CC BY
10
Anastasia Dmitrievna Glazunova, student, [email protected], Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University
УДК 620.197.3:547.233.4
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-88-89
ИССЛЕДОВАНИЕ УЛУЧШЕННЫХ СОСТАВОВ ИНГИБИТОРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В СИСТЕМЕ «БОРНАЯ КИСЛОТА-ИМИДАЗОЛ-ВОДА» С ВЫХОДОМ НА БОРАТИ-МИДАЗОЛ С ОЦЕНКОЙ ИХ ЭЛЕКТРОКОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ
В.Н. Гадалов, С.Н. Кутепов, И.Е. Илларионов, А.В. Филонович, А.А. Калинин
В статье представлены исследования поусовершенствованию боразотсодержащих соединений, а также приведены сведения о фазовых превращениях в системе H3BO3-C3H4N2-H2O, исходя из изотермы растворимости, состоящих из трех ветвей. На основании анализа второй ветви, обнаружено новое соединение боратимидазола. Дано полное описание его свойств. Далее в работе представлены исследования по влиянию боратимидазола и эмидазола на коррозионное электролитическое поведение и основные характеристики циклической прочности доэвтектоидной углеродистой стали в нейтральных средах. Установлено, что введение эмидазола и боратимидазола в коррозионные среды снижает скорость ионизации стали, уменьшает плотность анодного тока в области пассивного состояния и повышает основные характеристики циклической прочности металла. Эмидазол обладает меньшей ингибирующей способностью, чем боратимидазол.
Ключевые слова: ингибитор композия, борная кислота, эмидазол, боратимидазол, коррозионные свойств.
В научно-технической литературе низок уровень сведений о боразотсодержащих соединениях, известных как ингибиторы коррозий металлов [1-27]. При этом они характеризуются высоким ингиби-рующим эффектом, а также обладают широким спектром действия к различным видам коррозии и большой доступностью реагентов. Борорганические соединения используются для ингибирования коррозии в теплообменном оборудовании систем технического водоснабжения, для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей, синтетических закалочных средств и моющих средств, а также в качестве компонента консервационных масел [5, 9, 10].
В связи с этим получение высокоэффективных, экологически безопасных ингибиторов коррозии на основе боросодержащих соединений является важной научно-технической задачей. Для создания улучшенных композиций противокоррозионных реагентов в работе использован метод физико-химического анализа, являющегося научной основой для получений улучшенных ингибиторов коррозии
[4].
Согласно экспериментальным данным, представленным на рисунке, изотерма растворимости состоит из трёх ветвей, из которых первая ветвь на диаграмме растворимости соответствует области кристаллизации борной кислоты. Она берёт начало с оси абсцисс и простирается до точки, раствор которой отвечает содержанию 18,84 масс. % Н3ВО3 и 36,8 масс. % C3H4N2. При этом растворимость борной кислоты увеличивается при добавлении имидазола с 5,08 масс. % до 18,84 масс. %.
Вторая ветвь начинается с эвтонической точки и соответствует формированию нового соединения, содержащего 37,32 масс. % борной кислоты и 40,94 масс. % имидазола, что соответствует молекулярной формуле C3H4N2- Н3ВО3- 2Н20 (боратимидазол). Новое соединение имеет довольно большую область кристаллизации. Его поле простирается на диаграмме по содержанию имидазола с 36,86 до 55,74 масс. %. Боратимидазол растворяется в воде инконгруэнтно. Исследование системы со стороны оси ординат показывает, что растворимость имидазола в присутствии борной кислоты уменьшается. Третья ветвь изотермы начинается с точки, соответствующей растворимости имидазола в воде, которая при температуре 25 °С равна 67,32 масс. %. Данная ветвь пересекается со второй ветвью в эвтонической точке, характеризующейся в среднем следующим составом: 15,06 масс. % Н3ВО3 и 55,77 масс. % C3H4N2 и отвечает полю кристаллизации имидазола.
