 92,4 весовых частей дистиллированной воды.

МП формировали на пластинах из Ст.10 размером 50×100×3 (мм) в течение 40 мин при температуре 60°С. Перед оксидированием стальные образцы обезжиривали этиловым спиртом и декапировали в 15%-ной соляной кислоте в течение 30 с. После оксидирования образцы промывали в воде, сушили горячим воздухом и пропитывали индустриальным маслом И-1 в течение 10 мин при температуре 60°С. Оценку противокоррозионных свойств МП проводили в камере 100%-ной влажности при температуре 40°С до появления на поверхности МП очагов коррозии.

Данные табл. 1 свидетельствуют, что композиция на водной основе, состоящая из смеси нитрата натрия, сульфата магния, тетрагидрата моноэтаноламинтетраборатаммония, дигидрата тетракарбамиддицинкгексабората при соблюдении указанных соотношений компонентов (примеры 3-5), при температуре 60°С позволяет формировать на стали 10 МП, обеспечивающие после промасливания более эффективную защиту стали, чем покрытия, полученные с помощью растворов аналога и прототипа.

В работах Фадеев, И.В. Влияние амидоборатного комплекса на коррозию и коррозионную усталость стали Ст.10. / И.В. Фадеев, A.M. Новоселов, Ш.В. Садетдинов // Приволжский научный журнал, 2014. - №3. - С. 31-35 и Фадеев, И.В. Теоретические основы разработки новых ингибиторов коррозии для автотранспортного комплекса. / И.В. Фадеев, A.M. Новоселов, Ш.В. Садетдинов // Вестник МАДИ. - 2014. - Вып. 4 (39). - С. 17-21 показано, что разрушение стали вызвано не только чисто коррозионными поражениями, но и коррозионно-механическими. Наличие противокоррозионных добавок оказывает влияние на оба разрушающих фактора, вызывающих снижение прочности металла. В связи с этим представляет интерес сравнительное изучение влияния предлагаемой композиции и прототипа на коррозионную усталость стали Ст.10 в 3%-ном растворе NaCl.

Образцы для испытания коррозионной усталости стали Ст.10 изготавливали из одной партии материала. Из листа вдоль направления прокатки вырезали прямоугольные образцы размерами 120×10×1 (мм). Их поверхность шлифовали наждачной бумагой различной зернистости. Первое шлифование проводили продольно бумагой крупной зернистости, второе - поперек, затем продольно и т.д., постепенно уменьшая зернистость бумаги. Последнее шлифование провели продольно бумагой нулевой зернистости. После шлифования образцы промывали дистиллированной водой, высушивали фильтровальной бумагой, обезжиривали спиртом или ацетоном и выдерживали в эксикаторе над прокаленным хлоридом кальция не менее 18-20 часов. Нерабочую поверхность образцов и места контакта с захватами машин и приспособлений, создающих напряжения, изолировали инертными лаками типа БФ. Рабочая поверхность образцов во всех опытах должна быть примерно одинаковой (около 2 см). Раствор заливали в рабочий сосуд, изготовленный из органического стекла, с таким расчетом, чтобы уровень жидкости находился на 2-2,5 см выше верхней границы рабочей части образца. Объем раствора не менее 200-250 мл. Раствор периодически меняли, чтобы его рН в ходе коррозионно-усталостных испытаний практически не изменялся.

Циклические напряжения в металле создавали симметричным изгибом образцов с частотой 500 цикл/мин на установке для коррозионно-усталостных испытаний.

Усталостные и коррозионно-усталостные испытания проводили в растворе хлорида натрия с добавкой раствора прототипа и раствора заявляемого состава, результаты которых приведены на фиг. 1, где обозначены кривые коррозионной усталости стали 10: 1 - в воздухе; 2 - в 3%-ном растворе NaCl; 3 - в 3%-ном растворе NaCl + раствор аналога; 4- в 3%-ном растворе NaCl + раствор прототипа; 5 - в 3%-ном растворе NaCl + раствор заявляемого состава.

Приведенные данные указывают на то, что суммарная потеря циклической прочности исследуемой стали 10 в 3%-ном растворе NaCl на базе испытания N=2⋅10⁶ циклов составляет 10,8 кгс/мм² (сравнение кривых 1 и 2). Добавки композиций аналога и прототипа в 3%-ный раствор NaCl увеличивают циклическую прочность стали (сравнение кривых 2, 3 и 2, 4), добавка предлагаемой композиции в большей степени увеличивает циклическую прочность стали (сравнение кривых 2, 5).

Таким образом, результаты исследований показывают, что использование предлагаемой водной композиции для получения МП на поверхности стали позволяет в большей степени увеличить срок службы стальных изделий за счет повышения качества покрытий, чем использование известных растворов.