Результат интеллектуальной деятельности: Водорастворимый ингибитор коррозии металлов

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии в нейтральных водных средах, а именно к составам с боратсодержащими соединениями в качестве ингибитора и может найти применение для защиты от коррозионного разрушения оборудования из черных металлов и в частности кузовов и днища автомобиля.

Известны ингибиторы коррозии металлов для нейтральных сред на основе тетрабората аммония, формамида, диметилформамида, тиокарбамида и карбамида (Фадеев, И.В. Влияние амидоборатных соединений на противокоррозионные свойства стали / И.В. Фадеев, В.К. Половняк, С.С. Еремеева, Ш.В. Садетдинов // Научно-технический вестник Поволжья. - 2015. - №3. - С. 19-24).

Недостатком известных ингибиторов является их относительно низкая защитная эффективность от коррозии.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, являются водорастворимый ингибитор коррозии металлов, содержащий триполифосфат натрия и борат этаноламина, который представляет собой продукт взаимодействия борной кислоты с моно-, ди- или триэтаноламином. RU 2355820, МПК C23F 11/14, C23F 14/02; опубл. 20.05.2009.

Недостатком данного ингибитора является его относительно низкая защитная эффективность от коррозии.

Задачей изобретения является создание водорастворимого ингибитора коррозии металлов, с повышенными антикоррозионными свойствами, расширяющими арсенал средств данного назначения.

Техническим результатом изобретения является улучшение противокоррозионных свойств, увеличение срока защиты от коррозии оборудования из черного металла.

Технический результат достигается тем, что водорастворимый ингибитор коррозии, включающий триполифосфат натрия и боратсодержащее соединение, согласно изобретению, в качестве боратсодержащего соединения содержит диэтилентетраборатаммония состава (NH₄)₂B₄O₇⋅2C₂H₈N₂⋅2Н₂О, в расчете на безводную соль, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Образование соединения диэтилентетраборатаммония состава (NH₄)₂B₄O₇⋅2C₂H₈N₂⋅2H₂O выявлено изучением системы тетраборат аммония - этилендиамин - вода при 25°С методами физико-химического анализа. Для проведения опытов использовали тетраборат аммония марки «х.ч.» и этилендиамин марки «ч». Изотермическая среда создавалась в водном термостате с точностью ±0,1°С. Реакционную смесь, находящуюся в стеклянном сосуде с масляным затвором, перемешивали до установления равновесия, которое достигалось через 10 ч. В пробах жидких фаз и донных «остатков» содержание этилендиамина находили по Къельдалю, тетраборат аммония - алкалиметрическим титрованием в присутствии маннита. В составе жидкой фазы коэффициент преломления растворов определяли рефрактометрически. Идентификацию твердых растворов проводили графически по Скрейнемакерсу и контролировали методом кристаллооптики. Показатели преломления кристаллов измеряли иммерсионным методом с помощью поляризационного микроскопа МИН-8, плотность определяли пикнометрически в бензоле и толуоле.

Экспериментальные данные по растворимости и свойствам жидкой фазы системы (NH₄)₂B₄O₇ - C₂H₈N₂ - H₂O при 25°С приведены в табл. 1 и фиг. 1.

Фигура 1 - Диаграмма растворимости системы тетраборат аммония - этилендиамин - вода при 25°С.

Как видно из фиг. 1 с эвтонического раствора, который характеризуется содержанием 19,90% (NH₄)₂B₄O₇ и 30,68% C₂H₈N₂ берет начало вторая ветвь кристаллизации. Лучи Скрейнемакерса от этой ветви пересекаются в точке с содержанием 55,17% тетрабората аммония и 34,48% этилендиамина. Это означает образование нового соединения диэтилентетраборатаммония состава (NH₄)₂B₄O₇⋅2C₂H₈N₂⋅2H₂O. Область кристаллизации соединения простирается на диаграмме по содержанию C₂H₈N₂ до 55, 87%.