Новое соединение - боратимидазол, состав которого соответствует общей химической формуле C3H4N2-H3BO3-2H2O (М = 165,84 г/моль), содержит (мас. %): 40,92 - имидазола, 37,32 - борной кислоты и 21,36 - воды. На поляризационном микроскопе Полам Р-113 в иммерсионных препаратах с применением стандартного набора ИЖ-1 были проведены кристаллооптические измерения боратимидазола. Кристаллы изучаемому соединения прозрачны, бесцветны, изометрической формы, анизотропны. Оптически одноосные, положительные. Ng = l,459 ± 0,003, Np = 1,438 ± 0,003, сингония низшая. Плотность равна 1,320г/см3, молекулярный объем 240,12 см3/моль, удельный объем 0,74 см3/г. Полученные данные отличаются от таковых для исходных соединений [1], что подтверждает его индивидуальность.
Диаграмма растворимости системы CзH4N2- Н3ВО3- 2Н2О при 25 °С
Изучение влияния боратимидазола на коррозионно-электрохимическое и коррозионно-усталостное поведение углеродистой стали в нейтральных средах было проведено в сравнении с имида-золом. Исследования проводили методами гравиметрии, снятия потенциодинамических поляризационных кривых и циклического нагружения с использованием стали марки Ст10 согласно [7, 8].
Противокоррозионные свойства изучаемых соединений оценивали величиной плотности анодного тока (и, мкА/см2) в области пассивного состояния при ф = +0,2 В. Их влияние на основные характеристики циклической прочности металла определяли по значениям коэффициента запаса циклической к
прочности а N на базе N = 4.. .10 циклов и циклической долговечности N при ст = ±325,0 МПа. Коррози-онно-активной средой служили дистиллированная вода и 3%-ный раствор №С1. Концентрация добавок составляла 2-10-2 моль/л. Результаты исследований представлены в таблице.
Влияние имидазола и боратимидазола на коррозионно-электрохимическое поведение и основные _характеристики циклической прочности Ст10 в нейтральных средах _
Коррозиционная среда у г/см3 Z,% Ia, мкА/см3 а N N
Воздух 329,0 5,0-106
Н2ОдИст (фон) 202,0 1,50-105
Н2Одист + имидазол 16,30 93,76 2,8 266,0 1,0-106
Н2Одаст + боратимидазол 25,86 97,04 2,2 280,5 1,4-106
3%-ный раствор NaCl (фон) 179,0 1,4-105
3%-ный раствор NaCl + имидазол 11,90 90,64 3,4 230,5 3,0-105
3%-ный раствор NaCl + боратимидазол 13,55 93,52 2,6 246,5 5,0-105
Из данных таблицы следует, что в фоновых электролитах Ст10 интенсивно корродирует. Хлорид-ионы заметно ускоряют коррозионный процесс.
Таким образом введение имидазола и боратимидазола в коррозионные среды снижает скорость ионизации металла, уменьшает плотность анодного тока в области пассивного состояния и повышает основные характеристики циклической прочности металла. Боратимидазол обладает большей, ингиби-рующей способностью, чем имидазол.
Полученные экспериментальные результаты гравиметрических исследований, электрохимических изменений и коррозионно-усталостных испытаний, полученных с применением методик [12], хорошо согласуются друг с другом и ранее полученными данными [2, 3].
Из вышеприведенных данных следует, что боратимидазол является достаточно эффективным ингибитором коррозии и может быть использован для защиты черных металлов и их сплавов.
Список литературы
1. Скворцов В.Г., Садетдинов Ш.В., Молодкин А.К. Взаимодействие борной кислоты с 1-оксиэтан-1.1-дисфосфоковой кислотой // Журнал неорганической химии. 1992. Т. 36. № 4. С. 1083-1086.
2. Скворцов В.Г., Садетдинов Ш.В., Михайлов В.И. Системы полибораты аммония-аминоспирты-вода и их ингибиторные свойства // Журнал неорганической химии. 1994. Т. 39. № 11. С. 1908-1912.
3. Фадеев И.В., Новоселов А.М., Садетдинов Ш.В. Влияние амидоборатного комплекса на коррозию и коррозионную усталость стали Ст.10 // Приволжский научный журнал. 2014. № 3 (31). С. 31-35.
4. Фадеев И.В., Новоселов А.М., Садетдинов Ш.В. Теоретические основы разработки новых ингибиторов коррозии для автотранспортного комплекса // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2014. № 4 (39). С. 17-21.
