CC BY
43
УДК 620.193
ЗАЩИТА СТАЛИ В 802-СОДЕРЖАЩЕЙ АТМОСФЕРЕ ИНГИБИРОВАННЫМИ МАСЛЯНЫМИ КОМПОЗИЦИЯМИ НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА, СОДЕРЖАЩИМИ ЭМУЛЬГИН
© П.Н. Бернацкий
Ключевые слова: сталь; атмосферная коррозия; оксид серы; защита; рапсовое масло; эмульгин. Изучена защитная эффективность пленки на основе композиции рапсового масла, содержащего эмульгин (110 масс.%), при коррозии стали Ст3 в водной и воздушной атмосфере, содержащей 0,02-5,46 об.% SO2. Показано, что при 100 %-ной относительной влажности защитное действие изученных составов при содержании SO2 в воздухе до 1,46 об.% достигает 99 %.
ВВЕДЕНИЕ
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Металлы и сплавы являются наиболее важными современными конструкционными материалами. Однако в естественных условиях под воздействием воздуха, атмосферной и почвенной влаги происходит их постепенное разрушение. Одним из наиболее распространенных видов коррозии металлов является атмосферная коррозия, поскольку обусловливаемое ею разрушение металлоизделий в различных отраслях промышленности ежегодно ведет к частому выходу из строя оборудования и, как следствие, к выбросам в окружающую среду, что, в целом, ухудшает и без того сложную экологическую и экономическую ситуацию в различных регионах нашей страны [ 1].
Одним из наиболее технически простых и эффективных способов борьбы с атмосферным воздействием является использование консервационных материалов (КМ) с маслорастворимыми ингибиторами коррозии. При разработке таких защитных композиций необходимо учитывать следующие требования: малокомпонентный состав (оптимально двухкомпонентные системы, составляющими которых являются растворитель-основа и многофункциональная антикоррозионная присадка), достаточная защитная эффективность, экономичность, экологическая безопасность, технологичность, простота расконсервации, эффект последействия. Однако многие вопросы создания таких составов далеки от своего решения. В частности, остается неясной роль растворителя-основы и, как следствие этого, его природы. Много вопросов возникает и с подбором полифункциональных присадок [2].
Постоянно присутствующий в городской и особенно промышленной атмосфере диоксид серы является мощным стимулятором коррозии, выступая в роли эффективного катодного деполяризатора [3-4].
В связи с этим представляет несомненный интерес изучение возможности применения рассматриваемых малокомпонентных КМ в атмосфере с повышенным содержанием SO2 для защиты от коррозии металлов в атмосферах такого состава [5].
В качестве растворителя-основы защитной композиции использовано рапсовое масло. В него вводилось фиксированное количество эмульгина (1-10 масс.%). Эмульгин, вводимый в рапсовое масло в качестве ингибитора коррозии, имел следующий компонентный состав, масс.%: первичные алифатические амины фракции С10-С15 - 5...20; первичные алифатические амины фракции С16-С20 - 22.30; вторичные алифатические амины фракции С10-С15 - 12.23; вторичные алифатические амины фракции С16-С20 - 10.26; парафиновые углеводороды фракции С18-С20 - остальное [4].
Коррозионные испытания проведены при комнатной температуре на шлифованных до 6-го класса чистоты образцах стали Ст3 размером 30x25x3 мм, покрытых защитным составом в герметичных пластиковых ячейках, объемом 1,0 л при относительной влажности воздуха 100 %. Образцы размером 25x10x3 мм подвешивали на капроновых нитях. Соотношение Уг/Уж составляло 1,4. Скорость коррозии стали оценивали в газовой и жидкой фазах после 240-часовых испытаний. Жидкая фаза - первоначально дистиллированная вода, содержащая продукты взаимодействия SO2 с Н2О. Продукты коррозии снимали 10 %-ным раствором НС1, содержащим 1 г/л К1 и 5 г/л уротропина в качестве смесевого ингибитора кислотной коррозии. Предварительно были проведены холостые испытания в травильном растворе, и их данные учтены в расчетах скорости коррозии, рассчитанной согласно [6].
