Раствор для очистки от высокотемпературных отложений металлических поверхностей

 

Изобретение относится к области очистки от высокотемпературных отложений поверхности металлических изделий путем обработки их растворами, в частности, предлагаемый раствор содержит 4-6 мас.% оксиэтилидендифосфоновую кислоту (ОЭДФК), 0,5-0,7 мас.% метанитробензоата морфолина (МНБМ), 4,4-6,6 мас. % 25%-ного водного аммиака и остальное - воду, при pH раствора 7 ± 0,1. Использование предложенного нейтрального водного раствора позволяет повысить эффективность действия раствора для очистки от высокотемпературных отложений металлических поверхностей, снизить токсичность и агрессивность раствора к конструкционным материалам, уменьшить расход реагентов почти в 15 раз. 4 табл.

Изобретение относится к области очистки от высокотемпературных отложений поверхности металлических изделий путем обработки их растворами, в частности водными растворами химических реагентов, и может быть использовано во всех областях техники, где необходима очистка металлов от высокотемпературных отложений.

В настоящее время остро стоит проблема очистки поршней и цилиндров автотракторной техники от отложений, образовавшихся на их поверхности в результате сгорания горючего. По составу эти высокотемпературные отложения представляют собой различные углеродистые отложения, такие, например, как нагары, лаки.

Для очистки от высокотемпературных отложений металлических поверхностей в настоящее время используют различные механические, химические методы, а также методы с использованием органических растворителей (спиртов, ацетона и т.д.).

Общим недостатком механических методов и химических с использованием кислот и щелочей является нарушение поверхности изделий, что приводит в конечном счете к их выходу из строя, а методы с использованием органических растворителей - малоэффективны.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является раствор для очистки от высокотемпературных отложений гладких металлических поверхностей, содержащий реагенты в следующем соотношении, г/л: Гидроокись щелочного металла - 240-380 Нитрит щелочного металла - 100-200 Фторид щелочного металла - 10-25 Нитрат аммония - 30-50 Гидрохинон - 1-5 N,N-Диметилбензиламин - 0,1-10,0 Вода - Остальное ([1] - a.c. CCCP N 1548267 C 23 G 1/14, 1988 - прототип).

В основе очистки этим раствором лежит химическая реакция разложения высокотемпературных отложений.

К недостаткам раствора-прототипа относятся: низкая эффективность очистки (невозможность очистки негладких участков поверхности металлов), токсичность и агрессивность раствора к конструкционным материалам, обусловленная содержанием в нем фторида и гидроокиси щелочных металлов.

Технический результат предполагаемого изобретения - повышение эффективности действия раствора для очистки от высокотемпературных отложений металлических поверхностей с одновременным снижением токсичности и агрессивности раствора к конструкционным материалам.

Указанный технический результат достигается тем, что в растворе для очистки от высокотемпературных отложений металлических поверхностей, содержащем водный раствор химических реагентов, согласно предполагаемому изобретению в качестве реагентов содержит оксиэтилидендифосфоновую кислоту (ОЭДФК), метанитробензоат морфолина (МНБМ), 25%-ный водный аммиак и воду при pH раствора 7±0,1 в следующем соотношении, мас.%: ОЭДФК - 4-6
МНБМ - 0,5-0,7
25%-ный Водный аммиак - 4,4-6,6
Вода - Остальное
Использование 25%-ного водного аммиака связано с его производством (100%-ный аммиак не выпускается, основное производство в нашей стране ориентировано на 25%-ный водный аммиак).

ОЭДФК выпускается по ТУ 6-02-1215-81 Новочебоксарским химкомбинатом, а МНБМ по ТУ 6-22-4850-1-91 Волжским химкомбинатом и представляют собой белый кристаллический порошок. Они хорошо растворяются в воде, этиловом спирте и других органических растворителях, малотоксичны. Основное назначение ОЭДФК и МНБМ - использование их в качестве ингибиторов коррозии металлов. Так, например, нейтральный водный раствор, содержащий 2 мас.% ОЭДФК, 0,3 мас.% МНБМ и 2,2 мас. % 25%-ный водный аммиак, позволяет удалять с поверхности металлов продукты коррозии (окислы металлов) и защищать их в дальнейшем от коррозии [2]. Данные физико-химические свойства ОЭДФК и МНБМ (как ингибиторов коррозии) позволили предположить возможность использования этих реагентов для очистки поверхности металлов от высокотемпературных отложений.

Авторами при проведении патентных исследований не обнаружено какой-либо информации, где было бы известно использование нейтрального водного раствора ОЭДФК, МНБМ и 25%-ного водного аммиака для очистки от высокотемпературных отложений металлических поверхностей.

Для обоснования количественного содержания реагентов (ОЭДФК, МНБМ и 25%-ного водного аммиака) в водном растворе для очистки от высокотемпературных отложений металлических поверхностей были приготовлены образцы (см. табл. 1), которые прошли испытания по оценке эффективности очистки.