5. Фадеев И.В., Белов В.В., Садетдинов Ш.В. Применение тетраборатов лития, натрия, калия в качестве экологически чистых добавок к моющим средствам // Известия Международной академии аграрного образования. 2015. № 21. С. 52-55.
6. Фадеев И.В., Ременцов А.Н., Садетдинов Ш.В. Новые боратсодержащие присадки к моющим средствам для узлов и агрегатов транспортных средств // Автотранспортное предприятие. 2015. № 2. С. 46-50.
7. Фадеев И.В., Садетдинов Ш.В., Илларионов И.Е. Разработка синтетических моющих средств на основе боратов для очистки поверхности металла: монография. Чебоксары: Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, 2016. 185 с.
8. Фадеев И.В., Садетдинов Ш.В. Синергетический эффект пентаборатов лития, натрия и калия в присутствии аминоспиртов в синтетических моющих средствах // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2016. № 3 (46). С. 49-55.
9. Разработка закалочной среды на основе фазовых равновесий в системе ^Н4С0-ЫН2С2Н40Н-H2O ПРИ 25 °С / И.Е. Илларионов, В.К. Половняк, И.В. Фадеев, Ш.В. Садетдинов // Научно-технический вестник Поволжья. 2016. № 1. С. 7-12.
10. Фадеев И.В., Илларионов И.Е., Садетдинов Ш.В. Аминоборатный раствор для получения магнетитных покрытий на стали // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2016. № 1 (44). С. 68-74.
11. Использование электроэрозионных порошков в композиционных электрохимических покрытиях при упрочнении и восстановлении деталей машин / В.Н. Гадалов, Е.А. Филатов, И. А. Макарова, А.Г. Беседин // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2017. № 11. С. 46-48.
12. Использование потенциометрического метода с примением пакетов математических программ для исследования количественного состава вещества / В.Н. Гадалов, И.В. Ворначева, А.В. Фило-нович, Д.С. Алымов // В сб.: Высокие технологии, наука и образование: актуальные вопросы, достижения и инновации. сборник статей Международной научно-практической конференции: в 2 ч. Ч. 1. Пенза: Изд-тво: МЦНС «Наука и Просвещение», 2018. С. 95-98.
13. Электротехническое и конструкционное материаловедение: учебное пособие / В.Н. Гадалов, А.Н. Горлов, И.В. Ворначева, Н.М. Гайдаш, Л.В. Плесконос, А.В. Филонович. М.: НИЦ ИНФРА-М, 2019. 142 с.
14. Технология конструкционных материалов и металловедение сварки / В.Н. Гадалов, Е.Ф. Романенко, Ю.В. Скрипкина, В.В. Горожанкин, Д.Н. Романенко. Курск: Юго-Западный государственный университет, 2018. 225 с.
15. Закономерности формирования структуры частиц порошковых композиций на основе алюминия, получаемых механическим реакционным легированием / В.Н. Гадалов, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колма-ков, И.В. Ворначева, С.Н. Кутепов, Е.А. Ельников, Д.С. Алымов, Д.И. Нестеров // Материаловедение. 2019. № 7. С. 38-42.
16. Загора А.Г. Применение дициандиамида в составе эпоксидных клеев, связующих и ПКМ на их основе (обзор) // Клеи. Герметики. Технологии. 2020. № 4. С. 37-43.
17. Гадалов В.Н., Филатов Е.А., Губанов О.М. Нанотехнологии: материалы, покрытия, трубки и частицы. Структура, фазовый состав и физико-механические свойства. LAP Lambert Academic Publishing. 2020. 252 р.
18. Многофункциональные герметики на основе жидких каучуков с повышенными физико-механическими свойствами / В.Н. Гадалов, Ю.В. Скрипкина, В.Р. Петренко, О.М. Губанов, И.А. Макарова // Главный механик. 2021. № 1. С. 32-37.
19. Некоторые адгезионные и физико-механические свойства смесей полиэтилена с полярными сополимерами / С.Н. Русанова, С.Ю. Софьина, А.Р. Хузаханов, И.А. Старостина, О.В. Стоянов // Клеи. Герметики. Технологии. 2021. № 2. С. 2-7.
20. Стрельников И.А., Пестряев Д.А., Садетдинов Ш.В. Влияние дипинаконборатов на коррозионную стойкость стали Ст3 в растворах синтетических моющих средств // Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. Т. 17. № 3 (195). С. 131-134.