После завершения эксперимента с образцов растворителем снимали защитный состав и протравливали в ингибированном (5 г/л уротропина и 1 г/л К1 в 18 %-ном растворе НС1). При оценке потери массы учитывали данные холостых экспериментов, согласно [4]. Величину защитного действия 1 рассчитывали из зависимости
1, % = 100[(К -
где К0 и Ки - соответственно, скорости коррозии стали без покрытия и с ним.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
С целью оценки эффективности эмульгина как эффективной добавки к минеральным маслам для защиты металлов от коррозии в атмосфере оксида серы (IV) была исследована защитная эффективность масляных композиций на основе рапсового масла (РМ), с добавками эмульгина по отношению к стали Ст3.
В процессе 10-суточных коррозионных испытаний в атмосфере SO2 при различных концентрациях SO2 в водной среде и в условиях 100 %-ной влажности в воздушной среде было найдено, что применение данных консервационных материалов на базе РМ целесообразно в данных условиях.
Результаты испытаний защитного действия композиций по отношению к стали без SO2 представлены в табл. 1.
Данные табл. 1 показывают, что нанесение пленки чистого РМ снижает скорость коррозии на 94 и 91 % в водной и воздушной средах, соответственно. Введение уже 1 % добавки в растворитель-основу приводит к дальнейшему увеличению защитного действия. Максимальное падение скорости коррозии и наибольший защитный эффект, составляющий 94-95 %, наблюдается для углеродистой стали Ст3, покрытой пленкой 10 %-ной композиции эмульгина на основе РМ.
При введении в условиях 100 %-ной влажности в воздушную атмосферу 0,1 % SO2 скорость коррозии
стали незначительно возрастает как в воздушной, так и в водной среде. Результаты представлены в табл. 2.
Данные табл. 2 показывают, что происходит падение защитной эффективности до 88-92 %, а скорость коррозии более высока в воздушной среде, чем в водной.
При введении в воздушную атмосферу 1 % SO2 скорость коррозии стали больше возрастает как в воздушной, так и в водной среде. Результаты представлены в табл. 3.
Здесь защитная эффективность колеблется в пределах 83-87 % для водной и 90-93 % для воздушной среды.
Аналогичная картина наблюдается при введении в среду 3 % SO2 (табл. 4).
Здесь защитная эффективность колеблется в пределах 66-88 % для водной и 70-86 % для воздушной среды.
При введении в среду 5 % SO2 (табл. 5) защитная эффективность колеблется в пределах 51-80 % для водной и 74-87 % для воздушной среды (табл. 5).
При введении в среду 10 % SO2 (табл. 5) защитная эффективность колеблется в пределах 44-72 % для водной и 71-86 % для воздушной среды (табл. 6).
Таким образом, из сравнения табл. 1-6 следует, что с ростом С3о2 при относительной влажности воздуха,
равной 100 %, скорость коррозии стали возрастает как в воздушной, так и в водной среде. Возможно, это связано с тем, что оксид серы (IV) уменьшает давление водяных паров и вызывает капельную конденсацию. Это приводит к растворению газов и образованию H2SOз, что приводит к уменьшению pH среды на поверхности металлов в воздушной среде.