Испытания по оценке эффективности очистки от высокотемпературных отложений металлических поверхностей разными образцами раствора проводились в ходе следующих лабораторных опытов. Пластинки металлов (площадью не менее 1 см²), вырезанные из использованных поршней автомобилей (чугун и сплав алюминия с кремнием) и имеющие высокотемпературные отложения (нагары, лаки), погружали в кюветы с растворами по образцам N 1-7 и выдерживали в течение 1 суток. Потом пластинки металлов исследовали под микроскопом на предмет наличия отложений на их поверхности. Как видно из результатов исследований (см. табл. 2), водный раствор начинает очищать металлы от высокотемпературных отложений при содержании в нем 4,0 мас.% ОЭДФК, 0,5 мас.% МНБМ и 4,4 мас.% 25%-ного водного аммиака (образец N 2).

Полное и качественное удаление высокотемпературных отложений с металлических поверхностей достигается и при содержании в водном растворе 7,0 мас. % ОЭДФК, 0,8 мас.% МНБМ и 7,7 мас.% 25%-ного водного аммиака и более. Однако в целях экономии реагентов целесообразно использовать эти реагенты в водном растворе в минимально достаточных количествах, т.е. 4,0-6,0 мас.% ОЭДФК, 0,5-0,7 мас.% МНБМ и 4,4-6,6 мас.% 25%-ного водного аммиака.

Как показали испытания раствора для очистки от высокотемпературных отложений металлических поверхностей со значениями pH, отличными от 7±0,1, которая, как известно, получается при изменении соотношения 25%-ного водного аммиака и ОЭДФК, приводит к повышению агрессивности раствора к металлическим материалам (образцы N 3 и 5).

Была приготовлена опытная партия раствора для очистки поверхности металлов от высокотемпературных отложений по образцу N 4, которая прошла сравнительные испытания с раствором по прототипу (водным раствором гидроокиси, нитрита и фторида щелочных металлов, нитрата аммония, гидрохинона и N,N-диметилбензиламина).

Сравнительные лабораторные испытания эффективности очистки от высокотемпературных отложений металлических поверхностей, с использованием растворов по образцу N 4 и прототипу, проводились на автомобильных поршнях из чугуна и сплава алюминия с кремнием с наличием на их поверхности высокотемпературных отложений (нагара и лаков). Специальные ванны заливали растворами по образцу N 4 и прототипу, опускали в них поршни и выдерживали их в течение 1 суток. Потом поршни исследовали визуально, а отдельные вырезанные части, под микроскопом на предмет наличия отложений. Как видно из результатов испытаний (см. табл. 3), при обработке поршней раствором по прототипу присутствуют следы отложений в пазах и микротрещинах, а при обработке раствором по образцу N 4 поверхность поршней чистая, отложения полностью отсутствуют.

Проведенные испытания подтверждают эффективность очистки от высокотемпературных отложений как гладкой, так и негладкой поверхности металлов нейтральным водным раствором, содержащим 4-6 мас.% ОЭДФК, 0,5-0,7 мас.% МНБМ и 4,4-6,6 мас.% 25%-ного водного аммиака, в течение 1 суток. Применение данного раствора одновременно снижает токсичность и агрессивность его к конструкционным материалам, ввиду отсутствия фторида и гидроокиси щелочных металлов. Кроме того, сокращается расход реагентов почти в 15 раз, что снижает стоимость очистки (см. табл. 4).

Таким образом, использование нейтрального водного раствора, содержащего 4-6 мас.% ОЭДФК, 0,5-0,7 мас.% МНБМ и 4,4-6,6 мас.% 25%-ного водного аммиака, позволяет повысить эффективность действия раствора для очистки от высокотемпературных отложений металлических поверхностей, снизить токсичность и агрессивность раствора к конструкционным материалам, уменьшить расход реагентов почти в 15 раз. Раствор прост в приготовлении и применении, так как реагенты ОЭДФК, МНБМ и 25%-ный водный аммиак выпускаются промышленностью Российской Федерации.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1548267, C 23 G 1/14, 1988.

2. Розенфельд И.Л., Персиянцева В.П., Гаврин Н.М., Кузнецов Ю.И. Промышленные испытания универсальных ингибиторов атмосферной коррозии класса нитробензоатов аминов. -В сб.: Ингибиторы коррозии. -Тула: ТПИ, 1970, с.22-30.

Формула изобретения

Раствор для очистки от высокотемпературных отложений металлических поверхностей, содержащий водный раствор химических реагентов, отличающийся тем, что в качестве реагентов содержит оксиэтилидендифосфоновую кислоту (ОЭДФК), метанитробензоат морфолина (МНБМ), 25%-ный водный аммиак и воду при pH раствора 7 ± 0,1 в следующем соотношении, мас.%:
ОЭДФК - 4 - 6
МНБМ - 0,5 - 0,7
25%-ный Водный аммиак - 4,4 - 6,6
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4