Таблица 1 - Растворимость и свойства жидких фаз системы тетраборат аммония - этилендиамин - вода при 25°С

Новое соединение представляет собой мелкокристаллическое вещество, которое растворяется в воде инконгруэнтно. Показатель преломления кристаллов 1,638, плотность - 1,645 г/см³, молекулярный объем - 240,73 см³/моль, удельный объем - 0,61 см³/г. Растворимость в воде 51,0 г/100 г (при 25°С).

Приготовление водорастворимого ингибитора коррозии заключается в простом смешении компонентов триполифосфат натрия (ТПФ) и диэтилентетраборатаммония (ДЭТБА) до получения однородного состава в количествах согласно составам 1-2 табл. 1.

Диэтилентетраборатаммония получали следующим образом. В реакционную колбу емкостью 500 мл налили 200 мл дистиллированной воды и растворили в ней 19,2 г (0,1 моля) тетрабората аммония и 12,0 г (0,2 моля) этилендиамина. Смесь непрерывно перемешивали в течение 6 часов при комнатной температуре, затем раствор перенесли в кристаллизатор для выращивания кристаллов. Выход продукта - 28,4 г, что составляет 91,0%.

Рабочая концентрация полученного ингибитора в воде составляет 1,5-2,0 мас. %.

Противокоррозионные свойства прототипа и заявляемого в качестве изобретения ингибитора были изучены влиянием их на коррозионно-электрохимическое и коррозионно-усталостное поведение стали 08 кп в среде, имитирующей дорожные условия (СИЛУ).

Химический анализ загрязнений поверхности автомобильной дороги в осенне-зимний период эксплуатации дорог в г. Чебоксары Чувашской Республики показал, что основными компонентами загрязнения являются ионы хлоридов Cl^-, аммония сульфатов и нитратов концентрацией, мг-экв/л: 22,00-26,00; 0,25-0,55; 5,18-5,82; 5,00-7,00 соответственно.

Среду, имитирующую дорожные условия, готовили растворением в одном литре дистиллированной воды:

- хлористого натрия NaCl - 1,404 г;

- аммиачной воды NH₄OH - 0,0068 г;

- нитрата натрия NaNO₃ - 0,051 г;

- сульфата натрия Na₂SO₄ - 0,3905 г.

Исследования противокоррозионных свойств прототипа и заявляемого ингибитора проводили методами гравиметрии, по результатам которого рассчитывали значения ингибиторного эффекта у и степени защиты Z.

Ингибиторный эффект (коэффициент торможения), который показывает во сколько раз ингибитор замедляет скорость коррозии, вычисляли по формуле:

где К и К₀ - скорость коррозии в присутствии ингибитора и без него, соответственно.

Степень защиты, характеризующая полноту подавления коррозии, определяли в %:

Скорость коррозии К определяли по убыли массы образцов, отнесенной к единице поверхности за единицу времени по формуле:

где m₀ и m - масса образцов до и после опыта, г;

S - площадь пластинки, м²;

t - время проведения опыта, ч.

Результаты гравиметрических исследований приведены в табл. 3.

Таблица 3 - Влияние прототипа и заявляемого водорастворимого ингибитора на среднюю скорость коррозии (К), коэффициент торможения (γ) и степень защиты (Z) стали 08 кп в СИЛУ за 30 суток

Согласно данным табл. 3 наиболее эффективными составами заявляемого ингибитора являются составы 2, 3, 4.

Испытания на коррозионно-усталостное разрушение производили по ГОСТ 12860-67 при нагрузке 330 МПа, температуре >20°С и концентрации ингибитора 2,0 мас. % (табл. 4).

Таблица 4 - Влияние прототипа и заявляемого водорастворимого ингибитора на коррозионно-усталостное разрушение стали 08 кп

Таким образом, заявляемый водорастворимый ингибитор коррозии и соотношение в нем компонентов является более эффективным по сравнению с прототипом.

Использование заявляемого водорастворимого ингибитора коррозии в процессе мойки кузова автомобиля, особенно его днища, обеспечит более эффективную его защиту от коррозии.