Таблица 1
Влияние концентрации эмульгина на защитное действие (2, %) масляной композиции на основе РМ по отношению к стали Ст3 без SO2 в водной среде (числитель) и воздушной среде при влажности 100 %
(знаменатель), продолжительность 10 суток
Сэмульгина, % в масле Кср • 107, ^ см2 •ч 2, % к У = Т к0
Пленка отсутствует 53,33/55,00 - -
РМ чист. 3,42/4,47 93,59/91,87 0,064/0,081
РМ + 1 % эмульгина 3,2/3,87 93,99/92,96 0,060/0,070
РМ + 3 % эмульгина 3,04/3,69 94,29/93,29 0,057/0,067
РМ + 5 % эмульгина 2,88/3,48 94,59/93,67 0,054/0,063
РМ + 7 % эмульгина 2,58/3,15 95,16/94,27 0,048/0,057
РМ + 10 % эмульгина 2,39/2,8 95,52/94,91 0,045/0,051
Таблица 2
Влияние концентрации эмульгина на защитное действие (2, %) масляной композиции на основе РМ по отношению к стали Ст3 в атмосфере, содержащей 0,1 % SO2, в водной среде (числитель) и воздушной среде при влажности 100 % (знаменатель), продолжительность 10 суток
Состав пленки Кср • 107, ^ см2 •ч 2, % к У = Т «0
Пленка отсутствует 54,49/57,53 -
РМ чист. 6,22/7,13 88,59/87,61 0,114/0,124
РМ + 1 % эмульгина 6,02/6,1 88,96/89,39 0,111/0,106
РМ + 3 % эмульгина 5,32/5,79 90,24/89,94 0,098/0,101
РМ + 5 % эмульгина 5,29/5,43 90,29/90,56 0,097/0,094
РМ + 7 % эмульгина 5,03/4,91 90,77/91,47 0,023/0,085
РМ + 10 % эмульгина 4,86/4,51 91,08/92,16 0,089/0,078
Таблица 3
Влияние концентрации эмульгина на защитное действие (2, %) масляной композиции на основе РМ по отношению к стали Ст3 в атмосфере, содержащей 1 % Б02, в водной среде (числитель) и воздушной среде при влажности 100 % (знаменатель), продолжительность 10 суток
Состав пленки Кср • 107, 2, % к У = Т к0
Пленка отсутствует 56,97/67,29 - -
РМ чист. 9,24/6,48 83,78/90,37 0,162/0,096
РМ + 1 % эмульгина 8,98/5,78 84,24/91,41 0,158/0,086
РМ + 3 % эмульгина 8,38/5,04 85,29/92,51 0,147/0,075
РМ + 5 % эмульгина 8,13/4,89 85,73/92,73 0,143/0,073
РМ + 7 % эмульгина 7,67/4,7 86,54/93,02 0,135/0,069
РМ + 10 % эмульгина 7,3/4,62 87,19/93,13 0,128/0,069
Таблица 4
Влияние концентрации эмульгина на защитное действие (2, %) масляной композиции на основе РМ по отношению к стали Ст3 в атмосфере, содержащей 3 % Б02, в водной среде (числитель) и воздушной среде при влажности 100 % (знаменатель), продолжительность 10 суток
Состав пленки Кср • 106, 2, % к у =
Пленка отсутствует 10,34/23,296 - -
РМ чист. 3,48/6,81 66,02/70,77 0,337/0,293
РМ + 1 % эмульгина 3,39/6,52 67,22/72,01 0,328/0,279
РМ + 3 % эмульгина 2,03/5,82 80,37/75,02 0,196/0,249
РМ + 5 % эмульгина 1,47/5,04 85,78/78,37 0,142/0,216
РМ + 7 % эмульгина 1,44/4,52 86,07/80,59 0,139/0,194
РМ + 10 % эмульгина 1,22/3,13 88,12/86,56 0,118/0,134
Таблица 5
Влияние концентрации эмульгина на защитное действие (2, %) масляной композиции на основе РМ по отношению к стали Ст3 в атмосфере, содержащей 5 % Б02, в водной среде (числитель) и воздушной среде при влажности 100 % (знаменатель), продолжительность 10 суток
Состав пленки Кср • 106, к см -ч 2, % к У = Т к0
Пленка отсутствует 15,38/50,52 - -
РМ чист. 7,48/12,86 51,37/74,55 0,486/0,255
РМ + 1 % эмульгина 6,65/11,67 56,76/76,9 0,432/0,231
РМ + 3 % эмульгина 5,66/10,13 63,19/79,95 0,368/0,201
РМ + 5 % эмульгина 4,29/8,51 72,11/83,51 0,279/0,167
РМ + 7 % эмульгина 3,81/7,77 75,23/84,62 0,248/0,154
РМ + 10 % эмульгина 3,01/6,18 80,43/87,77 0,196/0,122
