Характеристика ингибиторов коррозии: виды, состав, свойства

Описание веществ

Согласно стандартному определению, ингибитор коррозии - это химическое вещество, которое, если оно присутствует в системе при подходящей концентрации, снижает скорость коррозии без значительного изменения концентрации какого-либо коррозионного агента. Обычно такие составы эффективны в небольших концентрациях. Это исключает применение в данном качестве веществ, которые снижают скорость повреждения либо за счет существенного изменения pH, либо поглощением кислорода и сероводорода, с последующим их удалением из зоны влияния.

Классическими барьерами для окисления считались хроматы и нитриты металлов. Однако от их применения в настоящее время в значительной степени отказались. Причиной являются опасения по поводу их токсичности. Исключение составляют случаи, когда данный процесс может создавать серьезные проблемы для безопасности человека (например, в авиационной промышленности или при строительстве зданий). К этому классу относятся также неокисляющие вещества - вольфраматы и молибдаты, которые проявляют свой пассивирующий эффект только в аэрированных растворах.

Вещества, способные создавать защитные поверхностные плёнки, представляют собой химические вещества, образующие такие плёнки в результате реакции с растворами. Основными представителями являются фосфонаты и полифосфаты, образующие защитные плёнки или с водорастворимыми ионами кальция или с защищёнными ионами металлов (например, с бензотриазолом меди). Эти плёнки - пористые и плохо прилегают к поверхности, что обеспечивает хорошую защиту.

Вещества, образующие адсорбционные защитные плёнки, в основном представляют собой органические вещества.

Зачастую они имеют молекулярную структуру поверхностно-активного вещества с гидрофильной группой, способной связываться с поверхностью металла, и гидрофобной частью молекулы, входящей в состав объёма раствора. Ингибиторы коррозии металлов такого типа имеют в своём составе адсорбированные молекулы, которые ограничивают диффузию кислорода и доступ воды к поверхности металла, и тем самым снижают скорость коррозии.

Основные свойства

Какой бы реакции ни препятствовал ингибитор, он будет взаимодействовать на границе раздела металл/раствор, образуя плёнку трёх разных типов:

• Пассивирующую;
• Осаждающую;
• Адсорбционную.

Для своего эффективного применения рассматриваемые вещества должны обладать следующими потребительскими характеристиками:

• Должны легко наноситься на защищаемые поверхности, не нарушая функциональность действия соответствующего узла техники;
• Обладать способностью к своевременному подавлению вредных процессов обмена энергией;
• Ограничивать диффузию деполяризаторов, снижающих активность ингибирования;
• Быть нетоксичными для окружающей среды и людей;
• Обладать приемлемой стоимостью.

Задача должна разрешаться при минимальном объёме используемого ингибитора,. Кроме того, вещество должно быть удобным для нанесения и не изменять механизм своего действия в иных условиях. Положительным качеством считается также возможность подавления любых поверхностных повреждений.

Классификация ингибиторов

Основные составляющие элементарной зоны коррозии на поверхности контакта являются анод, катод, раствор электролит и проводник ионов. Ингибитор коррозии, состав которого способен замедлить/прекратить описываемые процессы, может вызывать одну из следующих реакций:

• Защиты поверхности анода;
• Защиты поверхности катода;
• Подавление вероятного сопротивления электронной цепи, которое снижается при образовании поверхностной плёнки. Толщина слоя пассивирования обычно находится в пределах 30…200 Å.

Основными видами ингибирования считаются первые два, а третий относится к процессам смешанного или попутного действия.

При работе ингибиторующего вещества происходит сдвиг электрического потенциала в одном из разрешённых направлений. Вещества комбинированного действия эффективности по существу оставляют потенциал повреждения основной поверхности более или менее неизменным.

Стимулирований реакций анодной или катодной коррозии может быть связано с уменьшением активной площади поверхности металла и/или с изменением энергии активации процесса окисления или восстановления.