21. Изучение, усовершенствование и оценка электрокоррозионной стойкости высокоэффективных ингибиторных композиций / И.Е. Илларионов, Ш.В. Садетдинов, В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, Ю.В. Скрипкина // Главный механик. 2021. № 9. С. 54-61.
22. Обзор композиционных металлополимеров, упрочненных нано- и ультрадисперсными частицами / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, И.В. Ворначева, В.Р. Петренко, И.А. Макарова // Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. Т. 17. № 9 (201). С. 424-432.
23. Анализ способов нанесения порошковых лакокрасочных покрытий / В.Н. Гадалов, А.В. Филонович, И.В. Ворначева, Д.Н. Паньков, С.А. Войнаш, В.А. Соколова, А.А. Ореховская // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 7. С. 458-469.
24. Мониторинг работоспособности электромеханических систем с использованием нейронных сетей для эффективности диагностирования однородной вычислительной среды / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, С.Н. Кутепов, В.В. Шкатов, А.А. Калинин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 10. С. 333-339.
25. Оценка повреждаемости деталей насосов бурового оборудования в режиме их эксплуатации / В.Н. Гадалов, С.Н. Кутепов, В.Р. Петренко, А.А. Калинин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 10. С. 492-499.
26. Высокоэффективный азотоуглеродистый пастообразный карбюризатор с термообработкой для повышения эксплуатационных свойств стальных деталей, восстановленных гальваникой / В.Н. Гада-лов, С.Н. Кутепов, Ю.В. Скрипкина, А.А. Калинин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 12. С. 623-626.
27. Анализ производительности процесса электроэрозионного диспергирования в реакторе электроэрозионного диспергирования / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, А.В. Филонович, И.В. Ворначева // Справочник. Инженерный журнал. 2023. № 3 (312). С. 27-32.
28. Математическое моделирование процесса распыления жидких лакокрасочных покрытий центробежной форсункой электрического краскораспылителя / В.Н. Гадалов, С.Н. Кутепов, О.М. Губанов, А.А. Калинин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 2. С. 591-594.
Гадалов Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Кутепов Сергей Николаевич, канд. пед. наук, доцент [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Илларионов Илья Егорович, д-р техн. наук, профессор, Россия, Чувашская Республика, Чебоксары, Чувашский государственный университет им И.Н. Ульянова,
Филонович Александр Владимирович, доктор техн. наук, профессор, _ [email protected], Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Калинин Антон Алексеевич, заместитель директора по коммерческим вопросам, antony-ak@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGATION OF IMPROVED COMPOSITIONS OF INHIBITORY COMPOSITIONS IN THE BORIC ACID-IMIDAZOLE-WATER SYSTEM WITH ACCESS TO BORATE-MIDAZOLE WITH AN ASSESSMENT OF
THEIR ELECTROCORROSIVE RESISTANCE
V.N. Gadalov, S.N. Kutepov, I.E. Illarionov, A.V. Filonovich, A.A. Kalinin
The article presents studies on the improvement of boron-containing compounds, as well as information on phase transformations in the H3BO3-C3H4N2-H2O system, based on the solubility isotherm, consisting of three branches. Based on the analysis of the second branch, a new compound imidazole borate was found. A full description of its properties is given. Further, the paper presents studies on the effect of boratimidazole and imidazole on the corrosive electrolytic behavior and the main characteristics of the cyclic strength of pre-eutectoid carbon steel in neutral media. It is established that the introduction of imidazole and boratimidazole into corrosive media reduces the rate of ionization of steel, reduces the density of the anode current in the passive state and increases the basic characteristics of the cyclic strength of the metal. Imidazole has less inhibitory ability than imidazole borate.
Key words: composition inhibitor, boric acid, imidazole, boratimidazole, corrosion properties.
Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Kursk, Southwest State University,
Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, associate professor, kutepovsn@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Illarionov Ilya Egorovich, doctor of technical sciences, professor, Russia, Chuvash Republic, Cheboksary, Chuvash State University named after I.N. Ulyanov,
Filonovich Alexander Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, filon8@yandex. ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Kalinin Anton Alekseevich, deputy director for commercial affairs, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