Таблица 6
Влияние концентрации эмульгина на защитное действие (2, %) масляной композиции на основе РМ по отношению к стали Ст3 в атмосфере, содержащей 10 % Б02, в водной среде (числитель) и воздушной среде при влажности 100 % (знаменатель), продолжительность 10 суток
Состав пленки Кср • 106, 2, % к У = Т «0
Пленка отсутствует 20,54/72,96 -
РМ чист. 11,42/20,68 44,4/71,51 0,556/0,283
РМ + 1 % эмульгина 10,33/16,13 49,71/77,78 0,502/0,221
РМ + 3 % эмульгина 8,04/14,12 60,86/79,8 0,391/0,194
РМ + 5 % эмульгина 7,92/11,71 61,44/83,95 0,386/0,161
РМ + 7 % эмульгина 6,81/11,35 66,85/84,44 0,332/0,156
РМ + 10 % эмульгина 5,73/9,66 72,1/86,76 0,279/0,132
ВЫВОДЫ
Исследуемая присадка проявляет ингибирующую способность по отношению к коррозии углеродистой стали, в атмосфере SO2. Скорость коррозии стали увеличивается с увеличением концентрации сернистого газа в водной среде и в воздушной атмосфере. Защитная эффективность состава на базе рапсового масла возрастает по мере увеличения концентрации полифункциональной присадки эмульгин и достигает максимума в случае концентрации добавки, равной 10 %. При этом скорость коррозии в воздушной среде превышает таковую в водной среде, но защитная пленка эффективнее тормозит скорость коррозии в воздушной среде при высоких содержаниях SO2.
ЛИТЕРАТУРА
1. Розенфельд И.Л. Атмосферная коррозия металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 372 с.
2. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. М.: Металлургия, 1985. 88 с.
3. Шехтер Ю.Н., Школьников В.М., Богданов Т.И. и др. Консерваци-онные смазочные материалы. М.: Химия, 1979. 256 с.
4. Князева Л.Г., Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е. и др. Антикоррозионная эффективность поверхностных защитных пленок товар-
ных и отработанных синтетических масел на примере продукта Мобил-1 // Практика противокоррозионной защиты. 2014. № 2 (72). С. 58-65.
5. Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е., Поздняков А.П., Шель Н.В. Научные основы, практика создания и номенклатура антикоррозионных консервационных материалов. Тамбов: Изд-во ТГУ, 2001. 192 с.
6. Шель Н.В., Бернацкий П.Н., Осетров А.Ю. Защитная эффективность композиций отработанного моторного масла с добавками эмульгина при коррозии углеродистой стали в воздушной атмосфере с высоким содержанием SO2 // Коррозия: материалы, защита. 2013. № 11. С. 16-20.
Поступила в редакцию 9 декабря 2014 г.
Bernatsky P.N. PROTECTION OF STEEL IN SO2-CON-TAINING ATMOSPHERE OF INHIBITED OIL COMPOSITIONS ON THE BASIS OF COLZA OIL, CONTAINING EMULGIN
Protective efficiency of colza oil containing emulgin (1-10 mass.%) against St3 steel corrosion in water and air containing 0.02-5.46 vol.% SO2 has been studied. Protective efficiency of studied compositions in air containing up to 1.46 vol.% SO2 and at 100 % relative humidity is equal to 99 %.
Key words: steel; atmosphere corrosion; sulpher oxide; protection; waste oil; emulgin.
Бернацкий Павел Николаевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат химических наук, доцент кафедры химии, e-mail: [email protected]
Bernatsky Pavel Nikolaevich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Chemistry, Associate Professor of Chemistry Department, e-mail: [email protected]