Катодные

Уменьшают коррозию, замедляя скорость реакции повреждаемой ячейки. Это достигается блокировкой участков с противоположным электрохимическим потенциалом. В состав катодных ингибиторов часто входят сурьма и висмут – химические элементы, уменьшающие процесс интенсивности восстановления водородом. Отсутствие кислорода в коррозионной среде обеспечивает снижение скорости процесса коррозии. Поэтому при защите часто используют сульфит натрия или гидразин, активно реагирующие с кислородом, и, в конечном счёте, удаляющие его из раствора. Активно применяются также технологические процессы вакуумной деаэрации или кипячения.

На практике блокирующее воздействие ингибиторов катодного типа реализуется следующими способами:

• Исключением или минимизацией водородных рекомбинаций, которые происходят в форме защитного разряда;
• Катодным осаждением малоактивных в электрохимическом смысле поверхностных плёнок, в состав которых входят соединения таких химических элементов, как магний или кальций;
• Поглощением избыточного кислорода, который имеется в данной трибологической системе.

Анодные

Увеличивают поляризационные процессы, протекающие в анодной области и, следовательно, способствующие смещению коррозионной разницы напряжений в направлении катода. В результате резко снижается интенсивность коррозионных процессов, которые протекают в анодной области. В результате формируются малорастворимые соединения, электрохимический потенциал которых не позволяет проводить какие-либо реакции со свободными ионами. К анодному типу ингибиторов относят некоторые неорганических соединения, в числе которых ортофосфаты и/или силикаты. Некоторые из них обладают нежелательными свойствами, ухудшающими экологию окружающей среды. Например, применение ингибиторов коррозии такого типа в малых количествах способно интенсифицировать процессы точечной коррозии.

Смешанные

Они исключают или минимизируют прохождение как анодных, так и катодных реакций. Смешанные ингибиторы являются веществами, интенсифицирующими формирование осаждённых поверхностных плёнок. Ингибиторы такого типа не представляют такой угрозы, как анодные, поэтому значительно чаще используются для ограничения интенсивности и скорости коррозии.

Чаще всего для этих целей применяют силикатные и/или фосфатные вещества.

Органические и неорганические

Большинство органических/неорганических соединений включает в себя элементы групп V B, VI B периодической системы элементов, либо аминные, карбонильные и спиртовые группы. Поэтому вещества, созданные на базе таких групп, активно применяются в качестве ингибирующих составов.

Органические ингибиторы адсорбируются на поверхности металлов. Их эффективность увеличивается, если в составе (или в промежуточной среде) присутствуют ионы галогена, причём эффективность ингибирования возрастает в порядке I -> Br -> Cl – (фтор ингибирующих свойств не проявляет).

Кислотные ингибиторы и их разновидности

Они снижают степень водородной хрупкости, предохраняют металлы от точечных коррозионных повреждений, но, главное - уменьшают выделение кислотных паров, возникающих в результате реакции между кислотой и металлом. Тем самым снижается расход кислоты и уменьшается интенсивность поверхностных повреждений, поскольку образующийся слой замедляет протекание нежелательных процессов в области катода, анода или обоих электродов одновременно.

Применение в нефтегазовой промышленности

Ингибиторы коррозии используются для процессов:

• Предварительной кислотной обработки сырья;
• Для снижения коррозии в кислых и щелочных средах;
• При переработке нефти с сернистыми примесями;
• Для исключения высокотемпературной коррозии деталей оборудования;
• Происходящих в особо агрессивных средах;
• При защите от нежелательных микробиологических воздействий.

Преобладающее применение находят полимерные составы, вещества, которые предохраняют металлическую поверхность при воздействии на неё паровых фаз, а также интеллектуальные системы ингибиторов с контролируемым высвобождением. В частности перспективны промышленные вспомогательные добавки соединений кобальта и их взаимодействие с ингибиторами коррозии, как поглотители гидридов и сульфидов.

Применение ингибиторов при обработке техники

Наиболее значительное использование характерно для отраслей технического обслуживания транспортной техники, в частности, легковых автомобилей, эксплуатация которых связана с постоянным риском появления и развития коррозионных явлений. Целесообразно внедрять рассмотренные составы также и для сельскохозяйственной техники, применяющейся в условиях длительного хранения.